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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Usando Motor sem escovas (BLDC) como Gerador de energia :

Sempre tive vontade de usar um motor CC como gerador de energia. E pesquisando na WEB, descobri essa ligação com diodos, transformando o Motor sem escovas BLDC em um mini gerador trifásico de energia CC. Muito interessante !

Acoplei o eixo da minha furadeira DREMEL ao eixo do Motor BLDC, usando um tubo flexível de silicone (usado na ponta do ferro de soldar).

A DREMEL consegue rotações de até 33000 rpm sem carga (esta escrito na etiqueta dela).

O controle de rotação dela tem uma escala de 2 em 2. 

Fiz vários testes alterando o controle de rotação da DREMEL, e medindo as tensões e correntes geradas. 

O resistor de carga foi de 180 ohms (10 W). Chegou a esquentar um pouco durante as altas rotações.

As medições não foram muito precisas, pois os valores eram instáveis. 

Quanto maior a rotação, mais energia era gerada. 

Sensor ótico é o sensor que estava sobre o Motor BLDC e gerava um pulso para cada rotação. 

RPM = frequência do Sensor Ótico x 60 

Potência = Tensão (V) x Corrente (A) 

Ripple = ondulação na tensão gerada depois da retificação da tensão trifásica. 

Essa quantidade de fios, é porque eu não desmontei o circuito que controla o motor - ESC x Arduino. 

(não usado nessa experiência) .

Mas deu para perceber, que uma pequena quantidade de energia pode ser gerada, apesar da necessidade de altas rotações !

Interessante teste, os bldc não foram feitos para isso mesmo ahahaha são bem inferiores aos motores de passo para simples geração de energia.

Antigamente quando tinha uma empresa de manutenção de computadores, condenei sem querer uma placa mãe e processador por um simples descuido: ao passar ar comprimido no computador, o mesmo girou muito rapidamente o cooler e esse gerou energia, não muita, mas o suficiente para queimar alguns componentes da placa mãe.

Rodrigo, você já fez testes de geração de energia com motor de passo ?

Eu nunca fiz, um dia farei e postarei no forum.

José, entre os motores, acredito serem os melhores para tal finalidade.

Legal a sua empreitada, eu comprei um Droner tambem, só que era tão ruinzinho que o vendi ( H8C ) MAS PERGUNTO A TI, esse ESC é um Dimmer? ou ele tem um Dimmer dentro com outros circuitos?

Eduardo, ESC não é um dimmer.

O ESC pode usar PWM para controlar a potencia no motor, mas não tem nada a ver com dimmer.

Hummm

Girando um motor de HD - Driver L6232  - Introdução 

Galera , depois de uma semana quebrando o côco, estudando bastante, fazendo testes e registrando tudo, finalmente consegui fazer um Arduino controlar um motor BLDC de um Hard Disk antigo !! Muito legal ! Tenho muito que aprender ainda, mas consegui fazer o motor girar !

Vejam esse vídeo. 

Descobri em minha sukata de equipamentos antigos, um Hard Disk todo desmontado, mas que ao ligar a fonte no conector, o motor girava por alguns momentos e depois parava. É claro, a controladora do HD tentava ler algum dado, mas como eu tinha retirado todo o sistema da cabeça, isso era impossível. O que me despertou muito interesse nessa placa do HD, foi que ela usa um Chip driver de Motor L6232 que é o antecessor do L6234, que eu também estou montando para testes. 

http://labdegaragem.com/forum/topics/tutorial-motor-sem-escova-bldc...

Com esse motor girando, eu resolvi fazer um estudo completo desse circuito. Pois tenho certeza que vai me ajudar em muito, quando eu fizer os testes com o L6234. Nos próximos posts, divulgarei mais detalhes da minha pesquisa. Muita informação interessante sobre o controle de um motor sem escova BLDC. 

Depois de fazer todas as medições com multimetro e osciloscópio ( registrei inúmeras telas) , fiz também uma varredura de todos os pinos de controle do L6232 com um analisador lógico.( tudo registrado) . 

De posse de todas essas informações, eu cortei a placa na parte onde continha somente o circuito de controle do motor. 

Separei o Microcontrolador que fazia todo o controle do L6232. Com a plaquinha verde separada (veja no vídeo), soldei vários fios de cobre para serem conectados ao Arduino. Montei um Sketch para fazer o motor girar e depois de várias tentivas, deu certo !! Muito Feliz ! 

Espero que gostem. Aos poucos divulgarei tudo. Qualquer dúvida, me questionem...

Girando um motor de HD - Driver L6232  - Informações sobre o L6232 

Ao começar o estudo do Driver L6232 , pesquisando com o gogle fiz umas descobertas bem interessantes. 

Existem várias patentes da IBM para o uso do L6232 como driver de motor BLDC para Hard Disks. 

E as patentes são de 1994, isto é há 22 anos atrás !! 

Spindle control method and apparatus for disk drive

https://www.google.ch/patents/US5289097

Start-up procedure for a brushless, sensorless motor

http://www.google.st/patents/US5397972

Um grande mistério para mim, ainda é o processo usado para iniciar o giro do motor. É um procedimento desconhecido para mim. Acho que lendo essa patente acima, talvez dê para se ter uma idéia. 

Na minha montagem, algumas vezes o motor não parte. 

Como o chip L6232 é antigo e obsoleto, anexei o datasheet dele. 

Essa é a pinagem do chip : 

Esse é o diagrama interno do Chip. Não entrarei em muitos detalhes, mas se alguém se interessar podem me perguntar.

O driver L6234 ( atual ) tem muitos detalhes similares do L6232. Por exemplo todos os dois possuem três meias pontes H , pois é claro, normalmente os motores BLDC sem escovas tem três fases . Cada meia ponte H tem dois pinos de controle. O resistor conectado nos pinos Sense 1 e Sense 2 é usado para medição da corrente no motor. Os outros pinos são de alimentação e para freio do motor (Break). 

Esse é um circuito básico para o uso do L6232 para controlar um motor BLDC :

Anexos

Girando um motor de HD - Driver L6232  - algumas imagens 

Esse é o mecanismo do HD com o motor na parte debaixo do disco. O  Motor é JVC P/N 59-004005-010.

Ele tem quatro fios e três fases. Um fio para cada fase e o quarto fio unindo todas as fases (Ligação Estrela). 

( Os motores BLDC atuais usam somente très fios ) 

Eu medi com o ohmímetro, a resistência de cada fase = 3,3 ohms. 

Esse sensor ótico sobre o disco, eu montei para medir o RPM do motor. Essa faixa preta é um pedaço de fita isolante. 

RPM = 60 x frequência 

Sabendo-se o período de tempo gasto para uma volta, calcula-se a frequência   =>   F = 1 / T  

Esse é a parte da placa controladora do HD responsável pelo controle do motor ( veja o driver L6232). 

Após o estudo completo, eu cortei-a com a ferramenta Dremel ( disco de corte) .

Vejam a data de fabricação da placa = 1993 !

Soldei esses fios nos principais pinos do chip L6232. Assim ficou mais fácil para eu medir com o osciloscópio e com o analisador lógico . Como o chip é SMD, para evitar o risco de dar um curto nos pinos. 

Esse é o pedaço  da placa de circuito do Hard Disk já cortado e com as conexões soldadas com fio fino de cobre. Com essas conexões, consegui o controle total do Driver L6232 e aproveitei a montagem pronta. ( a parte analógica do circuito) . 

Girando um motor de HD - Driver L6232  - Formas de Ondas

Consta no Datasheet do L6232:  Cada meia ponte H é formada por FETs DMOS . E dois pinos compatíveis com TTL e CMOS são usados para acionar esses FETs . Existem três meias pontes H ( A, B e C) . 

INL - porta lógica de entrada que aciona o FET DMOS na parte baixa ( LOWER) - Ativo nível alto (High) 

INU - porta lógica de entrada que aciona o FET DMOS na parte superior ( UPPER) - Ativo nível baixo  (Low) 

Como no Datasheet, não tinha a carta de tempo dos pinos de entrada ( INL e INU) e nem dos pinos de saída (OUT) conectados no motor, tive que medir com o scope e depois com o analisador lógico a placa em funcionamento. Sem essas informações, provavelmente eu não conseguiria fazer o motor girar. 

Essas formas de onda são CH1 = INL A e CH2 = OUT A 

Veja que no canal 1, o nível é TTL (5V) e no canal 2 a tensão é analógica 12V

Essas formas de onda são CH1 = INU A e CH2 = OUT A 

Veja que no canal 1, o nível é TTL (5V) e no canal 2 a tensão é analógica 12V

As formas de ondas das fases B e C são similares, mas defasadas entre si. Na carta do analisador lógico, isso ficará bem visível . 

Esse forma de onda é sobre o Resistor SENSE que é usado para medir corrente no motor :

Como o resistor era de 0,9 ohms, podemos deduzir que a corrente 

era de aproximadamente 1 A .    V = R x I      I = V / R    I = 1,09 / 0,9 = 1,2 A 

Essa forma de onda é muito importante ! Cada rotação corresponde á quatro ciclos elétricos

Essas formas de onda são CH1 = Sensor òtico de RPM e CH2 = INL B  

Achei esse desenho muito interessante que explica o que são ciclos elétricos, incrementos na Fase e graus mecânicos. Retirado do Datasheet de outro driver L6238. Muito legal !  Dúvidas ? Perguntem...

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