Регуляторы хода для электродвигателей: виды и особенности

Во всех радиоуправляемых моделях c электродвигателями применяется устройство  управляющее электромоторами. Для включения/выключения, а также для изменения оборотов необходим электронный регулятор хода.

Изначально существовали механические регуляторы, обладающие достаточно простой конструкцией, но тратящие слишком много энергии при работе, при этом обладая не очень хорошей надежностью. Современные электронные регуляторы хода лишены большинства недостатков механических аналогов.

Силовые электродвигатели бывают с коллектором и без. Соответственно, регуляторы хода можно разделить на два типа - для коллекторных двигателей и для бесколлекторных двигателей. Некоторые из регуляторов второго вида могут работать и с коллекторными моторами, но не наоборот.

Основные функции регуляторов

Во всех профессиональных моделях регуляторов кроме стандартных функций управления оборотами, могут присутствовать и дополнительные функции.

• Для радиоуправляемых авто и авиа моделей важно не только быстро набрать скорость, но и быстро убрать обороты двигателя, поэтому в регуляторах присутствует функция торможения, которое осуществляется путем замыкания обмоток двигателя через регулятор. Также многие регуляторы имеют возможность плавного торможения, что позволяет уменьшить нагрев регулятора и продлить срок службы коллектора электродвигателя.
• Для автомоделей важен задний ход, поэтому многие регуляторы позволяют менять направление вращения электродвигателя, подавая на него напряжение в обратной полярности. Чаще всего при работе в обратном направлении, на двигатель подается не полная мощность, т.к. она при этом  просто не нужна.
• Очень полезной является BEC-система применяемая в большинстве регуляторов для низковольтных моторов. Эта функция не имеет отношения к управлению двигателем, но позволяет не ставить на модель аккумулятор для системы радиоуправления, а использовать для этого силовой аккумулятор.
• В мощных регуляторах предназначенных для работы с повышенным напряжением (от 15 до 36 банок) встраивают гальваническую развязку силовых цепей от цепей приемника системы радиоуправления - опторазвязку. Это необходимо для того, чтобы мощные импульсные помехи из силовой части регулятора и двигателя не попали на высокочувствительные входные цепи приемника. При этом приемнику требуется отдельное питание от своего аккумулятора.

Дополнительные функции регуляторов

• Функция POR - сброс при включении. Является крайне полезной т.к. может спасти как саму модель, так и владельца от травм. При включении бортового питания модели ручка управления двигателем может быть не в положении Стоп. В этом случае двигатель модели может сразу набрать максимальные обороты. При использовании POR регулятор при подаче питания принудительно ставит двигатель в положение Стоп и выходит из него только после того, как ручка управления газом будет переведена в положение Стоп.
• Функция PCO (Power Cut Off) предназначена для отключения электродвигателя при падении напряжения аккумулятора ниже установленного значения. Эта функция поможет защитить аккумулятор от переразряда, но особенно она важна на летающих моделях с системой ВЕС. При разряде силового аккумулятора, модель ещё необходимо безопасно посадить. При использовании PCO ходовой двигатель отключиться, но в аккумуляторе ещё остается немного энергии для работы приемника и сервомашинок, что позволит посадить модель. При использовании этой функции очень важно выбрать регулятор рассчитанный именно на используемый тип аккумуляторов.
• Функция TOP (Thermal Overload Protection) предназначена для защита силовых ключей от токовой перегрузки, что может привести к тепловому разрушению MOSFET-транзисторов.
• Для защиты регулятора от перегрева применяется TP (Thermal Protection). В этом случае на плате устанавливается термодатчик, отключающий регулятор при его нагреве свыше допустимого уровня.
• RVP (Reverse Voltage Protection)  это защита от переполюсовки питающего напряжения. Функция применяемая достаточно редко, т.к. она усложняет и удорожает регулятор, при этом ещё и ухудшая его рабочие параметры. Переплюсовка питания является одной из самых распространённых причин сгорания регуляторов, при этом, как правило, сгорают все силовые ключи. Но несмотря на это у RVP есть множество недостатков.

Характеристики регуляторов

У регуляторов хода есть свои характеристики, поэтому необходимо подбирать регулятор предназначенный для работы с выбранным электродвигателем и силовым аккумулятором. Существуют коллекторные и бесколлекторные электродвигатели, соответственно существуют и регуляторы предназначенные для разных видов двигателей. Важен тип аккумуляторов для работы с которыми предназначен данный регулятор. Существуют и универсальные модели регуляторов, в которых тип используемого аккумулятора меняется в настройках.

Значение максимального постоянного тока указывает какой максимальный ток двигателя сможет выдавать регулятор длительное время. По английски обозначается как Continuous Current. Но особенность обозначения в том, что часто указывается ток, который выдержат силовые ключи, но чаще всего его не выдержат провода или плата, поэтому важно помнить, что реальное значение в несколько раз ниже указанного.

Другое значение это максимальный пиковый ток – это ток, который кратковременно сможет выдерживать регулятор. Такие токи возникают, например, во время старта. При этом сейчас часто также указывается на сколько-витковые моторы рассчитан регулятор.

Максимальное рабочее напряжение. При слишком большом напряжении, регулятор просто сгорит. Иногда указывается не напряжение, а количество банок. В этом случае просто умножьте это количество на 1,2 Вольта.

Внутреннее сопротивление. Все схемы коммутации электроэнергии, применяемые в регуляторах, имеют определенные потери энергии, за счет внутреннего сопротивления. У регуляторов с реверсом это значение немного выше. Вообще внутреннее сопротивление современных регуляторов невелико, поэтому эти потери важны только при участии в серьезных соревнованиях.

Настройка регуляторов хода

Производители регуляторов хода стараются сделать их совместимыми с большинством моделей двигателей и передатчиков радиоуправления. Для этого в регулятор предусмотрена возможность регулировки некоторых параметров.

Часто есть возможность настройки положения джойстиков передатчика, соответствующие режимам нейтраль, тормоз, максимальный газ и реверс, при этом режимы тормоз и реверс могут быть отключены. Для настройки регулятора используются кнопки на корпусе регулятора. На некоторых моделях регуляторов для настройки применяются перемычки-джамперы. А в качестве индикатора настраиваемых режимов служат светодиоды на корпусе регулятора. Некоторые регуляторы позволяют изменять частоту импульсного регулирования при работе регулятора с разными двигателями. Причем частота может определяться отдельно для прямого хода и для торможения.

В наиболее продвинутых моделях регуляторов хода для бессенсорных двигателей есть возможность изменения сдвига фаз (Timing) трехфазного тока относительно положения ротора. Это связано с особенностью работы бессенсорных регуляторов, у которых режимы наибольшей мощности и наивысшего КПД не совпадают, а настройка это параметра позволяет выбрать то, что важнее для данной модели.

Существуют и модели регуляторов предназначенные для определенных целей, например для  автомоделей, судомоделей, или авиамоделей различающиеся набором функций.

Многофункциональные регуляторы при настройке в вертолетный режим, стабилизируют и регулируют не мощность, а обороты двигателя.

Подключения регуляторов хода

Регуляторы хода соединяются проводами с аккумулятором и электродвигателем. Проводам стоит уделить особое внимание. В качестве соединительных проводов лучше всего использовать гибкий медный многожильный провод. Провода нужны не обычные электротехнические, а специальные, с очень большим количеством очень тонких жил, такие например как применяемые для подключения акустических систем большой мощности. Рекомендуемые сечения проводов: 1 кв. мм. для токов до 20 ампер, 1,5 кв. мм. - для токов до 30 ампер, 2,5 кв. мм. - до 50 ампер и 4 кв. мм. - до 80 ампер. Использование проводов меньшего, чем необходимо сечения приведёт к снижению КПД или вообще к пожару, а применение большего, чем необходимо к неоправданному увеличению веса. При этом важно следить за изоляцией проводов, т.к. при работе модели они могут сильно греться. Длину проводов стоит выбирать минимально допустимую.

В профессиональных моделях провода между регулятором и двигателем припаиваются. В любительских моделях чаще всего применяются разъемы. Разъем между регулятором и аккумулятором должен быть рассчитан на огромные токи и обязательно иметь механическую защиту от переполюсовки.

Выключатель в силовые провода чаще всего не устанавливают, т.к.к все регуляторы хода рассчитаны на длительное подключение силовой части при обесточенной сигнальной. Большинство регуляторах с системой ВЕС имеют отдельный выключатель, который подает питание на приемник и сервомашинки.

Современные регуляторы имеют высокий КПД, но при больших нагрузках все же выделяется значительное количество тепла, которое нужно отвести, чтобы не спалить регулятор. Для этих целей многие регуляторы имеют небольшие радиаторы, иногда даже с электровентиляторами. Вообще размещение регулятора хода должно обеспечивать его обдув набегающим потоком воздуха, но очень часто это невозможно, т.к. необходимо защитить регулятор от влаги и грязи. Конечно существуют дорогие модели регуляторов защищенные от пыли и влаги. Другой вариант решения проблемы это использование регуляторов, рассчитанных на меньшее количество витков, чем в применяемом электродвигателе. Их КПД гораздо выше и они рассеивают меньше тепла.

Существуют радиоуправляемые модели с несколькими электродвигателями, в этом случае возможна как установка отдельного регулятора на каждый двигатель, так и использование одного сразу на несколько двигателей. При этом максимально допустимый продолжительный ток регулятора должен превышать суммарный потребляемый ток всех подключенных к нему электродвигателей. Двигатели желательно подключать к регулятору хода параллельно друг другу.

Для бесколлекторных двигателей с датчиками, необходимо устанавливать свой регулятор на каждый двигатель. Для безсенсорных электродвигателей возможно подключение к одному регулятору двух двигателей, но производители регуляторов считают такой режим нештатным, и не рекомендуют его использование. Также важно помнить, что недопустимо использование с одним регулятором хода двух жестко связанных бесколлекторных двигателей.

Ремонт регуляторов

Современные регуляторы хода часто стоят больших денег, при этом не редки случаи их частичного или полного выхода из строя. Ремонт регуляторов хода вполне возможен самостоятельно. Если плата не выгорела полностью, то вполне возможно заменить только сгоревшие компоненты сэкономив немалые средства.