La salida de par de un motor eléctrico es directamente proporcional a la corriente del motor (¡no voltaje!), Y la corriente (I) es aproximadamente igual a
I=V−εR
Donde V es la tensión de alimentación del motor, R es la resistencia del devanado y ε es la fuerza electromotriz posterior (EMF posterior).
KV y EMF posterior
El EMF posterior es el voltaje que estaría presente en los terminales del motor a medida que el motor gira sin tener nada conectado. Este voltaje es producido por el motor que actúa como un alternador, si lo desea, y es directamente proporcional a la velocidad de rotación. La clasificación de KV no es más que otra forma de establecer la relación entre la velocidad de rotación y la EMF inversa (KV ≈ RPM / ε). Limita la velocidad máxima del motor a cualquier voltaje de batería dado, porque a cierta velocidad dependiente de KV, el EMF posterior "cancelará" el voltaje de la batería. Esto evita que fluya más corriente al motor y, por lo tanto, reduce el par a cero.
Cuando enciende su motor por primera vez, la velocidad es cero. Esto significa que el EMF posterior también es cero, por lo que las únicas cosas que limitan la corriente del motor son la resistencia del devanado y la tensión de alimentación. Si el controlador del motor (ESC) emitiera el voltaje de la batería completa al motor a bajas velocidades, el motor y / o el ESC simplemente se derretirían.
Tensión, frecuencia, acelerador y velocidad.
En los esquemas de control de motor sin escobillas de circuito cerrado, la velocidad del motor (de la cual depende la frecuencia de salida) no se controla directamente. El acelerador controla el voltaje de salida y el ESC ajusta continuamente la frecuencia de salida. en respuesta al cambio de fase entre el ángulo del rotor y la forma de onda de accionamiento. La fase del EMF posterior le dice a los ESC sin sensores directamente el ángulo actual del rotor, mientras que los ESC con sensores usan sensores de efecto hall para el mismo propósito.
Hacer las cosas al revés (establecer la frecuencia directamente y controlar el voltaje en respuesta al cambio de fase medido) se convertiría en un acto de equilibrio fino:
Establecer el voltaje demasiado bajo permitiría que fluye muy poca corriente, limitando el par. Si el par cae pero la carga permanece constante, el motor debe reducir la velocidad, lo que lleva a una pérdida inmediata de sincronización.
Demasiado voltaje causaría un flujo excesivo de corriente, desperdiciando energía y calentando el motor y el ESC innecesariamente.
Por lo tanto, el punto óptimo de eficiencia es inestable con el control de "frecuencia primero". Un bucle de control podría mantenerlo cerca, pero si el ESC no puede reaccionar lo suficientemente rápido ante una carga, se producirá una pérdida transitoria de sincronización. Esto no es cierto para el control de "voltaje primero", donde una carga transitoria solo causará una reducción momentánea de la velocidad sin efectos nocivos.
Los ESC utilizados en helicópteros RC de paso colectivo a menudo tienen una función de "gobernador", que mantiene una velocidad fija del motor proporcional al ajuste del acelerador. Incluso estos ESC no controlan la frecuencia directamente, sino que implementan un controlador PID que establece el voltaje en respuesta a la diferencia entre la frecuencia deseada y la real.
ESC "sincronización"
La configuración de sincronización del motor de los ESC ajusta el punto de ajuste de este cambio de fase mecánico-eléctrico: la sincronización alta significa que la salida del ESC conduce la posición del rotor detectado, por ejemplo, 25 grados, mientras que con la sincronización baja, este cambio de fase se mantiene mucho más cerca de cero. Un ajuste de tiempo alto produce más potencia con menos eficiencia.
Esfuerzo de torsión
Los RC ESC normales no pueden hacer un control de par constante o limitar el par, ya que carecen de circuitos de detección de corriente como una medida de ahorro de peso y costo. La salida de par no se controla de ninguna manera; el motor solo produce tanto torque (y consume proporcionalmente tanta corriente) como lo requiere la carga a una velocidad dada. Para evitar que los golpes rápidos del acelerador sobrecarguen el ESC, la batería y / o el motor (ya que superar la inercia produce un par potencialmente ilimitado), los ESC generalmente tienen límites de aceleración y voltaje a una frecuencia dada.
Frenado
Si el motor se mantiene girando por medios externos mientras se reduce el voltaje, eventualmente el EMF posterior se volverá más grande que el nivel que el ESC intenta conducir. Esto provoca corriente negativa y frena el motor. La electricidad así producida se disipa en las bobinas del motor o se retroalimenta a la fuente de alimentación / batería, dependiendo del modo de descomposición PWM utilizado.
