Бурное развитие силовых электроприводов в моделях вертолетов привлекли в последние годы в наше хобби большое количество новых людей, что, конечно, не может не радовать. Но как побочный эффект родилось несколько устойчивых мифов, как то:
- электричество это просто
- напряжение силовых батарей определяется только конструкцией и компоновкой модели
- надо летать динамичнее – просто поставь мотор помощнее
- настройка гувернера – это сложно, лучше летать на кривых
- не обязательно использовать батареи с большим «С»
Если говорить о моделях хобби-уровня (комбо-китах), то в основном можно согласиться. Но вот если шагнуть немного дальше в спорт – все меняется в корне.
1. Просто или нет электричество? Вы ответите сами, дочитав эту статью до конца. Я же со своей стороны не буду в ней глубоко «нырять» в подробности и технические детали и описывать теорию и математику процессов.
2. Напряжение.По важности я бы поставил это параметр на первое место. Простое правило электротехники гласит «выше напряжение - ниже потери - выше кпд и мощность».
В вертолетах это выглядит примерно так:
- при необходимой потребляемой рабочей мощности модели 500-класса ок 1200Вт,
потребляемый ток на батареях ЛиПо 4S составит 72А, на 6S =46А, на 8S=34А.
- в этих случаях потери на внутренних и переходных сопротивлениях батарей+проводов+разъемов+контроллера+мотора составят для 4S =291Ватт или 24%, для 6S =135Ватт или 11%, для 8S =83Ватт или 7%.
Оказалось, что при удвоении напряжения в 2 раза потери уменьшились в 3,4 раза!
В целом, после многократных теоретических расчетов и практических экспериментов, я пришел к простой эмпирической формуле расчета напряжения силовых батарей для динамичного полета:
необходимое рабочее напряжение = (вес модели (кг) + диаметр ротора (м)) * 10
Uv=(Pkg +Dm) * 10
205мм (250 класс) = (0,35 + 0,48) * 10 = 8,3в - 2-3S
325мм (450) = (0,8 + 0,72) * 10 = 15в - 3-4S
430мм (500) = (1,8 + 0,98) * 10 = 28в - 6-8S
550мм (550) = (2,8 + 1,20) * 10 = 40в - 10-12S
620мм (600) = (3,8 + 1,34) * 10= 50в - 12-14S
710мм (700) = (5,2 + 1,55) * 10= 67в - 16-18S
Предвидя возмущение «я на 600-ке на 6S классно летаю» или «на 700-ке 12S достаточно, 16-18S – это слишком» советую попробовать и сравнить. Эффект будет поразительный.
Где можно сэкономить – это на «флайбарлесс» моделях. Экономия мощности за счет отсутствия флайбара такова, что для них можно смело снизить напряжение на 10-12%.
3. Электромоторы. Увидев в паспорте мотора максимальную мощность, вы должны четко понимать что это мощность ПОТРЕБЛЯЕМАЯ мотором при максимальной нагрузке. Реальная же мощность на валу у синхронного трехфазного модельного электромотора составит 65-70% потребляемой (это общее КПД, не путать с эффективностью/efficiency – электрическим КПД). Это одна из причин, почему например на .90/700 вертолете ДВС 3,6л/с выглядит значительно динамичнее Электро 4кВт (5,3л/с).
Подбор электромотора.
Первый параметр который нам надо определить – обороты на вольт электромотора (RPM/volt , Kv). Этот параметр всегда указывается в паспорте. Выбирается он просто:
Требуемые обороты на вольт электромотора = (Максимальные обороты ротора * Гл шестерня) / (Напряжение
1 3,14* Количество ЛиПо * Ведущая шестерня)
Kv=(Rotor * N) / (3,14 * S * n)
Максимальные обороты ротора модели обычно указаны в ее инструкции. Если нет, то примерно:
205мм (250 класс) = 4000 об/мин
325мм (450) = 3400
430мм (500) = 2800
550мм (550) = 2300
620мм (600) = 2100
710мм (700) = 1800
Самыми важными параметрами в подборе электромотора есть его максимальный продолжительный рабочий ток (Icont, continuos) и максимальное рабочее напряжение (Umax). Именно произведение этого тока на рабочее напряжение даст вам примерную максимальную потребляемую рабочую мощность Pcont = Icont * Umax. На паспортные максимальную мощность и кратковременный максимальный ток (Max, Peak, 15-30sec) смотрите просто для информации - они характеризуют только кратковременную перегрузочную способность мотора. Определить необходимые рабочие токи и мощности можно из такой таблицы:
205мм (250 класс) = 20А / 200Вт
325мм (450) = 35А / 400Вт
430мм (500) = 50А / 1200Вт
550мм (550) = 50А / 1800Вт
620мм (600) = 65А / 2600Вт
710мм (700) = 65А / 3800Вт
Для достижения максимальной мощности на валу и максимального КПД мотор должен работать на максимальных же рабочих оборотах. Это стандартное правило механики «мощность равна работе поделенной на время» а для электромотора «моменту умноженному на обороты». Момент у нас определяет рабочий ток, а обороты – рабочее напряжение и конструкция мотора (сколько допустимо по механическим характеристикам). Соответственно, если мы используем мотор на пониженных оборотах, то для достижения необходимой мощности нам нужен больший момент, а значит ток, а значит – большие потери и уменьшение КПД.
Как узнать максимальное рабочее напряжение мотора? Обычно в паспорте указывают максимальное количество ЛиПо батарей (ЛиПо 1S=3,7В). Бывает указывают максимально допустимые обороты, тогда напряжение определяем разделив их на паспортные обороты на вольт Umax = RPMmax / Kv.
Как узнать максимальный рабочий ток мотора (Cont, Continuous) ? Обычно в паспорте мотора указывают максимально допустимый кратковременный (Max, 15-30sec) - это не тот параметр. Здесь есть два варианта: если в паспорте указана максимальная рабочая мощность (не пиковая), то ток будет равен мощности поделенной на напряжение Icont = Pcont / Umax; если в паспорте только "пиковые" значения (Peak) - тогда берем такое значение тока разделив его на 1,5, Icont = Imax / 1,5 , и Icont = Ppeak / (Umax * 1,5).
Теперь простой пример расчета:
Мотор для модели 500-класса с ЛиПо 6S и рабочей мощностью от 1200Ватт.
Необходимые обороты на вольт = 2800*102 / 3,14*6*15 = примерно 1010 об/Вольт (RPM/volt, kV).
Смотрим на предложения производителей и подбираем мотор с такими данными:
Motor Kv 1000 RPM/volt (обороты близки к требуемым)
Max Continuous Current 62 Amps (макс рабочая мощность 62А*6S*3,7В= 1376Ватт – с запасом).
Max Lipo Cell 6s (максимальное напряжение соответствует нашим батареям).
Конечно смотрим мы на моторы авторитетных, проверенных брендов. Не стоит напоминать, что малоизвестное и дешевое обходится зачастую в конце концов очень дорого.
4. Контроллеры с гувернерами.В электрике гувернер (стабилизатор оборотов) вещь необходимая. В плавных полетах можно пользоваться кривыми газа. В динамичном же полете в начале, середине и в конце мы практически имеем три разных модели – из-за «просаживания» батареи при разряде на том же 500-м вертолете средние обороты ротора в начале и в середине полета уже отличаются на 4-5%, а ближе к концу на 7-9%.
Конечно простые «стоковые» контроллеры не обеспечивают глубины и большой точности работы гувернера, но тем не менее модель летает и управляется гораздо более адекватно чем на кривых газа.
Вопреки расхожему мнению, гувернеры в спортивных контроллерах настраиваются достаточно просто, и подробное описание методики настроек есть на многих сайтах. При этом спортивные контроллеры работают значительно линейнее простых и не «садят» на себя много мощности, что дает дополнительный выигрыш по динамике и времени.
И еще. Подбирая новый контроллер не скупитесь, и берите хотя бы с 1,5 кратным запасом по току от расчетного максимального рабочего. Дело в том, что под резкими нагрузками 2-х кратное превышение максимального рабочего тока в порядке вещей. При этом контроллер нагревается что повышает его внутреннее сопротивление, и вызывает снова еще больший нагрев и большие токи. Поэтому заводского "запаса прочности" контроллера просто может не хватить.
5. Батареи.Свежезаряженная батарея при рабочей нагрузке (С) «просаживается» на 6-8%,
а на максимально допустимой нагрузке – на 12-14%. В середине разряда эти показатели еще больше. Не говоря о том, что это снова потери мощности и КПД, такие «просадки» напряжения вызывают еще большие пики токов и соответственно большую нагрузку на аккумуляторы. Поэтому нагрузочную способность батарей надо подбирать такой, чтобы максимальный рабочий ток модели был примерно в 1,5 раза ниже рабочей нагрузки батареи. Если использовать рассчитанные выше рабочие напряжения, то будет достаточно использовать батареи 25С (35С макс).
Конечно, речь идет об аккумуляторах серьезных, проверенных производителей. Об аккумуляторах новых, недорогих марок сказать ничего не могу – их «вольты-амперы-ватты» отличаются от общепринятых и пока еще мало изучены
.
ДД.
Киев 2010
-----------------------------------------
Статья любезно предоставлена
Дмитрием Деригиным.
Оригинальный текст.
Примечание
1. Для большей наглядности добавил слово "Напряжение". А сама величина 3.14 выбрана Дмитрием как легкозапоминающаяся (константа Пи) и основаная на коффициенте Эл. эффективность = 0,9 от номинального напряжения LiPo.
Тема: Электричество - это просто или нет? (Прочитано 10414 раз)