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Motor busheles controlado por un variador de velocidad

(ESC) integrado a un aeroplano. Equipo:2 Abraham Conde S. [email protected]

I.

INTRODUCCIÓN.

En la actualidad, unas amplias variedades de aviones no convencionales surcan nuestros cielos. Entre ellos, las alas voladoras representan el diseño más puro y cercano a la naturaleza. Las alas voladoras se definen como aquellas aeronaves de ala fija que permiten realizar un vuelo estable y controlable sin presencia de fuselaje o superficies verticales Las alas voladoras representan un desafío único a la hora de predecir sus características de estabilidad estática y dinámica, ya que la mayor parte de la literatura que ha sido escrita sobre esta materia trata sobre aviones convencionales, con una estructura de cola para su control. Los motores de corriente continua sin escobillas (BLDC) son uno de los tipos de motores que más popularidad ha ganado en los últimos años. Actualmente, los motores BLDC se emplean en sectores industriales tales como: Automóvil, Aeroespacial, Consumo, Médico, equipos de automatización e instrumentación. El propósito del variador es variar la velocidad de un motor eléctrico junto con el sentido de giro. II. 

OBJETIVO.

Construcción de un ESC variador de velocidad. III.

Componentes del motor brushless: Los motores brushless están compuestos por una parte móvil que es el rotor, que es donde se encuentran los imanes permanentes, y una parte fija, denominada estator o carcasa, sobre la cual van dispuestos los bobinados de hilo conductor. La imagen refleja una sección de uno de estos motores en donde puede verse la disposición de los bobinados y los imanes permanentes (que en este caso son de neodimio).

Cómo funcionan los motores brushless. Para conseguir que el motor gire, hay que conseguir que sus bobinados sean capaces de generar un campo magnético que sea perpendicular a la dirección del campo magnético de los imanes permanentes, ya que es en estas condiciones cuando el par generado es máximo, y lo que nos interesa es que el valor de este par sea máximo en todo momento.

OBJETIVOS ESPECIFICOS. Bobinados del motor

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Implementar un ESC dentro de un aereplano con la finalidad de poder variar la velocidad de nustro motor busheles.

IV.

MOTOR

BUSHELES .

Como su propio nombre indica, brushless quiere decir "sin escobillas". En este tipo de motor la corriente eléctrica pasa directamente por los bobinados del estator o carcasa, por lo tanto, aquí no son necesarias ni las escobillas ni el colector que se utilizan en los brushed. Esta corriente eléctrica genera un campo electromagnético que interacciona con el campo magnético creado por los imanes permanentes del rotor, haciendo que aparezca una fuerza que hace girar al rotor y por lo tanto al eje del motor.

Un bobinado es simplemente un número determinado de vueltas (también denominadas “espiras” en lenguaje más técnico), que se realizan con un material conductor, que, en el caso de los motores, suele ser hilo de cobre. Cuando compramos un motor el fabricante nos proporciona como dato el número de vueltas de que consta. Este factor se puede relacionar con la velocidad de giro del motor. Lo lógico sería pensar que cuanto más mejor, pero cuando hablamos de velocidad y número de espiras en el bobinado ocurre justo lo contrario; es decir, la relación entre ambas variables es inversamente proporcional; un menor número de vueltas en el bobinado implica una velocidad mayor en el motor; pero a su vez obtendremos menor par.

V. AEREOPLANO.

En el medio aeronáutico, el concepto de ala volante es considerado como una de las aeronaves potencialmente más eficientes desde el punto de vista aerodinámico y de resistencia estructural. Tal afirmación hace de este diseño un ideal objeto de análisis de ingeniería, toda vez que la mecánica de fluidos considera que la presencia de componentes que no generan sustentación debe concebir fuerzas de arrastre que traen como consecuencia bajo rendimiento de los sistemas que la componen a nivel general. En el abordaje que se puede llevar a cabo hoy día, desde una perspectiva académica sobre el diseño y construcción de una aeronave, si bien se contempla las posibles opciones para nuevas geometrías y otras alternativas a las convencionales, no es común encontrar propuestas orientadas y trabajadas desde la perspectiva de un ala volante o avión sin cola como también se le conoce, máxime cuando se vislumbran las bondades aerodinámicas y de eficiencia que atañen este tipo de aeronaves.

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VI. CARACTERISTICAS DEL ALA   

Esto debido a la complejidad que implica un rendimiento con estas características al momento de disponer o ubicar pesos y componentes a lo largo del cuerpo, además de la imperiosa necesidad en la utilización de una sola superficie de control para diferentes maniobras orientadas a la estabilidad en vuelo. Por lo que en este proyecto dejaremos de lado el diseño de esta misma ala voladora e incluiremos los planos de la misma.

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Peso sin batería: 6 oz (170 g) Centro de gravedad: 1.75 pulgadas (44 mm) frente al firewall trasero Controles de superficie de control: 12 ˚ deflexión (elevador / alerón / timón) Expo 30% Envergadura: 29 pulgadas (736 mm) Motor recomendado: motor tamaño 2300 kv 2204 Apoyo recomendado: apoyo 6 x 4.5 ESC recomendado: mínimo 12 amperios Batería recomendada: 800 mAH 2s o 3s Servos recomendados: (2) servos de 5 gramos VII.

ESC.

Un variador de velocidad (ESC) está compuesto por un circuito con varios componentes. El propósito del variador es variar la velocidad de un motor eléctrico junto con el sentido de giro. Independiente del tipo de motor eléctrico al que conectemos el variador, el ESC interpreta información de control. Antiguamente, cuando la tecnología estaba limitada, los variadores eran mecánicos y actuaban a través de servos. En las nuevas versiones, los ESC varían la ratio de cambio de una red de transistores de efecto de cambio (FET). La variación en los cambios de estos transistores es lo que causa es sonido característico de los motores eléctricos. Este grupo de transistores hace posible un control más suave y preciso de la velocidad de giro de los motores. Gracias a esto también se consigue una mejora en la eficiencia con respecto a los mencionados variadores mecánicos. La mayoría de los ESC incorporan un sistema BEC, el cual, hace posible regular un voltaje estable para poder hacer funcionar el receptor y los servos. Esto elimina la necesidad de llevar una batería extra dentro de nuestro dron para alimentar estos componentes.

Los variadores en general, son controladores de Modulación por Ancho de Puntos (PWM) para controlar motores eléctricos. El receptor de nuestro dron o aeromodelo, manda una señal PWM al ESC con variaciones de 1 a 2 milisegundos. En la primera el motor estar parado, a 1.5 milisegundos el motor funcionará a la mitad de su potencia y a 2ms el motor funcionará al 100%. Es importante mencionar que los ESC para motores con escobillas (brushed) o no son compatibles con motores brushless.

Una manera fácil de identificarlos es que los variadores para motores con escobillas llevan dos cables, mientras que los otros llevan 3. Los variadores para motores brushless crean una corriente alterna trifásica a partir de corriente continua proveniente de la batería. Es aquí donde entra en escena los 3 cables que llevan los variadores para motores sin escobillas. Uno de los polos genera un pequeño voltaje proporcional a la velocidad de giro del motor conocido como fuerza electromotriz. Este voltaje le sirve al ESC para determinar como de rápido y en que dirección gira el motor en cualquier momento. Con esta información el ESC es capad de averiguar como manda la corriente a los electroimanes del motor para que este gire.

VIII. REFERENCIAS. 

Adolfo Mora. Tecnolog´ıa del Control de Procesos Industriales. Facultad de Ingenier´ıa Universidad Nacional de Colombia, 1987.

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[19] Babatunde A. Ogunnaike y W. Harmon Ray. Process Dynamics, Modeling, and Control. Oxford Press, 1994.

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Olimex, “Shield EKG,” 2014. [Online]. Available: https://www.olimex.com/Products/Duino/Shields/ SHIELD-EKGMG/open-source-hardware. [Accessed: 26-Jun-2014].

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C. Xiaomeng, “A NEW real-time ECG R-wave detection algorithm,” in Proceedings of 2011 6th International Forum on Strategic Technology, 2011, vol. 2, pp. 1252-12