В статье рассмотрим, что такое микроконтроллер, и почему без него бесколлекторный двигатель не может корректно работать. Расскажем, за что отвечает драйвер в схеме с БД, какими возможностями он обладает. Для умельцев приведем вариант самодельного драйвера. 
Растущий интерес к робототехнике, моделированию вывел бесколлекторные двигатели на новый уровень популярности. Они широко применяются в различных сферах производства, бытовой технике, медицине и моделировании. Однако запуск и управление крутящим моментом невозможно без дополнительного оборудования. Поэтому необходимо предварительно изучить возможные варианты пуска и особенности двигателя. В этом поможет данная статья.
Разновидности бесколлекторных двигателей
Особенность данного типа моторов в том, что они подключаются тремя проводами, для каждого из которых есть свой контакт. В итоге это – единственная разновидность двигателей постоянного тока, подключаемая аналогично трехфазному агрегату. При этом различают несколько видов такой конструкции в зависимости от исполнения. Расположение ротора разделяет БД на внутренние и внешние. В первом случае магниты располагаются внутри статорной части. При включении в работу сердцевина начинает движение, тогда как внешняя часть двигателя остается неподвижной. Эта схема – наиболее распространенный вид мотора постоянного тока. Если использован второй тип сборки, подвижной становится внешняя часть, тогда как внутренняя статична. Такие модели активно применяются при сборке велосипедов и других средств передвижения.
Почему необходим контроллер скорости (ESC)
Для нормального функционирования бесколлекторного двигателя необходим специальный преобразователь, который превращает постоянный ток от батареи питания в определенную последовательность импульсов. Сокращенно его называют ESC (electronic speed controller). Именно он отвечает за то, чтобы двигатель вращался в нужном направлении. Принцип работы данного устройства заключается в считывании обратной ЭДС с каждого отдельного провода. Также он запитывает катушку, когда ее пересекает магнит. В качестве источника информации могут использоваться датчики Холла, помогающие отследить положение якорной части. Приспособление имеет множество схем и возможных вариаций. Однако есть список основных функций, имеющихся практически в каждой модели:
- Регулировка скорости на основании широтно-импульсной модуляции. Данный способ напоминает управление сервомотором. Поступающий в контроллер сигнал ШИМ имеет период 20мс, скорость вращения мотора в таком варианте будет зависеть от заполнения этого сигнала.
- Исключающая батарею цепь. Подобный способ исполнении микроконтроллерной схемы не требует отдельного источника питания. Она способна самостоятельно выделить себе регулируемое напряжение, обеспечивающее корректную работу элементов. Для управления питанием может использоваться несколько вариантов схемы, наиболее распространен линейный.
- Встроенная программа. В комплекте любого микроконтроллера на внутренней памяти устройства записана программа от производителя, определяющая его функционал и логику срабатывания. Впоследствии данное ПО можно заменить самостоятельно.
Контроллер – устройство, полностью управляющее работой бесколлекторного двигателя. Поэтому он необходим в каждом приборе и технике, включающей подобные моторы. Процесс управления может выглядеть просто, однако он требует учета множества факторов. Отслеживание положения якоря – лишь один из них. Также необходимо регулировать частоту вращения, контролируя ток в катушках. Кроме того нужно подобрать оптимальные условия набора оборотов и торможения. Если добавить к этому контролирующий блок, который дает возможность управлять контроллером, в итоге получаем достаточно сложное многофункциональное устройство.
Микроконтроллер на Ардуино
Для сборки и программирования контроллеров бесколлекторных двигателей часто используется эта простая в освоении и использовании плата. Ее возможности позволяют создать собственную программу включения и частоты вращения мотора. Это открывает огромные просторы для любительской робототехники, сборки моделей, планеров, дронов. Процессор Arduino позволяет загрузить любой нужный алгоритм, написанный на популярном языке C++. Добавив несколько микросхем (например, интегральные CD4070 и CD4027) и таймер NE555 на эту базу, можно своими руками собрать рабочий микроконтроллер для маломощного двигателя в бесколлекторном исполнении. Он позволит управлять порядком формирования управляющего импульса, который будет передаваться на обмотки электродвигателя. Потоком тактовых импульсов будет управлять сам NE555, от которого они будут поступать на микросхемы, формирующие правильный порядок для запуска двигателя. При этом можно самостоятельно контролировать частоту вращения ротора. С этой целью таймер оснащен переменным резистором, ручка которого выведена из корпуса. Используя в данной схеме микросхему с возможность обратного вращения, получаем больше функций при сохранении мощности. Питание Ардуино будет получать от общего источника питания, что исключает необходимость включения дополнительной батареи. Чтобы понизить нагрузку на микросхемные выходы, можно использовать транзисторы. Те, в свою очередь, нелишним будет защитить от самоиндукционных всплесков. С этой функцией справятся диоды. В итоге получаем вполне рабочий микроконтроллер с управлением частоты вращения мотора.
Выбор оптимальной модели в интернете
Если самостоятельная сборка микроконтроллера не подходит или необходимо приобрести контролирующие элементы сразу для нескольких агрегатов, можно обратиться к услугам интернет-магазинов. в таком случае необходимо учитывать определенные параметры драйверов ШИМ каналов:
- Максимальная сила тока. В сопровождающих документах указывается параметр, характерный для штатного режима работы. Иногда определить его можно уже по названию модели драйвера. Производители включают в него силу тока (например – Astra-18). В редких исключениях может быть указано значение для пиковых моментов, в которых устройство способно проработать всего пару секунд.
- Величина штатного напряжения для продолжительного периода непрерывной эксплуатации.
- Сопротивление внутренних элементов и проводов драйвера.
- Максимальное число оборотов. Данный параметр указывается в rpm. Это – наивысший порог, переступить который контроллер не позволит. Его установка выполняется на стадии программирования. Важно помнить, что параметр указывается для двухполюсных приводов. При наличии большего количества полюсов, необходимо разделить заявленный для контроллера уровень на количество пар.
- Частота импульсов. Основная масса современных микроконтроллеров поддерживают диапазон в 7-8 кГц. Если необходимо повысить частотность, придется покупать более дорогие модели. Они предоставляют возможность переписывания программы. Вследствие такой операции можно повысить показатель частоты до 16 или даже 32 кГц.
При выборе особое внимание стоит уделить первым 3 пунктам, поскольку от них зависит мощность двигателя, с которой он будет работать после подключения конкретного драйвера. https://youtu.be/8xGrPpXyc5w
