Visto il prolificarsi di zanzare, ho scovato una bella guida per gli aspiranti allevatori di insetti ronzanti, spero vi sia utile
Fonte: Scaler & Crawlers.it (tHeo)
L'ELETTRONICA DELLE AUTO RADIOCOMANDATE ELETTRICHEL'elettronica di bordo delle auto R/C, sia essa stock (cioè quella fornita di serie nei modelli RTR, quindi già pronti a correre) o modificata, consiste sempre in:
Un motore elettrico, a spazzole (brushed) o senza spazzole (brushless)
Un regolatore elettronico (ESC = Electronic Speed Controller)
Un BEC (Battery Elimination circuit)
Una ricevente radio
Un servo
Un pacco batterie
A seconda delle configurazioni, possono essere presenti altri componenti, oppure ricevente e regolatore possono essere uniti in un solo componente che svolge entrambe le funzioni (ad esempio l'elettronica della Kyosho TF-5 RTR); solitamente inoltre il BEC è integrato al regolatore, ma in alcuni casi può essere esterno o integrato nella ricevente (l'esempio più comune è l'elettronica di serie dei modelli RTR della Tamiya).
Andiamo ad analizzare i vari componenti uno per uno!
Il motore elettricoSulle auto in scala 1:10 sono generalmente montati dei motori classe 540, con diametro dell'asse di 3,17mm su cui è montato il pignone.
Ogni motore è contraddistinto da un numero di spire, cioè di avvolgimenti del filo elettrico interno.
In generale, un minore numero di spire rende il motore più potente e in grado di raggiungere regimi di rotazione più elevati, ma sposta la coppia a un numero di giri più alto e peggiora l'efficienza del motore; questo significa che il motore risulterà meno "pronto" quando la R/C sta procedendo lentamente, consumerà più batteria e tenderà a scaldare di più. Infine, un motore con basso numero di spire assorbe più corrente, quindi necessita di un regolatore adatto a gestirlo.
Il motore a spazzole (brushed)Il motore brushed è il classico motore elettrico e generalmente si trova come primo equipaggiamento sui modelli RTR.
Senza scendere nei dettagli di funzionamento, è formato da un rotore interno, su cui sono realizzati degli avvolgimenti di filo elettrico, che ruota tra due magneti di polarità opposta; quando è percorso da corrente elettrica, l'avvolgimento genera un campo magnetico che interagisce con i magneti e genera il movimento rotatorio.
Per mantenere questo movimento, è necessario invertire il senso della corrente all'interno del filo mentre il rotore gira, altrimenti esso tenderebbe ad allinearsi col campo magnetico delle calamite e rimanere fermo in quella posizione; per questo motivo il motore brushed è dotato di spazzole (da qui il nome) fisse che scorrendo su un contatto (indotto) presente sul rotore, alimentano un avvolgimento alla volta, consentendo al motore di ruotare.
I motori brushed hanno due poli (positivo e negativo) che sono collegati al regolatore; sarà quest'ultimo a gestire l'erogazione di corrente al motore in un senso o nell'altro, per accelerare, frenare e invertire il senso di marcia.
I principali vantaggi dei motori a spazzole sono la loro economicità (i modelli "base" si trovano a pochi euro), la semplicità dei regolatori che li devono pilotare e la prontezza di risposta ai comandi a bassi giri e in partenza da fermo.
Per contro, la loro efficienza è limitata dalle spazzole stesse, che sfregando ad alti giri contro l'indotto generano scintille, che a loro volta formano calore sprecando parte dell'energia.
Il motore senza spazzole (brushless)I motori senza spazzole invertono quello che è il principio dei motori brushed: in questo caso i magneti sono sul rotore, mentre gli avvolgimenti sono realizzati all'esterno e sono fissi.
Alimentando in sequenza i tre avvolgimenti presenti all'interno del motore, questi creano un campo magnetico che farà ruotare le calamite del rotore (e quindi il rotore stesso) generando il movimento.
In questo caso, i poli sono tre anziché due, e vanno alimentati a coppie per dare corrente agli avvolgimenti del motore; sarà compito del regolatore sincronizzare la tensione/corrente con la posizione del rotore per assicurare il funzionamento corretto.
Non avendo le spazzole, i motori brushless sprecano meno potenza rispetto ai brushed, quindi a parità di batterie e spiraggio erogano una potenza maggiore a tutti i regimi. Inoltre, il fatto che l'accensione degli avvolgimenti sia gestita dal regolatore e non da un dispositivo meccanico (spazzole), fa sì che il funzionamento di questi motori sia controllabile sotto diversi parametri, consentendo di ottimizzarne il funzionamento in base al tipo di utilizzo.
Per contro, proprio per lo stesso motivo, i regolatori brushless devono essere molto più complessi di quelli per motori a spazzole, in quanto oltre a regolare la tensione erogata al motore, devono anche sapere quali poli attivare in base alla posizione del rotore, e ad alti regimi questo compito è molto impegnativo!
Il regolatore elettronicoIl regolatore (detto anche ESC, dall'inglese Electronic Speed Controller) è il componente che regola la potenza erogata dal motore della R/C, variando la tensione applicata ai suoi poli: in base a questa tensione il motore assorbirà una determinata quantità di corrente e da questa ricaverà l'energia per muovere la R/C.
Ogni regolatore ha un limite strutturale oltre il quale la corrente che scorre al suo interno lo fa surriscaldare e quindi bruciare. Per comodità, questo limite è espresso in termini di spire del motore; il limite è inferiore, quindi un regolatore da 10 spire reggerà un motore da 27 spire (maggiore o uguale di 10), ma un regolatore da 27 spire non reggerà un motore da 10 spire (inferiore a 27).
Il regolatore per motori a spazzole
Il regolatore per motori a spazzole generalmente possiede 4 cavi di grossa sezione: una coppia di questi va collegata al pacco batterie che alimenta la R/C, mentre l'altra è connessa ai due poli del motore elettrico.
Un terzo cavetto a 3 fili (nero-rosso-bianco) va collegato alla ricevente e porta alimentazione al resto dell'elettronica (vedremo come nella sezione dedicata al BEC) e il segnale proveniente dalla radio, così che il regolatore possa sapere come comportarsi.
Il regolatore per motori brushlessI regolatori per motori brushless sono più complessi (e quindi generalmente più costosi) di quelli per motori a spazzole.
Al loro interno infatti è presente un'elettronica avanzata in grado di controllare istante per istante la posizione del rotore e inviare al motore la tensione corretta per azionarlo, attivando la giusta coppia di poli dei tre disponibili.
Esistono due tipi di sistemi brushless:
sistemi sensored (con sensori): in questi sistemi, oltre ai tre poli del motore, è presente un cavetto che trasmette al regolatore il segnale proveniente da tre sensori magnetici inseriti nel motore stesso, vicino al rotore. Ruotando, i magneti attivano in sequenza i tre sensori, informando il regolatore che può alimentare l'avvolgimento giusto;
sistemi sensorless (senza sensori): qui non sono previsti sensori; quando un magnete ruota all'interno di un avvolgimento elettrico genera una corrente nel filo e una tensione ai suoi capi: sfruttando questo effetto, i regolatori sensorless interrompono per un istante l'alimentazione al motore e analizzano le tensioni su ogni coppia di poli, "indovinando" in questo modo la posizione del rotore.
Un regolatore sensored può funzionare solo con motori dotati di sensori, mentre un ESC sensorless può pilotare senza problemi un motore con sensori (ovviamente il cavetto è inutile e rimane inutilizzato).
I sistemi con sensori sono molto più precisi di quelli senza, per questo in generale i sensored hanno una risposta ai comandi e una erogazione della potenza molto più pronta e lineare: questo si nota soprattutto a bassi giri, dove la velocità ridotta del rotore genera tensioni molto basse e quindi più difficilmente analizzabili dai sistemi senza sensori. In questi ultimi, in partenza può manifestarsi il cosiddetto cogging, con il motore che esita a partire e si muove a scatti, proprio perché il regolatore alimenta gli avvolgimenti sbagliati.
Un anticipo troppo alto (nei regolatori che prevedono la possibilità di regolarlo) può peggiorare il fenomeno del cogging.
Il BECL'elettronica delle R/C fu sviluppata inizialmente per le auto a scoppio; in questi modelli la ricevente comandava due servi, uno per lo sterzo e l'altro dedicato all'azionamento di gas e freno.
Per alimentare il tutto, era previsto un pacco di 4 stilo (alcaline o ricaricabili) che fornivano circa 6Volt alla ricevente, che poi li inviava a sua volta ai servi insieme al segnale necessario per pilotarli; questo pacco di pile era inserito nella presa BATT presente su tutte le riceventi per modellismo:
Nei modelli elettrici, dato che ricevente e servi, a meno di casi particolari, consumano decisamente meno energia del motore principale, è inutile avere due pacchi batterie (uno per alimentare il motore e le 4 stilo per l'elettronica): si utilizza un BEC (Battery Elimination Circuit) che come dice il nome elimina la necessità delle 4 stilo.
In poche parole è un circuito che preleva la tensione dalla batteria (quindi 7,2V nel caso delle batterie classiche) e la abbassa a 5 o 6V prima di inviarla alla ricevente.
La maggior parte dei regolatori ha al suo interno un BEC, e attraverso i cavo rosso e nero dello spinotto, fornisce l'alimentazione alla ricevente (e quindi al servo).
In casi particolari, come ad esempio in offroad dove si utilizzano servi con un consumo di corrente molto alto perché molto potenti, invece di utilizzare il BEC interno al regolatore elettronico se ne utilizza uno esterno che generalmente è in grado di gestire una potenza maggiore.
Un altro caso in cui si preferisce installare un BEC esterno si ha quando vengono utilizzate batterie (soprattutto LiPo) con molte celle (4 o 6): in questo caso il problema non è la corrente ma la tensione che il regolatore deve "togliere" all'alimentazione per poter ottenere i 6Volt da inviare alla ricevente.
Il BEC nell'elettronica originale Tamiya
L'elettronica di serie dei modelli RTR Tamiya, ad esempio i classici TT-01, è leggermente diversa da quelle analizzate finora, e questo va preso in attenta considerazione quando si acquistano componenti elettronici in sostituzione di quelli presenti.
Abbiamo detto che nei regolatori elettronici è presente un BEC che abbassa la tensione dai Volt della batteria a 5 o 6Volt.
Se si analizza attentamente il regolatore Tamiya (lo troviamo nella foto in alto, nella sezione Regolatori brushed) si nota che è presente, oltre al connettore a 3 fili che va collegato alla ricevente, anche un altro connettore rosso a due fili.
Questa cavetto serve a portare la tensione della batteria alla ricevente, che la abbasserà e la rimanderà indietro al regolatore attraverso l'altro cavo (quello a 3 fili): in questo caso quindi il circuito BEC è all'interno della ricevente!!
Questo cosa comporta? Innanzitutto, il regolatore Tamiya non ha un BEC al suo interno, quindi collegando solo il cavo a 3 fili alla ricevente, la R/C non si accenderà!
Inoltre, e questo è molto importante, se si desidera sostituire la ricevente con una diversa, occorre controllare se questa abbia un BEC al suo interno, perché in caso contrario collegando il connettore rosso, staremo alimentando al voltaggio della batteria un componente studiato per lavorare a 5 o 6 Volt, col rischio di bruciarlo in poco tempo!
La soluzione in questo caso è sostituire anche il regolatore elettronico con un modello dotato di BEC interno...magari approfittando dell'occasione per passare a un sistema brushless!!
La riceventeLa ricevente è il componente del sistema elettronico della R/C che si occupa di ricevere i comandi del guidatore, e inviarli al regolatore elettronico e al servo dello sterzo.
Le riceventi "standard"
Una ricevente standard è contraddistinta da un tipo di modulazione (AM o FM) e da una frequenza di funzionamento; mentre la prima non è modificabile, la frequenza può essere variata sostituendo il quarzo della ricevente, cioè un piccolo componente che determina la banda su cui la ricevente si metterà in "ascolto" per ricevere comandi.
Ogni ricevente è costruita per lavorare in un determinato intervallo di frequenze (solitamente attorno ai 27, 40 o 75MHz); i quarzi consentono di variare leggermente la frequenza di lavoro all'interno di questi intervalli, creando in questo modo dei "canali" e consentendo a più modelli di poter essere controllati contemporaneamente.
Ad esempio una ricevente in 27MHz potrà montare quarzi da 26,995MHz, 27,005MHz e simili, ma non quarzi da 40 o 75MHz, e viceversa.
Per poter funzionare, anche il radiocomando dovrà lavorare con lo stesso tipo di modulazione (AM o FM) e avere inserito un quarzo della stessa frequenza di quello presente sulla ricevente.
Inoltre, per ovvi motivi, due modelli che girano insieme dovranno perlomeno essere su due "canali" diversi, pena il rischio di rovinarli poiché i due radiocomandi controllerebbero contemporaneamente le due riceventi con i segnali che si sommano.
Le riceventi in 2,4GHz
Queste nuove riceventi, comunemente indicate con il nome di spectrum (da spread spectrum, il nome di questa tecnologia), sfruttano un intervallo di frequenza completamente diverso, e si sintonizzano sulla banda dei 2,4GHz (equivalgono a 2400MHz!!!).
Il vantaggio principale di questi nuovi sistemi è che il segnale dei comandi è codificato in modo digitale, e quindi non è soggetto a nessun tipo di interferenza; inoltre, queste riceventi non hanno i quarzi, ma una volta configurate in modo da "ascoltare" solo un determinato radiocomando, all'accensione cercano automaticamente un canale libero da utilizzare.
Questo elimina il problema di controllare ogni volta che qualcuno stia usando la stessa frequenza, poiché la ricevente evita da sola possibili sovrapposizioni di frequenze..comodo no?
Inoltre il raggio d'azione dei sistemi spectrum è molto ampio, alcuni sistemi per aerei e elicotteri arrivano fino a 1km di portata!!!
Il servoCollegato ai tiranti dello sterzo si trova il servo (o servocomando), un componente costituito da un piccolo motore elettrico collegato a una cascata di ingranaggi; esso è pilotato da un'elettronica apposita che sposta l'asse di uscita a un angolo definito dal segnale che arriva dalla ricevente.
Ogni servo è caratterizzato da una tensione di funzionamento (quella standard è 6Volt, ma alcuni servi arrivano a lavorare anche a 8,4V!), da una coppia (espressa in kg, che definisce la "forza" del servo) e da una velocità di rotazione massima (espressa in gradi al centesimo di secondo, generalmente si indicano i centesimi necessari al servo per spostare l'asse di 60 gradi).
Esistono numerosi tipi di servo, con ingranaggi in plastica o metallo, con motori brushless o brushed, con elettronica analogica o digitale...
Più la velocità, la precisione e la potenza aumentano, salgono ovviamente anche i costi.
Il pacco batterieSulle auto 1:10 sono montati pacchi batterie da circa 7,2-7,4V (in alcuni casi 11,1V); essi possono essere "tradizionali", cioè le classiche batterie al Nickel, oppure le batterie ai polimeri di litio (LiPo).
I pacchi batteria sono caratterizzati da una tensione nominale (7,2 o 7,4V, appunto) e da una capacità, espressa in mAh (milliampère-ora) che indicano quanta carica essi possono immagazzinare al loro interno.
Indicativamente, una batteria da 3000mAh, se scaricata a una corrente costante di 3A (cioè 3000mA), sarà scarica dopo un'ora.
Le batterie al NickelQueste batterie sono generalmente fornite di serie nei modelli RTR.
Nella maggior parte dei casi i pacchi sono formati da sei celle, ognuna con una tensione nominale di 1,2V, per un totale di 7,2V.
In realtà a quella tensione il pacco è praticamente scarico, quando è a piena potenza la tensione totale può arrivare anche a 11V e oltre, tutto ciò è normale e dovuto alle caratteristiche di queste batterie.
Le batterie al nickel sono relativamente economiche (ad eccezione di pacchi selezionati per le alte prestazioni) e hanno un buon rendimento (soprattutto le più recenti Nickel-Metallidrato [NiMH] rispetto alle più vecchie Nickel-Cadmio [NiCd]).
La corretta procedura di carica di queste batterie è a corrente costante, con la tensione che aumenta progressivamente fino a raggiungere un valore massimo, oltre il quale si ha un abbassamento del voltaggio, detto delta-peak, che è indice del raggiungimento della piena capacità.
Per mantenere una buona efficienza e non perdere la loro capacità di immagazzinare energia, è opportuno però adottare alcuni accorgimenti:
I caricabatterie "da muro" solitamente venduti nei kit completi in breve tempo rovinano le batterie, spesso in modo irrecuperabile. E' buona regola dotarsi di un caricabatterie buono, con carica a corrente costante e rilevamento del Delta-peak, oltre alla funzione di scarica (meglio se con anche la possibilità di ciclare i pacchi batteria);
Le batterie al nickel non devono MAI essere portate a una tensione inferiore a 1V per cella; sotto questa soglia perdono velocemente la loro capacità;
E' buona regola scaricare le batterie fino a 1V/cella prima di ricaricarle.
Le batterie LiPo
Le batterie LiPo necessitano di maggiori attenzioni durante il loro utilizzo, per evitare che possano diventare pericolose.
Per questo motivo sono solitamente utilizzate da chi ha già una discreta esperienza sui modelli, e sono un upgrade molto utile per aumentare potenza ma soprattutto autonomia dei modelli.
Le celle LiPo hanno un voltaggio nominale di 3,7V; tali celle possono essere unite per formare pacchi 2S (2 celle in serie, quindi 3,7 + 3,7 = 7,4V), 3S, 4S, ecc.
Per utilizzo drift il 99% dei piloti usa le 2S, che bastano e avanzano per i motori utilizzati in questa disciplina.
Ogni cella LiPo non deve MAI superare i 4,2V, altrimenti è a serio rischio di esplosione, e non deve mai scendere sotto i 3V, perché sotto questa soglia la chimica interna si degrada velocemente le batterie perdono efficienza in poco tempo.
Da queste considerazioni, consegue che un pacco LiPo 2S dovrà sempre rimanere tra gli 8,4V (tensione corrispondente alla massima carica) e i 6V (minima carica); sotto questo punto di vista il voltaggio è meno variabile di quello delle NiMH, ed è proporzionale (non in modo lineare però) alla carica rimasta nella batteria.
Durante l'utilizzo è normale che le celle LiPo, soprattutto se economiche, tendano a scaricarsi in modo diverso; ad esempio se in un pacco carico le due celle sono a 4,2V e 4,2V, dopo averlo usato la tensione totale sarà 6V, ma per esempio una cella potrà essere a 2,9V e l'altra a 3,1V.
Se caricassimo il pacco semplicemente controllando la tensione massima, a fine carica esso avrebbe una tensione di 8,4V (corretta), ma le due celle potrebbero trovarsi a 4,1V e 4,3V, quindi la seconda sarebbe a rischio.
Per questo motivo, durante la carica delle LiPo si utilizzano dei bilanciatori, che monitorano la tensione di ogni cella durante la carica.
Alcuni caricabatterie hanno il bilanciatore integrato, altri ne sono sprovvisti ed è necessario collegarne uno esterno.
I pacchi LiPo hanno degli appositi connettori per il bilanciamento, oltre ai due cavi principali di potenza.
E' importante specificare che non è possibile caricare le batterie LiPo con i caricabatterie studiati per le Nickel!
Le batterie LiPo oltre al dato di capacità espresso in mAh sono caratterizzate anche dai cosiddetti C di scarica, che determinano la corrente massima erogabile dalla batteria in termini di capacità.
Ad esempio, una LiPo 4000mAh 15C potrà erogare una corrente massima di
4000mAh x 15C = 60000mA = 60A
Questo è molto importante, poiché le LiPo tendono a gonfiarsi ed esplodere se stressate richiedendo loro più corrente di quella che possono offrire.
Nel determinare le batterie adatte per il proprio motore, è bene sceglierle con corrente massima superiore a quella che il motore può assorbire nel peggiore dei casi.
Per esempio, un combo ezRun 9T, che è un kit molto diffuso in ambito drift, ha un regolatore da 35A.
Questo significa che le LiPo 4000mAh 15C citate prima, con i loro 60A di scarica massimi, sono ampiamente sufficienti ad alimentare il motore.
Avere una corrente massima erogabile dalle LiPo maggiore di quella del regolatore non crea problemi (anzi, le LiPo saranno meno stressate), mentre il contrario quasi sicuramente lo farà.
Dovendo scegliere tra diversi modelli di batterie dunque, è bene selezionare quelle con corrente sufficiente, ma senza esagerare: sempre tenendo come esempio l'ezRun 9T, dovendo scegliere tra:
4000mAh 15C = 60A
3500mAh 20C = 70A
3000mAh 35C = 105A
le 4000mAh sono la scelta economicamente migliore; volendo stare tranquillo si può optare per le 3500 20C, mentre le 35C sono decisamente inutili, anzi avendo capacità minore durerebbero comunque meno delle 4000.
LiPo saver e LiPo cutoff
Abbiamo visto che durante la carica il bilanciatore si occupa di non far superare a ogni cella LiPo la tensione di 4,2V.
Per limitare la scarica ed evitare che le celle scendano sotto i 3V, si utilizzano dei circuiti appositi, chiamati LiPo saver (se si limitano ad avvisare l'utente che le batterie sono scariche) o LiPo cutoff (se fermano il modello quando sono scariche).
Diversi regolatori integrano il circuito di controllo, che ignora il comando del gas se la batteria è scarica.
In mancanza di questo, è possibile collegare un cutoff tra la ricevente e il regolatore: questo, a batteria carica, leggerà il segnale della radio e lo invierà al regolatore senza modificarlo; raggiunti i 3V per cella, sostituirà al segnale del gas il segnale neutro, in modo da far arrestare la RC.
I LiPo saver invece possono funzionare con un LED che si accende quando il pacco è scarico, oppure con un cicalino (buzzer) che richiama l'attenzione del pilota.
L'utilizzo di questi dispositivi è necessario, non basta fermarsi quando il modello inizia a perdere potenza, perché le batterie LiPo iniziano a erogare meno corrente quando sono ormai molto al di sotto dei 3V per cella, e sono ormai rovinate.
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