Великая борьба за власть: амперы или вольты?

Нужно больше мощности? Что тебе нужно знать!

Когда вы решаете про выбор аккумулятора для высокопроизводительного самолета, такого как например Shoestring райсер, у вас есть два варианта: использовать большее количество банок в пакете (больше вольт) или пакет с большей емкостью(больше ампер). Конечно, вы можете посчитать цифры и получить ответ, но я решил сделать эксперимент в реальной жизни, используя своего кролика в качестве испытательного стенда. Заинтересованы в результатах? Читайте дальше!

Закон Ома источник путаницы и пустых взглядов многих пилотов электролетов, но основы сводятся к следующему: вольт на ампер равно ватт, ватты мощности, с которой летит ваш самолет. Для увеличения мощности (ватт), вы можете увеличить вольты или амперы, но в этой статье я буду доказывать, что для мощных систем почти всегда лучше, увеличить напряжение. Существует известный график(калькулятор) к закону Ома, которые могут помочь вам увидеть, как все относится друг к другу.

Я не имею в виду, что, как моделисты, мы должны использовать каждый бит информации, которая может быть определены в соответствии с калькулятором закона Ома, но, для собственного развития и для тонкой настройки системы, это может быть удобная вещь. В этой статье будет использован и закон Джоуля, чтобы показать, почему я думаю, что лучше использовать большее напряжение, чем более высокий ток для питания вашего самолета.

Почему лучше высокое напряжение?

Я могу тратить много времени, преподавая математику, или я могу обобщить процесс, который доказывает, большее напряжение лучший выбор. Я собираюсь подитожить: суть заключается в законе Джоуля, который показывает нам, что потери напряжения увеличиваются к квадрату тока. Это важно, потому что эти факторы потери тепла и потери эффективности в связи с повышенным сопротивлением. Если наша система горячая, когда работает, это признак потерь, которые мы должны решать. Вырабатываемое тепло указывает на проблему. Хотя это еще не все, Закон Джоуля можно привести к формуле: потраченая мощность равна сопротивлению умноженному на квадрат тока (P=R*I²). Потери резко увеличиваются, в квадратичной зависимости от тока. Мощность измеряем в Ваттах (Джоуль в секунду), поэтому формула измерения мощности может быть приведена к виду I² * R

Мы знаем, сопротивление зависит от сечения провода, длины провода, разъема, и конструкции двигателя, так что мы делаем, чтобы уменьшить сопротивление - увеличиваем сечение, укорачиваем длину, ставим лучшие разъемы и качественный двигатель. То, что мы получили от этого - большой ток. Давайте посмотрим на то, почему я не думаю, что это хорошая идея.

Реальное испытание

В первом сценарии, у нас есть самолет, который должен получить больше мощности, чтобы летать, как мы хотим. Обычное решение, увеличить пропеллер и поднять немного больше тока. Менее очевидным решением является увеличение напряжения за счет увеличения количества банок, то есть: поменять 3S на 4S или даже больше. Это будет возможно, если двигатель и регулятор, смогут справиться с более высоким напряжением, большинство как правило может. Если наша 3-фунтовый(1 фунт=453 гр) самолет, зависит от наличия 100 Вт/фунт, для выполнения условия мы должны поставить пакет 3S, обеспечивающий 11,1 вольт, чтобы все работало мы должны иметь ток  27 ампер (300 ватт / 11,1 = 27 ампер). Нужную силу можно получить с помощью пакета 4S с током всего в 20 ампер. Мы можем получить дополнительную мощность нагрузив мотор, всего 22 амперами с пакетом 4S. Мы увеличили мощность и сократить наши потери за счет снижения тока. Этот пример может показаться не значительным, но он показывает, теорию.

 

Второй сценарий планирует новый проект. Для этого я буду использовать мой Shoestring racer, который будет  летать в двух вариантах 3S и 6S. Я знаю не один мотор, способный, использовать и 3S и 6S пакеты без значительного превышения характеристик двигателя, поэтому будут 2 разных мотора. Изучите таблицу, где я выделил наиболее важные данные, и вы увидите, система 6S была значительно лучше, и он сократил ток (и последующие потери) почти на 17 ампер и увеличить общую мощность на 37 ватт на фунт. Это огромная разница, не говоря уже, что и скорость самолета также увеличилась. Эффективность резко увеличилась, потому что мы сократили все, тепловые потери. Наше время полета увеличилось, и мы получили гораздо больше мощности. Цифры просто скачут!

Масса самолета осталась почти такой же, потому что я заменил 3S 5000А пакет весом 442 гр на 3000А 6S пакет таким же весом. Я смог уменьшить мощность пакета, потому что уменьшенный ток был в пределах параметров, меньшего пакета. Помните, что вы должны убедиться, что не превышаете C-рейтинг пакета. Мой 3S пакет был 30C, что означает, что теоретически может выдать 150 ампер. Мой 6S пакет был 25C так, способен выдать 75 ампер. Так моя установка тратит 41 ампер, я был в пределах допустимых параметров.

Доказано математикой!

Проведя немного времени в изучении закона Джоуля (график ниже), вы можете начать видеть, как с использование больших вольт может уменьшить тепловые потери. Мой комплект с 3S пакетом произвел в 5 раз больше тепла чем 6S! Это реальные данные полученные  за  4 минуты работы каждой системы и немного математики. Вы не должны делать это каждый раз, но это подтверждает мою точку зрения. Напряжение хорошая вещь!

Ток уменьшается пополам и с увеличением потерь напряжения к квадрату тока, то легко увидеть, на сколько это повлияло на систему.

ДРУГИЕ ВОПРОСЫ

Наши самолеты содержат много систем, которые могут повлиять на эффективность. Качество двигателя важная момент, и если вы сравните сопротивление дешевых  и качественных двигателей, вы увидите большую разницу. Если производитель не называет сопротивление двигателя, я, как правило, отклоняю его.

Большинство из нас используют 10, 12 или 14 витковый в зависимости от размера и потребности ваших самолетов. Я бы сказал, для 3S-8S, 12 витков на двигателе  является наиболее распространенными. На моих 12S самолетах, я пытаюсь использовать 10-витковые моторы, но если токи держать в узде с надлежащим подбором  винта, даже 12-го витковый может нормально работать. Вот параметры сопротивления:

10 витков 0.00118 Ом

12 витков 0.00187 Ом

14 витков 0.00297 Ом

Разъемы могут играть большую роль в сопротивлении и есть очень хорошие и очень плохие. Я использую много разъемов Anderson Powerpole потому что я могу обжимать их, и они являются чрезвычайно гибкими. Производитель перечисляет все спецификации для их разъемов на своем сайте, так что ничего не скрыто. Мне нравится использовать контакты 45-ампер в стандартных корпусах, так как в них входит AWG 10, напряжение 600 вольт и 55 ампер (на разъем). Имеют сопротивление 0.525 Ом в паре.

САМОЛЕТЫ ПРОТИВ ВЕРТОЛЕТЫ

Обе системы могут извлечь выгоду из использования более высокого напряжения LiPo, но у каждого есть свои особенности. В наших самолетах, мы регулируем разницу в напряжении с помощью различных двигателей, чтобы, чтобы было необходимое соответствие оборот/вольт. Так как вертолеты используют редуктор, можно использовать один и тот же двигатель для более широкого круга применения, регулируя шестерни.

Какие выводы?

Наши системы состоят из многих компонентов, и каждый играет свою роль в том, как хорошо будет работать следующий. Многое из этого мы не можем контролировать, но мы можем использовать наилучшим образом то, что доступно. В следующий раз планируя проект, попробуйте думать за пределами области общепринятых мыслей, глядя на варианты вольт против ампер. Если вы внимательно посмотрите на графики и немного посчитаете, я думаю, вы согласитесь, что высокое напряжение выгоднее в конце концов!

Greg Gimlick