Как подобрать регулятор оборотов для бесколлекторного двигателя

моторы и регуляторы оборотов

пост о моторах и регуляторах оборотов к ним.
моторы — бесколлекторные, управляются через так называемые ESC (Electronic Speed Controller),
были выбраны исходя из "цена-качество", фирмы sunnysky с параметрами x2212 980kv

мотор sunnysky x2212 980kv

где:
2212 — размер статора, 22×12мм
980kv — величина, обозначающая количество оборотов на 1 вольт. тол есть, при 14 вольтах он будет выдавать
±13720 оборотов
эти моторы при использовании пропеллера 10" дают тяги более 1кг. то есть, 4 мотора квадрокоптера потянут >4кг веса.
это хорошо показано на данном тесте на youtube:

Теперь регуляторы. поскольку моторы бесколлеекторные, у них нет щеток, кроме того значительно выше КПД, и они требуют использования обязательного электронного узла — регулятора скорости (ESC — Electronic Speed Controller), который контролирует вращение электрического магнитного поля своевременно подавая напряжение на соответствующие обмотки мотора. Регулятору бесколлекторного мотора необходимо знать положение ротора в каждый момент времени, для этого могут использоваться либо встроенные в мотор датчики, либо импульсы обратного электромагнитного поля (кстати, именно поэтому каждому б/к мотору требуется свой собственный регулятор). Моторы без датчиков проще по конструкции, поэтому в р/у моделях в основном используется второй вариант — контроллер рассчитывает положение ротора на основе времени между импульсом напряжения питания и импульса обратного электромагнитного поля и использует эту информацию для определения фазы и того куда подать следующий импульс напряжения питания. Регулирование скорости вращения мотора происходит с помощью изменения продолжительности импульса питания (широтно-импульсная модуляция) — более длительная серия импульсов создает большее магнитное поле, которое заставляет ротор вращаться быстрее, что вынуждает контроллер увеличивать частоту подачи импульсов.

выглядят они как электронная плата, засунутая внутрь термоусадки. на плате установлен микроконтроллер Atmel ATmega. Самые популярные прошивки для регуляторов — SimonK и BL-HELI. я буду использовать
последнюю прошивку SimonK. (для заливки в ESC новых прошивок был куплен копеечный программатор, который позволяет заливать прошивки по сигнальному проводу без разрезания термоусадки и пайки к ногам процессора или тестовым точкам на плате. о нем позже напишу)
обычно, используются для каждого мотора по собственному регулятору. но есть и конструкции 4-in-1,
когда 4 регулятора собраны на одной плате. Я выбрал по совету более опытных товарищей достаточно качественные регуляторы Afro.

регуляторы ESC Afro 30A с прошивкой SimonK

ESC регуляторы оборотов, что это, как они работают и как выбрать

В этой статье мы обсудим что такое ESC регуляторы оборотов и как они работают. Также расскажем, как правильно подобрать регуляторы оборотов и предложим вам на выбор несколько рекомендованных наименований регуляторов.

ESC — electronic speed controller, переводится как электронный контроллер скорости. В русскоязычном сообществе принято называть их как «регуляторы оборотов», в простонародье «регули» или «регуляторы».

Что делают ESC регуляторы оборотов и как они работают?

Какие задачи у ESC? Для понимания без углубления — все очень просто, регуляторы оборотов, исходя из названия — регулируют скорость оборотов двигателей ориентируясь на команды контроллера полета. Чем быстрее вращается двигатель, тем больше он создает тягу, тем быстрее летит квадрокоптер.

То, как ESC регуляторы оборотов взаимодействуют с двигателями, влияет на скорость и тягу дрона, а также его поведение в воздухе.

На сайте miniquadtestbench.com, QuadMcFly при тестах обнаружил, что разница в тяге между лучшим регулятором и худшим составляет в пределах всего 20%. В сравнение могу привести выбор автомобиля среди различных марок и выбор хорошего регулятора даст вам столько же мощи как и правильно выбранный двигатель автомобиля (точнее, автомобиль с хорошим двигателем).

Как «общаются» регуляторы оборотов (ESC) с контроллером полета?

Для простого понимания — контроллер полета посредством специального протокола посылает данные регулятору оборотов, что нужно прибавить или убавить газ на двигателе. Но двигателю квадрокоптера нельзя просто подать напряжение, так как он трехфазный и требуется попеременно подавать напряжение на определенные участки обмотки. Этим и занимается регулятор оборотов. На нем есть микросхемы, которые называются Мосфеты (MOSFET), и эти платы выполняют роль ключей — открывают и закрывают подачу тока на определенные участки обмотки.

Как уже говорилось выше, для общения полетный контроллер — регулятор оборотов, используются протоколы. В списке ниже, ESC регуляторы оборотов поддерживают различные протоколы, например Dshot1200, Dshot600, Oneshot125, Multishot. Они отличаются скоростью обмена данными, чем выше скорость, тем быстрее будет отзыв двигателей на ваши команды.

Старайтесь выбирать регуляторы, которые поддерживают более современные протоколы, но при этом убедитесь, что ваш полетный контроллер тоже поддерживает этот протокол.

Строение регуляторов оборотов (ESC)

Строение регуляторов оборотов не слишком сложное, они состоят из:

• MOSFET;
• Драйвер затвора (gate drivers);
• Микроконтроллер;
• Регулятор напряжения.

В некоторых ESC также устанавливаются светодиоды и/или датчики тока.

Что такое MOSFET регулятора оборотов квадрокоптера?

MOSFET (metal-oxide- semiconductor field effect transistor) — это полевой транзистор с изолированным затвором. Он работает как ключ — драйвер затвора подает сигнал — MOSFET открывается и подает ток на определенную область статора, там самым, заставляя магниты вращать колокол двигателя из-за того, что обмотка (статор) попеременно меняет напряжение в определенных частях так, чтобы магниты начинали притягиваться в определенный момент времени к определенной части статора — таким образом, колокол двигателя начинает вращаться. Все это происходит много раз за доли секунды.

Что такое драйвер затвора регулятора оборотов?

Драйвер затвора управляет кучей мосфетов, о которых рассказано выше. Он определяет, когда полевому транзистору открыться, а когда закрыться.

В регуляторах оборотах производителем могут использоваться специальные драйверы, которые эффективны в управлении при использовании функции активного торможения двигателями.

В идеале, для каждой фазы двигателя должен использоваться свой драйвер затвора, поэтому компания Fortio начала производство микросхем FD6288 для BLHeli_32, которые совмещают в себе 3 независимых драйвера затвора.

Что такое микроконтроллер?

Это мозги регуляторов оборотов. Именно этот чип прошивается и в него загружается прошивка BLHeli.

Что такое регулятор напряжения в регуляторе оборотов?

Здесь тоже все просто исходя из названия — этот компонент регулирует напряжение для питания всех компонентов ESC.

Другие компоненты

Светодиоды — они на ESC просто для красоты и уведомлений, больше никакую функцию не несут и уж тем более никак не влияют на производительность.

Датчик тока — служит для отображения в OSD текущего тока, который подается на регуляторы оборотов.

Какие по строению бывают регуляторы оборотов?

Как вы возможно уже знаете, регуляторы оборотов бывают 4 в 1 и отдельные. 4 в 1 становятся все популярнее, так как это компактность и их можно установить в стак с полетным контроллером и такие регуляторы оборотов как правило совмещены с платой распределения питания (PCB), что опять же экономит место и вес. Выглядят они вот так:

Отдельные регуляторы оборотов представляют из себя изолированные платы с компонентами с индивидуальным питанием и подсоединением:

Строение ESC

Теперь рассмотрим строение ESC на примере платы 4 в 1 и индивидуального регулятора оборотов.

И оригинал фото:

Теперь регулятор оборотов 4 в 1:

Как выбрать регулятор оборотов (ESC)

На что следует обратить внимание при выборе ESC регуляторов оборотов? Для новичка будет сложновато, но мы постараемся описать как можно подробнее и охватить все параметры. В любом случае, ниже будет список рекомендованных ESC, что существенно упростит вашу задачу по выбору.

Номинальная мощность

В описании указывается как «Power rating» или «Constant». Для квадрокоптеров класса мини и микро(обычно мини дроны строятся на раме размером до 220мм. Подробнее о рамах.) используются 3 основных номинальных мощности:

• <18А;
• 20А;
• 30А.

<18А: такие регуляторы используются на микро-дронах и мини, но с рамами до 180мм, так как с рамами выше вам просто не будет хватать мощностей.

20А: На мини-дронах чаще всего используют регуляторы на 20 ампер: то есть у вас рама 180-220 миллиметров и пропеллеры размером до 6 дюймов + аккумулятор 3-4S.

30А: Сейчас это стандарт для гоночных квадрокоптеров и с такими регуляторами вы получите отличный дрон для гонок и фристайла. Рамы можно использовать для гоночных размером до 250мм.

Для тех, кто хочет собрать мощный дрон, способный моментально разогнать двигатели, существуют и более высокие мощности:

• 35А;
• 45А.

Пиковая мощность или взрывная мощность

В описании указывается как «Burst power rating». Это количество мощности, которое регулятор сможет обработать в короткий промежуток времени. Это довольно важный параметр для гоночных мини дронов, так как часто на гоночных происходит резкое изменение скорости — сейчас вам нужно погасить скорость, чтобы пролететь препятствие и следом резко дать полный газ для ускорения.

Поддержка аккумуляторов

Все регуляторы из нашего списка поддерживают аккумуляторы LiPo 4-6S, но сейчас все чаще некоторые собирают дроны 5S и 6S, поэтому, если вы купите регулятор с поддержкой 6S, а сами соберете дрон на 3S, например, то это будет пустая трата денег. Какой у вас аккумулятор? Вот под такой и ищите регулятор, это тоже указывается в характеристиках, как указано на скрине выше.

Форм-фактор (размер)

Форм-факторы ESC регуляторов оборотов бывают 3 типов:

• Для крепления на лучах рамы;
• 4 в 1 — для крепления над или под полетным контроллером;
• Каждая плата регулятора имеет размер 35х35мм и собирается башней над полетным контроллером или под ним.

Чаще всего покупают регуляторы для крепления на лучах рамы, так как такие проще поменять в случае необходимости, да и проще следить за их состоянием. Крепятся они обычно пластиковыми стяжками:

4 в 1 — это одна большая плата размером с полетный контроллер, которая крепится над или под ним. Придумана для экономии места и веса и используется в основном на микро-дронах, но сейчас набирает популярность и на мини. Но есть один минус — если выйдет из строя один регулятор, придется менять всю плату целиком.

Отдельные регуляторы 35х35мм используются как раз для исключения проблемы выше и крепятся над или под полетным контроллером. Удобство в том, что ничего не висит на лучах рамы, особенно если рама маленькая с тонкими лучами. Если сгорит один регулятор — можно будет легко заменить его, в отличие от 4 в 1.

Каждый регулятор имеет свой вес, их 4 штуки — значит вес одного умножаем на 4. В этом плюсы 4 в 1 — плата весит меньше, чем по отдельности. Ищите наиболее легкие платы, чтобы дрон был наиболее маневренный. Здесь сэкономите, на камере сэкономите, на антеннах и так далее — в итоге сэкономите 50-100гр.

Прошивка регуляторов оборотов

Эта информация всегда пишется магазином. Самые известные:

• BLHeli. Пользовался популярностью в 2015-2016 годах. После чего эту прошивку заменила следующая версия — BLHeli_S. Сейчас не используется.
• BLHeli_S — создавался для контроллеров ВВ1 и ВВ2. Регулятор под управлением этой прошивки работает значительно плавнее. S — здесь обозначает ту самую «плавность».
• BLHeli_32 — в данный момент на большинстве регуляторов используется именно эта прошивка. Она распространяется с закрытым кодом и в ней уже есть возможность настроить в регуляторах телеметрию, настроить светодиоды и другое.
  Регуляторы с BLHeli_32 немного дороже, так как у них есть датчики и телеметрия. В гоночных дронах обычно эту «мишуру» не используют, но если вы хотите — то почему нет?)
• KISS — прошивка для регуляторов, которые работают с полетным контроллером KISS.
• SimonK — некогда популярная прошивка, которая теперь вышла из под контроля. Не рекомендуем покупать регуляторы с этой прошивкой.

Чип контроллера

Уже давно не является определяющим параметром, но в спецификациях иногда его указывают. У регуляторов BLHeli_S или BLHeli_32 с поддержкой DSHOT всегда хорошие чипы.

Провода

Оптимальным вариантом считается припаивание проводов мотора сразу к плате регулятора, но часто в продаже находятся регуляторы со своими проводами и приходится либо отпаивать их, либо паять провод-провод.

Аппаратный PWM драйвер

Если эта функция есть (ее может и не быть) на ваших регуляторах, то моторы станут работать на них немного тише и немного эффективнее. Также функция обеспечивает более точный контроль, но на практике это мало кто заметит.

Как это работает: управление скоростью вращения двигателей осуществляется путем повышения или понижения напряжения, подаваемого на моторы. Это регулируют полевые транзисторы (мосфеты), те самые квадратики на плате, они открываются и закрываются, управляя процессом вращения двигателя. Время открытого и закрытого состояния мосфетов напрямую зависит от подаваемой мощности.

Так вот, до недавнего времени, этот процесс управлялся только чипом, управляющим регулятором. KISS добавили еще один чип, который отвечает только за процесс выдачи сигнала.

Благодаря этому, регуляторы, а точнее моторы работали на них очень гладко и сообществу пилотов это очень понравилось.

Помимо KISS, аппаратный PWM драйвер есть и у регуляторов BLHeli_32.

Что еще нужно учитывать?

Параметры выше важные, но также нужно учитывать энергопотребление самих двигателей. Несомненно, что регуляторы на 30 Ампер покроют потребность почти всех двигателей и поэтому об этом было решено написать в конце, чтобы окончательно не запутать вас, потому что придется смотреть в таблицу с характеристиками двигателя:

Блок Load Current (A) — то есть, сколько в пиковой нагрузке будет потреблять двигатель. В нашем случае это Racerstar 2205 и в пике он потребляет 27.6 Ампер, что полностью покрывают регуляторы оборотов на 30 Ампер.

Рекомендованные ESC регуляторы оборотов

Ниже представляем вам список рекомендованных регуляторов оборотов, которые по нашему мнению заслуживают внимание и которые можно покупать, не опасаясь плохой работы. За цену ничего не можем сказать, так как курс рубля часто меняется, а наши друзья китайцы продают все в долларах.

Также, можете упростить себе задачу и искать регуляторы с прошивкой BLHeli_32 или _S (но S уже все же устаревшая прошивка на 2019 год) и с мощностью 20-30 Ампер. Если вы новичок, то таких параметров вам точно хватит, не ошибетесь.

Название	Мощность (Амперы)	Lipo	Цена за комплект (USD)	Прошивка	Магазин
Racerstar (RS)	20 / 30	4S	$7-29	BLHeli_S	Aliexpress Banggood
KISS	24	5S	$98	KISS	Aliexpress
Littlebee Spring	30	4-6S	$28	BLHeli_S	Aliexpress Banggood Также, вы можете воспользоваться поиском и купить регуляторы на 20 и 40 ампер.
Littlebee Summer	30	4-6S	$55	BLHeli_32	Aliexpress Banggood
REV35	35	4-6S	$22.99	BLHeli_32	Aliexpress Banggood
Eachine Wizard (как запчасть для этого дрона, но подойдет и любому другому)	45	4-6S	$34.77	BLHeli_32	Aliexpress Banggood

Это основные регуляторы для квадрокоптеров, которые пользуются популярностью в СНГ, да и не только. В основе, конечно, это RaceStar и LittleBee из-за своей цены. Если у вас есть предложения по регуляторам, пишите в комментариях, добавим.

Какой регулятор скорости выбрать?

Возник вопрос, какой можете посоветовать регулятор для движков — SUNNYSKY X2212 980KV 180 Вт ( http://ru.aliexpress.com/item/4pcs-SUNNYSKY-X2212-980KV-180W-Brushless-Motor-Quad-Hexa-copter-Free-soldering/1902858264.html ) желательно не дорогие. (не объязательно на этом ресурсе)

Максимальный ток движка 18А значит:

Либо такие с небольшим запасом Регулятор для бесколлекторных двигателей HobbyKing 20A «Синяя серия»
Товар http://www.parkflyer.ru/product/102415/
Либо с хорошим запасом такие TURNIGY Plush 25А регулятор скорости
Товар http://www.parkflyer.ru/product/2163/

П.С. рекомендую плюши они проверены и всегда отвечают характеристикам, у меня один такой на 12 спокойно (без нагрева) держит заявленные 12А и в пике до 15А. тем более неизвестно куда вы собрались это ставить и с каким винтом.

800 грамм тяги, т.е согласно таблицы на страницы двигателя которую я дал выше это 1145 при этом написано потребление 14.2 А.

Спасибо вам за ссылки на регуляторы, но есть ли более бюджетные варианты? например что можете сказать по поводу этих вариантов:

Пользуясь случаем хотел бы еще кое-что спросить. В качестве «мозгов» у меня стоит APM 2.5 читал что бывают проблемы с питанием я купил отдельный UBEC TURNIGY 3A UBEC с помехоподавлением
Товар http://www.parkflyer.ru/product/4319/
но потом нашел где не помню по моему на оф странице apm что он не очень хорошо подходит.
Могли бы посоветовать UBEC для apm2.5 спасибо.

Не советовал бы ставить винт на 11, максимум на 10.
У меня аналогичные моторы MT2213-935KV MultiStar Motor and Propeller Combo 10×4.5 CW/CCW
Товар http://www.parkflyer.ru/product/1022309/ на винтах 10 дюймов греются очень хорошо.

Регули у меня Регулятор для многороторных систем Afro 20A, с прошивкой SimonK
Товар http://www.parkflyer.ru/product/1020648/

Вот более бюджетный вариант:
Регулятор оборотов H-king X-Rotor 20A
Товар http://www.parkflyer.ru/product/1508891/ Но на них еще не летал.

Винты 10х4.7 не больше.

А недавно обрезал винты до 8 дюймов и запитал от 4-х банок — так вообще квадр словно ожил!

У меня АПМ 2.5 и 2.7. Питаю их пока что напрямую от NiMh 4.8 вольт.

У меня пропеллеры 10х4.7 — они идут в комплекте с мотором. Можно в описании мотора их увидеть. Обычные пропеллеры, правда заточенные под эти моторы — там на валу проточка есть. На 3-х банках вполне выдает 700-900 грамм тяги.
Мой квадр на этих моторах взлетает с двумя акками по 5000 мач в пол газа легко.

Эти же винты обрезал до 8 дюймов и запустил на 4-х банках. Стало гораздо резвее и «живее» чтоли. Можно уменьшить размер коптера за счет более мелких винтов, но для медленных плавных полетов наверное стоит оставить 10 дюймов.

Регули Афро крутые, но я пробовал заводиться на этих:
Регулятор оборотов H-king X-Rotor 20A
Товар http://www.parkflyer.ru/product/1508891/
Впринципе работает так же, но летать на них не пробовал. Наверно можно еще дешевле найти, но это уже на алиэкспрессе надо искать. В любом случае я бы брал с запасом хотябы регулей штук 5.

Даже если на моторе написано что он только 3S это не значит, что категорически нельзя 4S. Можно. Главное чтобы он не перегревался (пропеллер меньше ставить).

Еще вариант посмотреть в сторону 250-го размера — там можно и моторы и регули еще вполовину дешевле найти, чем для коптеров 450 размера.

И по поводу питания АПМ — я питаю со стороны входа напрямую батарейку NiMh 4.8 вольт втыкаю. Можно и через УБЕК запитать от липольки, впинципе разницы никакой лиж бы стабильно 5 вольт держало без сильных просадок. АПМ не любит просадок по напряжению.
А со стороны выходов где регуляторы выходят из всех регулей выдернул красный провод (плюс).
Вероятно можно как то запитать от одного из регулей, но я не уверен что это будет надежно.

Как подобрать регулятор оборотов для бесколлекторного двигателя

Всё дело в том что чем больше я читаю веток на форумах, и общаюсь с консультантами в магазине(пока он только 1 магазин), тем больше вопросов у меня назревает.

Вопрос первый что означает цифра в моторе «Cheetah 17.5T 1870kV»

(или например вот так:

Leopard 60A Brushless ESC

Leopard 4370KV / 9.0T / 2P Brushless Motor (1 pc)
Program Card (1 pc))

и как её правильно подобрать? Ибо судя по всему для разных моделей (типа трагги, багги, монстры и шорт корсы, и дрифт модели) подходят не все (тоесть не по принципу чем больше тем лучше). А так же выбор мотора зависит от установленного у вас на шасси пиньона(шестрени на моторе), спура(шестерни большой на валу установленном в шасси) и размера колёс, и веса вашей модели. (одна из основных проблем выявленная мной, это возможный перегрев мотора, что естественно хотелось бы избежать особенно новичкам, ну и плюс ко всему не полное наслаждение от езды)

Вопрос ДВА — как подобрать регулятор, или лучше всегда покупать комплектом регулятор+моторчик?

Вопрос Три — среди обилия производителей на рынке очень легко потеряться, продавцы в магазине продают чё есть, а это не всегда ЦЗЕН, по сему можно ли определиться с некими заведомо выигрышными(проверенными) производителями электроники для автомобилей?

Разъемы и провода
В современных БК системах токи достигают 100-150 (а может и больше уже) Ампер. Чем выше ток в системе, тем сильнее будут нагреваться места с наименьшим сечением ( обычно это места плохой пайки ). Это может оплавить провода или разъем, после чего возможно короткое замыкание с выходом из строя электроники. Соответственно, если у Вас БК установка ( или коллекторная с малым количеством витков ), то необходимым условием является использование качественных разъемов, а так же хорошая пайка как этих разьемов, так и других силовых проводов ( соединение аккумулятора с регулятором через разъем, соединение регулятора с мотором ). В некоторых системах соединение «регулятор-мотор» уже сделано на заводе изготовителе, оттуда же поставляются многожильные силовые провода вместе с регулятором. Для больших токов подойдут разъемы T-Deans ( «динсы» ), Traxxas, EC3, XT60, HXT 3,5 или 4 мм ( «банан» ). По характеристикам, первые два держат 25-40 Ампер, следующие два 60 Ампер, последний до 93 Ампер. Лично я использую Динсы под нагрузкой 120 Ампер, температура разъемов в норме. Разъем Tamiya подходит только для малых токов, он ненадежен ( разболтанный разъем быстро расплавится, т.к. ухудшается содинение, повышается температура ). Замена разъема требуется при повышении температуры в данном месте или при установке мощной системы. Для изоляции лучше всего использовать термоусадочные трубки, либо хорошую изоленту.