[科普中国]-电子稳速器

简介

一个电子稳速器或ESC是一个电子电路，目的是改变一个电动机的转速，其方向并且也可能充当动态制动。电控单元通常用于电动无线电控制模型，其中最常用的无刷电机种类主要为电机提供电子产生的三相电力低压电源。

ESC可以是一个独立的单元，可以插入接收器的油门控制通道，也可以并入接收器本身，就像大多数玩具级R / C车辆一样。一些在其入门级车辆，船舶或飞机上安装专利爱好级电子设备的R / C制造商使用机载电子设备，在一块电路板上将两者结合起来。

功能无论使用何种类型，ESC都将控制信息解释为不像伺服的机械运动，而是以改变场效应晶体管（FET）网络的开关速率的方式来解释。晶体管的快速切换是使电机本身发出特征性的高频啸叫，特别是在低速下。与通常使用一次电阻线圈和移动臂的机械类型相比，它还允许更为平稳和更精确地改变电机速度。

大多数现代化的ESC都包含一个电池消除器电路（或BEC）来调节接收器的电压，从而不需要单独的接收器电池。BEC通常是线性或开关模式。从更广泛的意义上讲，电动机的PWM控制器是电动机的PWM控制器。ESC通常接受标称的50Hz PWM伺服输入信号，其脉冲宽度从1ms到2ms不等。当以50Hz的频率提供宽度为1ms的脉冲时，ESC通过关闭连接到其输出的电机来响应。1.5 ms脉宽输入信号以大约一半的速度驱动电机。当输入信号为2.0 ms时，电机全速运行。

ESC

有刷电机的ESC系统在设计上有很大的不同，因此，电刷的ESC与无刷电机不兼容。无刷电调系统基本上由机载直流电源输入产生有限电压的三相交流电输出，通过发送由ESC电路产生的一系列交流信号来运行无刷电机，采用非常低的阻抗旋转。无刷电机，否则所谓outrunners或inrunners取决于其物理结构，已经成为非常流行的“electroflight”无线电控制aeromodeling业余爱好者，因为他们的效率，功率，寿命长，重量轻比传统的有刷电机。无刷交流电机控制器比有刷电机控制器复杂得多。

正确的相位随着电机旋转而变化，这是ESC所要考虑的：通常，电机的反电动势被用来检测这种旋转，但使用磁性（霍尔效应）或光学检测器的变化也存在。计算机可编程的速度控制通常有用户指定的选项，允许设置低电压切断限制，时间，加速度，制动和旋转方向。电机的方向反转也可以通过将三根导线中的任意两根从电调切换到电机来完成。

分类ESC通常按照最大电流额定值，例如25安培或25安培。一般来说，额定值越高，ESC往往越大和越重，这是计算飞机质量和平衡的一个因素。许多现代的ESC都支持具有一定范围输入和截止电压的镍金属氢化物，锂离子聚合物和磷酸铁锂电池。选择电池消除器电路时，电池的类型和连接的电池数量是一个重要的考虑因素（BEC），无论是内置于控制器还是作为独立单元。如果使用线性电压调节器，则连接的电池数量越多，功率额定值越低，因此集成BEC支持的舵机数量也会减少。设计良好的使用开关稳压器的BEC不应有类似的限制。

车辆应用电动车高电流的胚胎干细胞是在电动车，如所使用的日产Leaf，特斯拉跑车（2008），型号S，X型，模型3和雪佛兰螺栓。能量消耗通常以千瓦为单位测量（例如，日产叶采用80千瓦电机，产生210英尺磅的扭矩）。大多数大规模生产的电动汽车使用交流电动机，这使得电动汽车在电动汽车滑行时可以捕获能量，使用电动机作为发电机并减速。捕获的能量用于给电池充电，从而延长汽车的行驶里程（这被称为再生制动）。在某些车辆中，例如特斯拉生产的车辆，这可以用来有效减速，以至于车辆的传统制动器只有在非常低的速度下才需要（电机制动效果随着速度的降低而减小）。在日产叶等其他车型中，滑行时只有轻微的“拖曳”效应，而ESC则通过与传统制动器相结合来调节能量捕捉，从而使汽车停下来。

电子汽车

一些定制的电动车（通常由使用现有车辆的底盘，车身和变速器的爱好者制造）使用直流电机而不是交流电，因为它们的成本较低并且接线较简单。但是，直流电机不能用于再生制动，所以这些车辆不能在同一电池上行驶很远，其他因素都是相同的。直流电动机也不能像交流电动机一样高速运行，所以许多定制的电动汽车保持某种多速度的传输。由于电动机具有零转速下的全扭矩，所以车辆仍然能够以高档启动，但是以较低的档位启动允许较快的加速，较低的电流消耗以及较少的电动机磨损。

在交流电动机大批量生产的电动汽车中使用的电调通常具有反转能力，允许电动机在两个方向上运行。汽车只有一个传动比，而电机只是反方向行驶，使汽车倒车。一些带有直流电机的定制电动车也具有这种功能，使用电气开关来反转电动机的方向，但其他电动机一直沿相同的方向运行，并使用传统的手动或自动变速器来反转方向（通常这比较容易，因为用于转换的车辆已经具有变速器，并且电动马达被简单地安装以代替原始的发动机）1。

电动自行车电子自行车

用于电动自行车应用中的电动机需要高的初始扭矩，因此使用霍尔传感器换向进行速度测量。电动自行车控制器通常使用制动应用传感器，踏板旋转传感器，并提供电位器可调的电机速度，闭环速度控制精确的速度调节，过电压保护逻辑，过电流和热保护。有时使用踏板扭矩传感器来使得与所施加的扭矩成比例的马达辅助，并且有时支持用于再生制动，但是不频繁的制动以及自行车的低质量限制了恢复的能量。在描述了用于200W，24V无刷直流（BLDC）电动机的实施方式。

PAS或PAS可能出现在自行车电子转换套件的组件列表中，这意味着踏板辅助传感器或有时是脉冲踏板辅助传感器。脉冲通常涉及测量曲柄旋转速度的磁体和传感器。脚下的脚踏压力传感器是可能的，但并不常见。

电动飞机实验电动飞机如eLazair使用电子速度控制。大部分要求和权衡与其他任何电动车辆相似1。

远程控制应用程序汽车设计用于汽车运动的ESC通常具有反向能力;更新的运动控制可以具有逆转能力，使其不能用于比赛。专为赛车设计的控制装置，甚至是一些运动控制装置，都具有动态制动功能的优势。ESC通过在电枢上放置电负载来迫使电机充当发电机。这反过来使得电枢难以转动，从而减慢或停止模型。一些控制器增加了再生制动的好处。

直升机无人机

设计用于无线电控制直升机的电子调速器不需要制动功能（因为单向轴承无论如何都无法使用），也不需要反向（虽然由于电机电线经常难以接触和更换一次安装）。

许多高端直升机电调提供了一种“ 调速模式”，可将电机的转速固定在设定的速度上，极大地帮助了基于CCPM的飞行。它也用在四轴机器人中。

飞机为无线电控制飞机设计的电控单元通常包含一些安全功能。如果来自电池的电力不足以继续运行电动马达，则ESC将减少或切断马达的电力，同时允许继续使用副翼，方向舵和升降舵功能。这使得飞行员能够保持对飞机的控制来滑行或以低功率飞行以达到安全。

船为船只设计的电池必须防水。防水结构与非海洋型ESC相比有明显的不同，具有更多的空气封闭外壳。因此需要有效地冷却电机和ESC以防止快速故障。大多数海洋级的ESC通过马达的循环水冷却，或者驱动轴输出端附近的负螺旋桨真空。像汽车ESC一样，船ESC也具有制动和反向能力。

Quadcopters电子速度控制器（ESC）是现代quadcopters（以及所有多旋翼飞行器）的一个重要组成部分，以极其紧凑的微型封装为电机提供高功率，高频率，高分辨率的三相交流电源。这些工艺完全取决于驱动螺旋桨的电机的变速。电动机/道具速度的这种广泛的变化和精细的RPM控制为四轴飞行器（以及所有多旋翼飞行器）飞行提供了所有必要的控制。

高度取决于所有四台电机的功率。向前运动是通过比向前的道具更快地驱动后（后）道具来实现的。侧向运动是通过更快地运行左侧或右侧道具来实现的。通过减速或加速各个电机再次实现“方向舵”运动（偏航）（左转或右转） - 并且该控制依赖于两个转子顺时针旋转而另外两个逆时针旋转的事实，放慢或加速单个电机（和道具）将会使飞行器的姿态发生变化。

Quadcopters是一个快速增长的爱好主题，但也提供了摄像机的体育报道，农业研究，电气塔检查和历史探索的天线坐骑。

与大多数其他RC应用中使用的标准50 Hz信号相比，Quadcopter ESC通常可以使用更快的更新速率。某些情况下可以使用高达400 Hz的PWM信号，其他控制选项可以将此速率提高到更高。还有一些软件延迟，例如低通滤波器，被移除以提高控制等待时间。

ESC固件大多数现代ESC包含一个微控制器来解释输入信号，并使用内置程序或固件来适当地控制电机。在某些情况下，可以更改工厂内置固件，以获得替代的公开可用的开源固件。这通常是为了使ESC适应特定的应用。有些电动汽车出厂时已经具有用户可升级固件的功能。其他需要焊接来连接程序员2。