Model Uçak Sitesi | FreePist.com | ESC'ler (Electronic Speed Controller)

ESC'ler (Electronic Speed Controller)

Mustafa Odabaşı tarafından yazıldı

Bir önceki makalede elektrik motorlarını anlatırken, fırçasız (brushless) motorların doğrudan bataryaya bağlanmaması gerektiğini, bağlanırsa kısa devre yaparak arızalanacağını yazmıştık. İşte bataryanız ile fırçasız motorunuzun arasında bulunması gereken parça bir ESC, ya da uzun açılımı ile Electronic Speed Control ünitesidir.

R/C modelcilikte kullanılan ESC'ler, en basit tanımla, motorun hızını ve dönüş yönünü elektronik olarak kontrol eden cihazlardır. ESC'ler fırçalı motorlarda da kullanılmakla beraber, eski teknoloji olduğu için onlardan bahsetmeyeceğim. Oyuncak sınıfına giren modellerde ESC'ler modelin bir parçasına (örneğin alıcısına) entegre olabilir. Oyuncaklarla ilgilenmediğimiz için onlara girmenin de hiç gereği yok.

ESC'ler Motorun Devrini Nasıl Kontrol Eder?

ESC'ler motorun dönüş hızını elektronik olarak kontrol eder dedik. Elektrik motorlarını anlatırken de DC motorların voltaj-devir ilişkisinden bahsetmiştik. İşte ESC'ler motora giden elektrik basıncını, yani voltajı düşürerek motorun hangi devirde döneceğini ayarlar. Ancak motora giden voltajı lineer regülasyon ile tamamen orantılı bir biçimde düşürmenin büyük zorlukları ve dezavantajları vardır. Lineer regülatörler elektrik akımının fazla voltajını bir geçiş transistörü üzerinde ısı enerjisine çevirir. Bu nedenle de verimlilikleri sadece %30-40 civarındadır. Dahası ortaya büyük miktarda ısı çıkar.

Bu yüzden bugün kullandığımız modern ESC'ler, motora giden gücü Pulse Width Modulation (PWM) metodu ile düşürür. Çok basitçe ESC, giriş akımını hızla "kapatıp açar". Akımın, birim sürenin kaçta kaçında açık, kaçta kaçında kapalı olduğuna bağlı olarak motora ulaşan ortalama voltaj belli bir değere inecektir.

Bir saniyelik süreyi dikkate alarak bir örnekle anlatalım; Diyelim ki 10 voltluk bir batarya kullanıyoruz ve çeyrek gazla uçuyoruz. Bu durumda ESC akımı saniyenin onda 2'sinde açacak, onda 8'sinde kapatacaktır. Motora ulaşan voltaj ortalaması da 2V olacaktır. Aslında devre açıkken motora 10V gelmektedir ancak arada devre kapandığından ve bu işlem çok hızlı olduğundan motor ne 10V hızına çıkmaya, ne de durmaya vakit bulabilir, ortalama değer olan 2V hızında döner.

  +--+      +--+      +--+                  +------+  +------+  +------+
  |  |      |  |      |  |      ÖRNEK       |      |  |      |  |      |
  |  |      |  |      |  |       PWM        |      |  |      |  |      |
--+  +------+  +------+  +--              --+      +--+      +--+      +--
      Çeyrek  Throttle                           Dörtde Üç Throttle

Modern yüksek frekanslı ESC'ler, bu akımı kesip verme işini saniyede binlerce defa yapar, bu sayede de son derece yumuşak bir motor devir kontrolü elde edilir. Elinizde bir ESC varsa üzerine bakın, muhtemelen biryerlerinde KHz cinsinden bir rakam göreceksiniz. İşte bu rakam, ESC'nin hangi frekansta, yani hangi hızla motora giden gücü kesip verebildiğini gösterir.ESC'ler motorun hızını ayarlamak için elektromanyetik atımlar yaparken, elbette radyo dalgaları da üretir. Her ne kadar ürettikleri radyo parazitlerini filtreleyecek şekilde donatılmış olsalar da, uçağın radyo alıcısını ESC'ye fazla yakın yerleştirmemenizi tavsiye ederim.

ESC'lerin Voltaj Değeri

ESC seçerken desteklediği voltaj aralığına dikkat etmek gerekir. Bu aralık "5.8V-16.8V" gibi voltaj olarak gösterilebildiği gibi, "2-5 cells LiPo" gibi lithium polymer batarya hücre sayısı ile de anlatılıyor olabilir. Ne yazık ki bazı Çin malı ESC'lerin üzerinde hiçbirşey yazmaz, bu nedenle mutlaka ESC ile birlikte gelen kağıtları incelemek gerekebiliyor.

ESC'lerin Akım Değeri

ESC'lerin üzerinde, tipine göre 15A, 25A, 60A gibi rakamlar görürsünüz. Bu rakam ESC'nin başedebileceği maksimum akım değeridir. Bu nedenle ESC seçerken, kullanılacak motorun çektiği maksimum anlık (burst) akım dikkate alınmalı ve bu değerin en az %10 üzeri akım değeri olan bir ESC seçilmelidir. ESC'nin desteklediği akımın motora göre çok yüksek olmasının bir zararı yoktur, ancak unutulmamalıdır ki ESC büyüdükçe, ağırlığı ve fiyatı da artar.

Kablolar

ESC'lerin bir tarafından, kırmızı uç bataryanın [+] kutbuna, siyah uç bataryanın [-] kutbuna bağlanacak şekilde iki kalın kablo ile radyo alıcısının throttle kanalına bağlanmak üzere bir servo kablosu çıkar. ESC'lerin diğer tarafından ise iki veya çoğunlukla üç kalın kablo çıkar. Bu kablolar farklı renklerde olabilir fakat çoğu ESC'de hepsi de aynı renktedir. Bu kablolar motordan çıkan kablolara bağlanır, hangisinin nereye bağlandığının önemi yoktur, şanslıysanız motor ilk denemede doğru yöne dönecektir. Motor doğru yöne dönmüyorsa motorun [+] ve [-] kutuplarına bağlı olan kablolar yer değiştirilir.

BEC - Battery Eliminator Circuit

Bazı ESC'lerin üzerinde bir de BEC devresi bulunur. BEC devresi bulunan ESC'lerde radyo alıcısının throttle kanalına bağlanan kablo, aynı zamanda alıcıya ve servolara güç verir. Yüksek amper değerli ESC'lerde çoğunlukla BEC bulunmaz. Eğer ESC'de BEC bulunmuyorsa alıcıyı ikinci bir batarya ile beslemek gerekir. İkinci bataryanın ağırlığı istenmiyorsa, ESC'ye paralel bağlı bir harici BEC devresi kullanılabilir.

Eski tipte BEC devreleri gelen voltajı lineer regülasyon kullanarak düşürüyor, yani fazla voltajı ısı enerjisine çeviriyordu. Yeni tip BEC'ler, tıpkı ESC'ler gibi switch mode regülasyon yaptıkları çok daha verimlidir ve yüksek akımlarla uğraşmadıklarından ısınmazlar. Bunlara UBEC (Ultimate Battery Eliminator Circuit) de denmekle beraber, aslında Ultimate BEC bir BEC üreticisinin kendi ürününe verdiği isimdir. Bu isim diğer üreticilerin hoşuna gitmiş olacak ki hemen hepsi BEC'lerini UBEC adıyla satmaya başlamıştır.

ESC'ler için geçerli olan voltaj değeri ve akım değeri, harici BEC'ler için de geçerlidir. Harici BEC'lerin üzerinde ayrıca çıkış voltajını 5V veya 6V olacak şekilde ayarlamaya yarayan anahtarlar da bulunabilmektedir.

Programlanabilir ESC'ler

ESC'lerin bazıları programlanabilir yapıdadır. Bu özellik sayesinde ESC'nin gaz açıldığında düşük tork ile başlama, voltaj düştüğünde ve/veya ESC fazla ısındığında motoru kesme, dinamik motor freni gibi özellikleri istediğiniz ayarlar ile yeniden programlanabilir. Eski tipte programlanabilir ESC'ler, ayrıca satın alınan bir programlama kartı ile programlanıyordu. Yeni tip ESC'lerde ise bilgisayara yüklenen küçük bir yazılım ile ESC'yi USB üzerinden programlamak mümkündür.

ESC'lerde Isınma Problemi

Özellikle yüksek akım değerine sahip ESC'ler, hele de motorun akım değerine yakın bir akım değeri taşıyorlarsa, ısınır ve bir problem yaşanmaması için en uygun biçimde soğutulmaları gerekir. Bana sorarsanız kirlenme problemi olmayan elektrikli uçaklarda mümkünse ESC'yi uçağın dışında ancak fazla drag yaratmayacak bir noktaya yerleştirmek iyi bir fikirdir.

"Yok, uçağımın tipi kaymasın" diyorsanız, bu durumda ESC'nin altını ve üstünü fazlaca doldurmadan, uçağın önünde hava alabileceği bir noktaya yerleştirin. Yüksek akım değerli ESC'lerde radyatör görevi görecek aluminyum bir ızgara bulunur fakat uçağın içinde altı-üstü dolu bir halde durduğu sürece bu ızgara bir işe yaramayacaktır. R/C kara araçları için fanlı, R/C tekneler için su soğutmalı ESC'ler olduğunu biliyorum ancak model uçaklar için böyle bir ESC'ye henüz rastlamadım. Bilen varsa lütfen bilgi versin, burada yayınlayalım.