Interferencias con los servos

A raíz del diseño de la Centralita tuvimos la ocasión de estudiar a fondo y experimentar con la problemática de los servos en aeromodelismo. Hay mucho "mito" sobre este respecto, y muchos de los fallos que se producen y que achacamos "a interferencias" es probable que la causa esté internamente en el modelo y como afectan los servos al receptor.

Los servos en los aviones presentan dos tipologías principales que son las causantes de una serie de consecuencias que popularmente se intentan mitigar con ferritas, cables trenzados y otros intentos con mejor o peor acierto. Voy a describir la problemática más en detalle para después ver estas y otras soluciones.
 

- La longitud de los cables: que en ocasiones al tener que llegar hasta las alas o la cola del aparato pueden sumar varios metros de longitud.
Un aspecto importante que no se suele tener en cuenta (y es especialmente relevante en 35Mhz) es que el cable negativo de los servos constituye el plano de tierra de la antena por lo que la disposición de este cable, su longitud y cargas afectan a la recepción (ver con pruebas de campo)

Las antenas "ideales" (tal como tratan de acercarse los RadioaFicionados) son siempre un dipolo formado por el cable receptor y el plano de masa. Este dipolo debe guardar unas dimensiones y orientaciones que en nuestros modelos distan bastante de ser "ideales".


- Los consumos de los motores
: en servos de tamaño medio es frecuente que se alcancen consumos entorno a 1-2A que en servos potentes se eleva considerablemente o bien en servos digitales.

El funcionamiento de los servos es a través de impulsos que duran más o menos tiempo (anchura del pulso) en función de la posición del servo y el recorrido que se le solicite. Este funcionamiento a impulsos provoca bruscas demandas de corriente, recordemos que la caida de tensión es el producto de la intensidad por la resistencia de cables+conectores.... basta 0.5ohm x 2A para tener ¡1V de caida de tensión!

 

 Técnicas frecuentes para afrontar estos problemas:

- Ferritas: en filtros EMI de redes eléctricas se utilizan para amortiguar descargas de energía de aparatos "ruidosos", y en algún momento se ha intentado extrapolar este funcionamiento a los servos. Es un completo error (grácias a que unas pocas vueltas no generan una inductancia suficiente) por un lado estamos afectando al plano de masa de la antena añadiendo un componente inductivo (que distorsiona aún más la antena), por otra parte, al usar los tres cables del servo, estamos mezclando en la misma inductancia la señal del servo (amortiguándola) y la alimentación (añadiendo la RF de la señal del servo).

 


Por último, otro efecto pernicioso de las ferritas es que el componente inductivo se opone al movimiento de la corriente y frena que la intensidad llegue al servo por lo que estos pierden fuerza de arranque. Al contrario sucede cuando el pulso termina, la energía almacenada como campo mágnético en la ferrita, se descarga sobre el cable produciendo picos de sobretensión... afortunadamente unas pocas vueltas no son suficiententes para generar mucho problema, pero desde luego no ayudan.

Esta imagen de la izquieda muestra el efecto producido sobre la alimentación del servo por una ferrita con 20 vueltas obtenida en nuestro banco de pruebas.

 

- Cables trenzados: es una solución que se utiliza en comunicaciones con los cables que alcanzan centenares de metros y más. Con tanta longitud de conductores paralelos se forma un "condensador" entre ellos, cuyo efecto es frenar las variaciones de voltaje (en comunicaciones repercute en una menor velocidad de transferencia). Este efecto "capacitivo" del cable es bueno para la alimentación (aunque de valor ínfimo), y malo para la señal del servo que puede distorsionar al ser de alta impedancia (es una corriente débil).

Al entrelazar los cables se forma también un efecto bobina que se opone al efecto condensador, por lo que conseguimos un cable "neutro". En cualquier caso las distancias no son comparables como para que el efecto sea relevante en ningún sentido (ni a favor ni en contra), pero sobre todo esta disposición trenzada pretende mejorar la calidad de la señal, pero no atenúa interferencias externas.

 

Otra  forma de afrontar el problema

Descritos los problemas de la longitud de los cables, la antena y los picos de consumo estas son otras formas de afrontarlos que eléctricamente son más acertadas.


- Cable apantallado: Cuando hay un cable realmente largo y queremos asegurarnos que no introduce interferencias (y sin afectar al plano de masa) es la solución. El cable de negativo es un haz de hilos en forma de malla que envuelve al cable de señal y alimentación, "blindándolo" ante emisión/recepción de interferencias.

- Sección del cable: Utiliza cables de sección generosa y cuida la calidad de las conexiones. Unos pocos miliohmios suponen caidas importantes de tensión que provocan comportamientos anómalos en el funcionamiento

 

- Condensadores:  Frente a los constantes picos de consumo que requieren los servos la forma más eficáz es añadir condensadores que actúan como una reserva de corriente con la que hacer frente de forma rápida a la demanda brusca de corriente. Según la disposición de los elementos en el avión pueden ubicarse en diferentes posiciones, la más directa es junto al receptor cuando los servos van conectados diréctamente a él.

Si tienes cables largos, en el mismo conector en el extremo del servo es otra buena ubicación (ojo solo cables de alimentación, nunca al de señal). La idea es aportar una reserva de energía inmediata y cercana para el pico demandado por el servo y por tanto la corriente circule más "tranquila" a lo largo del cable.

La calidad del condensador también es un efecto importante, deben ser de "bajo ESR" (baja resistencia que conlleva mayor velocidad de respuesta). Es mejor tres condensadores "medianos" en paralelo (o repartidos adecuadamente) que uno "enorme" (es más lento).

Es importante entender que si necesitas recurrir a condensadores es una medida paliativa de un defecto de alimentación (caida de tensión por conexiones o sección insuficiente). Y como dice el refrán "no es más límpio el que más limpia", sino el que no necesita condensadores ;-)

 

 Servos que vibran...

Todos los servos, por la forma de trabajar con pulsos variables que hemos descrito, han de vibrar y esto produce un efecto que se llama "torque ripple" (rizado del par) que tiene dos vertientes: la mecánica y la eléctrica.

Desde el punto de vista mecánico es una vibración que supone un desgaste de engranajes y la mecánica en general. Pero desde el punto de vista eléctrico suponen una oscilación constante de la intensidad y descargas de corriente desde la inductancia del motor hacia la alimentación.

Por eso, un servo de mala calidad y/o deteriorado que vibre más de lo normal es una fuente enorme de interferencias que ni con los métodos anteriores es posible "mantener a raya".

 

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Comentarios

Muy buena la información, se

Muy buena la información, se agradece que lo expliques tan claro.

De que capacidad ?

Hola, excelente, y me alegro que la gente pueda saber que las dichosas ferritas no sólo no benfician sino que perjudican.

Yo lo voy a conectar a un cable libre del receptor, tensión 16V o 25V, pero capacidad ?, con 10 microF. será adecuado ?

Gracias.

Un saludo

Jose Luis

Capacidad condensador receptor

Hola Jose Luis, como comentaba un par de post antes no hay una capacidad mínima... pero 10uF es muy poca cosa. Un condensador de 25V está sobredimensionado para los 5-6V de un servo y es mucho más voluminoso.

En cualquier caso, esto siempre son medidas "paliativas o preventivas", quiere decir que poner un condensador soluciona (o mitiga) un problema que existe, pero siempre es mejor erradicar el origen (caidas de tensión por sección insuficiente, falsos contactos, etc. etc.)

Salu2

 

 

OK

Huy perdon, no lo había leido todo, bien, llevo 4 servos de unos 4,5 Kgs a 6V., entonces pondre uno de 3300 microF, y 10V. XQ el de 4700 es un poco tocho.

Un saludo

Jose Luis

Artículo muy instructivo

Muy buen artículo que de manera rápida repasa los temas a tener en cuenta. Me surge una duda como novato en estas lides. ¿Que capacidad recomendais mínima para el caso de emplear condensadores?

Muchas gracias.

Capacidad mínima

Hola, no hay un valor crítico... en filtros de alimentación se suele tomar la "regla no escrita" de 1.000uF x Amperio. Echa un vistazo al consumo de los servos que llevas montados (igualmente, a ojo, un servo normal puede demandar hasta 1A en carga... ya depende si es digital, alto torque u otros factores puede subir bastante hasta los 2A, etc.).

Salu2

servos que vibran

hola, enhorabuena por este documental buenisimo que me ha aclarado un poco esa duda que tenia sobre servos y tal. quisiera saber si entonces un servo que en posicion normal vibre mecanicamente, es recomendable cambiarlo no? ( es que esto mismo me ocurre con el servo de profundidad de mi AXN Floater , servo HXT 9gr. esto me viene pasando desde que lo estrelle al gripar el servo del timon de cola)

por otro lado quizas alguien pueda resolverme una duda que tengo sobre los ESC, y es que a raiz desde q se jodio un servo, cada vez que lo echaba a volar lo estrellaba y es que me di cuenta que de buenas a primeras no giraban los servos de alerones y al suelo. en casa lo probaba e iba todo bien. puede ser que el ESC este jodido? como probarlo? es de HK 25A

servos que vibran

Hola Cyclope2, revisa primero las trasmisiones del servo por si hay razones mecánicas para la vibración (durezas). Sinó es eso, evalua la cantidad de vibración... bueno no es nunca la vibración, otra cosa es que esté dentro de lo admisible (son muchos los servos vibran "ligeramente" y sin embargo vuelan, tampoco es igual un corchito que una maqueta con montón de horas).

Respecto al ESC, si te fallara el BEC fallarían todos los mandos y por falta de alimentación. Parece más probable por lo que comentas que sea problema de conexiones... en cualquier caso, monta el avión en bancada y trata de reproducir el problema en tierra, volar así es una lotería.

Prueba a medir el voltaje del BEC mientras actuas los servos y mover/revisar las conexiones por si aparece algún fallo.

Salu2

Servos que "saltan", pierden posición.

Hola, hago un proyecto sobre un robot de 6 patas (2 servos por pata). Al encenderlo, hay tres servos que en lugar de situarse a 90º saltan a un extremo u otro además de hacer ruido como si estuvieran forzando. He mirado la tensión en el pin de alimentación y la señal PWM con un osciloscopio y todo parece estar en orden. No están trenzados los cables, pero los que si funcionan están a la misma distancia y en las mismas condiciones que los que no. Me queda comprobar el software pero como ya os digo la señal es correcta. Solo pueden ser los servomotores. Alguien le sucede lo mismo que los alimentas y "saltan"? Un pico de corriente? Lo puedo recortar con zener o...
Gracias!