Etusivu| Servot| Polttomoottori | Sähkömoottori | Akut | Radiot
Renkaat | Sähköt | Korit | Auton säätö | Muuta | Sanasto | Linkit

Sähkölaitteet

Sähköauton sähkökytkennät

Sähköautossa sähkökytkennät menee periaatteessa kuvan mukaisesti. Eli vastaanottimen ensimmäiseen kanavaan kytketään ohjausservo ja toiseen kanavaan kytketään nopeudensäädin. Kytkettäessä kannattaa varmistaa, että johdot menevät oikein päin, koska joihinkin vastaanottimiin liittimet pystyy kytkemään myös väärinpäin. Vastaanottimenakkukohtaan ei tarvitse laittaa mitään, koska nopeudensäädin tarjoaa vastaanottimelle tarvittavan sähkön. Pakittavan nopeudensäätimen tapauksessa johtojen kytkennät menevät kuvan mukaisesti. Jarruttavan nopeudensäätimen tapauksessa keltaista johtoa ei ole ja punainen johto menee moottorille ja akulle. Nopeudensäätimen kytkennässä kannatta olla erityisen huolellinen, koska väärä kytkentä hajottaa todennäköisesti säätimen. Nopeudensäätimestä tulevat johdot kannattaa kiinnittää moottoriin juottamalla, mutta laadukkaita liittimiäkin voi käyttää. Akussa kannattaa myöskin käyttää laadukkaita naarasliittimiä, jotta liittimet eivät jäisi pullonkaulaksi.

Nopeudensäätimen valinnassa kannattaa kiinnittää erityisesti huomiota moottorirajoitukseen. Valmistajat yleensä ilmoittavat rajan, jota enemmän tulee moottorissa olla käämikierroksia. Suositeltavaa on valita nopeudensäädin siten, että säätimen rajoitus on pari kierrosta vähemmän kuin moottorissa on käämikierroksia. Tällöin nopeudensäätimen pitäisi olla riittävä ja pitkäikäinen. Jos nopeudensäätimen mukana tulee jäähdytysritilä tai sitä ollaan suositeltu ohjeessa, niin sitä kannattaa myös käyttää, jotta säädin ei toimisi liian kuumana. Joidenkin säätimien mukana tulee kondensaattori, joka on tarkoitus kytkeä punaisen ja mustan johdon väliin siten, että kondensaattorin raidalla merkitty jalka tulee mustaan johtoon kiinni. Tällaisen kondensaattorin voi kytkeä myös muihinkin nopeudensäätimiin, vaikka sitä ei olisikaan mukana tullut, koska kondensaattori parantaa nopeudensäätimen suorituskykyä, vähentää häiriöitä ja laskee sen toimintalämpötilaa. Kondensaattorin voi myös kytkeä peruuttavaan nopeudensäätimeen.

Nopeudensäädin on periaatteessa sähköinen FET:illä toteutettu kytkin, joka kytkee akun moottoriin ja irti. Jotta saataisiin myös osakaasu toimimaan, niin nopeudensäädin kytkee sähköä nopeasti päälle ja pois. Tämä kytkemisnopeus on nykyään luokkaa 1-20 kHz  ja päällä- ja poissaoloaikojen suhteellisella kestolla vaikutetaan kaasun määrään. Kondensaattori toimii sähkön välivarastona, jolloin osakaasulla jännite pysyy kokoajan suurena, jolloin myös tehokin on hieman suurempi. Lisäksi akun antama jännite romahtaa pieneksi hetkeksi rajusti kiihdytettäessä. Kondensaattorilla pystytään tasoittamaan hieman tätä romahdusta, jolloin akun jännite ei putoa aivan niin alas. Tähän tarkoitukseen sopii ihan tavallinen elektrolyyttikondensaattori (ELKO), jonka jännitteen kesto on vähintään 10 V. Sopiva arvo kondensaattorille on jossain 1000 ja 10000 uF välillä. Kannattaa huomioida, että vaikka suurempi kondensaattori parantaa suorituskykyä enemmän, myös fyysinen koko kasvaa jännitteen keston tai kapasitanssin kasvaessa. Lisäksi suuremman kondensaattorin varaamiseen kuluu aikaakin enemmän.


Erään kondensaattorin vaikutus jännitteen putoamiseen

Moottoria valitessa kannattaa ensin selvittää nopeudensäätimen rajoitus. Moottorissa pitää olla käämikierroksia enemmän kuin on nopeudensäätimen rajoitus. Esimerkiksi, jos nopeudensäätimen rajoitus on minimissään 10 kierrosta, niin moottoriksi kannattaa valita malli, jossa on vähintään 12 käämikierrosta. Ennen moottorin käyttöönottoa kannatta varmistaa, että häiriönpoistokondensaattorit ovat paikoillaan. Nämä voivat olla perinteisiä jaloistaan juotettavia malleja tai moottorin päätyyn upotettuja pintajuotoskomponentteja. Jos näin ei ole, niin moottoriin on juotettava kolme häiriöpoistokondensaattoria. Ensimmäinen juotetaan moottorin plus- ja miinusnavan väliin, toinen moottorin miinusnavasta kannuun ja kolmas plusnavasta kannuun. Yleensä kondensaattoreita ei juoteta itse kannuun, vaan päädyn kiinnitysruuvin (sähköisessä yhteydessä kannuun) alla olevaan korvakkeeseen, jolloin moottorin avaaminen on helpompaa. Yleensä nämä kondensaattorit tulevat moottorin mukana, mutta jos näin ei ole, niin ne ovat aivan tavallisia 0,1 uF epäpolaarisia (voi kytkeä molemmin päin) keraamisia kondensaattoreita. Jos käytettävä nopeudensäädin on jarrullinen, niin moottoriin kannattaa juottaa myös shottky-diodi moottorin plus- ja miinusnapojen väliin, siten, että diodin raita on moottorin plusnavan puolella. Joidenkin nopeudensäätimien tapauksessa shottky-diodin käyttö on pakollista, koska se estää säätimen jarrutransistorien ylikuumenemisen. Pakillisen säätimen kanssa Shottky-diodia ei saa käyttää, koska pakin käyttö aiheuttaa oikosulun ja räjäyttää ainakin Shottky-diodin.

Vastaanottimen asennuksessa kannattaa kiinnittää huomiota erityisesti antennijohtoon. Vastaanotin on huomattavasti häiriöttömämpi, jos antennijohto on oikein asennettu. Ensinnäkin antennijohto ei saa olla katkaistu tai muuten rikki. Vioittunut antennijohto on vaihdettava uuteen. Toiseksi antennijohto kannattaa asentaa mahdollisimman pystyyn ja mahdollisimman suoraan antenniputkeen. Ylimääräisen antennijohdon rullaaminen esim. antenniputken juureen tai johdon roikkuminen liian lyhyestä antenniputkesta heikentää myöskin toimintaa, mutta joskus näinkin on tehtävä. Lisäksi antennijohto ja vastaanotin kannattaa asentaa maahdollisimman kauas auton muista sähkölaitteista ja johdoista. Radiohäiriötä voivat aiheuttaa myös muut rikkinäiset johdot, puuttuvat häiriönpoistokondensaattorit moottorista ja metallien hinkkaamiset keskenään.

Polttomoottoriauton sähkökytkennät

Polttomoottoriautossa sähkökytkennät menee peraatteessa kuvan mukaisesti. Eli vastaanottimen ensimmäiseen kanavaan kytketään ohjausservo ja toiseen kanavaan kytketään kaasuservo. Vastaanottimenakkukohtaan kytketään luonnollisestikin vastaanottimenakku. Kytkettäessä kannattaa varmistaa, että johdot menevät oikein päin, koska joihinkin vastaanottimiin liittimet pystyy kytkemään myös väärinpäin. Vastaanottimen ja akun välillä en suosittelisi käyttämään virtakytkintä, koska ne ovat melkoisen alttiita vioittumaan. Eli jos vastaanotin on hyvin näkyvillä, niin akku kannattaa kytkeä suoraan vastaanottimeen ajon ajaksi. Jos vastaanotin on esim. vastaanotinkotelossa, niin kannattaa hankkia, jatkojohto, joka tulee kotelon ulkopuolelle. Tällöin akku voidaan kytkeä tähän jatkojohtoon ajon ajaksi.

Vastaanottimenakkuna voidaan käyttää joko 4,8 V nelikennoista akkua tai 6,0 V viisikennoista akkua. 6,0 V akulla saavutetaan servojen parempi vääntökyky ja nopeus. Toisaalta 4,8 V akku on hieman kevyempi. Sillä ei ole juurikaan väliä onko akku NiMh vai NiCd. Molempia voi käyttää ihan hyvin. Valinnassa kannattaa kiinnittää lisäksi huomiota akun fyysiseen kokoon ja kapasiteettiin. Nämä ominaisuudet voivat vaihdella melkoisestikin. Lisäksi hyvä ominaisuus on akun pikaladattavuus. Joskus tulee kumminkin kiire saada akku ladattua nopeasti. Yleensä radiopakettien mukana tulee mukana patteriteline neljälle paristolle tai akkukennolle. Tätä ei ole myöskään suositeltavaa käyttää, koska yhdenkin pariston hetkellinenkin irtoaminen voi aiheuttaa auton dramaattisen karkaamisen. Eli akkukennot kannattaa aina juottaa toisiinsa kiinni, jotta kontaktihäiriön riski minimoitaisiin. Jos välttämättä haluaa käyttää paristoja, niin kannattaa ehdottomasti käyttää alkaaliparistoja ja kiinnittää paristot erityisen huolella kehikkoon ja kehikko autoon esim. nippusiteellä tai runsaalla teipillä.

Vastaanottimen asennuksessa kannattaa kiinnittää huomiota erityisesti antennijohtoon. Vastaanotin on huomattavasti häiriöttömämpi, jos antennijohto on oikein asennettu. Ensinnäkin antennijohto ei saa olla katkaistu tai muuten rikki. Vioittunut antennijohto on vaihdettava uuteen. Toiseksi antennijohto kannattaa asentaa mahdollisimman pystyyn ja lyhintä tietä antenniputkeen. Ylimääräisen antennijohdon rullaaminen esim. antenniputken juureen tai johdon roikkuminen liian lyhyestä antenniputkesta heikentää myöskin toimintaa, mutta joskus näinkin on tehtävä. Radiohäiriötä voivat aiheuttaa myös rikkinäiset johdot ja metallien hinkkaamiset keskenään (esim. pakokäyrän ja pillin hinkaaminen).

Kastunut sähkölaite

Jostain kumman syystä ihmisillä on kova halu tuhota jopa satojen eurojen sähkölaitteita yhden viiden minuutin märissä olosuhteissa ajon takia. Tämä ei siis ole mitenkään järkevää. Jos kuitenkin halu, voittaa järjen, niin sähkölaitteet tulisi suojata mahdollisimman hyvin ja sijoittaa mahdollisimman kuivaan paikkaan. Eli ehdottomasti paras tapa suojautua veden aiheuttamilta tuhoilta on olla ajamatta märissä olosuhteissa.

Kun vesi pääsee kuitenkin kosketuksiin sähkölaitteiden kanssa, niin kannattaa toimia nopeasti. Vesi harvoin tuhoaa sähkölaitetta välittömästi esim. aiheuttaen oikosulun. Yleensä ongelmia aiheuttaa korroosio, jonka vesi saa aikaan ollessaan kauan kosketuksissa sähkölaitteen kanssa. Ensimmäiseksi kastunut sähkölaite on irrotettava autosta ja avattava. Suurin osa vedestä ravistetaan tai kuivataan pyyhkeellä pois. Seuraavaksi esiin otetaan hiustenkuivaaja, jolla jatketaan kuivaamista miedolla lämmöllä erittäin huolellisesti joka puolelta. Kaiken veden on siis haihduttava pois kaikkialta. Lämpötilan on oltava niin pieni, että elektroniset komponentit eivät kärsi. Tämän jälkeen sähkölaitteen päälle ruiskutetaan runsaasti helposti haihtuvaa elektroniikalle tarkoitettua puhdistusainetta, joka sitoo kosteutta.

Sähkölaite kannattaa jättää vielä palasina kuivumaan esim. yön yli, jotta varmasti kaikki kosteus haihtuu pois. Kuivumisen jälkeen sähkölaite voidaan koota ja testata sen toiminta. Yleensä nopean ja huolellisen kuivaamisen jälkeen sähkölaite toimii moitteitta. Luonnollisestikin onnistuminen ei ole täysin varmaa ja sähkölaite voi myös jonkun ajan kuluttua lakata toimimasta.

PC:n virtalähteestä 12V muuntaja

Ennen kun aloitat, niin huomio seuraava seikka: Virtalähteessä on useita suurikapasiteettisia kondensaattoreita, joidenka varaus voi jopa tappaa. Eli ennen kuin avaat tai työstät virtalähdettä sen on seisottava muutama tunti irti verkkovirrasta, jotta kondensaattorit ehtivät tyhjentyä. Lisäksi kaikki kytkennät on tehtävä erityistä huolellisuutta käyttäen, koska virtalähteessä on kuitenkin verkkovirta. Näin säästytään sähköiskuilta ja palovaaralta.

Halpa ja ihan toimiva ratkaisu 12V virtalähteeksi mm. akkulatureiden tarpeita varten on vanha PC:n virtalähde. Kustannuksia tästä ei juurikaan tule, koska näitä virtalähteitä voi saada ilmaiseksi tai ainakin halvalla. Tarvittaviin komponentteihin menee rahaa muutamia euroja. PC:n virtalähteitä on oikeastaan vain kahta mallia. AT-tyyppinen virtalähde löytyy yleensä vanhemmista tietokoneista ja ATX-tyyppinen hieman uudemmista tietokoneista. Molempia näistä voidaan käyttää tässä projektissa. Virtalähdettä valittaessa kannattaa kiinnittää huomiota erityisesti +12 V piiristä saatavaan maksimivirtaan. Tyypillisesti tämä on 8 A tai enemmän, joka riittää hyvinkin ainakin yhdelle akkulaturille. Tämän jännitteen lisäksi virtalähteestä saadaan myös muita jännitteitä, jotka on lueteltu alla olevassa taulukossa.
 

Väri Jännite
Keltainen +12 V
Punainen +5 V
Oranssi +3,3 V
Musta Maa
Sininen -12 V
Valkonen -5 V

Tässä projektissa ainoa merkittävä ero AT- ja ATX-virtalähteillä on virtakytkimessä. AT-mallissa on yleensä virtakytkin, joka tulee kotelosta ulos johdonpäähän kiinnitettynä. Tämä on lisäksi yleensä epäkäytännöllisen mallinen, joten virtakytkin kannattaa viedä kotelon kylkeen ja vaihtaa vaikka sopivaksi keinukytkimeksi. Eli aluksi sopivaan paikkaan virtalähteeseen tehdään aukko, johon kytkin kiinnitetään. Tämän jälkeen vanhan kytkimen johto katkaistaan sopivan mittaiseksi ja johdot kytketään uuteen kytkimeen.

ATX-virtalähteessä virran kytkeminen hoidetaan maadoittamalla vihreä johto johonkin mustaan johtoon. Tämän lisäksi virtalähteessä voi olla erillinen virtakytkinkin. Eli jos kytkin on olemassa, niin vihreä johto juotetaan johonkin mustaan johtoon kiinni ja liitos suojataan esim. sähkömiehenteipillä. Jos kytkintä ei ole olemassa, niin koteloon tehdään aukko uudelle virtakytkimelle, ja kytkimeen kytketään vihreä ja musta johto. Joissakin ATX-virtalähteissä ATX-liittimen nastaan #11 (liittimen kulmassa) tulee oranssin johdon lisäksi ruskea johto. Nämä johdot pitää olla yhdessä, jotta virtalähde toimisi. Eli liittimen voi poistaa ja nämä johdot juotetaan yhteen ja suojataan esim. sähkömiehen teipillä.

Tästä eteenpäin AT- ja ATX-virtalähteet käyttäytyvät samalla tavalla. Aluksi ainakin maalle ja 12 V lisätään kotelon kylkeen naaraspuoleiset banaaniliittimet. Lisäksi voi halutessaan lisätä esim. 5 V oman banaaniliittimensä. Näille molemmille voi käyttää maana samaa liitintä tai jokaiselle jännitteelle voidaan laittaa oma maaliittimensä. Maaliitin on yleisesti musta ja muut ovat sitten yleensä punaisia. Muitakin värejä voi tietenkin käyttää. Liittimet kannattaa tietenkin asentaa sellaiseen paikkaan, että myös kansi mahtuu päälle niiden asennuksenkin jälkeen. Maaliittimeen juotetaan kiinni ainakin kaksi paksua mustaa johtoa. Kaksi siksi, ettei johdot lämpenisi liikaa suuria virtoja otettaessa. 12 V liittimeen juotetaan puolestaan ainakin kaksi paksua keltaista johtoa. Jos halutaan saada 5 V liitinkin, niin tähän liittimeen juotetaan punaisia johtoja.


Koteloon asennetaan naaraspuoleiset banaaniliittimet ainakin
maalle ja 12 V jännitteelle. Kuvassa on myös 5 V oma liitin.


Liittimiin juotetaan halutun jännitteen johdot.

Nyt voidaankin virtalähteestä poistaa kaikki käyttämättömät johdot. Jos 5 V liitintä ei haluta asentaa, niin ainakin kaksi punaista johtoa on kuitenkin jätettävä jäljelle. Tyylikkäimmin tämä poistaminen tapahtuu juottamalla ylimääräiset johdot irti piirilevystä Itse olen kuitenkin käyttänyt raakasti sivuleikkureita, ja katkaissut ylimääräiset johdot mahdollisimman läheltä juurtansa. Valitettavasti virtalähde ei todennäköisesti suostu vielä toimimaan kunnolla muutamia poikkeuksia lukuunottamatta. Yleisesti 5 V piiriä on kuormitettava riittävästi, jotta virtalähde suostuu antamaan täyden virran 12 V piiristään. Eli maaliittimen ja 5 V liittimen välille on kytkettävä joku riittävä kuorma. Vaihtoehtoisesti kuorma kytketään parin punaisen ja parin mustan johdon väliin. Käytännöllisin kuorma on riittävä tehovastus, joka kiinnitetään johonkin jäähdytysritilään tai lähelle tuuletinta lämpenemisen minimoimiseksi. Sopiva vastuksen arvo on jossain 1 ja 5 ohmin välillä, jotka kuormittavat 5 V piiriä vastaavasti 5 A ja 1 A. Riittävä kuormitus on melkoisesti virtalähdekohtaista, joten lievää hakuammuntaa joutuu suorittamaan. Täytyy lisäksi muistaa, että vastuksen tehonkesto on riittävä. 1 ohmin vastus vaatii tehon kestokseen minimissään 25 W kun 5 ohmin vastuksen tehonkeston tulee olla minimissään vain 5 W. Luonnollisestikin vastuksia voi kytkeä rinnan ja sarjaan sopivien arvojen löytämiseksi. Nyt virtalähteen pitäisi olla valmis, eli kotelo voidaan sulkea ja esim. akkulaturiin laittaa urospuoleiset liittimet.


5 V piiriä on kuormitettava, jotta 12 V piiristä saadaan
täydet virrat.

Ajovalot ledeistä

LED (Light Emitting Diode) on nimensä mukaisesti valoa säteilevä diodi. Ledit ovat pitkäikäisiä, halpoja, ja vievät vähän virtaa, joten niitä käytetään yleisesti merkkivaloina. Nykyään on myös olemassa kirkkaampia ledejä, jotka sopivat myös valaisimiksi. Ledit vaativat tietyn jännitteen, jotta ne alkaisivat valaisemaan. Tätä jännitettä kutsutaan kynnysjännitteeksi. Eri värisillä ledeillä on eri kynnysjännitteensä. Alla olevassa taulukossa on lueteltu suuntaa antavat kynnysjännitteet. Tarkemmat arvot ovat ledi kohtaisia.
 

Väri Kynnysjännite
Infrapuna 1,2 V
Punainen 1,6-1,7 V
Vihreä 2,1-2,2 V
Keltainen 2,0-2,1 V
Oranssi 1,8-2,2 V
Sininen 3,6-5,0 V
Valkoinen 3,6-5,0 V

Toinen tärkeä suure ledille on sen saama virta. Sen tulee olla sopivan suuruinen, jotta ledin kirkkaus on riittävä ja se ei kuitenkaan hajoa. Ledin kirkkautta pystytään säätämään siis virralla. Yleensä sopiva ohjearvo ledille on 20 mA. Tätä suurempia virtoja käytettäessä ledin datakirjasta kannattaa varmistaa ledin virrankesto. Jotta virta saadaan ledille sopivaksi, ledin edellä on aina käytettävä oikein mitoitettua etuvastusta. Ledin vastuksen mitoitus menee seuraavasti esim. 9 V patterilla ja punaisella ledillä:

Vastuksessa hukattava jännite: 9 V - 1,6 V = 7,4 V (1,6 V on punaisen ledin kynnysjännite)
Vastuksen arvo ohmin lailla: 7,4 V / 20 mA = 370 Ohm (20 mA on maksimivirta Ledille)

Eli yleiseksi kaavaksi saadaan (Käyttöjännite - Kynnysjännite) / Virta. Vastukseksi valitaan seuraava suurempi. ledin kirkkauteen voi vaikuttaa etuvastuksella siten, että vastuksen arvoa suurentamalla ledi himmenee. Rinnan kytkettävissä ledeissä molemmille ledeille laitetaan omat etuvastukset, koska ledien kynnysjännitteet ovat luultavasti hieman erilaiset, jolloin virta ei jakaannu tasaisesti. Tällöin ledien kirkkaudessa voi olla suuriakin heittoja. Varsinkaan erivärisiä ledejä ei saa kytkeä täysin rinnan. Jos kuitenkin käytät yhteistä etuvastusta, niin pitää huomata, että virta jakautuu niiden kesken suurinpiirtein tasan ja kynnysjännite pysyy samana.

Helpoimmalla pääset, jos laitatkin ledit sarjaan, jolloin pääset yhdellä etuvastuksella. Edellä esitetyssä tapauksessa ledien määrä saa olla korkeintaan neljä. Viidellä menee jo liian lähelle 9 Volttia. Tällöin vastuksen arvo lasketaan (Käyttöjännite - (Ledien määrä * Kynnysjännite)) / Virta. Esim. Tässä tapauksessa neljällä LED:illä ja 2 V kynnysjännitteellä käyttöjännitteen ollessa se 9 V.

(9 V - (4 * 2 V)) / 20 mA = 50 Ohm

Sitten voisi vielä ottaa esille vastuksen tehonkestotarpeen. Eli vastuksen teho lasketaan kaavasta P = U * I. Esim. edellisessä sarjaankytkennässä P = 1 V * 20 mA = 0,02 W, eli tässä tapauksessa voitaisiin käyttää ihan tavallista 0,25 W hiilikalvovastusta.

Yksi asia kannattaa vielä huomioida ledien kytkennässä. Ledi toimii vain oikeinpäin kytkettynä. Ledin anodi on kytkettävä jännitelähteen positiiviseen napaan ja katodi jännitelähteen negatiiviseen napaan. Anodin tunnistaa yleensä pidemmästä ledin liitosjalasta. Lisäksi katodin tunnistaa yleensä ledin kuvussa olevasta viisteestä.

Nyt voimmekin alkaa suunnitella valoja auton koriin. Tässä esimerkissä käytetään ajovaloina kahta kirkasta valkoista lediä edessä ja kahta tavallista punaista takana. Virta otetaan ajoakusta (7,2 V). Sopivaksi etuvastukseksi punaisille sarjaan kytketyille ledeille saadaan 180 Ohm (0,25 W). Oletetaan, että näiden valkoisten ledien tapauksessa voidaan käyttää virtana turvallisesti 40 mA. Lisäksi pitää huomioida, että kahta valkoista lediä ei voida kytkeä sarjaan, koska niiden yhteinen kynnysjännite ylittäisi akun tarjoaman 7,2 V jännitteen. Valkoiset ledit on kytkettävä rinnan, ja niille on laitettava omat etuvastuksensa. Valkoisten ledien etuvastusten arvoiksi saadaan nyt 82 Ohm (0,25 W). Nyt voidaankin sitten alkaa kokoamaan valosarjaa. Alla on esitetty tämän esimerkin kytkentä, josta on sitten helppo muokata omia variaatioita.

Nopeudensäätimen valinta

Nopeudensäätimet jaetaan aluksi kahteen pääryhmään: Mekaanisiin ja elektronisiin nopeuden säätimiin. Mekaaninen nopeudensäädin perustuu siihen, että akun tarjoamaa jännitettä rajoitetaan vastuksilla, jos halutaan ajaa osakaasulla. Nopeudensäätimen asentoa puolestaan säädetään servon avulla.

Elektroninen nopeudensäädin on periaatteessa sähköinen FET:illä toteutettu kytkin, joka kytkee akun moottoriin ja irti. Jotta saataisiin myös osakaasu toimimaan, niin nopeudensäädin kytkee sähköä nopeasti päälle ja pois. Tämä kytkemisnopeus on nykyään luokkaa 1-20 kHz  ja päällä- ja poissaoloaikojen suhteellisella kestolla vaikutetaan kaasun määrään. 


Nopeudensäätimen toiminta jännitteen ja ajan funktiona

Jos olet hankkimassa uutta nopeudensäädintä, niin ehdottomasti kannattaa valita elektroninen malli. Mekaanisen nopeudensäätimen hankintaa ei puolusta oikeastaan mikään seikka. Elektronisella nopeudensäätimellä on ainakin seuraavat edut. Elektronisesta nopeudensäätimestä löytyy kymmeniä eri kaasun asentoja ja mekaanisesta yleensä vain kolme. Elektronisella nopeudensäätimellä saavutetaan huomattavasti pitemmät ajoajat, koska akun varausta ei tuhlata mekaanisten nopeudensäätimien tapaan vastuksien lämmittämiseen. Elektronisessa nopeudensäätimessä ei ole liikkuvia osia, joten sen oletettava elinikä on pitempi kuin mekaanisella. Elektroninen nopeudensäädin ei tarvitse toimiakseen servoa, joten se vie huomattavasti vähemmän tilaa kuin mekaaninen. Lisäksi halvimmat elektroniset nopeudensäätimet eivät ole juurikaan mekaanista kalliimpia. Varsinkin jos mekaanisennopeudensäätimen päälle joudutaan vielä laskemaan servon hinta.

Lähiaikoina on markkinoille tullut myös harjattomia moottoreita ja niiden säätimiä. Näihin ei kuitenkaan ainakaan vielä paneuduta. Tästä eteenpäin keskitystään vain harjallisille moottoreille tarkoitettuihin elektronisiin nopeudensäätimiin ja niiden ominaisuuksiin.

Moottorirajoitus

Tämä on ehkä kaikkein tärkein nopeudensäätimen ominaisuus. Mitä vähemmän moottorissa on käämikierroksia, sitä enemmän moottori myös käyttää virtaa. Nopeudensäätimen on kyettävä myös tarjoamaan tämä virta.

Nopeudensäätimen valinnassa kannattaa siis kiinnittää erityisesti huomiota moottorirajoitukseen. Valmistajat yleensä ilmoittavat rajan, jota enemmän tulee moottorissa olla käämikierroksia. Suositeltavaa on valita nopeudensäädin siten, että säätimen rajoitus on pari kierrosta vähemmän kuin moottorissa on käämikierroksia. Tällöin nopeudensäätimen pitäisi olla riittävä ja pitkäikäinen, ja ei ole riskiä tuhota nopeudensäädin ylivälittämällä moottori (lisää kuormitusta). Ei siis ole mahdollista käyttää yhdessä yli 12 lankasille moottoreille tarkoitettua nopeudensäädintä ja 10 lankasta moottoria.

Nopeudensäätimiä voidaan käyttää myös useampien moottorien tapauksessa ja olemassa on myöskin jo valmiiksi kahdelle moottorille tarkoitettuja säätimiä. Useamman moottorin asennukset on käsitelty sähkömoottoreita käsittelevällä sivulla.

Jänniterajoitus

Yleensä nopeudensäätimet ovat tarkoitettu toimimaan ainakin kuuden kennon akulla (nimellisjännite 7,2). Tämän lisäksi nopeudensäätimet voivat toimia myös muillakin jännitteillä. Yleisesti kiinnostavat jännitteet ovat 4,8 (neljä kennoa) ja 8,4 (seitsemän kennoa). Eli jos nopeudensäädintä ollaan valitsemassa kohteeseen, jossa käytetään jotain muuta kuin kuusikennoista akkua, kannattaa nopeudensäätimen ominaisuuksiin tältä osalta perehtyä.

Varsinkin 1/12 kokoluokan mattoautoilla ajavat arvostavat sitä, että nopeudensäädin toimii ongelmitta 4,8 V jännitteellä. Tällöin mattoautossa ei tarvitse käyttää erillistä vastaaotinakkua. Tämä säästää painoa ja vaivaa. Näissä autoissa ei juurikaan tarvita voimakasta servoa ja riittävä nopeuskin saavutetaan jo 4,8 voltilla, joten tästäkään ei muodostu ongelmaa.

Pakilla vai ilman

Pakilla varustettu nopeudensäädin mahdollistaa nimensä mukaisesti auton ajamisen eteen ja taaksepäin. Nopeudensäätimellä, jossa ei ole pakkia ei luonnollisestikaan pysty ajamaan takaperin. Molemmista malleista löytyy lisäksi jarru.

Jos nopeudensäädin on tulossa pelkästään hupiajeluun pakillinen nopeudensäädin on varmastikin hyvä valinta. Ei pakista ainakaan haittaa ole. On huomattavasti miellyttävämpää pakittaa autoa, kuin juosta sen luo joka kertaa auton jäädessä jumiin. Ainoa negatiivinen asia voi olla hinta, joka on yleensä hieman pakitonta nopeudensäädintä korkeampi. Jos tarkoitus on ajaa kilpaa edes joskus tulevaisuudessa nopeudensäädin tulee olla pakiton. Tällöin pakki on ainakin pystyttävä kytkemään kokonaan pois käytöstä. Eli kilpailussa auto ei saa missään olosuhteissa pakittaa. Olemassa on siis myös nopeudensäätimiä, jotka pystytään ohjelmoimaan molempiin käyttötarkoituksiin. Eli samaa nopeudensäädintä voidaan käyttää hupiajelussa pakillisena ja satunnaisesti kilpailuissa pakittomana.

Jos nopeudensäädin on tulossa pääasiallisesti kilpailukäyttöön, ei ole kannattavaa harkita pakillista säädintä. Puhtaasti pakittomien nopeudensäätimien muut ominaisuudet ovat kuitenkin sen verran paremmat, että pakki kannattaa unohtaa.

BEC (Battery Eliminator Circuit)

Tämä ominaisuus löytyy nykyään käytännössä kaikista nopeudensäätimistä. Sen tarkoituksena on mahdollistaa ajaminen ilman erillistä vastaanottimen akkua. Eli nopeudensäädin tarjoaa vastaanottimelle ja sitä kautta ohjausservolle niiden tarvitseman sähkön. Tämän olemassaolo on siis nykyään itseisarvo, mutta sen ominaisuuksissakin on eroa. Kannattaa siis katsoa nopeudensäätimen tarjoama jännite ja virta. Jännite liikkuu yleisesti 4,8 ja 6,0 voltin välillä. Suuremmalla jännitteellä ohjausservo pystyy toimimaan nopeammin ja tarjoamaan suuremman vääntökyvyn. 

Jos nopeudensäätimen tarjoama virta ei ole kovinkaan suuri, suorituskykyiset servot voivat kärsiä tästä. Eli nopeudensäädin ei pysty tällöin tarjoamaan servolle riittävän suurta virtaa, jolloin luonnollisestikin servon toiminta ei ole optimaalista. Eli kovin suorituskykyisien servojen käyttäminen aivan halvimpien nopeudensäätimien kanssa ei ole järkevää.

Taajuus

Elektroninen nopeudensäädin toimii siis siten, että  nopeudensäädin kytkee sähköä päälle ja pois tuhansia kertoja sekunnissa. Mitä suurempi tämä taajuus on sitä tasaisempi kaasun vaste on. Toisaalta taajuuden kasvaessa myös suorituskyky laskee. Lisäksi pienellä taajuudella auto lähtee paikoiltaan kiihdytettäessä hieman räväkämmin liikkeelle. Tietenkin näiden asioiden kompromissi, eli sopiva taajuus, vaihtelee hieman käyttötarkoituksen mukaan.

Myös jarrutettaessa nopeudensäätimellä on oma taajuus. Suurella jarrutaajuudella auton jarrutus on tasaisempaa ja tarraaminen on vähäisempää. Vastaavasti pienellä jarrutaajuudella jarrutus on karkeampaa ja tarraaminen on voimakkaampaa.

Kalliimmissa nopeudensäätimissä näitä taajuuksia voidaan muuttaa tai esiohjelmoituja asetuksia on useampia. Tällöin eri käyttötarkoituksiin voidaan valita optimaalisin asetus. Halvemmissa säätimissä on kiinteästi asetettu joku kaikkiin tarkoituksiin yleispätevä taajuus.

Virrankesto

Nopeudensäätimissä ilmoitetaan yleensä virrankesto eteenpäin ja jarrulle. Pakittavissa säätimissä on vielä lisäksi virrankesto itse pakille. Yleensä suurempi virrankesto mielletään siten, että suuremmalla virrankestolla nopeuskin kasvaa. Tämä ei kuitenkaan pidä paikkaansa sillä. Virrankestolla tarkoitetaan juuri sitä virtaa jonka nopeudensäädin pystyy tarjoamaan. Oikeastaan tätä arvoa ei edes kannata vertailla, koska eri valmistajilla on hyvinkin suuria eroja arvon mittaamisessa. Eli sitä voidaan käyttää vain oikeastaan jonkun merkin sisällä nopeudensäätimien vertailuun. Tämä arvo on kuitenkin hyvinkin läheisessä suhteessa nopeudensäätimen moottorirajoitukseen. Eli valintatilanteessa kannattaa ennemmin seurata moottorirajoitusta.

Sisäinen vastus

Jokaisella nopeudensäätimellä on joku sisäinen vastus. Mitä pienempi on tämä vastuksen arvo, sitä pienempi on myös jännitteen putoaminen akun ja moottorin välillä. Sisäisen vastuksen arvon tulee olla erittäin pieni, koska nopeudensäädin käsittelee hyvin suuria virtoja. Eli pienikin sisäisen vastuksen nousu aiheuttaa jo suuriakin jännitteen putoamisia. Tämän takia nykyisissä nopeudensäätimissä sisäiset vastukset alkaa olemaankin jo milliohmien luokkaa ja allekin. Lisäksi pienemmällä sisäisellä vastuksella nopeudensäätimen lämpeneminenkin on vähäisempää.

Ohjelmointi

Joku aika sitten nopeudensäätimien ohjelmointi tapahtui kahta ruuvia vääntämällä. Toisesta asetettiin neutraali kohta ja toista vääntämällä täyskaasu. Tästä ollaan jo menty melkoisen pitkälle, koska nykyisissä nopeudensäätimissä voidaan säätää jo hyvinkin montaa eri ominaisuutta. Niistä löytyy edellisten lisäksi mm. taajuuden, virranrajoituksen, minimikaasun säätöjä. Tämän takia nykyisin nopeudensäätimien ohjelmointi tapahtuu käyttämällä ainakin yhtä nappia ja ainakin yhtä merkkilediä. Lisäksi nykyään on myöskin nopeudensäätimiä, joita ei varsinaisesti tarvitse ohjelmoida ollenkaan. Nämä etsivät automaattisesti neutraalin ja täyskaasun asennon.

Suojaukset

Nopeudensäädin on melkoisen kallis ja herkkä vioittumaan. Tämän takia paremmissa säätimissä on jo melkoisen paljon suojauksia eri virhetilanteita varten, jotka johtuvat yleensä inhimillisistä erehdyksistä.

Alijännitesuojan tarkoituksena on priorisoida eri sähkölaitteet ajoakun hiipuessa. Yleisesti ohjausservolle tarjotaan riittävä sähkön saanti. Tämä tehdään katkomalla moottorille annettavaa sähköä hetkellisesti. Eli auton vauhti hidastuu, mutta ohjaus toimii moitteitta.

Suojaus akun väärinpäin kytkemisen varalta estää nopeudensäätimen tuhoutumisen tilanteessa, jossa akun navat kytketään ristiin nopeudensäätimelle. Jos tätä suojausta ei olisi, niin nopeudensäädin tuhoutuu kyseisessä tilanteessa hyvin todennäköisesti käytännössä välittömästi.

Lämpösuoja kytkee nopeudensäätimen pois päältä tilanteessa, jossa nopeudensäätimen lämpötilan on kasvanut liian suureksi. Kun lämpötila on pudonnut riittävästi nopeudensäädin alkaa taas toimimaan. Lämpösuojan laukeamisen aiheuttaa yleensä jäähdytysritilän puuttuminen, auton väärät välitykset tai moottori, jossa on nopeudensäätimelle liian vähän käämikierroksia.

Vesitiivis nopeudensäädin toimii myös märissä olosuhteissa tai ainakin kestää hajoamatta nämä rikkoutumatta. Tiivistämättömän nopeudensäätimen rikkoutuminen märissä olosuhteissa on hyvinkin yleistä.

Fyysiset ominaisuudet

Ensimmäisenä tulee mieleen nopeudensäätimen koko ja paino. Tässä ei sinänsä ole mitään erityisempää ihmettelemistä. Yleisesti pienempää ja kevyempää pidetään parempana. Joillekin tällä ei ole suurtakaan merkitystä. Kannattaa kuitenkin huomioida, että itse nopeudensäätimen koon lisäksi tulee myös sen ulkopuolelle jäävät osat. Mahdolliset jäähdytysritilät, johdot, liittimet johdoille, virtakytkin ja kondensaattori suurentavat kokonaisuuden mittoja ja painoa.

Nopeudensäätimen johdotukseen kannattaa kiinnittää huomiota. Yleensä halvemmissa nopeudensäätimissä akun ja moottorin johdot ovat jopa alimitoitettuja ja juotettu nopeudensäätimen sisään kiinni. Näissä johtojen vaihtaminen ei ole mitenkään erityisen helppo tehtävä. Paremmissa ja kalliimmissa nopeudensäätimissä on yleensä ulkopuoliset juotospisteet, joihin voidaan helposti juottaa riittävän paksut ja juuri sopivan mittaiset johdot. Eli vaihdettaessa nopeudensäädin toiseen autoon, voidaan myöskin johdot vaihtaa helposti autoon sopiviksi. Tämä ei ole kuitenkaan pelkästään mukavuusasia, vaan paksummissa ja sopivan mittaisissa johdoissa vastuskin on pienempi, jolloin myös suorituskyky on parempi. 

Jos joku yleispätevä ohje pitäisi johdolle asettaa, niin sen tulee olla sopivan mittainen, hyvin monisäikeinen ja paksuudeltaan 12 AWG riittää varmasti. Tämä on amerikkalainen paksuuden mitta johdolle. Eurooppalaisia mittoja ei juurikaan käytetä, mutta tämä on halkaisijaltaan noin 2 mm johtoa. Yli 15 lankasille moottoreille riittää kuitenkin jo 14 AWG johtokin (halkaisija noin 1,5 mm). 

Johtojen paksuudet

RC-autojen yhteydessä käytetään yleisesti johtojen paksuuksille amerikkalaista ilmoitustapaa AWG (American Wire Gauge). Tällä järjestelmällä ilmoitetut paksuudet eivät juurikaan kerro Eurooppalaiselle mitään. Joten tässä perehdytään hieman tähän järjestelmään.

Johdon paksuus saadaan laskettua seuraavalla "yksinkertaisella" kaavalla tuumina.

D(AWG)=0.005*92((36-AWG)/39)

Kaavasta voidaan helposti päätellä, että kuuden numeron pudotuksella saadaan paksuudeltaan kaksinkertainen johto. Lisäksi tästä voidaan havaita, että kolmen numeron pudotuksella saavutetaan poikkipinta-alan tuplaantuminen. Lisäksi sekaannusta aiheuttaa sekin seikka, että tässä järjestelmässä pienempi luku tarkoittaa paksumpaa johdinta. Jotta asia ei menisi liian vaikeaksi, niin alla on taulukko, jossa on esitetty yleisimpien johtojen vastaavuudet eurooppalaiseen järjestelmään.

AWG Halk. (inc) Halk. (mm) Ala (mm2)
8 0,1285 3,26 8,37
10 0,1019 2,59 5,26
12 0,0808 2,05 3,31
14 0,0641 1,63 2,08
16 0,0508 1,29 1,31
18 0,0403 1,02 0,82
20 0,0320 0,81 0,52
22 0,0254 0,65 0,33
24 0,0201 0,51 0,20

Pikkuniksejä ja vinkkejä

  1. Jos et keksi sähköautossa radiohäiriölle enää mitään syytä, niin kannattaa vielä koittaa kietoa nopeudensäätimen ja moottorin väliset johdot keskenään. Molemmat aiheuttavat radiohäriötä ja kumoavat toistensa häiriöitä kieputettuna.
  2. Jos et millään meinaa saada pujotettua antennijohtoa antenniputkeen, niin kannattaa käyttää liukasteena astianpesuaineliuosta.
  3. Jos käytössäsi on samanlaiset liittimet akun plus- ja miinusnavassa, niin akkua kootessa kannattaa pluspään kennon ympärille kietoa kierros punaista sähkömiehenteippiä ja miinuspään kennon ympärille mustaa sähkömiehenteippiä. Vikakytkennän mahdollisuus pienenee ainakin hieman.
  4. Vastaanotin ei tykkää polttomoottoriautojen suuritaajuisesta tärinästä, joten se kannattaa ehdottomasti kietoa esim. vaahtomuoviin ennen autoon asentamista. Jos autossa ei ole varsinaista vastaanotinkoteloa, niin se kannattaa liimata radiolevyyn käyttäen useampaa palaa pehmeätä kaksipuoleista teippiä (=servoteippi).
Copyright © Ari-Pekka Liljeroos