Kontrol ve beyin ünitesi olarak öne çıkan, geçmişten günümüze değişime ve gelişime uğrayan ESC, pek çok sistem adına kullanılabilmektedir. Bu yazımızda ilk olarak ‘ESC Nedir ?’ sorusuna cevap vererek başlayacağız.
ESC Nedir ?
ESC, Electronic Speed Control (Elektronik Hız Kontrol) kelimelerinin kısaltmasıdır. ESC’ler bataryadan aldıkları elektrik enerjisini, alıcıdan aldığı sinyal ile sürerek motorlara ileten ve motor devrini kontrol eden hız kontrolcüleridir. Yani ESC motora hangi hızla dönmesi gerektiğini söyleyen devredir. Elektrikli motor ile çalışan RC model araba , tekne ,uçak , helikopter ve multıcopter gibi araçlarda kullanılır. Farklı alanlarda özel bir kumanda alıcısına bağlı olarak çalışma prensibine sahiptir. Kumanda üzerinden gelen gaz ve fren tepkilerini değerlendirmek suretiyle, aracın hareket etmesine ya da durmasına imkan tanımaktadır.
ESC ,motor fazla akım çektiğinde motorun zarar görmemesi için akımı keserek motoru durdurur. Pil belli bir voltajın altına düştüğünde motor akımını keserek pil yüzdesinin tehlikeli sınırın altına düşmesini önler. ESC seçilirken en önemli husus ESC’nin akım değeridir. ESC motorların çekeceği maksimum akımı verebilmeli ve doğru gerilim değerini sağlamalıdır. Bundan dolayı ESC seçiminde motorların çekeceği maksimum akım dikkate alınır ve bu akımdan daha yüksek amper değeri sağlayan bir ESC seçilir.
ESC oldukça etkin bir hareket etme ve durdurma potansiyeliyle teknolojik bir yapıya sahiptir. Gaz veya frene basıldığı zaman motora gidecek olan enerjinin doğru şekilde aktarılması veya yansıtılması konusunda önemli bir etki sağlamaktadır. Böylece herhangi bir araçta gaza ya da frene basıldığı zaman, buna uygun şekilde az ya da çok tepki verir. Böylece durdurma, hızlanma ve yavaşlama ve ivmelenme gibi etmenleri etkin şekilde kontrol imkanı sağlamaktadır.
ESC Nasıl Çalışır ?
Motora güç verecek olan batarya ESC ye bağlanır. Motor da ESC ye bağlanır. ESC nin kontrol kablosu ise kumanda alıcısına bağlanır. Bir çok ESC de BEC(Battery Eliminator Circuit)diye adlandırılan bir özellik mevcuttur. BEC bataryadan gelen voltajı düşürerek kumanda alıcısının beslenmesini sağlar. Genellikle motor için kullanılan bataryaların voltajı kumanda alıcısının çalışma voltajından yüksektir. Bu yüzden alıcının zarar görmemesi için bu voltaj değeri BEC ile düşürülerek alıcıya ulaştırılır. Bazı ESC lerde BEC yoktur. Bu durumda alıcıyı beslemek için harici uygun voltajlı batarya kullanmak gerekir.
Drone sistemlerinde BEC siz ESC ler kullanılır. Dronelarda ESC ler direk olarak alıcıya bağlanmaz. ESC ler uçuş kontrol devresine bağlanır. Alıcı da bu devreye bağlanır.
ESC Çeşitleri Nelerdir ?
ESC’ler genel olarak iki başlıkta toplanabilir.
Fırçalı (Brushed) ESC
Motorun hızını belirlemek için voltajda aç-kap yöntemi kullanır.Aç-kapa yöntemi saniyeler içinde birçok kez yapılır.Motorun hızını yavaşlatmak için ESC gelen voltaj uzun süre kapatılır,hızı arttırmak için ise tam tersi yapılır .
Fırçalı motorların çalışma prensibi basitçe anlatılacak olursa motorun ana milinin üstünde bobinler bulunmaktadır. Motorun ana gövdesinin iç kısmında ise kuvvetli mıknatıslar yer alır. Şaft üstünde yer alan bobinlere fırçalar (sanayi gibi ortamlarda kömür de denir) vasıtası ile elektrik akımı uygulanır. Uygulanan elektrik akımıyla bobinlerde oluşan manyetik alan, mıknatısların manyetik alanıyla devamlı çakışacak şekilde bir etki gösterir ve bu sayede mil hareket etmiş olur.
İki terminali arasındaki gerilim değiştirilerek hız kontrolü sağlanabilir. Motorun çalışma yönünü değiştirmek istersek, uygulanmakta olan gerilimin yönünü değiştirmemiz gerekir. Bu işlem için ise H-köprüsü ismi verilen devrelere ihtiyacımız vardır. H köprüsü, bir yüke uygulanmakta olan voltajın polaritesini değiştiren elektronik bir devredir. Bu devreler genelde DC motorların ileri ya da geri çalışmasına izin vermek için robotik ve diğer uygulamalarda kullanılır.
Bu tip motorlar direk olarak mil çıkışına sahip olabildikleri gibi, üzerlerinde redüktör (şanzıman, dişli kutusu) de barındırabilirler. Redüktörün kullanım amacı, genelde motorun devir hızını azaltarak daha yüksek tork elde etmektir. Tam tersi şekilde çalışan, yani torku azaltan ve devir sayısını arttıran dişli sistemleri de mevcuttur. RC araçlarda ve bazı robotik uygulamalarda kullanılmasına rağmen dronlarda fırçalı DC motorlar tercih edilmez.
Fırçasız (Brushless) ESC
Fırçalı ESC’lere göre biraz daha maliyetlidir. Fırçasız bir motora bağlandığında, fırçalı ESC’lere olanlara göre daha fazla güç, daha yüksek performans taşır.Yüksek anlık değerlerine daha fazla bir süre maruz kalabilir.
Fırçasız motorların çalışma prensibine bakacak olursak fırçasız motorlar, fırçalı motorlarla aynıdır. Çalışırken gösterdiği farklılık, rotor üzerinde bobin olmaması, sabit mıknatısların rotor üzerinde olması, endüktör bobinlerinin gövde üstüne sabit olmasıdır. Fırçasız DC motorlarda endüktör ve rotorun yeri değişmiştir. Fırçasız DC motorların yararı; kolektör (komutatör) sisteminin kalkması, sürtünme ve fırça- kolektör bunların oluşturmuş olduğu dirençten ötürü meydana gelen elektrik mekanik kayıpları ortadan kaldırır. Bu tasarım mekanik olarak denetlenmediğinden ve bobinlerin sayısının arttılırmasına müsaade ettiği için fırçasız doğru akım motorlarından yüksek tork alınır.
Motorun çalışması için ek donanım olarak elektronik bir devre ile sargı üzerine gelen akımı kontrol etmektir. Bu dezavantajdır. Fırça – kolektör (komutatör) sistemi ile sağlanan karmaşık ateşleme sistemi dış devrelerce yapılmalıdır. Bu motoru kullanacak kişilere ek masraf açar. Ancak aynı güçte olan bir motora kıyasla küçük, hafif olması, devir kontrolünün yapılabilmesi masrafı azaltabilir.
Fırçalı ve Fırçasız ESC’lerin Kullanım Yerleri
- Model uçak ve Helikopter ESC’leri: Bu tip ESC’ler tek yönlü çalışır ve tek yönde hızı kontrol etmemizi sağlarlar. Uçan araçlarda geri gitmek mümkün olmadığından çift yönlü ESC’lere ihtiyaç yoktur. Genellikle BEC özelliği mevcuttur. Yüksek amperli bazı uçak ve helikopter ESC’lerinde BEC olmayabilir. Bu durumlarda alıcıyı ve servo motorları beslemek için harici BEC veya harici batarya kullanılır.
- Model araba ESC’leri: Bunlar çift yönlüdür. İleri, geri, fren ve hız kontrolü sağlarlar. Araba ESC’leri üzerinde genellikle soğutucu plaka bulunur.
- Model tekne ESC’leri: Bu tip ESC’ler de arabalardaki gibi genellikle çift yönlüdür. İleri, geri ve hız kontrolü sağlarlar. Ama bazı yüksek amperli tekne ESC’lerinde geri özelliği yoktur. Tekne ESC’lerinde genellikle su soğutma kanalı olur. Teknelerde ESC’ler kapalı alanlarda durduğundan aşırı ısınmaya karşı soğutulmalıdırlar.
- Drone ESC’leri: Drone (Multikopter) ESC’lerinde BEC özelliğine ihtiyaç yoktur. BEC olan ESC’ler ile drone yapılmak isteniyorsa kontrol kablosunun pozitif kablosu kesilerek kullanılabilir. Drone ESC’leri uçak ESC’lerinden farklıdır. Hz değerleri daha yüksektir. Uçak ve helikopterlerde 50Hz’lik ESC’ler kullanılır. Drone ESC’leri ise daha hızlı tepki verebilmeleri için genellikle 400 Hz ve üstü olur.
ESC Yapılabilecek Ayarlar
- Gidiş Ayarı (Running Mode): Bu seçenek ile aracın ileri – geri, ileri – fren, ileri – geri – fren şeklinde modları arasında geçiş yapılabilmektedir.
- Motor Dönüş Yönü: Motorun saat yönüne mi saat yönü tersine mi döneceğini ayarlamak için kullanılır.
- Cut Off: Aracın pilinin voltajı belirlediğiniz aralığa geldiğinde, araç artık çalışmaz ve gazı otomatik olarak keser.
- Pil Seçimi: Aracın kaç S pil ile çalışacağını belirler, genellikle otomatik moddadır.
- Drag Brake: Gaz tetiğini bıraktığınızda aracın yapacağı otomatik frenleme ayarıdır.
- Initial Brake: Aracın fren ayarıdır.
- Punch: Gaza dokunduğunuz anda aracın sert veya yumuşak olarak tepki vermesini sağlar.
- Timing: Motora gönderilen akım zamanlaması değiştirilerek, motorun daha fazla KV veya Tork üretmesini sağlar.
- Turbo: Aracın motor devrinin ani olarak yükseltilmesi seçeneğidir.
- Turbo Delay: Turbonun beklenen devire gelindiğinde gecikip gecikmeyeceğini veya ne kadar gecikeceğini ayarlamak için kullanılmaktadır.
ESC’lerin Uzun Ömürlü Olması İçin Dikkat Edilmesi Gerekilenler
ESC’lerin üzerinden çok yüksek akımlar geçer. Her ESC’nin bir kapasite ve dayanma sınırı vardır. Bu sınır akım (Amper) ve volt olarak aşılırsa ESC yanar. ESC’nin zarar görmemesi için zorlamasına müsaade edilmemelidir. Bu kullanıcın kontrolündedir.
ESC’ler en çok RC model arabalarda bozulmaktadır. Çünkü en fazla arabalarda kapasite zorlanması yaşanır. Örneğin bir model arabada 50 amperlik bir ESC olduğunu varsayalım. Normal kullanımda bu ESC araba için yeterlidir. Normal sürüşte motor bu akımların altında çalışır. Fakat bir şekilde zorlanma veya sıkışma yaşandığında motor normalden fazla akım çekmeye başlar ve ESC’nin sınırı aşılır. Bu durumda ESC yanacaktır. Çok yapılan hatalardan birisi araba bir engele takıldığında veya bir yere sıkıştığında gaz vermeye devam etmektir. Bu durumda tekerlekler normal turunda dönemediğinden veya hiç dönemediği için motor çok fazla akım çekmeye başlar. Motor tarafından çekilen akım ESC’nin 50 amper sınırını aşar ve kısa bir süre sonra ESC yanar. Bu durum ESC’lerin değil kullanıcıların hatasıdır. Kullanım esnasında ESC limitlerine dikkat edilmelidir.
Çarpmalar da bozulmaya sebep olabilir. Bir diğer bozulma sebebi ise yanlış voltaj ile kullanılmalarıdır. ESC’nin desteklediği voltaj değerinin üzerinde voltaj verildiğinde ESC bozulacaktır. ESC’lerin amper ve volt limitlerini bilmemiz bu buna dikkat ederek kullanmamız ESC’lerin uzun ömürlü olması için gereklidir.
ESC’lerin çalışırken biraz ısınması normaldir. Kullanım esnasında aşırı ısınma oluşuyorsa ESC zorlanıyor demektir. Soğuması için bir süre bekletilmeli ve kullanılmamalıdır. Bazı araba ESC’lerinde aşırı ısınmaya karşı koruma mevcuttur. Aşırı ısındığında ESC motora giden elektriği keser. Bu özellik kısmi koruma sağlar. Aşırı sıkışma ve veya zorlanmalarda ESC’nin yanmasını engelleme açısından koruma sağlayamaz.
Sonuç olarak ESC’ler ve ESC’lerin kullanıldığı model araçlar yüksek akım ile çalışan araçlardır. Bu ürünleri kullanmak temel mekanik beceri gerektirir. Teknik sınırların bilincinde olunmalı ve bilinçli bir şekilde kullanılmalıdırlar.
