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航模无刷电机参数及特性
1.尺寸
选择无刷电机,会看到很多命名类似的型号,如2216、2814等,这个数字,前两位是定子外径(mm)、后两位的是定子高度(mm)。定子的外径和高度越多,定子的铁芯越大,线圈绕的匝数也越多,表现出来就是电机的功率越大。当然,尺寸越大功率越大,但重量也越大。
如某电机是2216,表示定子外径是22mm,定子高度是16mm。定子外径和定子高度与电机的功率成正比,2218的比2212的电机定子高度高,肯定是功率同样也大。这个尺寸的意义在于看型号就可以比较两个电机的功率大小,但这个一般只是比较定子外径相同而高度不一样,或者高度一样而外径不一样,定子外径和高度都不一样的很难通过此型号比较。 需要注意的,此尺寸是指定子的,不是指电机外型尺寸,电机壳的厚度、散热糟形、底座高度等都影响电机外型尺寸,所以用定子尺寸做功率的判断比用外型尺寸要标准和靠谱。
2.电机槽数和极数
1)槽数(N):定子铁芯的槽数量。无刷电机是三相电机,所以槽数是3的倍数。
2)极数(P):定子上磁钢的数量,磁铁必定是南北极成对使用,极数必然是偶数。 电机槽数和极数有些电机型号直接写为槽数N极数P,如12P14N,是12槽14极的意思。
3)槽数和极数特点
a、槽数(N)和极数§都与越最高转速成反比,就是槽数(极数)越小,电机的最好转速越高。如9N12P的最高转速比12N14高。
b、在槽数(N)相同的情况下,极数§与扭力成正比,极数越大,扭力越大。
c、一般情况下,槽数(N)和极数§越大,电机顿挫感越小(在电机不带电的时候,用手转动电机,会感觉一卡一卡的顿挫感),理论上电机振动会更少,但由于槽数多了后很难做好动平衡。
3.KV
无刷电机KV值定义为转速/V,意思为输入电压增加1伏特(V),无刷电机空转转速(转/分钟)增加的转速值。
从这个定义来看,电压与电机空转转速是遵循严格的线性比例关系的,并且是常量,无论电机在那个工作电压,电压和转速的关系都遵从值。
1)空转转速的计算
记住,这个值是指电机空转没有带螺旋桨等负荷下的转速与电压的关系,如KV是650,在11.1V电压下空转转速是 11.1×650 = 7215转/分钟,KV值是900,同样电压下的空转转速是9990转/分钟。
2)高低KV值的相对比较
只有相同的定子外径和定子高度的同一个型号,不同的KV值没有太大比较意义,如某某牌子的2216电机,有650KV、800KV、900KV三种型号
高KV | 低KV | |
---|---|---|
定子线圈绕线匝数 | 少 | 多 |
最高输出电流 | 小 | 大 |
相同电压下扭矩 | 小 | 大 |
相同电压下转速 | 高 | 低 |
匹配螺旋桨直径 | 小 | 大 |
3)不能通过KV比较电机的好坏,不能说KV380的比KV600的好,同一个型号不同KV值的电机价格是一样。
4.外转子和内转子
无刷电机根据定子的位置,可以分为外转子和内转子两种。
1)外转子:定子在里面,转子在外面叫外转子。
转子在外面包着定子,转子和外壳合在一起,转动的时候,外壳(不包括底座)和输出轴一起转动。内转子扭矩比较大,KV值低。
2)内转子
跟外转子相反,内转子是定子包着转子,转动的时候,只是转子转动(外壳不转)。内转子扭矩比较小,KV值高。
KV值与桨叶匹配<1>
KV值:指的是电机的转速,电压每升高1V,转速就提高一个KV值的数目,转速越高,电机输出扭力越小,反之亦然。
常见的有:1000KV 1400KV 2200KV 1800KV 2450KV
11.1V 3S电池搭配参考如下:
1000kv用1047桨
1400kv用8060桨
2200kv用6030桨
7.4v电池请参考以下搭配
1000KV用1147桨
1400kv用9050桨
2200kv用7060桨
2s,3s,4s的差异
例如,ovonic 2s 5000mah,ovonic 3s 5000mah和ovonic 4s 5000mah 之间的差仅仅是电压吗?使用时间是否相同?
KV值与桨叶匹配<2>
电机KV值:电机的转速(空载)=KV值X电压;例如KV1000的电机在10V电压下它的转速(空载)就是10000转/分钟。
电机的KV值越高,提供出来的扭力就越小。所以,KV值的大小就与浆有着密切的关系,以下就这点提供一下配浆经验:
1060浆,10代表长的直径是10寸,60表示浆角(螺距)。前两位数表示直径,后两位表示螺距。
电池的放电能力,最大持续电流是:容量X放电C数。例如:1500MA,10C, 则最大的持续电流就是=1.5X10=15安如果该电池长时间超过15安或以上电流工作,那么电池的寿命会变短、还有电池的充满电压单片4.15-4.20合适,用后的最低电压为单片3.7以上(切记不要过放),长期不用的保存电压最好为3.9。
一般电机与浆是这样配的:
3S电池下; KV900-1000的电机配1060或1047浆,9寸浆也可
KV1200-1400配9050(9寸浆)至8*6浆
KV1600-1800左右的7寸至6寸浆
KV2200-2800左右的5寸浆
KV3000-3500左右的4530浆
2S电池下; KV1300-1500左右用9050浆
KV1800左右用7060浆
KV2500-3000左右用5X3浆
KV3200-4000左右用4530浆
浆的大小与电流关系:因为浆相对越大在产生推力的效率就越高
例如:同用3S电池,电流同样是10安(假设)
用KV1000配1060浆 与 KV3000配4530浆它们分别产生的推力前者是后者的两倍。
机型与电机、浆的关系:
一般来说:浆越大对飞机所产生的反扭力越大,所以浆的大小与机的翼展大小有着一定关系,但浆与电机也有着上面所讲的关系。例如用1060浆,机的翼展就得要在80CM以上为合适,不然的话机就容易造成反扭;又如用8*6的浆翼展就得在60以上。
比如:用4530浆做翼展1米以上机行否? 是可以, 但飞机飞起来会很耗电,因为翼展大飞行的阻力大,而4530浆产生的推力相对情况下小(上面浆的大小与电流关系有讲到)。
所以在选择玩什么机型的时候就要注意这4者的关系,一定要看这机型翼展大小选择配电机、浆、电池
特别要注意的是: 不能用大浆配高KV的电机,否则烧电机还影响了电池,有可能连电调也烧掉。
另外,有些不要误认为,电机的推力越大,飞机就能更加克服阻力飞得更快。
直升机用的无刷电机一般KV值为3200~4500;固定翼航模一般选择KV值在1500以内的电机。 可以根据阻力系数和设计飞行速度计算阻力范围,然后确定螺旋桨尺寸和桨距,然后确定转速和扭矩,最后确定发动机功率。
航模电池
1.电池电量问题
无人机如果使用4s电池而不是3s电池,则电压较高,电流较低,但是对于相同的负载,功率是相同的。功率=电压*电流,因此较低的电流并不意味着较低的功率。如果您有一个300瓦的电机并使用3s电池,它将消耗27安培的电流,然后,如果您切换到4 s电池,它将消耗20.3安培的电流,这不会消耗更少的能量或功率。这是相同的11.1v * 27amp = 300瓦和14.8v * 20.3amps = 300瓦。
2.电压与电机对应
当施加的电压更高时,电机可以旋转得更快。无人机空载下的电机的RPM(每分钟旋转)取决于电动机的KV值– RPM =电压x KV。
假设我们的FPV Quad具有2300KV电机。当使用充满电的3S电池(11.1V)供电时,理论RPM为2300 x 11.1 =25530。这意味着在没有任何螺旋桨的情况下,电机每分钟旋转约25,530次。当使用4S电池(14.8V)为同一电机供电时,RPM为2300 x 14.8 = 34040,您可以看到RPM显着增加。RPM的增加意味着电机可以产生更大的拉力,更大的功率,更快的飞行速度和敏捷性。但是,油门杆也变得更加灵敏,更难控制。
请注意,由于稳压器,电池等的重量增加,因此4S设置通常比3S重。
3.使用中应注意什么?
为了保护LiPo电池,通常不希望在任何使用中消耗超过其容量的80%。在示例中,不应使用超过5000 x 0.8 = 4000 mA或11.1vx 4amps = 44.4瓦。如果电池电量低于此水平,则可能会损坏电池。可以通过在此过程中监视电压来了解电池状态。当使用电池中的能量时,电压会下降。对于RC无人机,许多飞行控制器都具有内置警报。
4.关于放电倍率和电流与持续使用时间的关系
电流=容量(mah)*倍率(c)
持续电流使用时间(分钟)=[1/倍率(C)]6080%(大电流电池的放电率80%左右)
举例:
2300mAh电池15C持续放电=34.5A 电流持续放电使用的大致时间是:(1/15)60*0.8=3.2 分钟
2300mAh电池26C持续放电=60A 电流持续放电使用的大致时间是:(1/26)60*0.8=1.85 分钟
4600mAh电池15C持续放电=69A 电流持续放电使用的大致时间是:(1/15)60*0.8=3.2分钟
其他倍率和容量的电池依此类推。
电池选择:
确定电机的最大工作电流
马达最大效率时,电流为:30A。一般的模型电机的空载电流是2A左右,最大负载电流每个电机不一样,如果电机在堵转的时候,这个时候是用的大功率电调,高放电倍率电池,会造成电流短时间内急剧上升,时间稍微过长,就会烧毁电机。如果只是一般的玩具模型的540电机,就不要选择大电流电调,选择大电流电调,一定要配合大功率的电机,让他们相互配合。 选择电调:如果电机最大效率电流为30A:那么你选择的电调起码要30A ,但是一般出去安全考虑,电调要选择大一点的! 如:35A -40A。但是最好不要超出太多,以免影响电机的使用寿命。
一般看先看电池容量,比如2200MA , 容量确定了,那就要看倍率了! 如:2200MA 10C ,那么这个电池能以:2.2A(2200MA =2.2A ) 10=22A , 这个电池的最大放电电流为22A显然和上面的电调不匹配,那么需要选择15C 2.215=33A ,这个可以满足前面的要求了! 如果是20C 的电池,那么可以以:2.2*20=44A 的电流放电。飞机最大功率时,电流只有30A ,这个电池可以44A 来放电,无疑,电池会更加轻松. 马达也是一直以最大功率来运行!获得的动力将是非常满意的。
配合2200MA 20C的电池,最大负载电流为30A的电机,最大输出为45A的电调是一个比较合理的配置。 配合下来就是 最大电流30A的电机,35A-40A电调,2200MA 20C电池是最好的配合。 确定电机,确定电调,最后确定电池。千万不要不顾电机的情况,盲目选用电池,电调,容易烧毁电机。
注意如果我们是为四轴选电池,因为四轴是四组电调,如果采用20A的电调,那么我们就要采用20A X 4个=100A的电池,在航拍四轴上我们一般选用5000MA,20C的电池,就是5 X 20C = 100A,已达到最优的重量,容量的匹配关系。四轴是多个电机,所以要选更大的电池。
放电倍率
无人机航模电池上面有20C,30C,这是代表电池的放电能力,这个C,在电池专业术语里叫”放电倍率”,即放电电流数值除以电池容量数值的倍数。比如,一个电池的容量是1000mAh,那么我们用2000mA电流来放电,就叫2C放电,这个电池要是说用5C来放电,那么电流就是5000mA,如果是20C,那么就是20000mA(即20A)电流.平时大家说的C数,比如,20,表达的就是说这个电池可以20C放电,它代表这电池的最大正常放电能力(有人说瞬间放电峰值40C,这是骗人的说法,一个电池如果直接短路,它的瞬间电流是很大的,基本可以用电池的电压除以整个回路的电阻来计算,有可能达到一两百安培,但这个不是正常的放电能力不能用这个数值来误导).
所以,大家得计算一下,你的模型的电机是什么规格的,额定电压及额定功率是多少,一般按P=UI可以计算出大概飞行电流的.打个比方:电的额定功率是100W,电压为7.4V(2S电池组),那么它的使用电流可以这样计算:100=7.4*I,I=13.5A,这是大概数,当然飞机飞行中的电流可能会比这个稍大一些,也许会达到15A或20A等.这样,就可以计算你的玩具须要什么级别的电池了.并不一定要最高C数的,如果你的电池是2000mAh(2A)的,10C就足够了,用25C的电池也行,只是有点浪费,因为电机的要求没这么高;如果人计算出来要用的电流是50A,那么就须要用到25C的了。另外,这个C数(电池放电能力)玩家是很难测试的,只能通过试用模型来确认,如果真是50A的电流,电池连接片都会发红啊!当然卖电池的一般都会夸大自己电池的能力。
理论上,电压超高,速度起快,就算C数级别低很多,起码开始的时候速度是很明显会快的。所以,3S与4S,当然是4S的功率要高(通过P=U*I可以计算,电流一定,电压越高,功率越高,电机的速度越大,但在确认电机不会被烧掉),功率越高动力越大啊.而且那个什么20C啊15C啊估计也是人为强加给电池的,不一定就是电池的真实能力,就是说,有可能用15C这个级别的电池,分成20C和15C两个级别来卖
如何选择电机的功率?
根据生产机械所需要的功率来选择电机的功率,使电机在额定负载下运行。建议大家选择功率时应注意以下两点:
①如果电机功率选得过小.就会出现“小马拉大车”现象,造成电机长期过载.使其绝缘因发热而损坏.甚至电机被烧毁。
②如果电机功率选得过大.就会出现“大马拉小车”现象.其输出机械功率不能得到充分利用,功率因数和效率都不高,不但对用户和电网不利。而且还会造成电能浪费。
要正确选择电机的功率,必须经过以下计算或比较:
P=F*V/1000(P=计算功率KW,F=所需拉力N,工作机线速度M/S)
对于恒定负载连续工作方式,可按下式计算所需电机的功率:
P1(kw):P=P/n1n2
式中n1为生产机械的效率;n2为电动机的效率,即传动效率。
按上式求出的功率P1,不一定与产品功率相同。因此.所选电机的额定功率应等于或稍大于计算所得的功率。
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此外.最常用的是类比法来选择电动机的功率。所谓类比法。就是与类似生产机械所用电机的功率进行对比。
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具体做法是:了解本单位或附近其他单位的类似生产机械使用多大功率的电机,然后选用相近功率的电机进行试车。试车的目的是验证所选电机与生产机械是否匹配。
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验证的方法是:使电机带动生产机械运转,用钳形电流表测量电动机的工作电流,将测得的电流与该电机铭牌上标出的额定电流进行对比。如果电机的实际工作电流与铭脾上标出的额定电流上下相差不大.则表明所选电动机的功率合适。如果电机的实际工作电流比铭牌上标出的额定电流低70%左右.则表明电机的功率选得过大,应调换功率较小的电机。如果测得的电机工作电流比铭牌上标出的额定电流大40%以上.则表明电机的功率选得过小,应调换功率较大的电机。
实际上应该是考虑扭矩(转矩),电机功率和转矩是有计算公式的。
即T=9550P/n
式中:
P—功率,kW;
n—电机的额定转速,r/min;
T—转矩,Nm。
电机的输出转矩一定要大于工作机械所需要的转矩,一般需要一个安全系数。