Silniki BLDC do UAV rolniczego: KV, rozmiar stojana i moment przy przepustnicy

Silnik do drona rolniczego wybiera się pod obciążenie, które powtarza się pod obciążeniem, a nie pod pojedynczy lot pokazowy, a trzy modele aktualnie wymienione w kategorii UAV rolnicze pokazują, jak daleko od siebie mogą leżeć dwa odczyty tej samej specyfikacji. W całej grupie KV zawiera się w przedziale od 100 do 700, publikowana masa od 128 g do 649 g, rezystancja wewnętrzna od 45 mΩ do 80 mΩ, maksymalny ciąg od 1800 g do 16344 g, a publikowana moc dla 180 sekund od 500 W do 2700 W. Ten rozrzut musi objąć lekki wielowirnikowiec niosący mały zbiornik na jednym końcu i ciężką platformę opryskową na drugim, więc użyteczne pytanie nie brzmi, który rekord publikuje największą liczbę, ale co silnik BLDC do UAV rolniczego utrzymuje przy otwarciu przepustnicy, przy którym płatowiec faktycznie leci, z zapasem mocy pozostawionym na wznoszenie z pełnym zbiornikiem. Ten przewodnik odczytuje trzy rekordy wobec tego pytania, a ten sam zestaw modeli zebrano na stronie aplikacji UAV rolnicze.

Szybka odpowiedź

Silnik BLDC do UAV rolniczego nie spędza swojego życia roboczego w punkcie, o którym jego panel specyfikacji mówi najgłośniej. Podnosi zbiornik, przechodzi w bieg opryskowy przy częściowym otwarciu przepustnicy i utrzymuje ten punkt minutami przez cały sezon wylotów. Konsekwencją elektryczną jest to, że prąd pobierany w punkcie przelotowym opłaca się w sposób ciągły, natomiast prąd szczytowy raportowany w teście przy pełnym otwarciu przepustnicy trwa sekundy. Lista kandydatów napisana wobec kolumny wartości szczytowej odpowiada więc na pytanie, które statek powietrzny zadaje rzadko, i pozostawia bez odpowiedzi pytanie, które zadaje nieustannie.

Trzy właściwości dźwigają to obciążenie, a poniższe rekordy publikują je nierównomiernie. Rezystancja wewnętrzna to współczynnik przy stracie w miedzi, czyli przy stracie biegnącej przez cały wylot, a nie w seriach. Publikowane okno liczby ogniw rozstrzyga, jaki prąd uzwojenie musi przenosić dla danej mocy wału, a wyższa szyna ten prąd obniża. Publikowana moc dla 180 sekund to okno termiczne, a nie wartość ciągła, i najlepiej czytać ją jako sygnał zapasu między kandydatami o podobnym obciążeniu, a nie jako liczbę do podzielenia przez energię pakietu.

Trzy rekordy dzielą się po pierwsze według publikowanego ciągu, a po drugie według szyny, dla której je opublikowano. Rekord najlżejszy publikuje 1800 g ciągu w oknie 3-4S, środkowy 8414 g w oknie 6-14S, a największy 16344 g w oknie 6-12S, podczas gdy KV spada z 700 do 170, a następnie do 100 w miarę wzrostu publikowanego ciągu. Odczytanie tych trzech jako jednej grupy, a nie jako trzech osobnych paneli, jest tym, co zamienia publikowane liczby w listę kandydatów dla silnika BLDC do UAV rolniczego.

Co odróżnia silnik do UAV rolniczego: obciążenie opryskiem, ciecz żrąca i pył

Silnik BLDC do UAV rolniczego i silnik wielowirnikowca ogólnego przeznaczenia mogą publikować to samo KV i tę samą konfigurację stojana, a mimo to wymaga się od nich różnych rzeczy. Różnica nie leży w tabliczce znamionowej, lecz we wzorcu pracy, a trzy cechy tego wzorca odróżniają silnik BLDC do UAV rolniczego od jednostki ogólnego przeznaczenia.

Misja, która powtarza się z pełnym zbiornikiem

Cechą definiującą jest powtarzalność w warunkach obciążenia największego na początku każdego wylotu. Silnik BLDC do UAV rolniczego pracuje w płatowcu, który podnosi pełny zbiornik, wykonuje określony przelot, wraca z częściowo opróżnionym zbiornikiem i startuje ponownie po krótkiej przerwie naziemnej. Silnik spędza więc swoje życie nie w jednym ustalonym punkcie, lecz wzdłuż obciążenia, które zaczyna się blisko masy maksymalnej i łagodnieje w miarę zużywania cieczy. Lista kandydatów zbudowana wokół jednej wartości szczytowej pomija fakt, że najtrudniejszym momentem jest pierwsze wznoszenie każdego wylotu, gdy zbiornik jest pełny, a płatowiec najcięższy. Silnik do drona opryskowego wybiera się pod to pierwsze wznoszenie, a nie pod średnią z przelotu.

Ciecz, pył i powietrze, które zasysa wirnik

Płatowiec rolniczy pracuje nisko nad uprawą w powietrzu, które niesie więcej niż czyste powietrze. Znoszenie oprysku pozostawia w zawieszeniu drobne kropelki, pył unosi się od efektu przyziemienia, a jedno i drugie przechodzi przez tę samą kolumnę, z której czerpie śmigło. Nie zmienia to konstrukcji elektromagnetycznej silnika, ale zmienia to, co integracja musi przetrwać, i jest powodem, by odczytywać rekordy mechaniczne i elektryczne razem, a nie w izolacji.

Budżet masy, jaki wyznacza płatowiec opryskowy

To obciążenie wyznacza też budżet masy ciaśniejszy, niż pozwala konstrukcja ogólnego przeznaczenia. Płatowiec przemysłowy lata w ramach obciążenia UAV przemysłowe, gdzie ładunkiem jest czujnik, a misją inspekcja lub pomiar; płatowiec rolniczy niesie zbiornik, którego zawartość jest ładunkiem, więc każdy gram silnika BLDC do UAV rolniczego to gram, który nie staje się cieczą. Ten kompromis jest powodem, dla którego lżejsze rekordy w poniższej grupie publikuje się przy 128 g i 375 g, a nie przy masie ciężkiego silnika z wirnikiem zewnętrznym.

KV i rozmiar stojana: jak dopasować silnik BLDC do UAV rolniczego do śmigła i masy zbiornika

KV i rozmiar stojana to dwie wartości, które rozstrzygają, czy silnik BLDC do UAV rolniczego obraca śmigło, jakiego potrzebuje płatowiec w ramach obciążenia UAV rolnicze, z prędkością, której płatowiec może użyć. Zwykle czyta się je razem, ponieważ jedna bez drugiej opisuje tylko połowę dopasowania.

KV jako obroty na wolt

KV to prędkość obrotowa silnika bez obciążenia na wolt szyny, więc uzwojenie 100 KV obraca się przy tym samym napięciu wolniej niż uzwojenie 700 KV. Większe śmigło potrzebuje niższej użytecznej prędkości i wyższego momentu obrotowego, więc uzwojenie o niskim KV jest naturalnym partnerem dużego, wolnego dysku, natomiast uzwojenie o wysokim KV pasuje do mniejszego i szybszego. Trzy poniższe rekordy obejmują ten zakres celowo: najlżejszy model publikuje się przy 700 KV dla małego dysku wielowirnikowca, a dwa cięższe modele przy 170 KV i 100 KV dla większych śmigieł, jakie niesie płatowiec opryskowy.

Rozmiar stojana wobec masy śmigła i zbiornika

Stojan jest miejscem, w którym powstaje moment obrotowy, a jego rozmiar wyznacza, jaką ilością materiału magnetycznego ma do dyspozycji uzwojenie. W całej grupie konfiguracja stojana rośnie z 12N14P przy gabarycie 41.8 mm do 24N28P przy 69 mm, a następnie do 36N42P przy 91.6 mm, i wraz z nią rośnie publikowany ciąg, z 1800 g do 8414 g, a następnie do 16344 g. Większy stojan przy podobnym KV to jeden ze sposobów, w jaki silnik BLDC do UAV rolniczego kupuje moment obrotowy bez podnoszenia napięcia szyny, co ma znaczenie w płatowcu, którego masa rośnie w chwili napełnienia zbiornika.

Odczyt KV w trzech rekordach

Publikowane KV trzech modeli nie jest rankingiem jakości, lecz opisem śmigła, które każdy z nich ma obracać. Rekord 700 KV to lekki koniec wielowirnikowców, rekord 170 KV to średniej wielkości płatowiec opryskowy, a rekord 100 KV to ciężki koniec ze zbiornikiem. Lista kandydatów, która zaczyna od średnicy śmigła i masy całkowitej załadowanego płatowca, trafi na właściwą kolumnę KV, zanim spojrzy na jakąkolwiek inną wartość, a publikowany ciąg każdego modelu to liczba, która potwierdza ten wybór.

Moment obrotowy przy częściowym otwarciu przepustnicy: utrzymanie ciągu w locie przelotowym zamiast pogoni za wartościami szczytowymi

Częściowe otwarcie przepustnicy to miejsce, w którym silnik BLDC do UAV rolniczego spędza większość swojego czasu lotu, i punkt, który porównanie ciągu szczytowego po cichu pomija. Silnik wciąż musi utrzymywać śmigło na zadanej prędkości, a moment obrotowy potrzebny do tego nie znika dlatego, że przepustnica znajduje się poniżej maksimum.

Dlaczego punkt przelotowy wyznacza uzwojenie

Przy częściowym otwarciu przepustnicy regulator tnie szynę przy niższym współczynniku wypełnienia, więc uzwojenie widzi niższy prąd średni niż przy pełnym otwarciu, ale moment obrotowy, jaki musi wytworzyć, wyznacza obciążenie śmigła przy tej prędkości. Uzwojenie, które utrzymuje punkt przelotowy z zapasem, to to, którego rezystancja i droga termiczna są w stanie przenosić ten prąd przez cały przelot, a nie przez chwilę testową, dlatego kolumna rezystancji wewnętrznej ma tu większe znaczenie niż kolumna prądu szczytowego.

Ciąg szczytowy wobec ciągu utrzymywanego

Publikowana wartość ciągu maksymalnego opisuje, co silnik może wytworzyć w jednym warunku, zwykle w krótkim teście przy podanym śmigle i napięciu. Jest użyteczną górną granicą i słabym opisem przelotu. Liczbą, która ma znaczenie dla biegu opryskowego, jest ciąg, jaki silnik BLDC do UAV rolniczego utrzymuje przy otwarciu przepustnicy, przy którym leci płatowiec, a tej liczby nie publikuje się wprost; trzeba ją odczytać z wydajności i zachowania termicznego uzwojenia przy prądzie, jaki pobiera punkt przelotowy.

Czego częściowe otwarcie przepustnicy wymaga od regulatora

Uzwojenie o niskim KV i wysokim momencie obrotowym w silniku BLDC do UAV rolniczego zmienia też to, co elektroniczny regulator prędkości musi robić dobrze. Wolniejsze przełączanie przy niższej częstotliwości elektrycznej jest łatwiejsze dla regulatora niż szybka komutacja, jakiej wymaga silnik o wysokim KV, a prąd, jaki regulator musi przenosić w przelocie, jest niższy przy wyższej szynie. To jeden z powodów, dla których cięższe rekordy w grupie publikuje się w oknie 6-12S lub 6-14S, a nie przy niskiej liczbie ogniw modelu najlżejszego.

Zapas mocy 180 s na wznoszenie z pełnym zbiornikiem

Wartość 180 sekund pojawia się przy każdym silniku BLDC do UAV rolniczego w grupie, i to właśnie ją często czyta się niewłaściwie. Jest to okno termiczne, a nie wartość ciągła, a rozróżnienie ma znaczenie dokładnie w momencie, gdy płatowiec jest najcięższy.

Co mierzy kolumna 180 sekund

Wartość mocy dla 180 sekund opisuje moc, jaką silnik BLDC do UAV rolniczego może pochłonąć przez ograniczony czas, zanim jego uzwojenie osiągnie temperaturę, którą producent uznaje za graniczną. Jest to warunek, w którym mieści się test przy pełnym otwarciu przepustnicy, i jest celowo krótki, ponieważ strata w miedzi w tym oknie nagrzewa uzwojenie szybciej, niż otaczająca konstrukcja odprowadza ciepło. Czytana samodzielnie mówi, ile mocy jest dostępne w jednym zrywie; czytana obok prądu ciągłego tego samego modelu mówi, jak duży zapas ten zryw reprezentuje.

Wznoszenie z pełnym zbiornikiem wobec okna 180 sekund

Najtrudniejsze wznoszenie, z jakim mierzy się silnik do drona opryskowego, zdarza się na początku, przy pełnym zbiorniku i płatowcu o masie maksymalnej. To wznoszenie jest krótkie, co dokładnie odpowiada kształtowi obciążenia opisywanemu przez kolumnę 180 sekund, więc wartość ta jest istotna tam, a nie w następującym po nim przelocie. Model, którego publikowana moc dla 180 sekund leży z zapasem powyżej mocy potrzebnej załadowanemu płatowcowi do wznoszenia, ma margines; model, którego wartość leży blisko tego wymagania, ma niewiele miejsca na cięższy zbiornik albo gorętszy dzień.

Prąd ciągły obok wartości dla 180 sekund

Dwa z trzech rekordów publikują prąd ciągły dla 180 sekund obok wartości mocy: 25 A w modelu najlżejszym i 38 A w modelu średniej wielkości. Największy rekord publikuje zamiast tego prąd szczytowy 60 A i pozostawia wartość ciągłą otwartą, więc obu liczb nie da się bezpośrednio stosować zamiennie, a tę lukę warto odnotować, a nie uzupełniać założeniem. Tam, gdzie publikuje się obie, prąd ciągły jest użyteczniejszą połową pary, ponieważ opisuje to, co silnik BLDC do UAV rolniczego utrzymuje przez cały przelot, a nie w zrywie.

Eksploatacja polowa: pył, znoszenie oprysku i wartości, które rekordy pozostawiają otwarte

Eksploatacja polowa nie zmienia konstrukcji elektrycznej silnika BLDC do UAV rolniczego, ale zmienia integrację wokół niego, i jest tą częścią obciążenia, którą publikowane panele opisują najsłabiej. Rzetelny odczyt oznacza oddzielenie tego, co stwierdzają rekordy, od tego, co trzeba potwierdzić u producenta.

Pył i znoszenie oprysku na drodze powietrza

Płatowiec pracujący nisko nad uprawą zasysa powietrze chłodzące przez kolumnę, która niesie kropelki, drobny pył, a po przejściu oprysku osad, który może osiąść na każdej powierzchni w strumieniu powietrza. Dla silnika BLDC do UAV rolniczego wpływa to głównie na mechaniczną stronę integracji: drogę powietrza przez stojan, stan łożysk w ciągu sezonu oraz przewód i złącze biegnące od uzwojenia do regulatora. Żadna z tych rzeczy nie jest ograniczeniem elektromagnetycznym, ale wszystkie są punktami, w których sezon polowy różni się od testu na stanowisku.

Wartości, które rekordy pozostawiają otwarte

To, czego rekordy w tej grupie nie publikują, to klasa uszczelnienia, ochrony przed wnikaniem lub odporności na korozję dla żadnego z trzech silników, więc żadnej klasy ochrony nie należy z nich odczytywać. Publikowane panele niosą masę, gabaryt, KV, konfigurację stojana, rezystancję, okno liczby ogniw, ciąg i moc, i te wartości cytuje ten przewodnik. Tam, gdzie konstrukcja polowa wymaga wartości dotyczącej wnikania, jest to specyfikacja do potwierdzenia bezpośrednio u producenta, a nie wartość do wywnioskowania z danych elektrycznych, i to samo dotyczy długofalowego wpływu chemii oprysku na łożyska i złącza, czyli punktu, w którym silnik BLDC do UAV rolniczego wiąże się z konstrukcją polową.

Porównanie silników do dronów rolniczych: U3 KV700, P60 Pin KV170, P80 III Pin KV100

Trzy poniższe rekordy uszeregowano według publikowanego ciągu maksymalnego, co jest zarazem kolejnością, w jakiej pasują do rosnącej masy zbiornika dla silnika BLDC do UAV rolniczego. Tabela odtwarza publikowane wartości dla każdego modelu, a nic w niej nie jest wyprowadzone.

Model, konfiguracja stojana, rezystancja wewnętrzna, publikowana liczba ogniw, maksymalny ciąg, maksymalna moc dla 180 sekund i waga zgodnie z publikacją producenta dla trzech modeli aktualnie wymienionych w ramach obciążenia UAV rolnicze, uszeregowane według publikowanego ciągu maksymalnego. Maksymalny ciąg i moc dla 180 sekund to wartości, które producent publikuje dla każdego modelu; obie zależą od śmigła i napięcia szyny użytych w teście, więc są porównywalne w obrębie grupy tylko w tym sensie, że opisują własny publikowany warunek każdego modelu. Liczba ogniw jest pokazana tak, jak została opublikowana, więc zakres oznacza, że model jest publikowany w całym zakresie. Waga obejmuje przewód i złącze, gdy producent publikuje ją w ten sposób. Nie ma kolumny KV, ponieważ każda nazwa modelu w tabeli zawiera własną wartość KV, i nie ma kolumny gabarytów, ponieważ opisane tu obciążenie opiera się na kolumnach elektrycznych, a nie na wymiarach korpusu.

Odczyt trzech rekordów wobec masy zbiornika

Najlżejszy rekord, T-Motor U3 KV700 silnik do UAV, jest publikowany przy 128 g z ciągiem 1800 g, co umieszcza go na lekkim końcu wielowirnikowców w klasie opryskowej, gdzie zbiornik jest lekki, a śmigło małe. Środkowy rekord, T-Motor P60 Pin KV170 silnik do UAV, jest publikowany przy 375 g z ciągiem 8414 g, a największy, T-Motor P80 III Pin KV100 silnik do UAV, jest publikowany przy 649 g z ciągiem 16344 g. Czytane w tej kolejności trzy rekordy opisują drabinę od lekkiego płatowca opryskowego do ciężkiego, a publikowana masa silnika rośnie wraz z ciągiem, jaki musi wytworzyć.

Gdzie trzy rekordy się rozchodzą

Te trzy nie skalują się równomiernie. Rezystancja wewnętrzna spada z 50 mΩ w rekordzie najlżejszym do 45 mΩ w największym, podczas gdy rekord środkowy jest publikowany przy 80 mΩ, najwyższej wartości w grupie; wyższa rezystancja to większa strata w miedzi przy danym prądzie, co jest wartością, którą trzeba zważyć wobec ciągu publikowanego przez każdy model. Okno liczby ogniw rozszerza się, a następnie zwęża, z 3-4S w rekordzie najlżejszym do 6-14S w rekordzie środkowym i 6-12S w największym. Dla płatowca na ciężkim końcu klasy opryskowej rekordy powyżej tej grupy niesie obciążenie Dron o dużym udźwigu, a zakres T-Motor stojący za tymi trzema rekordami zebrano na stronie producenta T-Motor.

Jak dobrać silnik BLDC do UAV rolniczego: od masy zbiornika do ciągu w zawisie, KV, napięcia szyny i mocowania

Listę kandydatów dla silnika BLDC do UAV rolniczego łatwiej obronić, gdy buduje się ją w kolejności, w jakiej buduje się płatowiec. Poniższa sekwencja biegnie od masy, jaką silnik musi unieść, aż do szczegółów rozstrzygających, czy wybrany rekord pasuje do konstrukcji, i stosuje się do rekordów w ramach obciążenia UAV rolnicze równie dobrze, jak do każdego porównywalnego rekordu dodanego później.

Najpierw ustal masę zbiornika i ciąg w zawisie

Punktem wyjścia jest masa całkowita załadowanego płatowca, wraz z pełnym zbiornikiem, ramą i elektroniką ładunku. Ciąg potrzebny do zawisu i do wznoszenia nakłada się na tę masę, a publikowany ciąg maksymalny każdego kandydata to pierwsza kolumna, z którą trzeba go porównać. Rekord, którego publikowany ciąg leży blisko wymagania zawisu, pozostawia niewielki margines na pełny zbiornik w gorący dzień, czyli warunek opisywany przez kolumnę 180 sekund.

Następnie KV, liczba ogniw i obwiednia elektryczna

Gdy pasmo ciągu jest ustalone, średnica śmigła wskazuje na KV, a okno liczby ogniw rozstrzyga, jaki prąd uzwojenie musi przenosić dla tego ciągu. Wyższa szyna obniża prąd przy tej samej mocy wału, co jest łatwiejsze dla regulatora i dla okablowania, więc okno liczby ogniw i skok śmigła czyta się razem, a nie pojedynczo. Rezystancja wewnętrzna każdego kandydata to wartość, która zamienia ten prąd w stratę w miedzi, i na tym kroku warto porównać ją w obrębie listy kandydatów.

Na koniec mocowanie, przewód i rekord

Ostatni krok rozstrzyga, czy skrócona lista silników wpasowuje się w płatowiec. Publikowany gabaryt, rozstaw mocowania i długość przewodu skróconego kandydata na silnik do drona rolniczego muszą pasować do ramienia i prowadzenia okablowania, jakich używa płatowiec, a każda wartość, którą rekord pozostawia otwartą, jest pytaniem do producenta, a nie wartością do założenia. Domknięcie listy kandydatów na szczegółach integracji, a nie na liczbach z tabliczki znamionowej, jest tym, co chroni obiecującego kandydata przed porażką na montażu.

Najczęściej zadawane pytania

Zasoby oficjalne

T-Motor publikuje oficjalną stronę produktu dla każdej jednostki wraz z jej panelem specyfikacji, a te strony pozostają źródłem prawdy dla każdej wartości podanej w tym przewodniku o silniku BLDC do UAV rolniczego – na przykład strona produktu U3 KV700, strona produktu P60 Pin KV170 i strona produktu P80 III Pin KV100. Każda strona podaje śmigło i napięcie, przy których zmierzono jej wartości, co jest warunkiem do sprawdzenia przed porównaniem dwóch dowolnych rekordów.

Co dalej

Aby skrócić listę silników BLDC do UAV rolniczego, a nie tylko poczytać, trzy narzędzia platformy wykonują tę pracę po kolei. Pełna kategoria Silniki do UAV pozwala zobaczyć tutejsze trzy rekordy obok modeli Navigator i modeli o dużym udźwigu, narzędzie Dobór pozwala zawęzić według liczby ogniw, masy i publikowanej mocy, a w narzędziu Porównanie produktów można zestawić kandydatów ze sobą. Strona aplikacji UAV rolnicze zawiera to samo obciążenie wraz z własnymi atrybutami filtrów, a strona producenta T-Motor zbiera pełny zakres stojący za tymi rekordami.

Trzy dalsze artykuły obejmują te części tematu, których obciążenie rolnicze nie rozstrzyga. Silniki do UAV: dobór KV, ciągu i masy do płatowca czyta te same silniki z ogólnej perspektywy UAV, Silniki BLDC do UAV przemysłowego: cykl pracy, redundancja i ładunek obejmuje powtarzalną misję przemysłową, którą dzielą te płatowce, a Silniki do dronów o dużym udźwigu: trzy opcje T-Motor od 2.85 kg do 101 kg ciągu niesie zakres ciągu powyżej tej grupy. Razem te trzy traktują to samo pytanie – silnik BLDC do UAV rolniczego – z perspektywy obciążeń, które stoją obok tego.