DIY: Część 4 – montujemy ESC

W poprzednich częściach dyskutowaliśmy o liczeniu parametrów, dobieraniu części, wyjaśnialiśmy do czego służą – sama teoria. Dziś wreszcie wchodzimy w część praktyczną ! Bierzemy lutownice w dłoń i zabieramy się za montaż ESC, czyli regulatorów obrotów do silników bezszczotkowych. Uwaga, będzie gorąco ! 🙂

Rama, którą nabyłem jest wyposażona w osobną płytkę dystrybucji zasilania, która montowana jest pod spodem – poniżej głównej płyty. W tym przypadku ESC znajdą się w centralnej części quadrocoptera, bardzo blisko zarówno siebie, jak i pól lutowniczych.

billet_block_2

20160613_074530

Zaletą tego rozwiązania jest to, że wszystkie przewody od ESC będą biegły pod spodem ramy, więc zostawią wiele wolnej powierzchni na płycie centralnej. Oprócz tego, że na jej środku zamocujemy kontroler lotu (są już otwory o odpowiednim rozstawie), resztę mamy całkowicie wolną na osprzęt FPV, odbiornik i potencjalnie inną elektronikę taką jak OSD.

20160611_200725

Alternatywnym rozwiązaniem jest umieszczenie dystrybucji zasilania na wierzchniej części głównej części ramy. Wtedy kontroler lotu „na kanapkę” montujemy na słupkach dystansowych powyżej. Wadą jest to, że ESC musimy zamocować na ramionach (możliwie płasko, żeby nie przeszkadzały śmigłom), a przewody między płytką dystrybucyjną, a ESC będą nam się plątały na powierzchni ramy. Przy pierwszym montażu jest to całkowicie zrozumiałe, bo kopter ma przede wszystkim latać, ale jeśli chcemy mieć nieco większy porządek, to przerzucenie ESC pod spód jest niezłym pomysłem.

20150917_075825

Na to, gdzie i jak umieścimy dystrybucję zasilania ma wpływ jeszcze materiał, z którego wykonana jest rama. Otóż wszelkie nylony, plastiki, czy włókno szklane (fiberglass) nie przewodzą prądu. Włókno węglowe natomiast jak najbardziej ! Oznacza to, że jeśli odsłonięta część ESC, albo któreś punkty lutownicze będą się stykać bezpośrednio z ramą to popłynie przez nią prąd. Na ogół oznacza to zwarcie w obwodzie, a przy tak wysokich prądach, jakie płyną z baterii do ESC i silników – coś się prawie na pewno spali. Jeśli więc budujecie cokolwiek na ramie z włókna węglowego (Carbon Fibre) to dopilnujcie, aby ESC miały podkładki z gąbki (nie stykały się bezpośrednio z ramą), a dystrybucja zasilania była podniesiona (np. na słupkach dystansowych), a miejsca lutowania zabezpieczone (o tym jeszcze będę mówił).

No dobrze, a teraz wróćmy do płytki, której będę używał w budowanym quadrocopterze. Przyjrzyjmy się opisom, które na niej występują.

20160613_074544

Jak widać pośrodku mamy miejsce na przylutowanie 4-ech ESC (ESC +/-). Na krawędzi płytki, na obu jej krańcach są po 3 pary punktów lutowniczych oznaczonych LED +/-. No dobrze, tam można podłączyć oświetlenie, ale gdzie przylutować przewód z końcówką XT-60, którym podłączymy baterię ? Otóż ta płytka nie ma żadnych regulatorów napięcia (byłoby je widać na powierzchni), więc w każdym jej punkcie będzie to samo napięcie – jego wartość będzie zależna od podłączonej baterii. Oznacza to, że punkty lutownicze oznaczone „LED +/-” są bezpośrednio połączone z „ESC +/-„. Z tej racji przewód zasilający przylutuję dokładnie z tyłu. Tak najczęściej puszcza się zasilanie – za tylną częścią quadrocoptera. Chodzi o to, żeby śmigła nie przecięły przewodów. Niektóre ramy mają specjalny uchwyt na gniazdo, albo przewód, do którego podłączamy baterię. Tutaj trzeba sobie radzić samodzielnie. Zróbmy pierwszą przymiarkę pokazującą, jak zamierzam przylutować ESC i przewód z wtykiem zasilającym.

20160613_074857

Jak widać, w miejsce „ESC +” przylutuję czerwony (zasilanie) przewód od ESC. Czarny (masa) z kolei do „ESC -„. Analogicznie zamocuję przewód zakończony wtykiem XT-60. Wykorzystam już wspomniane wcześniej punkty oznaczone LED +/-, ponieważ w każdym z nich i tak będzie podawane zasilanie bezpośrednio z baterii. Z racji tego, że na tej płytce każdy „+” jest połączony z pozostałymi, a „-” ze wszystkimi polami o tym oznaczeniu, teoretycznie mógłbym podłączyć przewody zasilające do jednego z pól oznaczonych „ESC”, a regulatory przylutować do „LED” pilnując tylko, żeby czerwone przewody podłączyć do „+”, a czarne do „-„. Nie ma to sensu, ale też by działało. Ważne, żeby tylko nie zrobić zwarcia zamieniająć kolory przewodów z polami + / – na płytce.

Na razie ESC ma dość długie przewody i gdybym je tak zostawił, nie mógłbym go oprzeć bezpośrednio na płytce dystrybucyjnej. Z racji tego, że regulatory są niewielkie, całkowicie płaskie i cienkie – mogę je posadowić w wycięciach, które znajdują się w PDB. Efekt, który chcę uzyskać pokazuję poniżej.

20160613_074509

Regulatory zmieściły się zadziwiająco dobrze. Przewody „+” i „-” odpowiednio rozsunąłem, ponieważ po ich obcięciu chciałbym je przylutować od razu w tych punktach, nad którymi się znajdują. W moim przypadku będą więc one bardzo krótkie. W takim przypadku ciepło lutownicy bardzo szybko przeniesie się na ESC (przewód dobrze je przenosi). Jeśli zaczynacie przygodę z lutowaniem to dłuższy przewód pozwoli Wam na dłuższe trzymanie lutownicy na jego końcu, zanim rozgrzejecie ESC. Elektronika dobrze znosi wysokie temperatury, ale na pewnym etapie da się ją przegrzać, więc jeśli nie macie pełnej wiary we własne umiejętności – nie skracajcie przewodów ponad miarę.

Zwracam też uwagę którędy wychodzą przewody do silników. Wyprowadzę je pomiędzy otworami, w których będą słupki montażowe do PDB (płytka dystrybucji zasilania), a środkowymi punktami lutowniczymi. Zwracam uwagę, iż w tym układzie miejsca do przylutowania LED-ów umieszczone na rogach płytki są zasłonięte przez przewody. Z racji tego, że nie planuję oświetlenia ramion, nie będą mi one potrzebne, ale jeśli chcieć zrobić z nich użytek, to należy najpierw przylutować do nich po kawałku przewodu zasilającego do przyszłych diod, zabezpieczyć to miejsce i dopiero wtedy lutować ESC.

No dobrze, to skoro wiadomo, gdzie i jak umieścić ESC, to pora przenieść się na roboczą matę, która oszczędzi moje biurko przed gorącą cyną. Tam zaczynam od przylutowania przewodów zasilających, które zakończone są wtykiem XT-60. Tym sposobem nie będę już lutował ich blisko ESC, więc zmniejszam ryzyko przytknięcia lutownicy do izolacji albo folii termokurczliwej (w której znajduje się regulator obrotów) i stopienia jej. Proces przygotowania pola lutowniczego pokażę kawałek dalej.

20160613_210348

Następnym krokiem jest przycięcie przewodów zasilających od ESC. W moim przypadku musiały być one bardzo krótkie, ponieważ regulator znajdował się zaraz obok pól lutowniczych. Z racji tego, że nie jest to mój pierwszy montaż, mogłem sobie pozwolić na lutowanie bardzo blisko regulatora i folii termokurczliwej. Tak krótki przewód nie daje zbyt wiele miejsca na odprowadzanie ciepła, więc podczas lutowania ESC i termokurczka (pieszczotliwa nazwa) mogą się zacząć mocno nagrzewać. W skrajnym wypadku można nawet uszkodzić elektronikę, dlatego też polecam zostawić sobie większy zapas przewodu przy pierwszym montażu – zawsze można go nieco zwinąć, zgiąć i przypiąć opaską.

Naczelna reguła pod względem skracania wszystkich przewodów jest jednak taka, żeby mierzyć dwa razy, a ciąć raz. Oznacza to tyle, że jeśli skrócicie przewód zbyt mocno, albo lutowania stopicie zbyt wiele izolacji i będzie potrzebne dodatkowe skrócenie, to może się okazać, że przewód jest za krótki. Dlatego też upewnijcie się dwa razy, czy długość się zgadza, potem zostawcie lekki zapas (np. 1 cm). Łatwo go gdzieś upchniecie, a mniejsze ryzyko, że będzie konieczne dolutowywanie dodatkowego przewodu (przedłużanie oryginalnego), co nie jest ani estetyczne, ani łatwe, a zwiększa tylko potencjalne ryzyko uszkodzenia któregoś z lutów przy twardszych lądowaniach.

m_20160613_210501

Ze skróconego przewodu musimy zdjąć izolację. Na potrzeby płytki dystrybucyjnej ok. 5 mm wystarczy aż nadto. Do tego celu dobrze wykorzystać ściągacz izolacji, ale jeśli go nie macie to nożykiem do tapet delikatnie natnijcie ją wokół. W przypadku tego drugiego rozwiązania uważajcie na to, żeby nie obciąć części drucików, z których spleciony jest przewód. Lepiej dwa razy przejechać izolację pod obwodzie, niż musieć wykonywać operację zupełnie od nowa i skracać ponownie przewód.

m_20160613_210611

Pozostaje nam tak naprawdę wygiąć przewód w taki sposób, żeby jego końcówka zetknęła się z polem lutowniczym. Chodzi o to, żeby przy lutowaniu tylko je do siebie docisnąć lutownicą i całość pokryć cyną.

m_20160613_210825

Końcówkę przewodu warto jeszcze wstępnie pokryć cyną. Takie działanie uprości nam lutowanie, ponieważ cyna na płytce dystrybucyjnej łatwiej połączy się z tą na przewodzie. Tak samo należy postępować, jeśli łączymy dwa przewody ze sobą.

Ponieważ mamy tak naprawdę 4 regulatory do przylutowania, całą procedurę pokażę jeszcze z innej perspektywy, ponieważ zamiast robić zdjęcia, zajmowałem się składaniem quadrocoptera. Dzięki za wyrozumiałość ! 🙂

A więc na początku przykładamy regulator do płytki i patrzymy na jakiej długości uciąć przewód.

m_20160613_212533

Następnie odcinamy go, pamiętając, że musimy zostawić odrobinę nadmiaru, z którego ściągniemy izolację.

m_20160613_212539

Następnie pokrywamy cyną pole lutownicze, aby łatwiej było nam połączyć z nim przewód od ESC. Należy z niej utworzyć przyzwoitej wielkości kroplę. Cyna ma to do Siebie, że nie „rozleje” się po powierzchni płytki i będzie trzymać się w granicach pola lutowniczego. Chcemy mieć pewność, że przewody nie oderwą się przy pierwszym szarpnięciu. A właśnie – dobrym testem na to, czy dobrze wykonaliśmy lutowanie jest pociągnięcie za przewód, który właśnie zamocowaliśmy. Oczywiście należy to robić z wyczuciem, bo możemy wyrwać całe pole lutownicze z płytki PDB, a to trudno będzie naprawić. Jeśli jednak kabelek po szarpnięciu dalej znajduje się na swoim miejscu to wszystko jest ok. Warto też użyć takiej ilości cyny, aby przewód schował się pod kroplą, a nie znajdował się wyłącznie na jej powierzchni. To gwarantuje solidniejsze łączenie.

m_20160613_212723

W celu przylutowania końcówki przewodu przyciskamy ją do wcześniej przygotowanego pola i zależnie od grota lutownicy albo dociskamy od góry (płaska końcówka), albo, w przypadku ostrego grotu, przykładamy go do samego pola lutowniczego. W przypadku tak krótkiego przewodu błyskawicznie się on nagrzeje, więc trzymanie go palcami raczej nie wchodzi w grę. Warto użyć niewielkich obcęgów, a jeszcze lepiej – pęsety. Grunt, żeby końcówka przewodu stykała się z polem lutowniczym. Cyna na obu elementach w trakcie podgrzewania rozpuści się w podobnym momencie, jeśli będzie między nimi dobry styk ze względu na dobrą przewodność cieplną. W momencie, gdy cyna na polu lutowniczym będzie płynna, dociskamy przewód starając się, aby schował się pod nią całkowicie. Najczęściej będziemy potrzebowali trzeciej ręki, aby jednocześnie nanieść dodatkową cynę ze szpuli.

m_20160613_212858

W idealnym przypadku na powierzchni pola lutowniczego utworzy się kropla w kształcie kopułki, w której całkowicie schowa się końcówka przewodu. Należy wtedy zabrać lutownicę, ale wciąż trzymać dociśniętą końcówkę kabelka. Po paru sekundach cyna zastygnie i łączenie będzie gotowe. Można wtedy delikatnie szarpnąć za przewód, aby upewnić się, że łączenie jest poprawne. Jednocześnie podkreślam raz jeszcze, że należy uważać, aby nie pociągnąć go z całej siły, ponieważ możemy zerwać całe pole lutownicze napylone na PDB.

20160613_213026

Na kolejnym zdjęciu widać przygotowane przeze mnie pola lutownicze pokryte już od cyną. W trakcie przylutowywania przewodu warto jeszcze trochę jej dodać, aby przysłonić przewód w całości. Oczekiwany efekt widać z kolei na pozostałych regulatorach pokazanych na zdjęciu.

20160613_213413

Izolację z grubszych przewodów najwygodniej zdejmować ściągaczem izolacji, ale nie każdy takowym dysponuje. W takim przypadku alternatywą pozostaje rozcinanie izolacji nożem. Rzecz w tym, że przewody pod spodem są plecione i poszczególne druciki łatwo jest rozciąć. Żeby sobie z tym poradzić, polecam ciąć nożem delikatnie po obwodzie. Można nacinać przewód wokół parokrotnie wbijając się coraz głębiej w izolację. Zbyt dużo siły spowoduje, że rozetniemy nie tylko ją, dlatego lepiej to robić cierpliwie, niż szybko. Wstępnie naciętą izolację daje się też po prostu zerwać, co zmniejsza ryzyko uszkodzenia samego przewodu, ale przy odpowiednio ostrożnym cięciu powinno się po prostu udać rozciąć ją całą na obwodzie i po prostu ściągnąć.

20160613_213532

Po przylutowaniu wszystkich 4 regulatorów dobrze jest położyć lakier, który zabezpieczy miejsca lutowania przed wodą i zanieczyszczeniami. Z racji tego, że ESC znajdują się pod quadrocopterem, są szczególnie narażone na zabrudzenie i kontakt z wilgocią – np. mokra trawa. Z tej racji newralgiczne punkty zabezpieczam środkiem, który pewien czas temu nabyłem.

20160613_214202

Lakier ma konsystencję żelu, który, po położeniu, w ciągu pół godziny zastyga. Aplikuje się go przy pomocy pędzelka, który znajduje się w nakrętce. W swoich modelach kładę na tyle grubą warstwę, aby mieć pewność, że cała cyna została przykryta i nawet jeśli PDB (płytka dystrybucji zasilania) będzie miała kontakt z wodą – nie dojdzie do zwarcia, a przynajmniej nie w tym punkcie.

20160613_214237

Z pewnością nie wygląda to wszystko zbyt estetycznie i tak naprawdę należało jeszcze wpierw oczyścić płytkę sprejem, który rozpuściłby pozostałości po lutowaniu, ale przyznam, że nie dbałem na tyle o to, jak wygląda konstrukcja z tej strony. Z pewnością lepiej, niż żel bezbarwny, wyglądałaby żywica epoksydowa, ponieważ nie jest przeźroczysta, ale uznałem to za zbyt wiele zachodu. Jeżeli zależy Wam na estetyce, to z pewnością warto rozważyć drugą ze wspomnianych opcji. Czymkolwiek zabezpiecza się miejsca lutowania – ważne, żeby samo w sobie nie było przewodnikiem.

20160613_214550

Podobnie mało estetyczną alternatywą pozostaje klej na gorąco, który być może łatwiej nabyć i używać. Nie liczyłbym jednak na powalający efekt. Z drugiej strony stawiam przede wszystkim na to, żeby konstrukcja była niezawodna, a zostawienie „gołej” cyny w pewnym stopniu prosi się o kłopoty. Należy pamiętać, że zwarcie pól leżących obok siebie nie jest specjalnym problemem. Jeśli zabezpieczymy je natomiast w jakikolwiek sposób, redukujemy potencjalny punkt, w którym może się coś stać. Wystarczy luźna śrubka, lądowanie w trawie itd. aby zewrzeć oba bieguny baterii, a jak wiadomo ogniwa Li-Po potrafią dać naprawdę spory prąd, co z kolei może się przełożyć na katastrofalne skutki. Podobnie jak zwarcie w samej baterii, połączenie obu biegunów przypadkowo przez PDB może na przykład spalić ESC – też niepotrzebny wydatek.

20160613_214600

No dobrze, mamy więc przylutowanie i zabezpieczone ESC. Nim przejdziemy do montowania i podłączania silników oraz kontrolera lotu, musimy jeszcze podłączyć oświetlenie (odpowiednie diody były w zestawie) oraz podłączyć regulator napięcia. To wszystko w kolejnej części ! Dzięki i do kolejnego wpisu !

  • XMAN

    Lutowanie nie prosta sprawa! Dzięki za cenne rady !