Comments 67
Вещь, несомненно, полезная.
Скажите, как вы меряли КПД двигателя?
Да, и есть смысл сменить название статьи, не эффектный, а «эффективный» хотя бы?
Спасибо за замечание, глаза замылились от 50десятого перечитывания, не заметил)
Просто то, что покажется оптимумом для задач висения — может оказаться не самым лучшим вариантом для горизонтального полёта например.
Хотя бы себе самим для понимания порядка-степени влияния этих внешних обстоятельств.
(до рекуперациии спуска с высоты кверху огами, дума, пока руки у вас не дойдут)
Но лучше всё же это дело не на пальцах, а на стенде рассматривать.
Вы считали ток по каждой фазе (моторы 3х разные) или измеряли ток до ESC (трехфазного преобразователя)?
Сразу видно людей никогда не измерявших тягу винта.
Смотрите- у вас как минимум 3 грубейшие ошибки заложены!
1) на стендах особенно на верху бутылки — винт должен дуть вверх/от себя! иначе поток воздуха отражается от пола/стола и возвращает часть тяги многократными переотражениями от струи
2) бессмысленно рассматривать мотор-винт без включения туда ещё и регулятора! А вот регуляторы бывают ооочень разными и даже хорошие качественные не теряющие синхру регуляторы на одном моторе могут другой — греть без повода.
3) обороты мотора вообще-то бесполезная величина а вот процент шима — полезная ибо квадрокоптеры должны иметь номинальную тягу на винте для висения уже на 40% газа!
По пунктам скажу так. простой дешевый мотор IBM IPOWER 2217-1000kv на винте 12-4.5 — этот винт для него тяжелый нереально НО.на тяге 500 грам он выдает 12 грамм на ватт если дуть в пол/стол как вы показываете или реальных чесных 10 г/вт если дуть правильно. тоесть ваши 9 г/вт это мало. с вашим винтомдолжно было получиться больше! вообще правило там простое — чем больше винт тем дольше летаем.
Для компенсации инерции винтов нужно применять регуляторы с активным тормозом. они вопервых имеют намного более высокий кпд на половине газа за счет синхронного выпрямления(когда фазный ток на нулевом периоде шима упирается не в диоды нижних фетов а регулятор сам их открывает и фазный ток упирается в открытый канал низкоомный а не в 1.2 вольтовый диод). Так он ещё и может рекуперацией заниматься… когда резко мозги дают сброс оборотов то обычные регуляторы останавливают мотор просто выбегом — ток по фазам не течет а вот реги с синхронным выпрямлением — они превращаются в буст преобразователи коротя на землю все три фазы и отпуская их на время 20% от цикла шима — этим достигается возврат энергии винта в батарею(правда оно до батареи не доходит — уходит в соседний винт который обычно тут же идет на разгон) этим достигается ещё +10-15% эффективности просто потому что суть полета коптера это постоянные разгоны и торможения и важно чтоб регулятор умел ограничивать и скорость разгона и скорость торможения не выходя в неэффективные зоны больших токов или обесточивания обмоток. Энергию надо возвращать.
Дальше. Раз стоят задача долголетства то нужны батареи с удельной энергией 300 г/вт и больше. на текущий момент есть батареи с нереальными 380 г/вт но у них осень большие проблемы с количеством циклов — 60 всего до потери 20% ёмкости. Ещё по долголетству и стабильности — в 8-микоптере мы применяем переразмеренные для моторов винты тихоходные и попарно 4 малоразмерных винта маломощных на больших оборотах — для стабилизации. Если речь идет о съемке видео тяжелой камерой то флипов не будет и большие винты всегда могут работать в самом эффективном режиме а вот мелкие уже отрабатывают возмущения коптера.Тяги с них не требуется.
Ну и чтоб не быть голословным — октокоптер наш с зеркалкой и 2 кг обьективом в воздухе держится "всего полтора часа висения и час 50 минут в режиме максимально быстрого горизонтального полета!
наш аппарат.
И можно подробности по использованию разноразмерных винтов на одном коптере. Какая схема — моторы «соосно» или все 8 разнесены? Используются одинаковые моторы? Контроллер один или два независимых?
Спасибо.
А что за «регуляторы с активным тормозом»?
Раньше, а в прочем и сейчас, это называлось векторным управлением (FOC). Алгоритмы, с одной стороны, общедоступные, с другой практическая реализация представляет определенную ценность, и имеющиеся библиотеки имеют закрытый исходный код и привязаны под конкретное семейство/производителя МК. Например: ST FOC PMSM SDK, TI InstaSPIN… ждем когда Воронеж такой же сделает. У TI готовый дизайн даже есть, только плату переразвести. Также, есть открытые проекты, например VESC.
Внесу небольшую поправку к вашим словам. Векторное управление и рекуперативное торможение вещи совершенно ортогональные — одно может существовать без другого. Популярный в области лёгких БПЛА вентильный привод с поддержкой рекуперативного торможения (который и подразумевается в вашем предыдущем комментарии) тоже существует. Например, опенсорсный Sapog: https://files.zubax.com/products/io.px4.sapog/Sapog_v2_Reference_Manual.pdf
Не к ночи помянутый VESC тоже, кстати, поддерживает торможение как в вентильном, так и в векторном режиме (но у него есть другие проблемы).
Подробнее о векторном управлении, кстати, прекрасно написано у BelerafonL: https://geektimes.ru/users/belerafonl/topics/.
Не к ночи помянутый VESC тоже......(но у него есть другие проблемы).
Можно поподробнее, что за проблемы?
Присматриваю себе под несколько нестандартный квадрокоптер регулятор с CAN(желательно), обратной связью и векторным управлением под мотор 2-5КВт, на глаза попался этот. Может подскажете другие варианты?
Мы обнаружили у VESC проблемы стабильности при работе в бездатчиковом режиме и трудности с идентификацией.
У нас есть прототип регулятора с CAN, обратной связью, и векторным управлением на 600 Вт, и к концу года должна выйти более мощная модель до 10 КВт. Если у вас есть интерес, напишите, пожалуйста, мне на pavel.kirienko@zubax.com.
С измерением с бутылкой проблем не было. Тяга примерно совпадает с показаниями стенда. Видимо для 2212 мотора высоты бутылки достаточно. На крайний случай можно поставить весы на угол стола или на высокую подставку.
С esc также замечал такую проблему и у нас планах есть задача разработать свой. Тогда его можно будет оптимально настроить под каждый мотор.
4 для мощности и 4 для маневренности?
И как с этим справляется полетный контроллер? Вы уникальную прошивку делали или используемый вами полетный контроллер умеет такое в стоке?
на текущий момент есть батареи с нереальными 380 г/вт но у них осень большие проблемы с количеством циклов — 60 всего до потери 20% ёмкости.
Ссылочками не поделитесь?
Я в этом проекте только програмист. Собственно полетник АРМ2,8 в прошивку которого конечно же внесены поправки. все поправки сведены на то чтоб маневринниками дергать рещще а основными тяговыми — намного более плавнее — там пиды сильно задушены на крен тангаж и рысканьне но зато задерты — на высотомер.
Моторы разные. все разнесены через один тяговые 200 кв, маневренники 1000 кв. типоразмер моторов один и тот же.
Регуляторы я не знаю где и какие они берут. С виду обычные регуляторы с драйверами и конденсаторным качером для накачки 15 вольт управления затворами только техасский чип какой-то дсп. я туда не лажу. конектится все по i2c 600 гц
Изначально подобный прием мы применили два центральных соосных огромных винта. получилось так себе — изза центробежки мешало управлению. чуток поменьше и помедленнее но 4 — дало идеальный стаб. Пробовали и 4 луча с двумя моторами вверху и внизу — ерунда. Если верхними ставили большие и медленные то нижние работали на 80% газа и плохо было с торможением — грелись обмотки и регулятор. по логам было видно что 70% торможения и 30% разгон по времени. тоесть ниже кпд изза сильно набегающего потока… да и винты под такое дело не рассчитаны… в общем с тем же весом и теми же батареями полетное время час максимум. нас это категорически не устраивает...
Ещё о октокоптере — 2-3 мотора могли отказывать — он всеравно возвращался. только если через один разрушить два мотора с одной стороны — тогда он терял возможность по yaw держаться но даже в таком варианте с хорошим компасом оно возвращалось хоть и по yaw все время вращался :) выглядело как бешаная мясорубка :) Да мы летаем в АТО и отказоустойчивость у нас почти первое дело было. две батареи физически разнесенные, электронный отрубатель "пробитой" батареи и мозги за кевларовой пластиной.
Ещё пробовали на двс летать… тоесть компер электро но на липольной батке на 10 минут(для аварийной посадки) и бензогенератор на ICE methanol OsMax 90. Полная чушь… они тоже палива жрут как дурные при этом вес генератора выпрямителя мотора бака и буферной батареи намного больше… короче больше 2-х часов мы не получили а по весу перетел — получили… пока отказались от этой затеи — выгоднее больше аккумов.
Про аккумы уточню что за конкретная модель. Регуляторы действительно FOC с отслеживанием вч модуляцией положения ротора и т.д. говорят — готовый техасский переразведенный демоборд.
Это значит что собранный аккумулятор с запасом энергии 300 ваттчасов будет весить один кг :)
Сори… ошибся с наименованием размерности… выбирал на смарте из выпадающего списка :) как редактировать сообщения — не знаю.
Даже если взять Panasonic NCR18650B, у них при токе разряда 1А на ячейку плотность энергии получается 250 Вт*ч/Кг
Производители дают минимальный набор характеристик для своего товара. По винтам вообще невозможно найти какой либо информации кроме их размера.
А как же продукция T-Motor? У них даются весьма подробные характеристики по винтомоторным группам, в т.ч. эффективность г/Вт при разных напряжениях и уровнях газа
Тогда можно найти диапазон оборотов дающий максимальную эффективность при различной нагрузке.
Соответствующая отдельная процедура нужна и для винта.
Тогда можно будет подбирать винт-моторные пары не методом тыка, а вполне осознанно.
Странно, что никто ещё не озаботился реализацией такого стенда.
Вы не можете разобрать по ней отдельно вклад мотора и винта. Только комплекс.
А имея отдельные кривые можно подобрать идеальную пару с максимумом кпд на нужной тяге.
Навскидку вот: https://www.ecalc.ch/ — все данные по сути собраны «вручную» на большом количестве мотоустановок.
Вот отдельная ссылка на «коптерную» версию.
И да — измерять «винт» и «мотор» нужно отдельно! То, что ВЫ намеряли — «филькина грамота». Точнее — для построения характеристик винта вам нужно его «прогнать» во ВСЁМ диапазоне оборотов/моментов для получения множества выходных эпюров. И уже от них плясать. И да — замерив и выведя один эпюр вы получите только конкретную кривую под конкретное соотношение оборотов/моментов. Меняем что-то одно — и кривая поползла…
К слову о «птичках» — у вас двигатель максимальный КПД на динамонагрузке какой имеет? А максимальную мощность(и какой при этом КПД)? Создание энергоэффективно" установки начинается с промера ДВИГАТЕЛЯ. далее берутся «учебники» и вычитываются примерные винты. которые подойдут под этот двигатель при уже измеренных оборотах и мощности. И начинаются пляски с бубном — свести воедино три кривых — тяга-КПД-мощность.
А, и да — самый максимальынй КПД из «вентильных» имеют двигатели без железа в статоре вообще. Да, мощность при тех-же габаритах ниже. Зато реально можно получить 95-98% КПД.
У нашего мотора в текущей намотке максимальный КПД 85% на 4700RPM при мощности 750Вт и моментом где-то 1.5Нм. Теоретический максимум будет при перемотке на большую мощность, что даст 90% КПД где-то при 8000RPM при мощности 1400Вт и моментом где-то 1.5-1.7Нм. Установка для замера мотора у нас уже есть.
Двигатель без железа при той же мощности, габаритах и оборотах даст нулевой КПД. Они при том же размере дают высокой КПД при мощности в 10 раз ниже.
При габаритах как у вас Контроник Танго даёт 2 киловатта(продолжительно тем самые 750-800Вт). И КПД 96%. Да — он «безжелезный». масса его равна 286грамм.
Скорпион, который железный при таких габаритах выдаёт даёт до 4-5кВт(продолжительно до 2кВт). О каких «в десять раз ниже» разговор? Вы вообще нормальные модельные двигатели в руках держали?
Да, коль у вас мотор столь «тихоходный» — может стоит думать в сторону не двулопастного, а трёх-четырёх лопастного винта с немного увеличенным шагом? Чтоб полностью раскрыть параметры мотора…
Надо учитывать что мощность пропорциональна оборотам и я не думаю, что эти безжелезные моторы выдают такую мощность на 4700 оборотах. Так, например, сейчас мы делаем мотор для турбины на 5КВт, примерно в таких же габаритах, но с оборотами 50к RPM. У него кстати КПД будет теоретически 93%.
Судя по размерам вес вашего около килограмма?
По винту — поставьте 16 дюймов. но на три лопасти :) Или даже на четыре — смотря как поведёт себя движок.
Вес мотора с винтом 350г. Какой у этого пока не известно, заранее не считали, поскольку он тут не важен.
А про редуктор на 40к оборотов — ничего сложно — главное соблюдать технологию производства зубчатых колёс и не гнушаться балансировкой.
Кстати — вы свои двигатели как балансируете?
Эффективность же у нас получилась 9г/Ватт. Так что даже с учетом гораздо большего веса мотора, даже небольшой коптер с нашим мотором смог бы летать дольше.)
Вот совсем не факт… если ваш мотор весит 10кг, то 9 грамм он на ватт дает, или 29 — не полетит он…
Ну в целом много выше комментариев уже, я думаю следующий девайс вы сделаете более годным :)
И по безопасности, я бы управление сделал выносным, а стенд прикручивающимся. А то руку приходится пихать чуть ли не в пропеллер, да и погрешность она вносит…
Уже написали пропеллер должен дуть в пустоту, причем объем этого пространства должен быть как можно больше, что б не влияло на измерение циркуляция воздуха. Я на этом собаку съел, кучу раз переделывал стенд.
Не самый последний вариант. Требует 90м^3 минимум для корректных замеров.
Ваши замеры и близко не отражают действительность. Про КПД не превысившей 50% смешно.
Сколько замеряю, все моторы близки по максимальному кпд, надо только нагрузку подходящую. Меньше 60% max не видел. см
в описании к видео есть ссылка на статью. а там архив с малой частью замеров. Всякий раз, когда находил влияние негативных факторов на достоверность замеров, удалял все предыдущие. И все еще считаю замеры не достаточно точными для сравнения чистыми значениями, а не проверкой конкретных деталей в одних условиях.
Отличная работа и статья, спасибо!
Стенд в статье имеет не финальный вид. В финале сбоку будут разъёмы питания XT-60, немножко изменится дизайн и будут поправлены некоторые косяки присутствующие в текущем прототипе.
Цена данной модели 10000р, срок изготовления — месяц(из-за ожидания некоторых электронных компонентов).
Также мы сейчас разрабатываем модификацию стенда в стальном исполнении. Он будет рассчитан на большую тягу(до 20кг) и момент, будет более точный. И у него экран с управлением будет на выносном пульте. Но делать его дольше и его цена будет значительно выше.
Если я вас заинтересовал или есть дополнительные вопросы. То можно обратиться к нам в группу ВК https://vk.com/motochrome или на емэил motochrome@list.ru
Эффективный квадрокоптер