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模型基础知识系列之三(电调篇)

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ESC,Electronic Speed Control,电子调速器,简称电调,它是电动模型上用来改变电机转速甚至转向的部件,是一个功率驱动部件。
电动机分为很多种类型,模型上使用的电机主要是两类:有刷和无刷
有刷和无刷,是指电动机内部是否有电刷和换向器,由于有刷电机的线圈是在转子上,必须有电刷来负责连接,而电刷在工作中会不停的与换向器摩擦,所以有刷电机是有寿命的。如果电刷是可更换的还好,有很多电机是一次性封闭的,一旦打开了就装不上了,特别是大负载的情况下,电刷的消耗就更加明显,寿命更短。但是有刷电机可以直接通过电流的变化来调整速度,不借助专用的驱动器,直接通电也可以转,因此有刷调速器只需要改变电流就可以很方便的改变电机的转速了,而改变极性就可以改变它的转向,将两极短接则可以实现刹车。由于结构和原理简单,有刷电调价格相对便宜,常见的3S有刷320A电调价格也只要80块钱左右。
无刷电机,在机械结构上取消了电刷和换向器,线圈是在定子上,接线始终是连接的,不存在磨损问题,因此无刷电机的寿命理论上是无限的。当然,退磁或者磨损还是有的,两端轴承如果能得到保养,且永远不让电机过热,就可以使用很长时间,远远长于有刷电机的寿命,所以现在越来越多的模型采用无刷电机作为动力。但是因为无刷电机没有换向器,所以引线是3条,不能直接加电工作,必须要由驱动器来提供连续变换的相位,轮流加在3条线中的2条上,才能达到连续旋转的目的。3条线分别是UVW相,在工作过程中,驱动器会持续的循环的按UV-VW-WU-UV……这种顺序通电,那么电机就会按UVW的方向转起来。如果要反转,就把这个相序反过来,UV-WU-VW-UV……这样就可以了。要改变速度,只需要驱动器在这几种相位上改变的间隔发生改变就可以了,变换得越快,则电机转得也越快,反之就越慢。因为有刷电机必须要有驱动器才能转,而驱动器本身就可以控制速度,所以无刷电机的驱动器就是电调了,通常都叫它电调,但实际上它是包括了驱动能力的。
无刷电机在工作时,电调需要知道它的速度,根据速度才能提供适当的驱动,如果相位改变得过快,电机还没来得及转到相应位置就过去了,这种情况叫作失步,如果跳过之后的相位刚好与反向旋转的位置接近,电机不仅不会继续转,还会原地打颤,就不能旋转了。因此在没有得知电机大致速度的情况下,盲目的提供旋转相位,是有可能无法正常工作的。为了解决这个问题,有2种技术来识别电机的旋转位置:有感和无感。
有感是指有专用的旋转位置传感器,一般是使用磁霍尔元件实现位置感应,这种电机除了驱动的3根线以外,还有5条感应线,这5条线中,3条是信号,分别对应电机的UVW相步进的位置,另外2条是电源和地,地也兼作信号地,因为HALL传感器是需要供电的。通过传感器得知电机位置后再作出正确的相位引导,电机可以精确的旋转,即使是低速甚至是起步过程,因为传感器始终提供精确的引导,也能获得较好的线性度。因此专业的比赛往往都使用有感无刷电机作为动力。
无感是指没有专用旋转位置传感器,无刷电机在任何时候都是只有2相是通电的,那么没有通电的第三相就会因为切割磁力线感应出电压来,通过对这个电压进行判断也能获得电机的旋转位置。但是因为切割磁力线的感应方式要求必须是运动过程中才会发生,静止在磁场中的导线是不会有感生电流的,这一点我们在中学物理课上就已经学过了,所以它不象磁霍尔传感器那样,可以在静止的磁场中也能判断位置,甚至在转速较低时,因为切割磁力线较弱,产生的电压也很低,不足以被识别,因此在达到可被识别的转速以前,无感无刷驱动器都只能根据经验值(遥控器的PPM比例信号对应的强度)来盲驱,所幸这时的转速不高,失步的机率较低,但刚刚启动时,还是会有失步,这就是为什么无感电机启动时都发抖,感觉没有有感电机甚至还没有有刷电机平滑的原因了。但对于暴力玩车或者是在飞机上使用,这都不重要,特别是飞机,要产生足够的牵引力,电机转速早就突破不平滑的那段转速了。
在不同的应用上,电调除了有上述的有刷无刷和有感无感之分,还有适合不同模型的电调区别。车船用的电调,中位是停止,可以正反转,而且带有不同的刹车功能和ABS功能;固定翼和直机,还有绝大部分多轴飞行器所使用的电调,根本不需要反转,所以油门拉到底是停止,只能一个方向旋转,一般也没有刹车功能。个别的3D多轴为了能实现特殊的动作,电调可以反转,是个例外。
选择电调时,看动力大小就看它的电流值,无论有刷无刷都一样。重要的还是要和你的模型以及电机需要的类型一致。另外就是注意它能承受的动力电压。因为电调中很多使用的是低压大电流的MOS管驱动,有些小电调可能低至只允许2S电池供电,接上3S都会烧。而有些则可以上4S甚至6S,所以在选购时一定要看好,以免产生不必要的损失。
使用电调时,基本的问题,应该注意转向和中位(或油门行程)。其它的高级设置都可以后期再看,这两个必须先做好,否则你的模型就不能正常工作了。
对飞机电调来说,它没有中位停止一说,所以只有油门行程,也就是最高和最低位置,有了这两个位置,它才能正常的停止和达到最大速度。而对车用电调来说,正确的中位意味着停止,而前后的最大,则表示车的最大速度。不正确的设置油门行程,会导致不能停车或无法进入全速。
转向问题,是电调与电机的连接决定的。由于传动或桨方向的原因,电机必须按指定的方向转,才能与遥控上的方向一致。如果飞机上的电机反转,会向后退,如果车的电机反转,扣下扳机就成了倒退,这不符合操作习惯,习惯上这是前进的操作。要交换电机的转向并不复杂,有刷电机互换2条线就可以反转,无刷电机互换任意2条线都可以反转。但是要注意的是,飞机只要直接反电机线就可以正常了,车却不是。因为车用电调大部分都是有前后区别的,正向允许的最大速度要比倒车的大,而且正向有刹车,倒车是没有刹车的,所以如果单纯的把电机反过来,却发现前进很慢,倒退很快,那恭喜你,还得再反回去……所以,在车上,建议反正先试一下速度和刹车,看反的是控制还是电机,如果车的前进速度高,而且有刹车,就不要动电机线了,只需要在校正中位的时候正确的告诉电调前进和倒退的方向就可以了。有些电调没有中位校正或校正时不支持前后方向互换,也可以通过设置CH2(油门通道)的REV(通道反向)来把油门方向改成与车的方向一致。
总结:最好最贵的是有感无刷电机,最便宜最差的是有刷电机,性价比和寿命都好的是无感无刷电机。车用电调设置比飞机要麻烦一点,需要区别前后方向,所幸的是电机反向都只需要交换2条线,甚至只需要设置一下遥控器。
以上均为本人原创,希望对各位模友有帮助。
预告:下期将介绍舵机


IP属地:天津1楼2016-02-15 09:43回复
    太感谢了!
    好文啊


    IP属地:北京来自iPhone客户端2楼2016-03-14 07:20
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      我想咨询一下,为什么无刷电机和无刷电调无法防水呢?


      IP属地:江西3楼2017-05-16 09:33
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        楼主好,请教个问题,非好盈的电调,知道怎么设置吗?


        来自iPhone客户端4楼2020-07-18 16:17
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          三相驱动?


          IP属地:浙江来自Android客户端5楼2020-08-07 11:19
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            专业呀,谢谢


            来自手机贴吧6楼2022-12-18 17:16
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