Qué es el control electrónico de velocidad (ESC) y su funcionamiento

En la actualidad, podemos observar el control de velocidad de los motores eléctricos en toda la sociedad moderna. Así, la lista de control de velocidad incluye principalmente una amplia gama de máquinas que van desde los aparatos eléctricos básicos utilizados en un hogar, como en el garaje, el jardín, hasta las grandes plantas industriales, pasando por las bombas, las máquinas herramienta, las cintas transportadoras, etc. Así que podemos darnos cuenta de lo importante y necesaria que es esta técnica de control de velocidad para varias máquinas eléctricas. No podemos actuar más tiempo sin un método eficaz para controlar la velocidad. Por eso, el método de control electrónico de la velocidad se utiliza para controlar la velocidad de rotación de las máquinas y de los motores. Este artículo trata de una visión general del control electrónico de la velocidad para motores, drones, vehículos, etc.


Índice de Contenido
  1. ¿Qué es el control electrónico de velocidad o ESC?
    1. Diseño de ESC
    2. La función del control electrónico de velocidad
    3. Características de un control electrónico de velocidad
    4. Componentes utilizados en el ESC
    5. Tipos de regulador electrónico de velocidad
    6. Circuito de control de velocidad electrónico

¿Qué es el control electrónico de velocidad o ESC?

El término ESC significa "control electrónico de velocidad es un circuito electrónico que se utiliza para cambiar la velocidad de un motor eléctrico, su recorrido, y también para actuar como freno dinámico. Se utilizan con frecuencia en los modelos de radiocontrol alimentados eléctricamente, siendo el cambio más frecuente en los motores sin escobillas que proporcionan una energía eléctrica trifásica producida electrónicamente fuente de energía de baja tensión para el motor. Un ESC puede ser una unidad separada que se incorpora al canal de control del receptor del acelerador o estar unido al propio receptor, como ocurre en la mayoría de los vehículos R/C de juguete. Algunos fabricantes de R/C que conectan la electrónica exclusiva de los aficionados en sus vehículos, contenedores o aviones de nivel básico, utilizan una electrónica implicada que combina ambas cosas en una única placa de circuito.

Regulador electrónico de velocidad

Diseño de ESC

Un regulador electrónico de velocidad puede diseñarse con tres componentes esenciales como un regulador de voltaje/ BEC (Circuito Eliminador de Batería)), un Procesador y la conmutación incluye FETs. El BEC es una separación del regulador electrónico de velocidad que transmitirá la energía a tu receptor y después a los servos.

Esto también incluye una función secundaria, como cuando el motor funciona a través de una batería, entonces el motor obtiene su menor voltaje, entonces el BEC mantendrá algo de energía para el control de vuelo en situaciones peligrosas para que el motor no consuma toda la energía de la batería. Actualmente, el procesador está completamente encerrado en un único chip semiconductor de Si.

La función principal de este procesador es descodificar los datos que se le proporcionan desde el receptor dentro del modelo, así como regular la potencia hacia el motor mediante FETs. En un ESC, este transistor desempeña un papel fundamental al realizar todos los trabajos. Observa la corriente y el voltaje completos del motor, así como de la batería. Este transistor funciona como un interruptor para controlar el flujo de corriente para acelerar el motor eléctrico.

La función del control electrónico de velocidad

Un ESC o control electrónico de velocidad sigue principalmente una señal de referencia de velocidad para cambiar la velocidad de una red de conmutación de transistores de efecto de campo. La velocidad del motor puede modificarse cambiando la frecuencia de conmutación o el ciclo de trabajo de los transistores.

En el caso de los motores BLDC, son necesarios diferentes tipos de controles de velocidad, ya que la velocidad de este motor puede controlarse cambiando la tensión de su inducido. Este tipo de motor necesita una regla de funcionamiento diversa, ya que la velocidad del motor puede cambiarse variando el tiempo de los pulsos de corriente transmitidos a los diferentes devanados del motor.

Por lo general, los sistemas ESC sin escobillas utilizan corriente alterna trifásica, como un variador de frecuencia (VFD), para hacer funcionar los motores sin escobillas. Este tipo de motores son más populares debido a su potencia, eficiencia, ligereza y longevidad en comparación con los motores con escobillas habituales. Los controladores de los motores BLDC son muy complejos en comparación con los de escobillas.

La fase exacta cambia con la rotación del motor, lo que puede tenerse en cuenta mediante el control electrónico de la velocidad. Generalmente, la rotación de este motor puede detectarse a través de la FEM trasera, pero las variaciones que existen utilizarán detectores ópticos o sensores de efecto Hall independientes.

En general, los reguladores de velocidad basados en la programación incluyen principalmente algunas opciones especificadas por el usuario que permiten el frenado, la aceleración, la temporización y el sentido de giro. El sentido de giro del motor se puede conseguir cambiando cualquiera de los 3 cables del ESC hacia el motor.

Características de un control electrónico de velocidad

Como sabemos, un ESC controla la velocidad de giro del motor de un avión. Tiene una función similar a la del servo del acelerador de un avión de propulsión eléctrica. Es un borde entre el receptor de radio de un avión y la central eléctrica. El control electrónico de la velocidad tendrá 3 juegos de cables. Un cable se conectará a la batería principal de un avión. El segundo cable tendrá el típico cable de servo que se conecta al canal del acelerador del receptor. Y por último, un tercer cable se utiliza para alimentar el motor. Las principales características de un control de velocidad electrónico incluyen un circuito eliminador de batería, corte de baja tensión, freno y to.

Componentes utilizados en el ESC

Los componentes utilizados en el ESC son principalmente los siguientes

  • Pastillas de soldadura para las 3 fases del motor BLDC
  • Conexiones LIPO negativas (-)
  • Conexión LIPO positiva (+)
  • Señal del servo o entrada de la señal PWM
  • Referencia GND de la señal PWM
  • Puente de soldadura, para alterar el sentido de la Rotación (CW/CCW)
  • Puente de soldadura, para variar el tipo de la señal de entrada PWM
    LED de estado
Montaje del ESC
Montaje del ESC

Tipos de regulador electrónico de velocidad

Hay dos tipos de reguladores electrónicos de velocidad en función de los requisitos específicos, puedes adquirir el exacto que existe en las tiendas de RC Models, como el ESC con escobillas y el Control Electrónico de Velocidad sin escobillas.

Tipos de Reguladores Electrónicos de Velocidad
Tipos de control electrónico de velocidad

ESC con escobillas

El ESC con escobillas es el primer regulador de velocidad electrónico, que existe desde hace varios años. Es muy barato para utilizarlo en varios vehículos RC eléctricos RTR.

ESC sin escobillas

El ESC sin escobillas es el avance moderno de la tecnología en lo que respecta a los controles electrónicos de velocidad. También es un poco más caro. Conectado a un motor sin escobillas, tiene más potencia y mayor rendimiento que los de escobillas. También puede durar más tiempo.

Circuito de control de velocidad electrónico

El término ESC se utiliza frecuentemente como contracción de "controlador electrónico de velocidad". La función básica del ESC es cambiar la cantidad de energía que llega al motor eléctrico desde la batería del avión en función de la posición de la palanca del acelerador. Anteriormente, los reguladores de velocidad se utilizaban sobre todo en barcos y coches teledirigidos, que utilizaban una resistencia variable con un limpiaparabrisas que era estimulada por un servomotor.

Circuito ESC
Circuito ESC

Esta técnica funciona razonablemente a pleno rendimiento, ya que la batería está asociada directamente al motor, aunque en situaciones de aceleración parcial el flujo de corriente a través de la resistencia produce una pérdida de energía en forma de calor. Como modelo, el avión utilizará la mayor parte de su tiempo en la parte del acelerador. Este no es un medio muy práctico para controlar la potencia.

Los reguladores de velocidad actuales diferencian la potencia del motor mediante la conexión y desconexión rápidas de la potencia. Aquí se utiliza un transistor MOSFET como interruptor en lugar de un dispositivo mecánico, y la cantidad de conmutación es de unas 2000 veces por segundo. Así, la potencia del motor es diversa al cambiar la cantidad de tiempo de ON, frente al tiempo de OFF en un ciclo determinado. Aquí está el circuito simple del ESC con un diagrama de forma de onda que puede ayudar a la descripción.

Cuando el MOSFET se pone en ON, la corriente aumenta al incrementarse el campo magnético en los bobinados del motor. Cuando el MOSFET se apaga, la energía magnética almacenada en los devanados tiene que ser absorbida por el ESC. Cableando un diodo a través del motor, devolvemos la energía al motor en forma de corriente, que aumenta a medida que el campo magnético falla.

Firmware del ESC

La mayoría de los controladores electrónicos de velocidad modernos incluyen principalmente un microcontrolador para entender la señal de entrada y controlar el motor eléctrico adecuadamente a través de un programa incorporado que se conoce como firmware.

En algunas condiciones, es posible modificar el programa incorporado de fábrica para obtener una alternativa. Esto se puede hacer adaptando el ESC a una aplicación específica. Algunos tipos de ESC llevan incorporado el firmware actualizable por el usuario, mientras que otros necesitan ser soldados. Por lo general, se venden como cajas negras con firmware propietario.

Regulador electrónico de velocidad para drones

En la mayoría de las aplicaciones de los drones, la difusión está aumentando constantemente en una gama diferente de aplicaciones que van desde el aficionado, industrial y comercial y en la mayoría de las aplicaciones militares superiores.
Las principales ventajas de los drones son que se pueden manejar a distancia, por lo que es muy difícil, incómodo o peligroso sobrevolar regiones en persona. Las aplicaciones comerciales de los drones son muchas, como la vigilancia de edificios, plantas, agricultura, zonas de rodaje y la entrega de medicamentos, paquetes o bienes esenciales.

Por lo general, los drones de alta gama están equipados principalmente con motores BLDC, pero estos motores necesitan una regulación de la velocidad prudente y continua para la dirección relativa de la revolución. Para ello, el circuito ESC es el responsable. Así que el diseño del ESC incluye principalmente las siguientes características.

  • La topología utilizada para controlar el motor
  • Compromiso entre eficiencia y coste
  • El tipo de batería utilizada en el dron
  • Rendimiento necesario
  • EMC (compatibilidad electromagnética) y resistencia a las interferencias

En los drones, se utilizan dos tipos de motores sin escobillas, como el BLDC, el BLAC y también los llamados PMSM o motores síncronos de imanes permanentes. Por tanto, la elección del motor depende principalmente del algoritmo de control preferido, como el trapezoidal o el FOC (control orientado al campo).

¿Cómo funciona un ESC?

El ESC desempeña un papel fundamental en los automóviles, ya que evita que el coche derrape y que el conductor pierda el control mientras conduce el vehículo. Esta tecnología activa automáticamente los frenos para ayudar a dirigir el vehículo en la dirección correcta.

Es uno de los principales sistemas de seguridad activa que ya están conectados a los coches y a los vehículos comerciales. En un país europeo, hay un máximo de coches con tecnología ESC. Una tecnología como la de la seguridad activa puede evitar por completo que se produzcan catástrofes o, de lo contrario, ayudar activamente al conductor a disminuir el impacto de una crisis. Estos sistemas proporcionan al conductor un control adicional en situaciones de peligro. Por ello, los diferentes sistemas de seguridad controlan con frecuencia el comportamiento del vehículo y su entorno.

Cómo elegir el ESC adecuado

La primera consideración importante que debes tener en cuenta es adaptar el Control Electrónico de Velocidad al tipo de motor que has utilizado. Asegúrate de comprar el ESC correcto para el motor exacto: el ESC con escobillas se utiliza para el motor con escobillas, el ESC sin escobillas se utiliza para el motor sin escobillas, nunca al revés. Normalmente, aparte de las etiquetas, sabrás directamente que es un motor con escobillas si tiene 2 hilos. Si el motor tiene tres hilos, entonces es sin escobillas.

Para las personas que no conocen el control electrónico de la velocidad, la mayoría de los modelos, como el modelo RTR RC, están provistos de un control electrónico de velocidad preinstalado. La mayoría de ellos son unidades digitales con escobillas que llevan un acto decente en su funcionamiento. Si el coche RC viene con control de velocidad analógico, que necesita un servo para hacer funcionar el brazo oscilante, considera la posibilidad de recibir uno digital en cuanto puedas.

También está bien conseguir un ESC con la funcionalidad contraria. De esta forma eliminarás todas las molestias y prevenciones bajando desde la zona del puesto de conducción para recuperar tu coche RC cada vez que se quede atascado en la pista.

Aplicaciones del ESC

Los sistemas electrónicos de control de velocidad se utilizan en aplicaciones de control remoto y de vehículos.

  • Coches eléctricos
  • Bicicletas eléctricas
  • Aviones eléctricos
  • Coches
  • Helicópteros
  • Aviones
  • Barcos
  • Quadcopters
  • Firmware del ESC

Por lo tanto, se trata de una visión general del regulador electrónico de velocidad. Esperamos que hayas entendido mejor este concepto. Además, si tienes alguna duda sobre este concepto o para poner en práctica algún proyecto eléctrico, por favor, danos tus valiosas sugerencias comentando en la sección de comentarios de abajo. Aquí tienes una pregunta para ti, ¿Cuál es la función del ESC?

Créditos de las fotos:

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