Střídavé motory: 7 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Tento návod je průvodcem/přehledem motorické technologie za moderními nadšenými motory kvadrokoptér. Abychom vám ukázali, čeho jsou kvadrokoptéry schopné, podívejte se na toto úžasné video. (Sledujte hlasitost. Je to velmi hlasité) Veškerý kredit patří původnímu vydavateli videa.

Krok 1: Terminologie

Většina střídavých motorů je obvykle popsána dvěma sadami čísel; jako například: Hyperlite 2207-1922KV. První sada čísel se týká velikosti statoru motoru v milimetrech. Tento konkrétní stator motoru je 22 mm široký a 7 mm vysoký. Starý DJI Phantoms používal 2212 motorů. Rozměry statoru obvykle sledují trend:

Vyšší stator umožňuje vyšší špičkový výkon (vyšší rozsah otáček)

Širší stator umožňuje silnější výkon nižší třídy (nižší rozsah otáček)

Druhá sada čísel je hodnocení KV pro motor. Hodnocení KV motoru je rychlostní konstanta konkrétního motoru, což v zásadě znamená, že motor vytvoří zadní EMF 1 V, když se motor točí při těchto otáčkách, nebo se bude otáčet při nezatížených otáčkách KV při použití 1 V. Například: Tento motor spárovaný s lipo 4S bude mít teoretické nominální otáčky 1922 x 14,8 = 28, 446 ot / min

Ve skutečnosti motor nemusí dosáhnout této teoretické rychlosti, protože existují nelineární mechanické ztráty a ztráty odporového výkonu.

Krok 2: Základy

Elektromotor vyvíjí točivý moment střídáním polarity rotujících elektromagnetů připojených k rotoru, rotující části stroje a stacionárních magnetů na statoru, který obklopuje rotor. Jedna nebo obě sady magnetů jsou elektromagnety, vyrobené z cívky drátu navinuté kolem feromagnetického jádra. Elektřina procházející drátovým vinutím vytváří magnetické pole a poskytuje energii, která pohání motor.

Konfigurační číslo vám řekne, kolik elektromagnetů je na statoru a kolik permanentních magnetů je na rotoru. Číslo před písmenem N udává počet elektromagnetů, které jsou ve statoru. Číslo před P ukazuje, kolik permanentních magnetů je v rotoru. Většina bezkartáčových střídavých motorů dodržuje konfiguraci 12N14P.

Krok 3: Elektronický regulátor rychlosti

ESC je zařízení, které převádí stejnosměrný proud z baterie na střídavý proud. Také vyžaduje vstup dat z letového ovladače k modulaci rychlosti a výkonu motoru. Pro tuto komunikaci existuje několik protokolů. Primární analogové jsou: PWM, Oneshot 125, Oneshot 42 a Multishot. Ale ty se staly zastaralými pro kvadrokoptéry, protože dorazily nové digitální protokoly zvané Dshot. Nemá žádné problémy s kalibrací analogových protokolů. Jelikož jsou digitální bity odesílány jako informace, signál není narušen měnícími se magnetickými poli a napěťovými špičkami na rozdíl od jejich protějšku. Dhsot není opravdu znatelně rychlejší než Multishot až do DShot 1200 a 2400, které mohou v tuto chvíli běžet pouze na několika ESC. Skutečnými výhodami Dshotu jsou především obousměrná komunikační kapacita, zejména schopnost odesílat data z místnosti zpět do FC pro použití při ladění dynamických filtrů a schopnost dělat věci, jako je režim želvy (dočasně obrátit ESC pro převrácení čtyřkolky pokud je zaseknutý vzhůru nohama). ESC je primárně vyrobeno ze 6 mosfetů, 2 pro každou fázi motoru a mikrokontroléru. Mosfet v zásadě střídá přepólování na určité frekvenci, aby reguloval otáčky motoru. ESC mají aktuální hodnocení, protože to je maximální odběr proudu, který může ESC udržet po dlouhou dobu.

Krok 4: Účinnost

(Multi strand: Purple Motor Single Strand: Orange Motor)

Drát:

Vícežilové dráty mohou v dané oblasti zabalit větší objem mědi ve srovnání s jediným tlustým drátem navinutým kolem statoru, takže síla magnetického pole je o něco silnější, ale celkový odběr motoru je kvůli tenkým drátům omezený (Vzhledem k tomu, že vícežilový motor je konstruován bez křížení vodičů, což je vzhledem k výrobní kvalitě vysoce nepravděpodobné). Tlustší drát může přenášet více proudu a udržovat vyšší výkon ve srovnání se stejně konstruovaným vícežilovým motorem. Je těžší postavit správně konstruovaný vícevláknový motor, proto je většina kvalitních motorů vyrobena z jednoho vlákna drátu (pro každou fázi). Malé výhody vícepramenného zapojení lze snadno překonat výrobou a průměrným designem, nemluvě o tom, že v případě přehřátí nebo zkratu některého z tenkých vodičů je mnohem větší prostor pro nehodu. Jednovláknové zapojení nemá žádný z těchto problémů, protože má mnohem vyšší proudový limit a minimální body zkratu. Pro spolehlivost, konzistenci a účinnost jsou tedy jednopramenná vinutí nejlepší pro bezkartáčové motory quadcopter.

P. S. Jedním z důvodů, proč jsou u některých konkrétních motorů vícežilové vodiče horší, je účinek kůže. Efekt kůže je tendence střídavého elektrického proudu distribuovat se ve vodiči tak, že hustota proudu je největší v blízkosti povrchu vodiče a klesá s větší hloubkou ve vodiči. Účinek hloubky kůže se mění s frekvencí. Při vysokých frekvencích je hloubka pokožky mnohem menší. (Pro průmyslové účely se litzový drát používá k vyrovnání zvýšeného odporu AC v důsledku efektu kůže a šetří peníze) Tento efekt stahování z kůže může způsobit, že elektrony přeskočí přes dráty v rámci každé skupiny cívek a efektivně je navzájem zkrátí. K tomuto efektu obvykle dochází, když je motor mokrý nebo používá vysoké frekvence více než 60 Hz. Efekt stahování z kůže může způsobit vířivé proudy, které zase vytvářejí horká místa ve vinutí. To je důvod, proč použití menšího drátu není ideální.

Teplota:

Permanentní neodymové magnety používané pro bezkartáčové motory jsou poměrně silné, obvykle se pohybují od N48-N52, pokud jde o magnetickou sílu (čím vyšší, tím silnější je N52, pokud vím). Neodymové magnety typu N ztrácejí část své magnetizace trvale při teplotě 80 ° C. Magnety s magnetizací N52 mají maximální pracovní teplotu 65 ° C. Prudké ochlazení neodymovým magnetům neublíží. Doporučuje se, abyste nikdy nepřehřívali motory, protože smaltovaný izolační materiál na měděných vinutích má také teplotní limit, a pokud se roztaví, může dojít ke zkratu a vyhoření motoru nebo ještě hůře k řízení letu. Dobrá zásada je, že pokud se po krátkém 1 nebo 2 minutovém letu nemůžete držet motoru po velmi dlouhou dobu, pravděpodobně se motor přehřívá a toto nastavení nebude při delším používání životaschopné.

Krok 5: Utahovací moment

Stejně jako existuje konstanta rychlosti motoru, existuje i konstanta točivého momentu. Obrázek výše ukazuje vztah mezi konstantou točivého momentu a konstantou rychlosti. Chcete -li zjistit točivý moment, vynásobte momentovou konstantu proudem. Zajímavostí točivého momentu u bezkartáčových motorů je, že vzhledem k odporovým ztrátám obvodů mezi baterií a motorem není vztah mezi točivým momentem a KV motoru tak přímý, jak naznačuje rovnice. Přiložený obrázek ukazuje skutečný vztah mezi točivým momentem a KV při různých otáčkách. Vzhledem k přidanému odporu celého obvodu není % změny odporu ekvivalentní změně % v KV, a proto má vztah podivnou křivku. Protože změny nejsou proporcionální, nižší varianta KV motoru má vždy větší točivý moment až do určitých vysokých otáček, kde převýšení v otáčkách motoru s vysokým KV převádí sílu a vytváří větší točivý moment.

Na základě rovnice KV mění pouze proud potřebný k vytvoření točivého momentu, nebo naopak, kolik točivého momentu je produkováno určitým množstvím proudu. Schopnost motoru skutečně produkovat točivý moment je faktorem, jako je síla magnetu, vzduchová mezera, plocha průřezu vinutí. Jak se otáčky zvyšují, proud dramaticky stoupá především kvůli nelineárnímu vztahu mezi energií a otáčkami.

Krok 6: Další funkce

Motorový zvon je ta část motoru, která v plavidle způsobí největší poškození, proto je nutné, aby bylo vyrobeno z nejlepšího materiálu pro daný účel. Většina levných čínských motorů je vyrobena z hliníku 6061, který se při silném nárazu snadno deformuje, takže se při létání držte dál od asfaltu. Prémiová strana motorů využívá hliník 7075, který nabízí mnohem větší odolnost a delší životnost.

Nedávným trendem v motorech kvadrokoptéry je mít dutý titanový nebo ocelový hřídel, protože je lehčí než plný hřídel a má velkou strukturální pevnost. Ve srovnání s plným hřídelem má dutý hřídel menší hmotnost pro danou délku a průměr. Kromě toho je dobré pokračovat s dutými hřídeli, pokud klademe důraz na snížení hmotnosti a snížení nákladů. Duté hřídele jsou mnohem lepší než torzní zatížení ve srovnání s plnými hřídeli. Navíc se titanový hřídel neodizolovává tak snadno jako ocelový nebo hliníkový hřídel. Kalená ocel může být ve skutečnosti funkční, pokud jde o funkční pevnost, než některé slitiny titanu běžně používané v těchto dutých hřídelích. To opravdu závisí na konkrétních slitinách, o nichž se diskutuje, a na použité technologii kalení. Za předpokladu nejlepšího případu pro oba materiály bude titan lehčí, ale o něco křehčí a tvrzená ocel bude tvrdší, ale o něco těžší.

Krok 7: Reference/ Zdroje

Extrémně podrobné testování a přehled konkrétních motorů kvadrokoptéry najdete na serveru EngineerX na YouTube. Zveřejňuje podrobné statistiky a testuje motory pomocí různých vrtulí.

Zajímavé teorie a další doplňující informace o závodním/freestylovém světě FPV sledujte KababFPV. Je to jeden z nejlepších lidí, kterým je možné naslouchat pro vzdělávací a intuitivní diskusi o technologii kvadrokoptéry.

www.youtube.com/channel/UC4yjtLpqFmlVncUFE…

Užijte si tuto fotku.

Díky za návštěvu.