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Variadores electrónicos de velocidad (ESC)

guia variador esc

Los variadores de velocidad electrónicos (ESC) son una parte esencial de los drones de carreras. Como cualquier otro componente de los racers, los ESC han evolucionado a paso agigantados. Cada vez son más pequeños y capaces de soportar mayor amperaje. Así mismo, otra parte esencial inseparable de los variadores son sus firmwares. Dejando aparte los motores, prácticamente cualquier parte de un quad es susceptible de recibir actualizaciones por software. En este artículo, hablaremos sobre sobre los diferentes tipos de ESCs y los diferentes firmwares existentes.

¿Qué es un ESC?




A modo de definición un ESC es un variador de velocidad electrónico. El acrónimo viene del inglés Electronic Speed Controller. Se trata básicamente de un circuito electrónico con el propósito de variar la velocidad de giro de un motor. También, este variador funciona como un freno dinámico. En los multicopteros, hacen de puente entre la Controladora de Vuelo (FC) y los motores brushless. En los aviones RC o coches,  los variadores van conectados al receptor (Rx) y a al motor para regular la velocidad.

En los comienzos del R/C los variadores estaban basados en Servos. Estos componentes hacían girar un brazo que regulaba un potenciómetro. Eran los comienzos de la electromecánica, los cuales, hicieron posible el R/C.

Partes de un ESC

Dependiendo del tipo de ESCs, podemos encontrar varios tipos. Dentro de estos tipos están los variadores con BEC  o sin BEC (battery eliminate circuit). Los varidores con BEC permiten alimentar la FC y Rx con una salida de 5v. Los variadores sin BEC se conocen también como Opto ESC. En términos generales, los variadores sin BEC suelen ser más ligeros y pequeños. En un variador podemos encontrar varias partes. Por un lado tenemos los cables de alimentación. Estos se conectan a la FC que proporciona corriente e instrucciones de velocidad de giro. Si el ESC lleva un conector de 3 cables (Ver imagen) significa que lleva un BEC instalado. Si por el contrario solo lleva 2 cables, será un variador sin BEC.


variador 5v

¿Cómo funciona un variador?

Los variadores electrónicos se basan en las órdenes- recibidas por la controladora. El piloto, a través de los sticks, realiza “inputs” los cuales se reciben a bordo del drone. El receptor entonces envía la señal a la controladora y esta a su vez a los ESC. En función de la posición del drone en el aire, la FC enviará los datos calculados al ESC y motor correspondiente. Una vez estos datos llegan al ESC los interpretará e indicará al motor la corrección de la velocidad de giro. A su vez, el variador le pedirá la batería la corriente necesaria para ello.

¿Qué ESC le va a mi racer?

No todos los variadores electrónicos son válidos para todos los quads. El ESC requerido dependerá de la cantidad de empuje necesaria. Esto a su vez, esta relacionado con la batería, motores e hélices elegidos para nuestro setup.  En líneas generales,  el empuje necesario va a determinar los amperios que van a necesitar soportar los ESC.  A modo de checklist, podemos seguir los siguientes pasos como referencia:

  1. Calcular el peso del drone ( en vuelo) y añadir un 20% extra al peso total.
  2. Dividir el peso entre el número de motores del drone
  3. Identificar que motores nos dan el empuje necesario para levantar el drone
  4. Elegir los variadores con un 20% de margen del máximo amperaje que son capaces de aguantar. Si hay dudas, siempre mejor que sobren amperios.

Una buen calculador de amperaje para ESC lo podéis encontrar aquí. Simplemente hace falta meter los datos y nos indicará que variadores comprar.

Los motores extraen corriente cuando giran. Si éstos solicitan más amperios de los que el ESC puede soportar acabaremos con un variador quemado. Reparar un ESC quemado es prácticamente tarea imposible, así que tienes que saber comprar los variadores correctos. Motores con KV altos y grandes (junto con el estator) y hélices pesadas solo los elementos que ponen estrés en los ECS.


Se pueden diferenciar 2 tipos de ratios de corriente en un variador electrónico.  La corriente continua  indica el la cantidad máxima de corriente que puede soportar el ESC de manera segura.  Es poco probable que durante el uso de un drone utilicemos el gas al 100% por periodos de tiempo extendido. La corriente máxima puntual ( brust current) es la máxima que puede soportar el ESC durante unos segundos (10-15). Si se sobrepasa ese tiempo  es probable que se dañe el variador. En los drones racer lo más común es ver ESC de 20a y 30a. La lógica de esto está basada en su peso y tamaño reducidos.

¿Cómo se programa un ESC?

En cuanto los firmware disponibles en el mundo de los ESC podemos encontrar varios tipos. Unos de los más veteranos son Simonk y BLheli, siendo este último uno de los más populares. Uno de los más nuevos es el de KISS. Este firmware esta exclusivamente dedicado para los variadores de la marca KISS.

Procesadores en los ECS

Existen varios tipos de procesadores para los variadores. Estos procesadores se conocen como MCU o Micro Controller Unit. Los 3 modelos principales de procesadores utilizados en R/C a día de hoy son: Atmel, Silabs y ARM Cortex. Cada uno de ellos tiene diferentes especiaciones. Esto hace posible que puedan instalar diferente firmwares en función de las necesidades.

El Atmael 8-bit era el más común antes de apareciese SILABS en el mercado. Hoy en día los 8-bit esta prácticamente descarados. Por ejemplo, el Atmel Arm Core MCU está siendo muy popular en su versión de 32-bit. Otros como los ESC Kiss race Edition ya son bastante asequibles en su versión 32-bit. Los procesadores a 32-bit son capaces de proporcionar mucha más información que los de 8-bit. Ahora se puede tener telemetría de ESC o cambiar la rotación de giro entre otras muchas más opciones.

¿Qué protocolo utilizan los ESC?

variador kiss
Imagen extraida de la web Flyduino



Los protocolos de los variadores determinan como de rápido se puede mandar la señala de la FC al ESC. Esto es clave para el rendimiento del quad. En los orígenes se utilizaba el estándar PWM, que pode tener hasta un delay de 2 milisegundos. En la actualidad esto ha sido superado por Multishot. Este protocolo ha conseguido reducir muchísimo la latencia dejando entre 5-25 microsegundos

Peso y tamaño

El peso del variador va asociado, normalmente,  al amperaje que soporta. Los variadores para los racers cada vez son más pequeños y ligeros. Se pueden encontrar entre 4 y 6 gramos de peso. Sin duda, la tendencia a disminuir de tamaño la electrónica, supone un gran reto para los fabricantes. La clave resiste en reducir tamaño y peso sin perder rendimiento. En general, en un dron de carreras es clave intentar reducir el peso tanto como se pueda. Los ECS más pequeños suelen calentarse antes y llevan a problemas de sobrecalentamiento.

Bootloader

En las primeras apariciones de los ESC existían gran cantidad de opciones de firmware. El bootloader era entonces una parte importante de los variadores, sobre todo, a la hora de flashear.  Se trata en realidad de un pequeño programa que necesitaba ser instalado en los ESC para acceder a ellos. En un principio, sin el bootloader solo se podía acceder a flashear o cambiar la configuración del ESC conectándose al chip directamente. En la actualidad, todos lo variadores llevan preinstalado el bootloader. Por lo tanto, no debemos preocuparnos por ello.

¿Qué voltaje soporta un ESC?




Algunos variadores pueden llegar a aguantar hasta baterías de 6S. La clave para comprar los variadores correctos va ligada al voltaje de la batería. Hay que asegurarse que el variador elegido soporta el voltaje de la batería. A pesar de que los ESC suelen tener un margen de seguridad en voltaje, es importante tener lo anterior en mente. Si no lo hacemos, podemos acabar con alguno que otro variador frito.

Marcas de variadores

Hoy en día hay gran cantidad de marcas que fabrican ESC. A continuación os dejamos una lista con las populares:

Aikon
Armattan
Castle
DYS
EMAX
Favourite
FPVModel
Gemfan
KISS
Lumenier
Racerstar
Rotorgeek
Sunrise
TBS
T-Motor
Turnigy

Resumen
Guia de variadores (ESC) para drones de carreras
Nombre del artículo
Guia de variadores (ESC) para drones de carreras
Descripción
Los variadores de velocidad electrónicos (ESC) son una parte esencial de los drones de carreras. Como cualquier otro componente de los racers, los ESC han evolucionado a paso agigantados. Los analizamos en profundidad en este artículo.
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