Regulador electrónico de velocidad para coches eléctricos.

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Fundamentos Ajustes Otras consideraciones Mini RC Evolución

Fundamentos.

A diferencia de los coches de explosión, que necesitan embrague, en los coches eléctricos se regula muy fácilmente la velocidad y la parada, y a veces la marcha atrás.

En los primeros coches eléctricos el control era muy simple: el servo de acelerador movía el cursor de un reostato, que incluso en un extremo cortocircuitaba el motor, frenando el coche, es decir, tal como el control usual en "slot". Pero parte de la energía se disipaba en el reostato, y siendo escasa la disponible, no era cuestión de perderla. Por tanto, aparecieron pronto los reguladores electrónicos (ESC o "electronic speed controller"), con la ventaja añadida de que el pulso para el servo de acelerador-freno es directamente la señal de control del regulador, con lo que se prescinde de dicho servo.

Un ESC simplificadamente funciona como sigue:

Si el interruptor I se abre, el motor estaría parado. Si se cierra, avanzaría a tope. Si se abre y cierra rápidamente, el motor avanza a velocidad intermedia. En un ESC, I es un transistor (o más bien varios en paralelo), que se abre y cierra (se hace que conduzca) a alta velocidad un porcentaje del tiempo. Para parar el motor se abriría, y si se cierra el motor iría a tope: cuanto más tiempo del total conduzca, mayor será la velocidad. Idealmente, pues, no hay pérdidas.

El circuito de un ESC es, pues, un "chopper" (troceador).

En principio, hay que resolver dos problemas:

Los modernos ESC's resuelven todo ello con una electrónica sofisticada, y utilizando transistores FET ("field effect transistor") de potencia, dispuestos en paralelo.

Asimismo, los modernos ESC's, alimentados con el paquete de baterías de 6 elementos (7.2V) incluyen un regulador para suministrar 6V a receptor y servo de dirección: la batería de tracción es también la del equipo de radio, y mientras el coche se mueva habrá control (si la batería se agotara completamente, no habría control, pero el coche no se movería). Deberemos asegurarnos de que la corriente que suministra dicho regulador es suficiente: 1A puede ser escaso para un servo de dirección rápido; 2A debe ser suficiente.


Ajustes.

Hay que tener en cuenta que el ESC conoce sólo de forma aproximada la anchura de pulso. Por tanto debe al menos permitir ajustar:

Otro ajuste interesante es la limitación de par: en la práctica, es muy recomendable en las aceleraciones una limitación de par motor ("torque control") a través de una limitación de corriente, lo que hará que el coche sea más dócil y gobernable, y el paquete de pilas durará algunos segundos más.

Existen ESC's completamente programables, programándose estos y otros parámetros, incluso haciendo que varíen a lo largo del tiempo que dura el paquete de baterías.Por ejemplo, pueden programarse:


Otras consideraciones.


Mini RC.

Para modificaciones "Multi FET" como la aquí descrita Luis 607 994 819 (España).

a) Conexionado

b) Marcha alante a) Marcha atrás

El regulador electrónico usado comúnmente en Mini RC incluye marcha atrás. Los transistores FET se conectan al motor en H según se indica en a); en b) y c) se indican los transistores que conducen para cada sentido de marcha. Los transistores se hacen conducir mediante pulsos de tensión en las puertas G, que son próximos a 0V para las puertas G2 de los transistores de canal P superiores, y próximos a 4.8V para las puertas G1 de los transistores de canal N inferiores. Para baja velocidad los pulsos serán de corta duración; si ésta se aumenta aumentará la velocidad, y si la conducción es continua la velocidad será máxima.

Cada dos transistores del circuito en H se contienen en un circuito integrado según se indica, denominado "doble transistor FET en canal N y P". El uso de motores potenciados requiere la sustitución de los transistores que vienen de serie por otros de menor resistencia, y a su vez se colocan varios en paralelo (normalmente 5+5). Colocar varios transistores en paralelo tiene las siguientes ventajas:

La tabla indica posibles componentes alternativos, indicando sus características en condiciones cercanas a las de utilización en Mini RC.

Fabricante Circuito Rds máx. (miliohmios)
Canal N Canal P

Hitachi

HAT3004R 110 (Vgs=4V, Id=3A) 340 (Vgs=-4V, Id=-2A)
HAT3006R 80 (Vgs=4V, Id=4A) 180 (Vgs=-4V, Id=-3A)

International Rectifier

IRF7389 46 (Vgs=4.5V, Id=4.7A) 98 (Vgs=-4.5V, Id=-3.6A)

Fairchild

FDS4501 23 (Vgs=4.5V, Id=7.6A) 46 (Vgs=-4.5V, Id=-5.6A)

NEC

µPA1792 36 (Vgs=4.5V, Id=3.4A) 54 (Vgs=-4.5V, Id=-2.9A)
Infineon BSO215C 150 (Vgs=4.5V, Id=3A) 150 (Vgs=-4.5V, Id=-3A)
Vishay Si4562DY 25 (Vgs=4.5V, Id=7.1A) 33(Vgs=-4.5V, Id=-6.2A)

Probablemente, el componente utilizado de serie será el Hitachi HAT3004R. Nótese que el HAT3006R del mismo fabricante y el Infineon BSO215C darán mejoras marginales, particularmente poniendo varios en paralelo, pero es recomendable sustituirlos por el Fairchild FDS4501, Vishay Si4562DY, NEC µPA1792 ó el International Rectifier IRF7389.

a) Apariencia b) Vista lateral c) Vista frontal.
Las soldaduras a las patillas 1 y 3 han de reforzarse.
d) IRF7389 e) Torres: patillas 1 a 4 e) Torres: patillas 5 a 8,
que pueden soldarse entre sí
f) Torres soldadas

En las figuras anteriores se indica:

Para la operación de retirada de los componentes originales y soldadura de las torres deberemos disponer de un soldador de 10W de punta muy fina (o bien de equipo de soldadura de componentes de montaje superficial). Una vez preparadas las torres, procederemos como sigue:

Es común dejar soldados los integrados de serie, soldando encima los nuevos FET's. Esto es un craso error debido a que:

En la figura, RI indica la resistencia interna de las baterías, y RP y RN las resistencias equivalentes a las caídas de los transistores P y N que conducen. Utilizando baterías completamente cargadas y un voltímetro digital, haciendo girar el motor en vacío y acelerando hacia adelante a tope (conducción continua), mediremos las caídas de tensión V1 desde el polo positivo de las baterías hasta el polo positivo del motor (caída en transistores P), y V2 desde el polo negativo del motor hasta el polo negativo de las baterías.

V1 y V2 indicarán las caídas en los transistores; deben ser alrededor de 50 mV (0.050V), aunque V1 puede ser algo mayor por incluir al interruptor general

Si obtuviéramos resultados muy distintos, podría ocurrir que la emisora no produjese pulso de anchura suficiente para que el regulador llegara a conducción continua. Si la emisora no dispone de regulación suficiente para alcanzarla, podremos aumentar la amplitud del movimiento de acelerador rebajando plástico en el mando de acelerador de la emisora con la Dremel y una punta adecuada.

Nótese que están disponibles comercialmente modificaciones equipolentes consistentes en soldar en paralelo FET's externos de mayor tamaño (modificación conocida como "Turbo"). Se recomienda la modificación aquí descrita (conocida como "Multi FET") por resultar menos engorrosa y más compacta.

Para modificaciones "Multi FET" como la aquí descrita Luis 607 994 819 (España).


Evolución.

A partir del año 2001 se han popularizado los motores eléctricos sin colector en el mundo R/C, lo que ha obligado a un cambio en el concepto tradicional del ESC. Todo lo expuesto anteriormente es válido, pero la función principal del ESC será generar frecuencia variable en función de la anchura de pulso enviada desde la emisora.

En los nuevos motores sin colector el estátor está constituído por las bobinas y el rotor por los imanes. El ESC va conmutando la corriente de las baterías por dichas bobinas a gran velocidad, dependiendo ésta de la anchura de pulso, generando así un campo magnético giratorio que hace girar el rotor (imanes). El ESC está basado en microprocesador, y normalmente va integrado en un conjunto con el motor.

Se produce un aumento de rendimiento al prescindir del colector, y por tanto de sus pérdidas mecánicas, de calor y de chisporroteo. Asimismo se tienen motores sin mantenimiento: las operaciones de sustitución de escobillas y torneado de colectores pasan a la historia.

La aparición de las baterías de polímero de litio ("LiPo"), muy ligeras y de mayor tensión por elemento (3.7V, frente a 1.2V de NiCd y NiMH), han contribuído a la difusión de los motores eléctricos sin colector, cuyas principales aplicaciones en R/C son:


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Última actualización de esta página 06/06/12