Un controlador electrónico de velocidad (ESC) es un circuito electrónico que controla y regula la velocidad de un motor eléctrico. También puede proporcionar cambio de giro y frenado dinámico. Los controladores electrónicos de velocidad compactos se utilizan en modelos de radiocontrol eléctricos. Los vehículos eléctricos convencionales también cuentan con sistemas para controlar la velocidad de sus motores.

Función Un control electrónico de la velocidad sigue una señal de referencia de "velocidad" (derivada de una palanca de aceleración, joystick u otra entrada manual) y varía la frecuencia de conmutación de una red de transistores de efecto de campo (FET). Al ajustar el ciclo de trabajo o la frecuencia de conmutación de los transistores, se modifica la velocidad del motor. La rápida conmutación de la corriente que fluye a través del motor es lo que provoca que este emita su característico zumbido agudo, especialmente perceptible a bajas velocidades.

Se requieren diferentes tipos de control de velocidad para los motores de CC con escobillas y los motores de CC sin escobillas. En un motor con escobillas, la velocidad se controla variando la tensión en su armadura. (A nivel industrial, los motores con bobinados de campo electromagnético en lugar de imanes permanentes también pueden controlar su velocidad ajustando la intensidad de la corriente de campo). Un motor sin escobillas requiere un principio de funcionamiento diferente. La velocidad del motor se varía ajustando la sincronización de los pulsos de corriente que se suministran a los distintos bobinados del motor. miniaturadeimagen|Un módulo ESC genérico con una capacidad nominal de 35 amperios y un circuito eliminador integrado. Los sistemas ESC para motores sin escobillas, básicamente, generan corriente alterna (AC) trifásica, como un variador de frecuencia, para accionar a estos motores sin escobillas. Los motores sin escobillas son populares entre los aficionados a los aviones radiocontrolados debido a su eficiencia, potencia, durabilidad y peso ligero en comparación con los motores tradicionales con escobillas. Los controladores de motores de corriente continua (DC) sin escobillas son mucho más complejos que los controladores de motores con escobillas.

La fase correcta de la corriente que alimenta el motor varía en función de su rotación, algo que el ESC debe tener en cuenta. Por lo general, se utiliza la fuerza contraelectromotriz de los devanados del motor para detectar esta rotación, pero existen variantes que emplean sensores magnéticos (de efecto Hall) o detectores ópticos independientes. Los controladores de velocidad programables suelen incluir opciones configurables por el usuario que permiten establecer límites de corte por baja tensión, sincronización, aceleración, frenado y sentido de giro. También es posible invertir el sentido de giro del motor intercambiando dos de los tres cables que van del ESC al motor.

Clasificación Los ESC normalmente se clasifican según la corriente máxima, por ejemplo, 25 amperios (25 A). Por lo general, a mayor capacidad, el ESC tiende a ser más grande y pesado, lo cual es un factor a tener en cuenta al calcular la masa y el balance en los aviones. Muchos ESC modernos admiten baterías de níquel-metal hidruro, polímero de iones de litio y fosfato de hierro y litio con un rango de voltajes de entrada y corte. El tipo de batería y la cantidad de celdas conectadas son consideraciones importantes al elegir un circuito eliminador de batería (BEC), ya sea integrado en el controlador o como una unidad independiente. Una mayor cantidad de celdas conectadas resultará en una reducción de la potencia nominal y, por lo tanto, una menor cantidad de servos compatibles con un BEC integrado si utiliza un regulador de voltaje lineal. Un BEC bien diseñado que utilice un regulador conmutado no debería tener una limitación similar.

Firmware en ESC La mayoría de los ESC modernos contienen un microcontrolador que interpreta la señal de entrada y controla el motor adecuadamente mediante un programa integrado o firmware. En algunos casos, es posible sustituir el firmware de fábrica por una alternativa de código abierto de acceso público. Esto se hace generalmente para adaptar el ESC a una aplicación específica. Algunos ESC vienen de fábrica con la capacidad de que el usuario actualice el firmware. Otros requieren soldadura para conectar un programador. Los ESC se comercializan como cajas negras con firmware propietario. En 2014, un ingeniero sueco llamado Benjamin Vedder inició un proyecto de ESC de código abierto, posteriormente denominado VESC. Desde entonces, el proyecto VESC ha atraído la atención por sus avanzadas opciones de personalización y su costo de fabricación relativamente accesible en comparación con otros ESC de gama alta.

Aplicaciones para vehículos

Autos eléctricos Los ESC de gran tamaño y alta corriente se utilizan en automóviles eléctricos, como el Nissan Leaf, el Tesla Roadster (2008), el Model S, el Model X, el Model 3 y el Chevrolet Bolt. El consumo de energía se suele medir en kilovatios (el Nissan Leaf, por ejemplo, utiliza un ESC de 160 kW que produce hasta 340 Nm de torque por motor). La mayoría de los automóviles eléctricos de producción en serie cuentan con ESC que capturan energía cuando el vehículo avanza por inercia o frena, utilizando el motor como generador y reduciendo la velocidad del auto. La energía capturada se emplea para recargar las baterías y, de este modo, ampliar la autonomía del vehículo (lo que se conoce como frenado regenerativo). En algunos vehículos, como los producidos por Tesla, esto puede utilizarse para reducir la velocidad de forma tan eficaz que los frenos convencionales del vehículo solo son necesarios a velocidades muy bajas (el efecto de frenado del motor disminuye a medida que se reduce la velocidad). En otros, como el Nissan Leaf, solo hay un ligero efecto de «arrastre» al ir por inercia, y el ESC modula la captura de energía en conjunto con los frenos convencionales para lograr que el auto se detenga.

Los ESC utilizados en automóviles eléctricos de producción en serie suelen tener capacidad de inversión, lo que permite que el motor gire en ambos sentidos. Es posible que el vehículo solo cuente con una única relación de transmisión, por lo que el motor simplemente gira en sentido opuesto para que el automóvil dé marcha atrás. Algunos vehículos eléctricos con motores de corriente continua (CC) también cuentan con esta característica, utilizando un interruptor eléctrico para invertir el sentido de giro del motor; sin embargo, otros hacen funcionar el motor siempre en la misma dirección y emplean una transmisión tradicional, manual o automática, para invertir la marcha (por lo general, esto resulta más sencillo, ya que el vehículo utilizado para la conversión ya dispone de la transmisión y el motor eléctrico simplemente se instala en el lugar del motor original).

Bicicletas y patinetes eléctricos derecha|miniaturadeimagen|100x100px|Bicicleta eléctrica con electrónica Un motor utilizado en una bicicleta eléctrica requiere un alto par de arranque y, por lo tanto, utiliza sensores de efecto Hall para la medición de la velocidad. Los controladores de bicicletas eléctricas generalmente utilizan sensores de accionamiento de los frenos y sensores de rotación del pedal, y proporcionan velocidad del motor ajustable mediante un potenciómetro, control de velocidad de bucle cerrado para una regulación precisa de la rapidez, lógica de protección contra sobretensión, sobrecorriente y protección térmica. En ocasiones se utilizan sensores de par del pedal para habilitar la asistencia del motor proporcional al par aplicado y, a veces, se proporciona soporte para el frenado regenerativo; sin embargo, el frenado poco frecuente y la reducida masa de las bicicletas limitan la energía recuperada. Zilog describe una implementación en un documento técnico sobre un controlador de motor de buje de bicicleta eléctrica application note para un 200 O, 24 Motor eléctrico de CC sin escobillas (BLDC) V.

PAS o PAS puede aparecer en la lista de componentes de los kits de conversión eléctrica para bicicletas, lo que implica un sensor de asistencia al pedaleo o, a veces, un sensor de asistencia al pedaleo por pulsos . Por lo general, el pulso se refiere a un imán y un sensor que mide la velocidad de rotación de la biela. Los sensores de presión del pedal bajo los pies son posibles, pero no comunes.

Aplicaciones de control remoto Un ESC puede ser una unidad independiente que se conecta al canal de control del acelerador del receptor, o bien estar incorporado al propio receptor, como ocurre en la mayoría de los vehículos de radiocontrol de categoría de juguete. Algunos fabricantes de radiocontrol que instalan componentes electrónicos propietarios de nivel aficionado en sus vehículos, embarcaciones o aeronaves de gama básica utilizan componentes electrónicos integrados que combinan ambos elementos en una sola placa de circuito.

Los controladores electrónicos de velocidad para vehículos RC a escala pueden incorporar un circuito eliminador de batería para regular el voltaje del receptor, eliminando la necesidad de baterías separadas para el receptor. El regulador puede ser lineal o de modo conmutado. Los ESC, en un sentido más amplio, son controladores de PWM para motores eléctricos. El ESC generalmente acepta un voltaje nominal de 50 V. Hz PWM señal de entrada de servo cuya anchura de pulso varía de 1 De 1 ms a 2 ms. Cuando se le suministra un pulso de 1 ms de ancho a 50 Hz, el ESC responde apagando el motor conectado a su salida. Una señal de entrada de ancho de pulso de 1.5  ms produce que el motor funcione a aproximadamente a media velocidad. Cuando se presenta a 2.0  ms, el motor funciona a máxima velocidad.

Autos Los ESC diseñados para uso deportivo en automóviles generalmente cuentan con capacidad de ir marcha atrás; en los controles deportivos más recientes, esta función se puede anular para evitar su uso en competiciones. Los controles diseñados específicamente para carreras, e incluso algunos de uso deportivo, tienen la ventaja añadida de ofrecer capacidad de frenado dinámico. El ESC obliga al motor a actuar como un generador al aplicar una carga eléctrica a través del inducido. Esto, a su vez, dificulta la rotación del inducido, lo que ralentiza o detiene el modelo. Algunos controladores adicionan a esto el beneficio del frenado regenerativo.

Helicópteros derecha|miniaturadeimagen|200x200px|Drone Los ESC diseñados para helicópteros de radiocontrol no requieren una función de frenado (puesto que el rodamiento unidireccional la haría inútil en cualquier caso) ni precisan de la inversión del sentido de giro (aunque puede resultar útil, ya que a menudo es difícil acceder a los cables del motor y cambiarlos una vez instalados).

Muchos ESC de gama alta para helicópteros incluyen un «modo gobernador» que fija las RPM del motor a una velocidad determinada, lo que facilita enormemente el vuelo basado en CCPM. Esta función también se utiliza en cuadricópteros.

Aviones

Embarcaciones Los ESC diseñados para embarcaciones son necesariamente impermeables. La estructura estanca es significativamente distinta a la de los ESC que no son de tipo marino, ya que cuenta con una carcasa más hermética que retiene el aire. Por este motivo, surge la necesidad de refrigerar eficazmente tanto el motor como el ESC para prevenir fallos prematuros. La mayoría de los ESC de grado marino se refrigeran mediante agua en circulación impulsada por el propio motor o mediante el vacío negativo generado por la hélice cerca de la salida del eje de transmisión. Al igual que los ESC para automóviles, los diseñados para embarcaciones disponen de capacidad de frenado y marcha atrás.

Cuadricópteros