Il freno elettronico nei modelli RC BLDC

Il trucco c’è…. ma non si vede

special thanks to Ryan for the precious info and for the video experiment ;-)

here is the link of his video experiment 

https://www.youtube.com/watch?v=znlo8-ZzStQ

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Stiamo guidando il nostro modello RCE che si trova lanciato alla massima velocità lungo il rettilineo; intravvediamo il sopraggiungere della fine di esso, che è nulla di più che una curva a rientrare ( curva ad U).

Ci siamo! È il giusto momento per tirare la nostra staccata al limite e quindi spingiamo sul freno come se non ci fosse un domani e ………. ma un’attimo !?!? noi non abbiamo freni!!! ne a disco, ne a ganasce!!!! nulla sul nostro telaio è installato a questo scopo!!!!

Ma il modello magicamente rallenta, si inserisce e scorre lungo la curva con la giusta velocità e compostezza, e poi di nuovo a full gas per allontanarci il più velocemente possibile.

Ebbene sì, il modello ha frenato come da noi richiesto.

Ma come è potuto accadere?

Per prima cosa diremo che certamente siamo in assenza di sistemi meccanici atti alla frenatura, ma diremo anche che un sistema c’è, ed è un componente elettronico che si chiama ESC, e che agisce tramite il motore stesso.

Bene, adesso dobbiamo comprendere come l'ESC è in grado di rallentare il motore e conseguentemente il modello.

Come l'ESC rallenta il motore applicando i freni

Il modo migliore per vedere di persona come un ESC rallenta un motore è:

1 - afferrare un motore brushless e, utilizzando una clip a coccodrillo, fare in modo di cortocircuitare i 3 cavi l'uno con l'altro (ponte A+B+C).

2 - con le fasi tutte in corto, ruotare rapidamente il motore a mano. Noterai che c'è una grande quantità di resistenza a questo movimento.

Più velocemente provi a far girare il motore, maggiore sarà la resistenza che sentirai.

3 - procedere alla rimozione della clip che mette in cortocircuito le fasi del motore e riprovare a far girare il motore: l’assenza di ponte a corto rimuoverà tutta la precedente resistenza aggiuntiva avvertita.

L'ESC fa esattamente la stessa cosa, cortocircuitando elettricamente i cavi del motore. 

Per gestire la quantità di forza frenante applicata, l'ESC deve attivare/disattivare rapidamente i cavi che sono in corto.

Si verifica la frenata rigenerativa?

Possiamo ricaricare la nostra batteria mentre usiamo il freno?
Poiché le fasi del motore vengono cortocircuitate dall'ESC, l'energia viene effettivamente prodotta e rimandata alla batteria.

Circa il 15-30% degli "sforzi di frenata" sono finiti di nuovo nella batteria durante il test nel video qui sopra.

Questa non è un'efficienza impressionante per la ricarica del pacco batteria, tuttavia, non fiscalizzando se il processo è efficiente all'1% o al 100%, la frenata rigenerativa c’è, sempre e comunque.

 

Efficienza di frenata rigenerativa

Ciò che è interessante è:

1 - se viene fornito più input di frenata tramite il trasmettitore (TX), una minore quantità di “energia di frenata” viene reimmessa nella batteria.

2 - se la frenata viene eseguita dall’ESC come "freno di trascinamento" ( Drag Brake), si massimizza l'efficienza rigenerativa.

[ vedasi  i dati dell’ esperimento svolto nel video]

In che modo l'energia viene generata e inviata alla batteria?

L'ESC che mette in cortocircuito i cavi del motore è la prima parte del processo di frenata.

La funzione principale responsabile della generazione della potenza da inserire nella batteria si verifica quando i cavi del motore vengono “aperti” e “chiusi” utilizzando i FET (transistor ad effetto di campo) sull'ESC; intanto la f.c.e.m. (forza controelettromotrice ) viene prodotta da una tensione generata dal rotore induttore mentre ruota.

Nel contempo , i cavi del motore vengono cortocircuitati dall'ESC. La tensione all'interno degli avvolgimenti diminuisce rapidamente e si avvicina allo zero, ma restano i picchi di corrente.

Quando i FET aprono il circuito, la corrente non ha assolutamente nessun posto dove andare.

Gli avvolgimenti del motore brushless fungono da induttore che non gradisce alcuna variazione di corrente.

Di conseguenza, il rapido cambiamento di corrente provoca un aumento significativo della tensione.

È questo aumento di tensione che consente all'alimentazione di rifluire attraverso il circuito fino al pacco batteria ( destinazione finale).

Conclusione

La frenata rigenerativa si verifica effettivamente nell'ESC testato a video, così come in qualsiasi altro ESC di nuova generazione che utilizza lo stesso principio per la frenata.

L'efficienza non è un punto di forza all'interno di questi sistemi, soprattutto quando è richiesta una quantità significativa di forza frenante. Nel complesso, la quantità totale di energia di frenata che ritorna alla batteria non è significativa. Tuttavia, è sempre maggiore di zero e di certo allungherà il tempo di corsa complessivo di un RC che utilizza i freni durante la corsa.

Non è una bella cosa?

Ma ( c’è sempre un “ma”) purtroppo il resto dell'energia di frenata non confluita al pacco batteria, si traduce in calore.

Diamo sempre un'occhiata a quanto può surriscaldarsi il circuito frenante ( ESC+Motore+batteria) quando viene applicata anche  una piccola quantità di freno addizionale.

 

GM 2023