Электрическая силовая установка для кордовой модели.

ECL ( Electric Control Line) - Электрическая кордовая.

Для интересующихся кордовыми электро пилотажками предлагаю перевод трех статей австралийского пилотажника Warren Leadbeatter опубликованные в журнале Australian Control Line News в 2010 году в номерах #142, #143, #144. Публикуется с согласия автора без каких-либо коммерческих условий.

Част 1.

Я летаю на электро-кордовой всего около трех месяцев, и поэтому не могу считать себя «экспертом». Тем не менее, полученное когда-то специальное образование электронщика позволило мне ухватить самую суть на удивление быстро. На сегодняшний день, успешно выступив на чемпионате в классе F2B с пилотажной моделью с электродвигателем, я счел необходимым поделиться с Вами, дорогие читатели, кое-чем из моего нового багажа в объеме, который позволит любому начинающему, решившему попробовать силы именно с такими моделями, легко сделать первые шаги.

Итак, что Вам нужно? Нужны Вам четыре основных элемента системы:

1. бесколлекторный электродвигатель с внешним ротором,
2. электронный регулятор числа оборотов двигателя (ESC - an Electronic Speed Controller),
3. таймер – и...
4. литиевая аккумуляторная батарея (LiPo)

Бесколлекторный электродвигатель с внешним ротором.

Те электродвигатели, с которыми вы имели дело до сих пор, скорее всего были «с внешним статором» - то есть, у них ротор с обмотками вращался внутри неподвижного статора. У двигателя с внешним ротором все наоборот: неподвижный статор находится внутри вращающегося ротора, то есть в нем крутится как раз то, что находится снаружи. Такая конструкция обеспечивает при сравнительно небольшом числе оборотов в минуту очень большой крутящий момент – и полное отсутствие многоступенчатой трансмиссии, той самой коробки передач. А еще и полное отсутствие очень быстро изнашивающихся щеток коллектора и массы других трущихся частей. Единственными изнашивающимися деталями в двигателе с внешним ротором являются два подшипника на его валу.

Бесколлекторные движки с внешним ротором различаются (и классифицируются) по диаметру статора и габаритной длине, или по габаритному диаметру и длине (в миллиметрах – та или иная классификация выбирается их изготовителем) – а также по показателю КV (KV rating). Этот самый показатель КV соответствует числу оборотов двигателя «без нагрузки» при определенном напряжении питания. Например, двигатель с обозначением 900KV означает, что при приложенном номинальном напряжении питания частота его вращения равна приблизительно 900 об/мин на каждый вольт напряжения питания. Если в качестве источника питания двигателя с индексом 900KV – без воздушного винта! – используется полностью заряженная литиевая аккумуляторная батарея (напряжение на клеммах которой равно 12,6 Вольт) ротор будет вращаться с частотой приблизительно 11340 об/мин. (12,6 х 900) – повторяю: без воздушного винта на валу! От индекса KV зависит число обмоток электродвигателя, способ их намотки, так что в конечном итоге именно по значению этого индекса определяют, каким должен быть диаметр воздушного винта для того или иного движка. Как правило, при прочих равных условиях, чем больше значение KV, тем меньше должен быть диаметр пропеллера.

Электронный регулятор оборотов двигателя.

Электронный регулятор числа оборотов двигателя (ESC – ElectronicSpeedController). Он нужен, как видно из названия, для управления двигателем. Электронный регулятор скорости обычно является главным средством управления, он включается между двигателем и приемником дистанционного радиоуправления моделью. ESC работает следующим образом: вы подаете сигнал с пульта передатчика на приемник радиоуправления, на выходе приемника вырабатывается соответствующий сигнал, управляющий ESC, и в результате на клеммах ESC формируется напряжение питания, подключенного к клеммам электродвигателя; от величины (уровня) управляющего напряжения прямо зависит число оборотов двигателя.

В кордовой модели вместо приемника к входу ESC подключается таймер. Аккумуляторная батарея питания подключается непосредственно к входу ESC – и через него питает двигатель. Электронный регулятор скорости имеет стандартный разъем, используемый обычно в сервомоторах, три провода на выходе ESC через три клеммы подключаются к трем соответствующим проводам обмотки статора бесколлекторного двигателя. На другом конце ESC – еще два провода – для подключения литиевой аккумуляторной батареи. Выбирая ESC для Вашего двигателя, вы должны знать, какой ток потребляет ваш электродвигатель под нагрузкой – с воздушным винтом, который вы предполагаете установить на вашей модели. Следует помнить, что ток потребления (в амперах) нужно подбирать с запасом – выше, чем номинальный ток для выбранного вами сочетания «двигатель-пропеллер».

Таймер.

Этот небольшой электронный блок имитирует функцию приемника радиоуправления (в радиоуправляемой модели), то есть, управляет напряжением на выходе электронного регуляторы скорости, а следовательно, и числом оборотов электродвигателя.

Представьте, что у вас есть передатчик системы радиоуправления моделью, и вы намерены его использовать, чтобы управлять полетом модели. В обычной модели это делается так: вы запускаете двигатель, установив положение дроссельной заслонки, соответствующее нулевому или небольшому числу оборотов, затем увеличиваете число оборотов, чтобы модель ускорилась и взлетела, потом нужно поддерживать число оборотов воздушного винта на неком заданном уровне, чтобы модель в течение всего полета сохраняла неизменную скорость, а потом с помощью той же дроссельной заслонки вы должны уменьшить число оборотов двигателя и скорость модели – и приземлить ее. Если это электродвигатель, то нельзя, устанавливать продолжительность полета «до упора», то есть, до полного разряда литиевых аккумуляторов – при разряде до нуля срок службы этих аккумуляторов резко сокращается, продолжительность полета также сокращается и становится непредсказуемой, аккумулятор непоправимо портится. Обычно полет с выполнением пилотажных фигур воздушной акробатики продолжается от 6 до 6,5 минут. В других случаях, например, в воздушных боях на малой скорости полет длится еще меньше – всего 4-6 минут. Именно в этих случаях в дело вступает таймер в цепи управления моделью. С помощью таймера время полета модели становится не просто подконтрольным – оно становится одинаковым и/или одним и тем же при всех полетах.

Таймер кордовой модели выполняет сразу несколько функций:

• управляет запуском двигателя, взлетом и началом полета;
• дает Вам запас времени для того, чтобы добраться до ручки управления перед тем, как запустится двигатель;
• подает сигналы, которые посредством электронного регулятора регулируют напряжение, подаваемое на двигателю, то есть управляет числом его оборотов;
• отключает питание двигателя и останавливает двигатель по окончании полета.

Большинство таймеров также снабжены функцией оповещения о приближении момента окончания полетного времени – полусекундным уменьшением напряжения питания и возвратом обратно к норме за пять секунд до полного выключения двигателя. Более сложные таймеры могут управлять сервомашинкой убирания шасси и т.д.

Литиевая аккумуляторная батарея (сокращенно: LiPo).

Эта батарея необходима для выполнения полета модели в течение заданного времени без потери управляемости и остановки двигателя. Это означает, что емкость батареи всегда должна быть несколько больше расчетной, а значит и немного больше по размерам, но при этом ее масса должны оставаться минимально возможной, поскольку именно она является самым тяжелым элементом системы. Это та самая соломинка, которая способна перетяжелить модель по сравнению с моделью, оснащенной двигателем внутреннего сгорания. На практике это означает перегрузку всего на несколько унций, но эта масса не уменьшается, как обычно, при выработке топлива. Общим правилом, которому следуют все моделисты, - использовать 80% емкости батареи. Это обеспечивает длительный срок службы аккумуляторной батареи – и то, что у вас не кончится топливо (в нашем случае – заряд батареи) раньше, чем завершится полет.

Существует множество батарей разных размеров, форм и емкости, различающихся по их обозначениям, например, 3000mAh 4S 14.8V 20C

Показатель 3000mAh (3000 мА/ч) означает, что емкость батареи обеспечивает один час ее работы при токе разряда 3000 миллиампер (3 Ампера) до своего полного разряда.

Показатель 4S означает, что батарея состоит из четырех элементов, включенных последовательно (S=serial, «последовательное включение»). Напряжение каждого отдельного элемента – 4,2 Вольта для полностью заряженного элемента и 3,0 Вольта при полностью разряженном элементе. Разряд до напряжения ниже 3 Вольт приводит к разрушению литиевого элемента питания.

Показатель 14.8V означает номинальное напряжение полностью заряженной новой батареи 14,8 Вольт. Фактическое ее напряжение может меняться в пределах от 16,8 до 12,0 Вольт, как указано выше.

Показатель 20C определяет безопасную скорость разряда батареи. Это означает, что безопасный ток разряда батареи равен 20 X 3A = 60 Aмпер. Однако, при таком токе разряда батарея будет разряжена полностью за 1/20 номинального рабочего времени, то есть, за 3 минуты. Литиевые батареи с индексом 20C имеют самую малую массу из всех подобных батарей и наиболее подходят для наших нужд.

Вам потребуется также приобрести зарядное устройство предназначенное именно для литиевых батарей, поскольку такие батареи имеют ряд особенностей режима зарядки и разряда. Некоторые из них могут полностью зарядиться током 1С, некоторые и 3С (сейчас есть модели с 6С+). Как правило, после каждого полета батарея требует полной перезарядки, поэтому неплохо иметь в запасе не одну, а несколько батарей.

• Часть первая.


• Часть вторая.


• Часть третья.

Удачи! Warren Leadbeatter

Обсудить на форуме