Mikroprocesorom riadené regulátory otáčok majú niektoré nové funkcie ktoré umožňujú užívateľovi zvýšiť výkon pohonnej jednotky. Aby sme však mohli tieto funkcie využiť je potrebné porozumieť niektorým základným súvislostiam medzi motorom, akumulátormi a regulátorom. Vysvetlíme si niektoré dôležité pojmy, ktoré musíme poznať ak chceme dosiahnuť čo najlepšie výsledky. Nasledujúce diagramy a výpočty sú určené najmä pre optimalizáciu vybavenia súťažných RC modelov.

Malé elektromotory používané v RC modeloch pozostávajú z plášťa a rotora. Dva permanentné feritové magnety sú upevnené vo vnúti plášťa. V čele plášťa a v zadnom veku sú ložiská a v nich je uložený rotor. V zadnom veku sú uložené uhlíky (kefy), ktoré slúžia ako kontakty na pripojenie el. napätia na komutátor rotora. Komutátor je prepojený s vodičmi, ktoré sú navinuté na jednotlivé segmenty rotora a cez ktoré sa uzatvára el. okruh. Napr. 17 závitový motor má tri vinutia okolo jednotlivých segmentov rotora po 17 závitov. Po pripojení el. napätia na uhlíky začne tiecť elektrický prúd vinutím rotora. Následkom toho vznikne magnetické pole, ktoré spôsobí, že sa rotor začne točiť.

Na pól kotvy je navinutých 17 závitov z izolovaného medeného drôtu, ktorého dĺžka je pár decimetrov. Je jasné že po pripojení akumulátorov na toto vedenie nastane stav ktorý môžeme nazvať skrat. Situácia sa zmení keď sa začne rotor otáčať. Komutátor prepína el. napätie postupne do jednotlivých vinutí a motor sa začne chovať zároveň aj ako generátor. Generátor pôsobí proti činnosti motora. Preto pri vysokých otáčkach je prúdové zaťaženie motora menšie.

Diagram znázorňuje prúdové zaťaženie 17-závitového motora (červená čiara) v porovnaní s 27-závitovym motorom (zelená čiara). Predpokladáme že akumulátory majú konštantné napätie 7,2V. V skutočnosti to však nieje možné, takže priebeh charakteristík nebude úplne lineárny. V diagrame je max. prúdové zaťaženie 17-závitového motora 90 A. Prúdový odber malých jednosmerných motorov pri nízkych otáčkach je mimoriadne vysoký, ale majú veľký krútiaci moment. Pri maximálnych otáčkach je prúdové zaťaženie motora, ale krútiaci moment je tiež veľmi malý. Motor má teda veľmi obmedzený výkon pri maximálnych otáčkach. Pri záťaži spotreba energie (a spotreba prúdu ) stúpa až kým sa nevyrovná príkon s výstupným výkonom.

Poznámka: Spotreba prúdu závisí na rozsahu používaných otáčok. Zlý prevod alebo vadné ložiská môžu tvoriť nadmernú záťaž a spôsobia neprimerane vysokú spotrebu aj keď použijeme "slabší" motor.

Účinnosť je pomer príkonu proti výstupnému výkonu a udáva sa v %.

Ak je el. príkon 100W a mechanický výstupný výkon 76W výsledná účinnosť je 76% (pre malé motory je to veľmi dobrá hodnota). Príkon získame ako súčin galvanického napätia NiCd batérie (7,2 V) a odoberaného prúdu (13,9 A), je teda rovný 7,2 V X 13,9 = 100 W. Výstupný výkon vypočítame ako súčin otáčok a krútiaceho momentu. Meranie krútiaceho momentu je však problematické. Výkonové straty motora predstavujú magnetické straty (magnetický obvod), elektrické straty (komutátor, vodiče) a mechanické straty (trenie v ložiskách). Straty sa prejavia teplom a hlukom.

Účinnosť sa mení v závislosti na otáčkach. Najvyššia účinnosť sa pohybuje v oblasti 2/3 max. otáčok motora. Presnú hodnotu môžeme odčítať z diagramu, ktorý získame meraním motora na testovacom zariadení.

Poznámka: Pri použití 1700 mAh batérie po dobu v trvaní 5 minút musí byť stredná hodnota odoberaného prúdu 20 A.. Ak chceme dosiahnuť čo najlepšie výsledky musí sa maximálna účinnosť u použitého motora nachádzať okolo hodnoty zodpovedajúcej odberu prúdu 20 A.

Musíme si uvedomiť, že pri lietaní nemáme na akumulátoroch stále rovnako vysoké napätie, ako keď ich meriame nezaťažené. Vznikajú na nich pri záťaži veľké straty, s ktorými musíme rátať pri pripájaní a nastavovaní ostatných el. komponentov (motor, vodiče, regulátor). Je jednoduchšie minimalizovať straty, keď poznáme ich príčinu. Každý článok 1700 mAh sady akumulátorov má odpor najmenej 4 miliohmy. Komplet šiestich článkov má preto odpor 24 miliohmov. Prepočet, ukazuje, že pri zaťažení 155 A (pri rozbehu motora) pokleslo napätie na sade na 3,5 V.

A tento výpočet je len pre vnútorný odpor šiestich článkov. Neráta teda so stratami v elektrickom vedení, konektoroch, prepojkách článkov a pod. Naproti tomu straty sa zmenšia pri nižšom napätí. Presné výpočty sú však trochu náročnejšie.

Poznámka: Len kvalitné a dobré články vydržia veľké zaťaženie bez väčších strát (straty sú minimálne 0,04V/10A na článok!). Ak je počiatočný prúd pri záťaži 60A, šesť článkov bude mať pokles 1,44 V - teda reálne môžeme rátať len s 5,76 V, ktoré môžeme využiť. Pri priemernom zaťažení 20 A je stála strata v akumulátoroch 10 W a táto strata sa mení sa na teplo.

Vnútorný odpor článkov batérie je len jednou z príčin výkonových strát. Veľké straty vznikajú i v zlých konektoroch a nevhodných prepojovacích vodičoch. Na obrázku vidíme poklesy napätia spôsobené stratami v systéme pri zaťažení 60 A. Je to len teoretický výpočet, ale názorne ukazuje všetky straty vo vedení.

Pri veľkých záťažiach - je vysoký odber prúdu a pokles napätia samozrejmý. Všetky odpory v elektrickom vedení a v konektoroch sú stále rovnaké a pokles napätia závisí hlavne na okamžitom odbere prúdu. Nasledujúci obrázok porovnáva úbytky napätia v nezaťaženom vedení, pri odbere 30A a pri odbere 60A.

Celý systém je dynamický, pokles napätia závisí na prúdovom odbere. Záťaž a jej neustále zmeny závisia na otáčkach motora a na spínacej frekvencii elektronického regulátora ak nie je v režime plného výkonu. Všetky súčasné elektronické regulátory rýchlosti využívajú spínací režim pre riadenie výkonu motora. Konektory spôsobujú najväčšie straty a je jasné že s úpravami začneme práve tu. Pozrime sa na štandardné zapojenie, ktorého straty boli uvedené na predchádzajúcom obrázku.

Výhodou tohto prepojenia je jednoduchosť pripojenia bez nutnosti letovania. Pre veľké napäťové straty je však toto prepojenie nevhodné pre výkonné motory.
Poznámka: V tomto prípade je jednoduché znížiť odpor a zamedziť nadmerným výkonovým stratám. Optimalizované zapojenie je nielen lepšie prispôsobené výkonným motorom, ale zapojenie s nízkym odporom má aj nižšiu hmotnosť.

Optimálne elektrické zapojenie

Na nasledujúcom obrázku je najoptimálnejšie prepojenie pohonného systému.

Vodič veduci od regulátora k motoru možeme nahradiť vhodnejšim zapojením podľa obrázku. Biely vodič (môže mať i inú farbu) odstrihneme. U špičkových regulátorov tento vodič chýba. Vodiče by mali byť čo najkrtatšie, aby sme čo najviac znížili pokles napätia spôsobený odporom vodiča. Ušetríme takto i hmotnosť. Pozor! Nie u všetkých regulátorov je možné túto úpravu urobiť. Je vhodné poradiť sa so skúseným kolegom alebo odborníkom!

"Veľký prúd" predsatavuje odber motora a "malý prúd" odber elektroniky regulátora a obvodu BEC. Pokles napätia na regulátore pri nesprávnom zapojení môže spôsobiť kolísanie stabilizovaného napätia 5V z obvodov BEC. Kolísanie napätia sa môže prejaviť ako "rušenie" prijímača - kmitaním serva riadenia a pod.

Pre pripojenie motora je najvýhodnejšie nepoužiť konektory, ale priletovať ho kvalitne cínom. Pre pripojenie bateriek je vhodné použiť veľmi kvalitné konektory – pozlátené s veľkou dotykovou plochou.

Je potrebné venovať pozornosť všetkým uzlom, pretože i jeden zlý spoj s vysokým odporom podstatne ovplyvní celý elektrický okruh.

Poznámka: Všetky spoje letujte, alebo používajte veľmi kvalitné konektory. Vyhnete sa tým zbytočným úbitkom napätia. Malé odpory spojov predlžujú dobu chodu motora. Ak sa niektorý konektor alebo spoj počas letu nadmerne zohrieva, je to jasný signál veľkého prechodového odporu.

Záver

Následujúci obrázok ukazuje výsledky optimalizácie pohonnej jednotky.

Čo sme pri optimalizácii zmenili:
zrušili 2 konektory, 2 konektory nahradili inými s nižším prechodovým odporom a skrálili vodiče.

Čo sme po optimalizácii dosiahli:
– pri odbere 30A nárast napätia o 1,2V (na 5,4V)
– pri odbere 60A nárast napätia o 2,4V (na 3,6V)

Čím je väčší prúdový odber väčší tým je optimalizácia potrebnejšia!

Zisk sa dá vypočítať následovne:

Poznámka: Ak chcete použivať výkonný motor, je optimalizácia pohonnej jednotky nevyhnutná.

Podľa zahraničných zdrojov spracoval: Ing. Pavol Bálint