Электрическая силовая установка: Kv, LiPo, ESC и продолжительность полёта

На восьмом шаге мы увидели, как воздушный винт создаёт тягу. Но что вращает винт? У большинства современных моделей самолётов ответ один: электричество. На этом шаге знакомимся с силовой цепью из аккумулятора, ESC и мотора.

Силовая цепь

• Аккумулятор: запасает энергию и выдаёт постоянный ток (DC).
• ESC (электронный регулятор хода): регулирует мощность, подаваемую на мотор, в соответствии с сигналом газа от приёмника. Питает бесколлекторный мотор трёхфазным током.
• Бесколлекторный мотор: преобразует электрическую энергию во вращение.
• Воздушный винт: преобразует вращение в тягу.

Аккумулятор LiPo3S = 3 × 3,7 В = 11,1 ВESCрегулятор ходаDC3 фазыБесколлекторный моторKv: обороты на вольтВоздушный винтПриёмниксигнал газа

Разбираемся с аккумулятором LiPo

Самый распространённый тип аккумуляторов в авиамоделях — литий-полимерные (LiPo). Согласно руководству по основам от AMA (Academy of Model Aeronautics):

• Напряжение банки: номинальное напряжение одной банки LiPo — 3,7 В, при полном заряде — 4,2 В.
• Число банок (S): банки соединяются последовательно. Номинальное напряжение аккумулятора «3S» — 3 × 3,7 = 11,1 В.
• Ёмкость (мА·ч): количество заряда, запасённого в аккумуляторе. 2200 мА·ч = 2,2 А·ч.
• Токоотдача C: определяет постоянный ток, который аккумулятор может безопасно отдавать: Максимальный ток = C × ёмкость. Аккумулятор 2200 мА·ч с токоотдачей 25C может отдавать постоянный ток 25 × 2,2 = 55 А.

Энергия аккумулятора равна напряжению, умноженному на ёмкость: 11,1 В × 2,2 А·ч ≈ 24 Вт·ч.

Kv: обороты мотора

На бесколлекторных моторах пишут число вроде «1000 Kv». Как объясняет Horizon Hobby, Kv — это число оборотов на вольт (без нагрузки). Мотор 1000 Kv при 11,1 В без нагрузки вращается примерно с частотой 11 100 об/мин. С установленным винтом обороты падают.

• Низкий Kv: вращается медленнее; легче крутит винт большого диаметра. Для медленных тяжёлых моделей и планеров.
• Высокий Kv: вращается быстрее; используется с небольшими винтами. Для скоростных моделей.

Предупреждение с восьмого шага действует и здесь: неподходящий (слишком большой) винт заставляет мотор, ESC и аккумулятор работать с чрезмерным током.

Выбор ESC

На ESC указан допустимый постоянный ток, например «30 А». Это значение должно быть больше тока вашей системы на полном газу. Надёжнее всего измерить ток на полном газу ваттметром. ESC, работающий на пределе, нагревается и может отключиться для самозащиты; в воздухе это означает внезапную остановку мотора. То же правило относится и к аккумулятору: ток на полном газу должен оставаться ниже предела C × ёмкость.

Руководство AMA также рекомендует устанавливать порог отсечки по низкому напряжению на ESC выше 3 В на банку. Разряд банки LiPo ниже этого напряжения необратимо её повреждает.

Расчёт продолжительности полёта

Грубый расчёт продолжительности полёта прост:

Продолжительность полёта (мин) = Используемая ёмкость (А·ч) / Средний ток (А) × 60

AMA рекомендует использовать лишь около 80 % ёмкости аккумулятора LiPo. Для аккумулятора 2200 мА·ч и среднего тока за полёт 12 А:

0,8 × 2,2 / 12 × 60 ≈ 8,8 минуты

Здесь важен именно средний ток. Если модель, потребляющая на полном газу 24 А, большую часть полёта проводит на половине газа, её средний ток гораздо ниже.

Безопасность LiPo

Аккумуляторы LiPo обладают высокой плотностью энергии и при неправильном обращении могут вызвать пожар. Основные правила из руководства AMA:

• Используйте зарядное устройство, подходящее для LiPo и с балансировкой; если не указано иное, заряжайте током 1C.
• Во время зарядки никогда не оставляйте аккумулятор без присмотра; используйте негорючий контейнер или мешок.
• Не используйте вздувшиеся, смятые или повреждённые аккумуляторы.
• Если не собираетесь пользоваться аккумулятором долго, храните его при напряжении хранения 3,8–3,9 В на банку.

Попробуйте сами

Введите число банок, ёмкость и токоотдачу C вашего аккумулятора, Kv мотора и измеренные токи. Поднимите ток на полном газу выше 30 А и посмотрите на предупреждение ESC. В 3D-виде жёлтые точки показывают ток, а индикатор — оставшуюся за время полёта ёмкость.

Следующий шаг

На последнем шаге серии мы сведём воедино всё изученное: как выбрать первую модель самолёта, как обеспечить безопасность на поле и какие правила сейчас действуют в Турции?