Електрична силова установка авіамоделі – найпростіші розрахунки та практична реалізація
Каталог статей
Електрична силова установка авіамоделі – найпростіші розрахунки та практична реалізація.(частина 2)
Контролери.
Реально, у контролера (так само іменованого як "регулятор швидкості, ходу", "speed controller") є тільки два критичні параметри, які безпосередньо пов'язані з роботою мотоустановки - це максимально допустимий робочий струм, і діапазон робочої напруги.
Значення максимального робочого струму зазвичай є у назві контролера. Наприклад, Markus SL-75 – максимальний робочий струм у нього 75 ампер.
Pilotage Stamina 20 – означає 20 ампер. Це значення струму, яке допускається під час роботи контролера тривалий час. Іноді параметри вказують короткочасний допустимий струм. Він, як правило, на 5-10% вищий за робітника. Не слід сподіватися на це значення – воно означає, що контролер може пережити кілька секунд за такого струму, але ніхто не гарантує його працездатність після більш тривалого навантаження такого значення.
Нам слід вибирати контролери, у яких допустимий максимальний робочий струм дорівнює або перевищує значення струму, отримані нами при розрахунках у статичному режимі на 100% ручки газу. У принципі, чим більше буде запас – тим краще, але все ж таки слід керуватися доцільністю. Ставити на мотоустановку зі струмами в 15А контролер на 100 ампер звичайно можна, але його розміри, вага, і вартість будуть йти в розріз зі здоровим глуздом. Цілком можна обмежитися 18 або 20-амперним. Хорошим варіантом буде також орієнтування на максимально допустимий струм для мотора, який при правильних розрахунках буде явно не вище його робочого значення.
Другий параметр – це діапазондопустимої напруги, з якою може працювати контролер. В описах часто пишуть кількість елементів (cells) акумулятора, який розрахований контролер. Як правило, наймасовішими є контролери, розраховані на діапазон у 2-3 елементи («банок») LiPo, на 2-4, і на 2-6 елементів. На більшу кількість елементів розраховані високовольтні контролери, у назві мають позначення HV (hi voltage). Вони зазвичай здатні працювати в діапазоні від 6 до 10 або до 12 елементів і розраховані на 70-100 ампер максимального робочого струму. Їх вже застосовують на досить великих літаках з мотоустановками потужністю від 1,5 кВт і вище. Перевищення максимально допустимої напруги живлення зазвичай призводить до виходу контролера з ладу.
Крім цих двох основних параметрів, контролери розрізняються за наявністю різних сервісних можливостей та конструктивних особливостей. Як правило, всі контролери мають можливість програмування таких функцій, як вибір швидкість розкручування валу («м'яку», «стандартну» та «швидку»), різні рівні напруги автовідключення двигуна (щоб не допустити повну розрядку акумулятора та втрату живлення для приймача та бортових систем) ), увімкнення/вимкнення режиму гальма (для припинення обертання повітряного гвинта від потоку, що набігає, при вимкненому моторі). Часто є функція програмної зміни напрямку обертання валу, звукова сигналізація різних режимів роботи, налаштування таймінгів, інші різні сервісні можливості.
Основна маса контролерів може програмуватися за допомогою пульта управління, деякі вимагають для цього спеціальних програматорів або комп'ютера з використанням спеціального USB-кабелю. Слід звернути увагу на ці особливості, щоб не опинитись у полі з літаком, якийнеможливо буде настроїти без спеціального обладнання. В цілому, наявність великої кількості сервісних функцій зручна, але вона не є обов'язковою. Тут можна орієнтуватися на свій комфорт і товщину гаманця.
Більшість низьковольтних контролерів мають у собі вбудовану схему ВЕС (система бортового живлення), проте слід знати, що його використання допускається при живленні не більше ніж 2-3 елементами LiPo, і з навантаженням, що не перевищує 3-4 малопотужні сервомашинки (формату «мікро») та «субмікро»). Більшість відмов управління на невеликих літаках пов'язана з короткочасними збоями в роботі вбудованої системи ВЕС, що працює з перевантаженням, що зазвичай приймається за перешкоди або несправність апаратури управління. Навіть використання 4 сервомеханізмів «16-грамового» типу (HS-81) на вбудованій ВЕС недорогого контролера досить часто призводить до відмови живлення вже через 3-4 хвилини роботи мотора при активному рулюванні. Якщо літак важить більше кілограма, і оснащений 4 сервомашинками – вже варто використовувати окрему зовнішню ВЕС прийнятної потужності (3-5А). Якщо при цьому використовується контролер із вбудованою ВЕС, для виключення конфліктів між двома системами живлення можна від'єднати плюсовий (центральний) провід від роз'єму контролера, що підключається до приймача (саме з цього проводу від вбудованого ВЕС надходить харчування на приймач і бортове обладнання).
Існують також деякі типи контролерів, що мають вбудований імпульсний ВЕС великої потужності, і допускає використання потужних сервомашинок, (а іноді і допускають харчування до 6 елементів LiPo), але це завжди окремо обговорюється в описі контролера, і зазвичай подаватися як одна з головних переваг. Такі контролери зазвичай мають високу вартість, іоснащені великою кількістю додаткових сервісних функцій. Як приклад – контролери серії Spin фірми Jeti.
Деякі контролери середньої та високої потужності, зараховані на кількість елементів 2-6 і більше, мають маркування ОРТО. Вони маю таку конструктивну особливість, як оптичну розв'язку силових та керуючих ланцюгів. Це зроблено для зниження можливих перешкод та наведень у ланцюгах управління. Контролери такого типу, як правило, не мають на борту вбудованих систем ВЕС. Однак відсутність вбудованої ВЕС ще не означає автоматичного наявність опторозв'язки – це слід розуміти. Наявність опторозв'язки дещо знижує ризик появи перешкод та наведень, але не є обов'язковим. Я експлуатував контролери без ОРТО на потужних мотоустановках – жодних проблем, щиро кажучи, не виникало.
Власне, на цьому короткий екскурс контролерами можна завершити. Підсумковий висновок простий – для стабільної роботи мотора нам важливо мати невеликий запас струму, і не перевищувати верхню межу допустимої напруги живлення контролера. Все інше – питання особистих уподобань та побажань до сервісної функціональності системи. Також варто бути уважним при виборі живлення борту через вбудований ВЕС.
Акумулятори.
У сучасних умовах найрозумніше використовувати силові батареї на основі літієвих елементів. По струмовіддачі та зручності експлуатації найбільше підходять акумулятори з хімією LiPo (літій-полімерні) та LiFe (літій-нанофосфатні). Інші типи батарей ставимо поза рамками цієї статті, т.к. це окрема велика тема, за якою розумно написатиме окрему статтю.
Крім зрозумілих нам параметрів (ємність та напруга), значення яких ми вивели в процесі розрахунків, неосвітленими залишалися такі поняття,як струмовіддача, вага та вартість акумуляторних зборок.
Як відомо, струмовіддача - це здатність акумулятора віддавати струм певного значення, що виражається в кількості, де С = ємність акумуляторної батареї. Скажімо, батарея ємністю 2100мА має струмовіддачу 16С здатна віддати струм, в 16 разів більше її ємності, т.к. порядку 33А Останнім часом струмовіддача батарей суттєво зросла, і продовжує зростати далі. Все частіше зустрічаються збірки з струмовіддачею 30С, 35С, а то й 40С.
Лідери по струмовіддачі - акумулятори з хімією LiFe, їхня практична струмовіддача складає більше 50С. Неминучою розплатою за високу струмовіддачу є висока вага та вартість таких батарей. Чим вище струмовіддача, тим вища «питома» вага та вартість складання. Наприклад, акумулятори 3S (3 елементи) 2100мА з струмовіддачею 16С важать 150 грам, а такі ж збирання, але з струмовіддачею в 35С - вже близько 220 грам. За ціною – відмінності приблизно у тих самих порядках. Різниця суттєва. Давайте тепер подивимося, наскільки важливою є висока струмовіддача для мотоустановки літака.
Не секрет, що, крім хорошої енергоозброєності, мотоустановка повинна забезпечувати ще й деяку тривалість її роботи. Зазвичай, необхідний час роботи (на 1 політ) постачає близько 6-10 хвилин. Менше 6 хвилин – це мало, більше 10 хвилин – особливо немає сенсу, тому що вже хочеться перепочити та проаналізувати політ. Якщо подивитися на розрахунки в мотокалці, то ми побачимо, що при правильно підібраній мотоустановці та в змішаному режимі польоту акумулятор розряджається до мінімально допустимого значення за 8-10 хвилин при струмах, що дорівнюють 10-12 ємностям такого акумулятора. На силових маневрах струми можуть сягати 15-25С короткочасно.
Тривала струмовіддача більше 20С потрібна в окремих випадках,коли потрібно вичавити максимальну потужність за дуже короткостроковий період. Ми можемо використовувати акумулятори невеликої ємності та з високою струмовіддачею, трохи економлячи на вазі та ємності, але ми неминуче втрачатимемо в тривалості роботи мотоустановки.
Більше виправдано використання великої струмовіддачі в низьковольтних системах, де потужність реалізується за рахунок великих струмів, а не за рахунок напруги. Чим більший літак, і вище напруга живлення – тим нижче струми (щодо ємності акумулятора), і тим менше може бути струмовіддача складання. Літаки з високою напругою (від 6 банок і вище) рідко перевищують значення струмовіддачі 15-20С навіть на силових маневрах. За своїм досвідом, я рекомендував би використовувати ємності акумуляторів порядку 1/10-1/12 від максимальних струмів у статиці, і зі значеннями струмовіддачі в 25-30С - для систем на 2-4 елементах, і 16-25С - на 5-10 елементи. Це дасть прийнятну вагу батареї, пристойний час польоту та невисоку вартість збирання. Складання з струмовіддачею 35-40С залишимо вертолітникам, де необхідний час польоту помітно нижче, а пікові навантаження - набагато вищі.
Щоб підбити певний підсумок – наведу чергову табличку найбільш популярних рішень: