La salida de par de un motor eléctrico es directamente proporcional a la corriente del motor (¡no a la tensión!), y la corriente (I) es aproximadamente igual a
$$ I = \ dfrac {V- \ varepsilon} {R} $$
Donde V es la tensión de alimentación del motor, R es la resistencia del devanado y ε es la fuerza electromotriz (back EMF).
KV y back EMF
El EMF posterior es el voltaje que estaría presente en los terminales del motor a medida que el motor gira sin que se le conecte nada. Esta tensión es producida por el motor que actúa como un alternador, por así decirlo, 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 el EMF de retorno (KV ≈ RPM / ε). Limita la velocidad máxima del motor a cualquier voltaje dado de la batería, porque a una velocidad dependiente de KV, el EMF posterior "anulará" el voltaje de la batería. Esto evita que fluya más corriente al motor y, por lo tanto, reduce el par a cero.
Cuando enciende el 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 la tensión total de la batería al motor a bajas velocidades, el motor y / o el ESC simplemente se fundirían.
Tensión, frecuencia, aceleración y velocidad
En los esquemas de control de motor sin escobillas de bucle cerrado, la velocidad del motor (de la que depende la frecuencia de salida) no se controla directamente. En cambio, 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 del variador. La fase de la parte posterior EMF indica a los ESC sin sensor directamente el ángulo actual del rotor, mientras que los ESC con sensor utilizan 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:
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Configurar el voltaje demasiado bajo permitiría que fluya muy poca corriente, limitando el par. Si el par disminuye pero la carga permanece constante, el motor debe disminuir la velocidad, lo que lleva a una pérdida inmediata de sincronización.
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Demasiada tensión causaría un flujo excesivo de corriente, desperdiciando energía y calentando el motor y el ESC innecesariamente.
Por lo tanto, el punto de eficiencia óptima es inestable con el control de "frecuencia primero". Un circuito de control podría mantenerlo cerca, pero si el ESC no puede reaccionar lo suficientemente rápido para una carga, se producirá una pérdida de sincronización. Esto no es cierto para el control de "voltaje primero", donde un transitorio de carga solo causará una reducción momentánea de la velocidad sin efectos negativos.
Los
ESC utilizados en los helicópteros RC de lanzamiento 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, en su lugar implementan un controlador PID que establece el voltaje en respuesta a la diferencia entre la frecuencia deseada y la real.
ESC "timing"
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 de ESC conduce a la posición del rotor detectado, por ejemplo. 25 grados, mientras que con un tiempo bajo este cambio de fase se mantiene mucho más cerca de cero. Un ajuste alto de tiempo produce más potencia de manera menos eficiente.
Torque
Los RC ESC normales no pueden realizar un control de par constante o una limitación de par, ya que carecen de circuitos de detección de corriente como medida de ahorro de costo y peso. La salida de par no se controla de ninguna manera; el motor simplemente produce tanto torque (y consume proporcionalmente tanta corriente) como la carga requiere a una velocidad dada. Con el fin de evitar que los golpes rápidos del acelerador sobrecarguen el ESC, la batería y / o el motor (ya que la superación de la inercia produce un par potencialmente ilimitado), los ESC generalmente tienen límites a la aceleración y al voltaje en una frecuencia determinada.
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 causa una corriente negativa y frena el motor. La electricidad así producida se disipa en las bobinas del motor o se devuelve a la fuente de alimentación / batería, según el modo de caída PWM utilizado.
