Jak vybrat ten správný elektromotor
V minulých dílech jsme si něco pověděli o motorech, jejich značení a podobně, dnes se podíváme na ten největší otazník a tím je výběr motoru. Je to věc velmi složitá, přesné měření v amatérských podmínkách prakticky neproveditelné, takže vždy v podstatě odhadujeme. Můžeme ale odhadovat poměrně přesně.
Nejlepší způsob, jak vybrat motor je řídit se doporučením výrobce. U skoro každého ARF kitu nebo rozsypu je doporučení výrobce ohledně motoru, vrtule i akumulátoru, takže když vybereme podle toho, je úspěch zaručen. Pokud nechceme nebo nemůžeme kupovat přesně ten daný motor, zjistíme si jeho parametry (rozměry, otáčky na volt, hmotnost, výkon) a vybereme podobný od jiného výrobce. Nemusí být zcela stejný, jen podobný. Před prvním letem změříme proud ampérmetrem a pokud nepřekračuje mezní hodnoty pro žádnou komponentu, můžeme letět. Co budeme dělat dál, pokud nepoletí dle našich představ, se dočtete níže.
Druhou možností je to, že nemáme žádné doporučení. V tom případě si vyhledáme potřebné na internetu např. RCGroups nebo naší RCmanii. Ty je však třeba brát s rezervou, protože správnost odpovědí nikdo nehodnotí. Může se stát, že se zeptáte, někdo vám odpoví, ale jak zjistíte, že tato odpověď je správná, když ji nikdo další nepotvrdí nebo nevyvrátí? Takže diskuze trochu s rezervou - můžete si třeba vyhlédnout uživatele, kteří mají fundované odpovědi i v jiných tématech, dá se předpokládat, že i na vaši otázku odpoví správně. Obecně jsou ale v diskuzích velmi subjektivní komentáře, to by bylo na samostatný článek.
Když nemáme žádné doporučení, musíme začít počítat sami. Vezměmě si takový vzorový model - Z-37 Čmelák s rozpětím kolem 2 metrů a hmotností bez pohonu kolem 3-3,5 kg. Jaký tam dát elektropohon? U spalováku by to bylo celkem jasné - šest a půlku nebo trochu větší žhavík dvoutakt, desítku čtyřtakt, nebo patnáctku benzín a k nim příslušnou vrtuli. No jo, ale jak s tím elektropohonem?
Vybereme to podle výkonu na kilogram letové hmotnosti. Existují doporučení, jak by to mělo být:
- Historické modely a pomalolety bez akrobatických ambicí: 100-140 W/kg
- Trenéry, větroně a cvičné hornoplošníky: 140-200 W/kg
- Sportovní modely s možností základní akrobacie: 200-250 W/kg
- Polomakety a makety vojenských letadel (warbirdy): 240-300 W/kg
- EDF stíhačky s dmychadlem: 300-400 W/kg
- 3D akrobaty: 300-400 W/kg a víc
U dvou a vícemotorových modelů platí součet.
Z toho je patrné, že musíme znát hmotnost modelu - buď si ji spočítáme před stavbou a s určitým typem motoru počítáme dopředu, nebo to zvážíme nějak v průběhu a motor vybereme v průběhu nebo koncem stavby - můžeme tak počítat i se zástavbovými rozměry a podobně.
Náš vzorový čmelák má hmotnost bez pohonu kolem 3,5 kg, nepředpokládáme, že by měl akrobatické ambice, takže spadá do kategorie 140-200 W/kg, což je jednoduchým násobením 500-1000W výkon pohonné soustavy. Je to poměrně velká tolerance - na dolním okraji to sotva poletí, na horním to bude už poměrně hbité, u motoráků je vždy lepší mít výkon v záloze, u větroňů raději uspořit hmotnost - vše je vždy kompromis, ideální pohon neexistuje.
Takže víme, že potřebujeme motor s výkonem kolem 800W - no jo, ale těch jsou kvanta. Takže filtrujeme dál - vybereme na kolikačlánkový akumulátor poletíme. Proč se dělají vícečlánkové akumulátory? Protože proud je problém, napětí ne. Elektrický stejnosměrný proud je v podstatě náš nepřítel, zatěžuje komponenty, musíme kvůli němu dávat tlusté kabely, chladit a podobně. Pokud bychom chtěli dosáhnout výkonu 1000W s tříčlánkovým akumulátorem, museli bychom z něho odebírat proud 90 ampér, takže bychom potřebovali takto zatížitelný regulátor, tlusté kabely, akumulátory s velkými céčky. Pokud ale použijeme šestičlánek s napětím 22,2 voltu, dosáhneme výkonu 1000W jen při polovičním proudu. Doporučení pro volbu napětí jsou tato:
- do 50W: 1 - 2 článek
- do 100W: 2 - 3 článek
- 100 - 500W: 3 článek - 500W je limit pro tříčlánek, potom musíme zbytečně kupovat akumulátory s vysokými C, zatěžujeme je, jsou horké, nafukují se.
- 500-800W: 4 článek
- 800-1000W: 5 článek - ten není moc výhodné používat, lepší je šestičlánek např. spojený sériově ze dvou tříčlánků
- 900-1500W: 6 článek
- 1500W a víc: 8-10 článek nebo větší proudy pro šestičlánek - zde se však dostáváme za hranici našeho zájmového záběru hobby modelaření - zde už je lepší spalovák.
Tak, víme tedy, že budeme používat šestičlánek se jmenovitým napětím 22,2V. Z něj si určíme u motoru takzvané kV - otáčky na volt a to v souvislosti s použitou vrtulí. Čím menší je průměr vrtule, tím vyšší musí být otáčky na volt, abychom dosáhli požadovaného výkonu. To je případ, proč se do modelů s tlačným uspořádáním nebo dmychadel dávají vysokootáčkové motory - protože mají malé vrtule. I u vrtulníků jsou vysokootáčkové motory, ty tam ale jsou proto, že vrtulníky mají převodovku, aby bylo vůbec možné roztočit rotor s vysokou hmotností. Pro modely typu čmelák a jiné tyto motoráky je vhodných zhruba 8000 - 10000 otáček, při 22,2 V je proto naší volbou motor se 400 otáčkami na volt. Proč? No protože už máme vybráno, důležitým parametrem výběru je také cena. V zadání byla cena motoru s regulátorem do 2000 korun, což je na tento pohon dost málo, takže jedním z mála, který se vešel je motor Turnigy G60 400 kV. Mohli jsme zvolit i G46 s 550 nebo 670 otáčkami, ten je ale poměrně slabší a hlavně je na pětičlánek, což není úplně běžný akumulátor. Jak bylo zmíněno výše, šestičlánek si snadno složíme sériově ze dvou tříčlánků.
V další fázi vybereme regulátor. Regulátor žádný proud do motoru neposílá, jak je až překvapivě častá mýlka. Není to tak, že když dáme k motoru 60A regulátor místo 40A tak se motor bude točit rychleji nebo bude mít vyšší výkon - na tuto mýlku rychle zapomeňte. Jediné, co proud odebírá, je motor s vrtulí a tomuto příkonu je nutné regulátor dimenzovat. V první fázi si vybereme regulátor na základě výpočtů. Použijeme pro to stránku ecalc.ch nebo program Drive calc (o kterém jsme již před lety psali), tam zadáme všechny známé parametry a ty neznámé nám to vypočítá - orientačně.
Než tisíc slov je nejlepší způsob, jak to pochopit, vyzkoušet. Spočítá nám to odebíraný proud podle osazené vrtule, letové časy, odhadne pádovou a letovou rychlost a mnoho dalšího.
a vytvoří i grafický průběh parametrů podle otáček - tedy přidaného plynu.
Nyní motor a regulátor namontujeme (jak je vidět stačil nám v tomto případě 50A, ale s menší vrtulí by šel i 40A) a můžeme na zálet. Pokud bychom použili méně článků akumulátoru, museli bychom pro dosažení stejného výkonu osadit víceampérový a tedy dražší regulátor, celé by to produkovalo více odpadního tepla a tedy by i klesla tzv. účinnost. To je rozdíl mezi příkonem celé sestavy a výkonem na výstupu. Rozdíl je odpadní teplo, které je nám k ničemu, jen na obtíž. Důležitá je také volba správného chlazení - velký motor, který dává stejný výkon jako malý, se mnohem lépe chladí a tedy je méně zatěžován. Na účinnost má vliv především elektrický odpor - při osazení nekvalitních konektorů, dlouhých nebo slabých kabelů celkový odpor stoupá. Celé je to velice složité a za hranicí hobby modelaření. Prostě počítejte s tím, že při vyšší účinnosti budete mít méně odpadního tepla a tím lépe využijete energii akumulátorů k samotnému letu. S vyšší účinností dosáhnete se stejnou kapacitou akumulátorů a stejným rozměrem vrtule delšího letového času.
Ostatně vrtule má na délku letu zásadní vliv. Pokud si nakonfigurujete v ecalcu stejnou sestavu a změníte vrtuli na 14x8, prodlouží se vypočítaná délka letu o 2 minuty! Ovšem za cenu toho, že se sníží rychlost modelu. Zde už se dostáváme k tomu, co je třeba vyzkoušet prakticky - najít optimální poměr mezi výkonem a dobou letu. Pokud nám bude vyhovovat letový projev modelu s menší vrtulí, můžeme tak dosáhnout se stejným akumulátorem delšího letového času, nebo dát pro stejný letový čas menší akumulátor a tím uspořit hmotnost modelu například pro nějaké užitečné zatížení nebo u větroňů pro lepší vytrvalost při bezmotorovém letu. Při vyšším stoupání vrtule dosáhneme vysoké rychlosti modelu, ovšem za cenu pomalejší reakce na plyn - to je u čmeláka nežádoucí, zde chceme aby létal maketově pomalu a měl v záloze rychlou zásobu výkonu např. pro obraty nízko nad zemí. Třeba pro pylonové nebo rychlostní modely se používají vrtule se stejným stoupáním i průměrem, takže mohou dosahovat opravdu vysokých rychlostí ovšem za cenu třeba problematického startu.