CONTROLADOR ELECTRÓNICO DE VELOCIDAD

El variador electrónico de velocidad o ESC (Electronic Speed Controller, por sus siglas en inglés) es un dispositivo electrónico, formado por un circuito electrónico controlado por un microcontrolador, cuya función es monitorizar la velocidad del motor eléctrico brushless.

El variador es un controlador por Modulación por Ancho de Pulsos (PWM) que controla la velocidad del motor eléctrico de manera más eficiente en comparación con los motores de tipo mecánico. Asimismo, se utilizan normalmente en motores eléctricos para proporcionar una corriente trifásica de bajo voltaje y que proporciona la energía al motor. El variador o ESC recibe una señal PWM de 50 Hz con variaciones de 1 a 2 milisegundos, de esta manera, dependiendo de la longitud del ancho de pulso se entregará mayor o menor potencia al motor. Por consiguiente, y de manera aproximada, cuando el ESC recibe una señal PWM de 50 Hz a 1 milisegundo, el motor está parado, a 1.5 milisegundos el motor funcionará a la mitad de su potencia y a 2 milisegundos el motor funcionará a máxima potencia. Es importante destacar, que el pulso mínimo es de 1 milisegundo y no de 0 milisegundo para evitar posibles errores en la transmisión, tales como interferencias. El variador, generalmente, presenta un par de conectores para la conexión a la batería de polímero de litio, es decir la entrada de alimentación del motor; por otro lado, tres conectores que se dirigen al motor (3 cables de trifásica para la alimentación del motor brushless), y un conector de tres pines: cables rojo y negro para la alimentación del variador, y el cable blanco/amarillo para la señal PWM 50 Hz (protocolo de comunicación) , es la manera que presenta de comunicarse el variador y el circuito de programación, mediante la cual el variador controla la velocidad de motor eléctrico. En general, los variadores incorporan un sistema BEC (circuito eliminador de voltaje), mediante el cual, llevan a cabo dos operaciones, recoger información relacionada con la velocidad del motor (aceleración) y ajustar un voltaje estable que permite el funcionamiento del receptor o de la placa de desarrollo con el microcontrolador, como así también otros componentes electrónicos. De esta manera, no es necesario agregar otras baterías para alimentar estos componentes electrónicos. Sin embargo, cuando se trabaja con baterías de mayor voltaje, tales como una batería de polímero de litio de 4 celdas o una batería de Ni-Cd de más de 12 celdas, o los componentes electrónicos adicionales demandan una mayor potencia, es necesario el reemplazo de un BEC por un UBEC. El UBEC es un interruptor regulador en corriente continua, separado del variador del motor brushless, cuya función es convertir el voltaje que proviene de la batería en una tensión segura y constante para el receptor o placa de desarrollo con el microcontrolador, como

123 así también otros componentes electrónicos. De esta manera, brinda protección frente a sobrecalentamientos y el flujo elevado de corriente con una eficiencia que llega al 90%.

Es necesario programar el variador, para ajustar su comportamiento. Luego, el firmware de los ESC corresponde, básicamente, al software que lleva instalado el variador, el cual se encarga de su funcionamiento. El mismo determina su configuración y su rendimiento en función de varios parámetros. Sin embargo, no todos los software que manejan físicamente al hardware (comúnmente llamados firmware) pueden ser utilizados en cualquier variador. Algunos precisan de un componente de hardware específico para su instalación. Son ejemplos de firmware el BLHeli_S, BLHeli_32, SimonK y Kiss, entre otros. En la actualidad, los variadores se comercializan con el firmware instalado. Asimismo, se debe prestar atención a posibles actualizaciones que lleve a cabo el fabricante.

Cabe destacar que, el variador que utiliza para un motor eléctrico brushless o sin escobillas, es diferente de aquel que se utiliza para un motor eléctrico brushed o con escobillas. Asimismo, en la práctica es posible diferenciarlos por el número de cables que lo componen: para motores brushless llevan 3 cables, mientras que los motores brushed llevan 2 cables.

El variador que se utiliza para controlar la velocidad del motor brushless crea una corriente alterna trifásica a partir de la corriente continua que procede de la batería. De esta manera, a través de uno de los polos, proveniente de uno de los tres conectores que se dirigen al motor, se genera un pequeño voltaje proporcional a la velocidad de giro del motor, denominado fuerza electromotriz. Este voltaje le permite al ESC determinar la velocidad y dirección de giro del motor en cualquier instante, lo cual le permite al variador analizar de qué manera envía la corriente a los electroimanes del motor, para que gire el motor.

Adicionalmente al circuito eliminador de voltaje o BEC, el variador puede de tipo lineal o variable. Un variador lineal emplea resistores con el objetivo de disminuir el voltaje que entrega la batería de polímero de litio, lo cual permite que la placa de desarrollo sea alimentada correctamente, y no se queme por el elevado voltaje de la batería. Cabe destacar que a medida que la batería incrementa su número de celdas, aumenta el voltaje que suministra, luego la placa de desarrollo consume mayor energía, generando calor al circular la corriente por los resistores, es decir que si la corriente es elevada, los resistores se calentaran dañando el BEC. Una opción para solucionar el problema planteado anteriormente, es la utilización de un variador de tipo variable, el cual cambia su valor de voltaje con una alta frecuencia, logrando disminuir la tensión de manera efectiva, evitando la generación de calor.

6.4.1.4.1. FACTORES A CONSIDERAR PARA LA SELECCIÓN DE UN VARIADOR ELECTRÓNICO DE VELOCIDAD

Para determinar cuál es el variador adecuado para un motor eléctrico brushless, es necesario considerar dos factores:

 Amperaje o intensidad eléctrica que soportan los variadores electrónicos de velocidad: cada variador electrónico de velocidad cuenta con una hoja de datos en la cual se índice el amperaje máximo que puede soportar. Razón por la cual se debe seleccionar un variador electrónico de velocidad que admita un amperaje mayor qué el del motor a utilizar en su máxima potencia, cuando el mismo llega a su máxima potencia. Caso contrario, si se selecciona un motor eléctrico cuyo consumo de

124 corriente eléctrica es superior al que es capaz de soportar el variador electrónico de velocidad, provocará un exceso de calor, quemando el variador.

 Consumo del motor en su máxima potencia: cada variador electrónico de velocidad presenta una hoja de datos con las especificaciones del mismo, tales como la potencia, el tamaño y pitch de la hélice, el voltaje definido según el número de celdas de la batería a utilizar y la intensidad eléctrica máxima, entre otros. Para escoger el variador adecuado es necesario seleccionar aquel que presente un valor de intensidad eléctrica igual o levemente superior al valor de intensidad máxima que figura en la hoja de datos del motor eléctrico brushless elegido.

Variador electrónico de velocidad seleccionado para la construcción del prototipo medidor de la calidad del aire:

 Variador HOBBYWING SKYWALKER Airplane 50A UBEC Brushless Speed Controller. (Figura 6.32.)

Especificaciones:

- Modelo: SKYWALKER 50A-UBEC.

- Corriente continua: 50A.

- Corriente de ruptura (>10S): 65 A.

- Modo BEC: Switch.

- Salida del BEC: 5V / 3 A.

- Capacidad de salida del BEC (2S LiPo): 5 servos.

- Capacidad de salida del BEC (3S LiPo):5 servos.

- Capacidad de salida del BEC (4S LiPo):5 servos.  Cantidad de celdas de la batería (LiPo): 2-4S.

 Cantidad de celdas de la batería (NiM, NiCd): 5-12 celdas.  Peso: 43gramos.

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Figura 6. 32. Variador electrónico de velocidad-ESC-50 A con BEC.142

6.4.1.5. MICROCONTROLADOR