드론 초보를 위한 기자재 해설(3) – 변속기(ESC)

초보분들을 위한 기자재 공부입니다.

사실 뒤져보면 다 나오는 것들인데, 문제는 초보분들은 “뭘 뒤져야할지?” 자체를 모른다는 것이지요.

그리고 “유튜브 동영상 보면 이렇게 저렇게 하는데 나는 안된다”, “유튜브 동영상이 보는 것 마다 다르다” 이렇게들 말씀하시는데 유튜브 동영상이 참 좋은 교재이고 저도 애용합니다만, 결정적인 문제가 대부분의 동영상이 하는 방법만 보여주지 왜 그렇게 하는지는 설명이 없다는 것이지요. 따라서 원리를 알고있는 사람들이 보면 쉬운데 원리 자체를 모르는 분들이 보시면 “나는 그대로 따라하는데 왜 안되지”라는 말이 나오는 것입니다.

달아도 되고 안 달아도 되는 옵션을 제외하고 만들고 띄워서 조종을 하기 위해 반드시 필요한 기자재는,

1. 조종기(조정기가 아닙니다)와 수신기

2. FC(Flight Controller)

3. 변속기(ESC – Electronic Speed Controller)

4. 모터

이렇게 네가지입니다. 이 네가지에 대해서 초보분들이 기초 지식으로 아셔야 할 내용 중심으로 살펴보겠습니다.

세번째로 변속기(ESC)에 대해서 알아 보겠습니다.

 

3. 변속기(ESC)

변속기는 간단히 말해서 수도꼭지입니다. 변속기를 보면 두가닥 선은 배터리에 연결되고, 세가닥 선은 모터에 연결되고, 얇은 세가닥 또는 두가닥 선은 FC에 연결합니다. 배터리에 연결된 두가닥 선은 플러스 마이너스로서 언제든지 배터리로부터 전류를 뽑아 올 준비를 하고 있는 것입니다. 모터로 연결된 세가닥 선은 언제든지 모터로 전류를 흘려보내 모터를 돌릴 준비를 하고 있는 것입니다. 얇은 세가닥 선은 신호선으로서 FC와 연결되어 수도꼭지를 잠글 것인지 열것인지, 열때는 얼마나 열것인지를 FC로부터 명령받는 선입니다. FC가 “열어라”하면 그 신호가 얇은 세가닥 선을 타고 변속기에게 전달되고 그러면 변속기가 수도꼭지를 열면 전류가 배터리로부터 모터로 가서 모터가 돌아가는 것입니다.

수도관에도 물을 흘릴 수 있는 용량이 있듯이 변속기도 최대한 흘려줄 수 있는 전류량이 있습니다. 그것이 변속기의 10A, 12A, 20A, 40A… 하는 변속기의 스펙입니다.흘려줄 수 있는 관의 크기이지요.

여기서 잠깐, 전류는 보내는 쪽에서 밀어넣는 것이 아니라 사용하는 쪽에서 빨아먹는 것입니다. 전류의 최종 소비 주체는 모터입니다. 모터가 제대로 힘을 내기 위해서는 30A의 전류가 필요한데 변속기가 20A 용량이라면 변속기가 타버립니다. 풀 스로틀을 쳤을 경우 FC는 변속기에게 최대의 전류를 공급하라고 명령을 내립니다. 그 경우 변속기는 배터리로부터 20A를 뽑아내어 모터로 공급합니다. 풀가동 하는 것이지요. 이때 모터는 “나는 30A가 필요하지만 니가 체력이 약해서 고작 20A 밖에 못 흘려주네?” 하면서 풀스피드로 돌지않고 널널하게 돌아갑니다. 하지만 변속기는 죽을 힘을 다해서 전류를 공급합니다. 그 결과 발열이 심하게 되고 그런 상황이 지속되면 변속기의 소자의 납땜이 녹아내립니다. 한 여름에 냉방 수요가 급증하면 한번씩 전봇대 변압기가 터져 나가지요. 이것 역시 전기가 가지고 있는 이런 빨아먹는 속성 때문입니다. 집집마다 에어컨을 켜면 변압기 사정을 봐주지 않고 사정없이 빨아땡깁니다.

변속기 설치에서 가장 헷갈리는 것이 신호선으로 쓰이는 3선입니다. 사실 신호선은 한가닥이면 됩니다. 그런데 왜 3가닥일까요? 이것은 다른 기자재의 전원 공급과 관련이 있기 때문입니다. 일반적으로 RC에서 사용하는 배터리는 3.7V 리튬 배터리를 직렬 연결해서 전압을 올려서 씁니다. 3셀이면 11.1V, 4셀이면 14.8V, 6셀이면 22.2V가 되지요. 그런데 문제는 전원은 모터만 필요로 하는 것이 아니라는 것이지요. 수신기랑 FC도 전원을 공급해야 작동합니다. 그리고 수신기나 FC는 11.1V~22.2V 같은 고전압을 필요로 하지 않습니다. 6V의 전원을 필요로 하지요. 수신기에 3셀 리포를 연결하면 곧 바로 수신기가 사망합니다. 그럼 수신기가 사용하는 이 6V 전원은 어디서 누가 공급할까요? 아니 그 전에 왜 수신기는 6V를 쓰는걸까요? 아예 수신기가 22.2V까지 쓸 수 있다면 걍 배터리 직결하면 그만인데 말이지요.

예전에(호랑이 담배피던 시절) RC에서는 배터리가 형편없었습니다. 리튬 같은 것은 있지도 않았고 고작 니켈카드뮴(니카드) 또는 그보다 조금 더 발전해서 Ni-MH(니켈 수소) 배터리만 있었지요. 그 녀석들은 방전율이 낮아서 RC용으로는 적합하지 않았습니다. 그래서 주로 엔진을 이용했습니다. 쉽게 말해서 기름을 땠지요. 그런데 문제는 기름을 때면 엔진은 돌릴 수 있는데 전기는 생성할 방법이 없었습니다. 그래서 고육지책으로 조그마한 배터리를 수신기용으로 별도로 부착을 했습니다. 사정이 이러하다보니 작동이 가능한 최소의 전압(6V)정도에서 타협을 본 것이지요. 굳이 높은 전압을 사용해서 무게를 늘릴 필요가 없으니까요.

그러다가 리퓸폴리머가 떵~ 하니 나타났습니다. 엔진보다 힘이 더 좋아졌습니다. 그런데 문제는 이 놈이 힘을 제대로 내려면 최소 11.1V, 아니면 22.2V 정도는 달아줘야 힘이 제대로 난다는 것이지요. 자~ 모터를 돌리는 동력은 11.1V~22.2V를 필요로 하고 수신기는 6V를 필요로 하고…… 그래서 사람들이 꾀를 낸 것이 “어차피 배터리랑 변속기가 연결되니 변속기 내부에 6V를 만들어서 수신기에 6V 전기를 공급하는 장치를 심자” 이렇게 되었습니다. 그래서 변속기가 모터에 파워도 공급하면서 수신기에 전원을 공급하는 기능도 겸하게 된 것이지요. 변속기에서 나오는 얇은 3선은 가운데 선이 빨간색으로 전원 +선 양쪽으로 하나는 – 선, 또 다른 하나는 FC로부터 수도꼭지를 잠궈라 말라는 신호를 받는 선, 그렇게 해서 3선입니다.

그런데 용량이 작은 변속기는 괜찮지만 큰 용량의 변속기는 노이즈(일종의 전기적 잡음)도 큽니다. 혹시나 이런 노이즈가 수신기에 전원을 공급하는데 영향을 미치지 않을까 우려를 하게 되었습니다. 큰 변속기를 달 정도면 기체도 큰 기체이기에 만약 잠깐이라도 수신기에 전원 공급이 안되면 큰 일이 벌어지니까요. 그래서 용량이 큰 변속기들은 아예 수신기 전원 공급 장치를 빼 버리게 됩니다. 그리고 신호선과 그라운드 이렇게 두가닥 선만 fC로 연결됩니다. 그러면 수신기 전원은 누가 공급할까요?

그래서 NAZA나 TAROT같은 FC들은 별도의 전원 공급 장치(PMU)가 들어있습니다. 11.1V~22.2V의 배터리를 직결하면 그 전원 공급 장치가 6V로 만들어서 수신기와 FC에게 공급하는 것이지요. PMU가 없는 FC들은 11.1V~22.2V를 입력받아 6V로 만들어주는 레귤레이터를 달아야 합니다. 수신기와 FC는 어차피 신호를 주고받기 위해 3가닥 선으로 연결하게 되는데 그러면 지네들끼리 전원을 넘겨주므로 레귤이나 PMU는 수신기 또는 FC 둘 중 하나에만 연결해 주어도 됩니다.

그 다음 변속기에서 중요한 것은 스로틀 레인지 캘리브레이션입니다. 이것은 수도꼭지에게 최소로 잠궜을 때랑 최대로 열었을 때의 위치를 알려주는 것입니다. 쿼드콥터의 경우 변속기가 4개인데 최대로 열었을 때 흐르는 전류량이 서로 다르다면 어떤 모터는 더 쌩쌩돌고 어떤 모터는 슬슬 돌겠지요. 그러면 문제가 생깁니다. 따라서 조종기 스틱 하나만 움직여도 4개의 모든 변속기가 똑같은 양의 전류를 흘리기 위해 스틱이 최대치는 여기다, 최소치는 여기다 라는 것을 변속기에게 가르쳐 주고 기억시켜 주어야 합니다. 대부분의 변속기(하비윙 변속기, SimonK 펌웨어를 쓰는 변속기)에서 캘리브레이션 방법은 아래와 같습니다.

일반 조종기 기준입니다.

모든 것이 정상적으로 연결되어있고 배터리만 빠진 상태에서 1번 변속기의 선을 수신기의 3번 채널에 연결합니다.

조종기를 켜고 스로틀 스틱을 최상단에 위치합니다.

그 상태에서 배터리를 연결합니다. 그러면 모터에서 띠리릭 띡 하는 소리가 들립니다.

그 소리를 들은 다음 스로틀 스틱을 제일 아래로 내립니다. 그러면 띡 하는 소리가 들립니다.

이러면 스로틀의 범위를 변속기에게 알려준 것입니다.

2번, 3번 4번 변속기도 동일하게 위의 작업을 수행합니다.

주의하실 사항은 후타바 조종기는 스로틀이 리버스 되어있습니다. 이 작업을 수행할 때는 반드시 리버스 항목으로 들어가서 3번 채널을 리버스 해 두고 해야합니다. 수행이 끝나면 다시 리버스를 해제합니다.

 

다음은 모터로 가겠습니다.

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