Tutorial : ARDUINO + ESC + Motor sem escova (Brushless) => DRONE

Depois que comprei um Drone Phantom 2, estou estudando as partes do mesmo. 

http://labdegaragem.com/forum/topics/dji-phantom-2-quadricoptero

O ESC ou controlador eletrônico de velocidade é o circuito que controla o motor sem escovas (BLDC) que é usado em Drones ou aeronaves de aeromodelismo. 

Fiz algumas medições com osciloscópio no ESC do Phantom 2, mas por ser uma aeronave cara, fiquei com receio de danificar algo. E se algum motor falhar em pleno vôo, pode ser o fim do Drone. 

Portanto comprei algumas peças (que poderão servir também de backup) : um conjunto  de 4 motores BLDC, um ESC do Phantom 2 e um ESC comum. 

Nessa plataforma da foto que estou montando, pretendo fazer testes dos ESCs e dos motores. Pretendo medir o RPM, corrente de consumo, temperatura e quem sabe até empuxo da turbina. 

Tá ficando muito legal ! Aos poucos, irei disponibilzar  os avanços no projeto. Pretendo estudar a fundo o funcionamento dos ESCs com esses motores. 

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Esse é conjunto de motores, compatíveis com os motores da DJI Phantom 2 . 

A marca é MultiStar 2212-920. Dois motores giram no sentido do relógio e os outros dois no sentido contrário. 

A diferença esta na cor das porcas.

Essas são as especificações dos motores originais da DJI :

DJI 2212 / 920kv :

Carga recomendada (decolagem) = 300g / eixo

Impulso máximo = 600g / eixo 

Temperatura de trabalho = -5 °C ~ 40 °C

Bateria recomendada = 3S LiPo

Tamanho do estator = 22×12 mm

KV = 920 rpm/V

Peso = 50g

Diametro do Rotor = 24×11 cm

Passo da Rosca = 9.4×4.3 polegadas

Fonte = http://www.dji.com/product/tuned-propulsion-system

Em termos simples, o KV é um número que relaciona quantos RPM um determinado motor (sem carga sobre ele) girará com base na tensão aplicada.

Fonte : http://www.theampeer.org/everything-e-power.pdf

No caso do Phantom 2, o KV do motor é de  920 rpm/V. A tensão no motor (medida por  mim) quando a bateria esta carregada é de aproximadamente 12 Volts. Isto é, a rotação máxima que esse motor poderá ter sem carga é de 920 x 12 = 11040 RPM !

 

Se precisar de ajuda, tenho experiencia com aeromodelismo, não com drones, mas com aviões e helicopteros.

Obrigado !

Esse é um dos ESCs que comprei - BeastDNA 30A - modelo RC01485 .

Um dos mais baratos que encontrei em BH.

http://www.dealmetic.com/product.asp?ID=RC01485

Caracteristicas do ESC :

Tamanho : 51 x 25 x 8.5mm


Corrente Constante : 30A (será que é verdade?) 


Maxima  Corrente: 40A/12s

BEC * saída: 3A ( Battery eliminator circuit) 

Resitência Interna : 0.0021 miliohms

* BEC são reguladores de 5V que podem alimentar  outros circuitos a partir da fonte de 12V da bateria.

Baixa resistência

alta taxa de PWM

Dezesseis células Max

início com baixo torque

arranque suave e rampa até max

freio programável pelo usuário 

Corte do motor Auto com reset

Faixa do acelerador auto-ajustável

Auto desligar quando o sinal é perdido

Ajuste automático de baixa tensão com base na bateria

Programa de energia armar Seguro garante que motor não funciona acidentalmente após ligar

Retirei a capa de plástico que protege o circuito e prende o dissipador dos FETs (na parte debaixo). 

Vejam quem esta aí ! ATMEGA 8 com clock de 16 MHz. 

Reguladores 78M05 para a saida do BEC e para alimentar o ATMEGA8. 

Na parte debaixo tem os FETS drives das fases do motor sem escova (BLDC). 

Usam os FETS  IRF7811A e FDS6675. 

http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irf7811a.pdf

https://www.fairchildsemi.com/datasheets/FD/FDS6675.pdf

O Diagrama do circuito deve ser similar a esse :

Mais referências boas sobre ESCs :

https://github.com/sim-/tgy/issues/25

http://dronespersonalizados.blogspot.com.br/2013/11/esc.html

https://github.com/sim-/tgy/wiki/Identifying-ESC-pin-configuration

Opa achei esse diagrama, que acho que deve ser mais parecido com o BeastDNA 30 A:

Se os FETs estiverem mesmo em paralelo, aí sim eu acredito que eles aguentam 30A, pois cada um dos FETs suportam a corrente de 10A. 

Prezado, José Gustavo.

Quero agradecer pelo post e por disponibilizado os diagramas esquemáticos. Quando comecei a estudar o motor de passo que é um BLDC com sensores Hall e depois passei a estudar o Brushless de aeromodelos percebi logo que havia algo "errado". Vasculhei na internet e o único lugar que jogou luz pra sanar essa dúvida foi teu blog. Sou imensamente grato! Nos últimos dias aprendi muita coisa.

Só gostaria de destacar uma coisa que pode acabar confundindo os passageiros de primeira viagem: a teoria/gifs/animações quando se tenta explicar o motor BLDC sensorless para aeromodelo é na verdade para os motores BLDC com sensor, isso pode causar uma baita dor de cabeça. Para desfazer o mau entendido é preciso tomar como referência que o BLDC sensorless para aeromodelo é um motor OUTRUNNER, quando feito isso cai por terra interpretações e evita-se misturar informações.

Para concluir gostaria de destacar outros uC utilizado com regular frequência em ESC 's de aeromodelos gafanhotos.

1) O microcontrolado PIC 12F629 junto com MOSFET TO 252 (10 amperes) ou MOSFET SOT 223 (5 amperes). Nesse caso é necessário outro chip para o receiver e é preciso construir também uma ponte trifásica externa para ser brushless.

2) O chip CYRF6910-340LFXC com uC da Silabs F300 (uC + RF)  (e um FET 1038 para motor escovado). Nesse caso é preciso construir também uma ponte trifásica externa para ser brushless.

3) E em destaque a família de uC da Silabs, o SIL F330 ou SIL F33x (330 a 335). Ainda é necessário o receiver e a ponte trifásica com força contra eletromotriz (Back EMF ou BEMF).

3.1) O material mais completo da Silabs se refere ao ESC AN208 para motor BLDC sensorless com uC SIL F310). Eles não disponibilizam nada fora do site deles, porém eles fornecem o código em C, documentação sobre BEMF e até design da PCB pronta, são 3 pdf. Segue anexo do ESC sensorless deles.

Abraços.

Anexos

Boa noite Hyan, 

1) Eu não afirmaria isso : 

"Quando comecei a estudar o motor de passo que é um BLDC com sensores Hall " 

- O motor BLDC tem muitas diferenças de um motor de passo

- Nem todo motor BLDC usa sensores Hall. Os motores atuais não usam esses sensores. 

2) "  a teoria/gifs/animações quando se tenta explicar o motor BLDC sensorless para aeromodelo é na verdade para os motores BLDC com sensor, isso pode causar uma baita dor de cabeça." 

Acho que eu fui bem claro no Tutorial, ao afirmar que existem motores BLDC com sensores Hall (motores antigos). Os motores atuais não usam sensores Hall. O princípio de funcionamento é idêntico, só muda o método de sensoriamento. 

Obrigado pelas informações sobre outro chips que podem controlar um motor BLDC. 

Também conseguimos ligar um motor de HD de 3 fios em um ESC.

Utilizo um ESC de 30A e um motor com uma lixa colada em um dos discos, útil para afiar ferramentas leves.

Sim ! O motor de HD é um motor sem escova. Eu até acho que a tecnologia dos motores de aviãozinhos foi possível devido ao avanço da tecnologia dos motores de HD. 

Já viu esse avião com motor de HD ?

https://www.youtube.com/watch?v=jzFQ54MTPsg 

Só que o motor era muito pequeno para o avião. Segundo o cara que montou, o motor pifou...

Caro amigo José Gustavo,

Estava lendo sua postagem e achei muito boa e completa, e estava olhando para este diagrama que não é muito complexo e queria te perguntar se tem como conseguir o programa deste ESC? Ou seja se eu montar este diagrama seja físico ou virtual eu gostaria de ter o programa para testar. Estou perguntando isso porque já estive pesquisando sobre os ESC´s e estava pensando em montar um diagrama como esse, e fazer assim um ESC de teste, como se eu usar um Motor de 50A eu troco os FET´s para correspondentes, se for um motor de 20A faço similar, e assim por diante.

Caro John , também tenho vontade de montar um ESC. 

Será um desafio grande. Os ESCs atualmente são bem complexos.

Com vários recursos tecnológicos. 

Estou acompanhando um forum sobre isso = como montar um ESC.

Veja se interessa >

BLDC controller ( alto nível de informação !) 

http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=200567

Veja a complexidade do programa (firmware) do ESC:

Esse ESC controla um motor de CDrom e foi feito em Assembler...

http://www.rcgroups.com/forums/showpost.php?p=2565567&postcount...

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