мотор BLDC и его электронный регулятор скорости описываются на двух разных языках. На странице мотора речь идёт о KV, тяге и пиковом токе; на странице ESC — о длительном токе в амперах, числе элементов и частоте коммутации. Большинство проблем силовой установки, которые списывают на прошивку или настройку, решается в момент сопоставления этих двух описаний — а сопоставление работает только тогда, когда сторона мотора публикует достаточно данных для сравнения. В этом руководстве изложено, как согласование мотора и ESC выполняется на практике: какие три числа пересекают границу, как число полюсов превращает механическую скорость в электрическую, откуда на самом деле берётся номинальный ток и почему документированный мотор делает всё согласование мотора для дронов и ESC проверяемым ещё до первого полёта.
Краткий ответ
Мотор для дронов и ESC согласуются по трём величинам: значению KV, току, который мотор будет потреблять на выбранном винте, и числу элементов, на котором будет работать батарея. KV, умноженное на напряжение батареи, даёт скорость холостого хода, которую регулятор должен коммутировать, а эта скорость, умноженная на число пар полюсов, даёт электрическую частоту коммутации, которую он должен поддерживать. Ток определяет номинал регулятора, а число элементов определяет предельное напряжение, которое он должен выдерживать — при полном заряде, а не при номинальном.
Порядок важен. Винт и планер задают потребную тягу, потребная тяга задаёт мотор, а мотор вместе с батареей задают ток и электрическую скорость. Регулятор выбирается последним, из чисел, которые мотор и винт уже зафиксировали. Согласование мотора для дронов и ESC в обратном направлении — сначала выбрать регулятор, а затем найти мотор, который его выдержит, — почти всегда заканчивается либо регулятором, работающим у своего теплового предела, либо мотором, удержанным ниже тяги, ради которой он был куплен.
Практическая разница между простым и трудным согласованием обычно определяется документацией. Страница мотора, где приведены тяга при нескольких положениях газа, пиковый ток с указанием его длительности, конфигурация полюсов и сечение проводов, даёт достаточно данных, чтобы рассчитать регулятор на бумаге. Согласование мотора для дронов и ESC, построенное на странице, где указаны только KV и масса, замкнуть так же невозможно, и разрыв приходится восполнять на испытательном стенде.
Мотор — это опора, ESC — это ограничение
В силовой цепи мотор преобразует электрическую мощность в тягу, а регулятор определяет, насколько быстро и насколько точно этим преобразованием можно управлять. Если рассматривать их как равноправные, получается комбинация мотора для дронов и ESC, которая либо избыточна по регулятору, либо недостаточна по мотору. Если мотор считать опорой, а регулятор — ограничением, последовательность расчёта сохраняет правильный порядок, и этот порядок лежит в основе любого согласования мотора и ESC, которое выдерживает проверку на стенде.
Что ESC делает в цепи
У бесколлекторного регулятора нет щёток, которые выполняли бы переключение, поэтому вращающееся поле он формирует сам. Он определяет положение ротора — по датчикам Холла, по противо-ЭДС или по тому и другому — и переключает три фазы в последовательности, которая удерживает поле статора впереди ротора. Поэтому каждый электрический оборот содержит фиксированное число шагов коммутации, а каждый механический оборот содержит столько электрических оборотов, сколько пар полюсов у ротора. Именно из этого соотношения число полюсов, которое выглядит деталью мотора, оказывается ограничением для пары «мотор для дронов — ESC».
Регулятор также несёт весь фазный ток. На 12S-планере с большим подъёмным мотором этот ток может держаться выше 150 A в течение нескольких секунд, и ключи, шунт и медь должны это выдерживать. Таким образом, устройство является одновременно элементом синхронизации и силовым элементом, и у этих двух ролей разные пределы: один выражается в электрических оборотах в минуту, другой — в амперах и градусах Цельсия.
Почему требования к мотору идут первыми
Тяга — это требование, которое действительно есть у планера. Тяга на винт в режиме висения, запас на набор высоты и число винтов вместе фиксируют целевую тягу, а целевая тяга при заданном диаметре винта и числе элементов указывает на узкий диапазон типоразмеров мотора. Как только мотор зафиксирован, его опубликованные данные фиксируют ток на выбранном винте и скорость, которую нужно коммутировать. Работа в таком порядке означает, что у каждого последующего числа в спецификации мотора для дронов и ESC есть источник, и это единственный способ проверить согласование без стенда.
Три числа, которые пересекают границу
Из описания мотора в описание регулятора переходят три величины: KV, которое переводит напряжение батареи в скорость; ток, который будет потреблять винт и который задаёт номинал регулятора; и число полюсов, которое переводит механическую скорость в электрическую частоту коммутации. Четвёртая величина — внутреннее сопротивление — не задаёт номинал регулятора напрямую, но предсказывает, какая часть напряжения батареи теряется в виде тепла при высоком токе, а значит, какая часть номинального напряжения остаётся на создание скорости. Именно эта четвёртая величина часто отличает две комбинации мотора для дронов и ESC, которые на бумаге выглядят одинаково.
Три числа, которые связывают мотор для дронов и ESC: KV, пиковый ток и число элементов
KV: скорость на вольт
KV — это константа скорости холостого хода, выраженная в оборотах в минуту на вольт. Мотор с маркировкой KV160 вращается примерно с 160 rpm на каждый поданный вольт, поэтому на 12S-батарее с номинальным напряжением 44.4 V он достигает около 7104 rpm без винта. Эта величина является свойством обмотки — меньше витков более толстым проводом повышают KV, больше витков более тонким проводом понижают его — и напрямую ничего не говорит о моменте. Два мотора с одинаковым KV могут существенно различаться по массе, сопротивлению и длительному моменту, поэтому одно KV — плохая основа для выбора мотора для дронов и ESC.
Для согласования с регулятором KV выполняет одну задачу: предсказывает скорость, которую нужно коммутировать в верхней части диапазона газа. Мотор с высоким KV на малом числе элементов и мотор с низким KV на большом числе элементов могут прийти к одной и той же механической скорости с противоположных сторон, и регулятор в обоих случаях видит одну и ту же электрическую частоту.
Пиковый ток: что должны нести ключи
Ток задаётся нагрузкой, а не маркировкой мотора. Мотор с номиналом 57 A пикового тока потребляет его только тогда, когда винт требует создающего его момента — при полном газе, на свежей батарее, с указанным винтом. Тот же мотор на меньшем винте потребляет меньше и греется слабее; на большем потребляет больше и может выйти за собственный опубликованный диапазон. Именно эта величина чаще всего определяет пару «мотор для дронов — ESC» на практике.
Поэтому опубликованный пиковый ток нужно читать вместе с винтом и числом элементов, на которых он измерен, и вместе с временным окном, в котором он действителен. Величина, приведённая за 180 s, описывает иную тепловую ситуацию, чем приведённая за 15 s, и регулятор, рассчитанный по неверному окну, окажется либо избыточным, либо незащищённым.
Число элементов: потолок напряжения
Батарея определяет напряжение, которое регулятор должен выдерживать, и скорость, которую попытается развить мотор. 12S-батарея имеет 44.4 V номинального напряжения, но 50.4 V при полном заряде, а 24S-батарея — 88.8 V номинального и 100.8 V при полном заряде. Регуляторы рассчитаны на напряжение, которое они фактически увидят, поэтому в верхней части диапазона газа значение имеет именно величина при полном заряде. Запас между напряжением батареи при полном заряде и номиналом регулятора — это то, что поглощает рекуперативные выбросы при быстром замедлении большого винта; эта деталь проявляется в согласовании мотора для дронов и ESC только при большом числе элементов.
Что должна публиковать сторона мотора
Согласование мотора для дронов и ESC — это работа по сопоставлению двух наборов опубликованных данных. Когда одна сторона скудна, сравнение вырождается в догадки, а догадки при 150 A дорого стоят. Четыре поля выполняют основную работу при согласовании мотора и ESC, и каждое из них видно на хорошо документированной странице продукта.
Тяга более чем при одном положении газа
Одна заглавная цифра тяги говорит проектной группе, что мотор может на полном газе с одним винтом. Таблица тяги с шагами 50 процентов, 75 процентов и 100 процентов показывает, какая часть этой тяги доступна при газе, на котором аппарат фактически летит в крейсерском режиме, и какой ток стоит каждая ступень. Висение редко происходит на полном газе, поэтому именно строки частичного газа определяют время полёта и нагрев регулятора — и именно на них должно строиться согласование мотора для дронов и ESC.
Длительность, стоящая за значением тока
Пиковый ток без временного окна — неполное число. Мотор, который держит 150 A в течение 15 s, и мотор, который держит 150 A в течение 180 s, — разные машины, и разница заключается в тепловой массе обмоток и статора. Окно также сообщает разработчику регулятора, как долго должен длиться импульсный режим, а это более полезный вход, чем одно число импульса.
Конфигурация полюсов и сечение проводов
Конфигурация полюсов — записываемая как число пазов и полюсов, например 12N14P или 36N42P — задаёт электрическую частоту коммутации и плавность работы на низких оборотах. Сечение проводов задаёт ток, который кабель может нести без чрезмерного нагрева, а значит, и то, сможет ли номинал регулятора действительно дойти до мотора. Регулятор с номиналом 200 A, подключённый проводом, рассчитанным на 100 A, представляет собой систему на 100 A, что бы ни было написано на маркировке; это один из самых незаметных способов занизить характеристики в согласовании мотора для дронов и ESC.
Внутреннее сопротивление и напряжение, доходящее до мотора
Внутреннее сопротивление — самое маленькое поле на странице и одно из самых информативных. При 150 A обмотка с сопротивлением 40 mΩ теряет 6 V — заметную долю от 44.4 V батареи — и рассеивает 900 W в виде тепла внутри мотора. Два мотора с одинаковым KV и одинаковой тягой могут иметь очень разное сопротивление, и мотор с меньшим сопротивлением лучше держит скорость под нагрузкой и греется слабее при том же токе. Для согласования мотора для дронов и ESC в верхней части диапазона тока это единственное поле часто объясняет разницу, которую заглавные числа не показывают.
Одиннадцать записей AT и V как один набор спецификаций
Записи ниже взяты со страниц производителя одиннадцати моделей T-Motor, разделённых между фиксированным крылом серии AT и подъёмной серией V. Они представлены одним набором, потому что показывают одну и ту же проблему мотора для дронов и ESC в трёх очень разных масштабах: мотор 60 g на 4S, мотор 350 g на 12S и мотор 1680 g на 24S. Для части набора, относящейся к фиксированному крылу, сторона выбора, связанная с планером, разобрана в Бесколлекторные моторы для моделей самолётного типа: согласование KV, пропеллера и крейсерской мощности.
| Модель | KV | LiPo | Макс. мощность (W) | Пиковый ток (A) | Макс. тяга (g) |
|---|---|---|---|---|---|
| T-Motor AT2312 KV1150 мотор для дронов | 1150 | 2-4S | 350 | 25 (180 s) | 1244 |
| AT2317 KV880 | 880 | 2-4S | 350 | 25 (180 s) | 1670 |
| AT2321 KV950 | 950 | 2-4S | 450 | 30 (180 s) | 1912 |
| AT2820 KV880 | 880 | 3-4S | 700 | 45 (180 s) | 2755 |
| AT2826 KV900 | 900 | 3-4S | 820 | 57 (180 s) | 3409 |
| T-Motor AT4125 KV250 мотор для дронов | 250 | 12S | 2200 | 50 (180 s) | 7053 |
| V804 KV170 | 170 | 12S | 5200 | 115 (длительность не опубликована) | 17358 |
| V807 KV170 | 170 | 12S | 6800 | 150 (длительность не опубликована) | 20997 |
| T-Motor V10 KV160 мотор для VTOL-дронов | 160 | 12S | 7000 | 155 (длительность не опубликована) | 27976 |
| V10L KV170 | 170 | 12S | 9000 | 196 (длительность не опубликована) | 31798 |
| T-Motor V13L KV65 мотор для VTOL-дронов | 65 | 24S | 6000 | 190 (15 s) | 55454 |
Источник: страницы продуктов производителя для каждой модели. Значения тяги — максимальные указанные для модели и зависят от винта, использованного в испытании производителя. Число в скобках после тока — это длительность, в течение которой указан этот пик; там, где страница не даёт длительности, в скобках стоит «длительность не опубликована». Для V13L опубликованная мощность и опубликованный ток при номинальном напряжении 24S не согласуются друг с другом, поэтому строка используется здесь только для тяги и тока, до уточнения условий испытания производителем; опубликованная мощность этой строки не используется ни в одном сравнении тяги с мощностью.
Строки AT: фиксированное крыло
Строки AT охватывают диапазон от 60 g до 350 g и от 2S до 12S. AT2312 по AT2321 находятся в одном диапазоне 350-450 W при 2-4S, и рост тяги с 1244 g до 1912 g в основном обусловлен более длинным статором, а не KV, которое меняется в обе стороны по этим трём моделям: 1150, 880 и 950 rpm/V. AT2820 и AT2826 несут ту же схему 12N14P до 700 W и 820 W при 3-4S. AT4125 переходит на 12S и 2200 W, а его KV падает до 250 rpm/V — обмотка значительно медленнее, потому что напряжение батареи значительно больше.
Строки V для подъёма
Строки V — это подъёмная сторона той же задачи. V804 и V807 имеют общие KV170 и 12S, но различаются объёмом статора, что проявляется как 5200 W против 6800 W и 17358 g против 20997 g тяги. V10 и V10L имеют общую схему 36N42P и 12S, и больший V10L меняет KV170 на KV160, переходя с 7000 W на 9000 W. V13L — исключение: 42N38P, KV65, 24S и 55454 g тяги с мотора массой 1680 g. Если читать как набор, эти строки показывают, насколько далеко может уйти согласование мотора для дронов и ESC за счёт одного объёма статора.
Перекрёстная проверка на десять секунд
Пиковый ток, умноженный на номинальное напряжение батареи, должен оказываться близко к опубликованной максимальной мощности. Для V10 155 A при 44.4 V даёт около 6882 W против опубликованных 7000 W. Для V10L 196 A при 44.4 V даёт около 8702 W против 9000 W. Для AT2826 57 A при 14.8 V даёт около 843 W против 820 W. Совпадение не точное — величины взяты из разных точек испытательной кривой — но строка, где произведение далеко от значения мощности, требует проверки, прежде чем по ней выбирать регулятор при согласовании мотора и ESC.
Число полюсов превращает обороты в частоту коммутации
Пары полюсов, а не полюса
Электрическая частота зависит от пар полюсов. У мотора 12N14P 14 магнитов, то есть 7 пар полюсов, поэтому один механический оборот содержит семь электрических оборотов. У мотора 36N42P 21 пара полюсов, у мотора 42N38P — 19. При одинаковой механической скорости эти три конфигурации предъявляют регулятору электрические частоты в отношении 7 к 21 к 19. Ничто другое в описании мотора для дронов и ESC не упускается так легко, как это отношение, а вариант расчёта для подъёмной стороны изложен в Моторы для VTOL-дронов: баланс тяги в висении и эффективности в крейсерском режиме.
Расчётный пример на 24S
V13L маркирован KV65 при 24S. При номинальном напряжении 88.8 V KV, умноженное на напряжение, даёт около 5772 rpm на валу без винта. При 19 парах полюсов это примерно 109668 электрических оборотов в минуту. Та же арифметика для V10 при KV160 и 12S даёт около 7104 механических rpm, что при 21 паре полюсов составляет примерно 149184 электрических rpm — более высокая электрическая частота от комбинации, которая выглядит медленнее, исключительно из-за числа полюсов.
Что регулятор должен делать с этим числом
Электрические обороты в минуту — это частота, с которой регулятор должен определять положение ротора и переключать фазы. Именно это число сравнивается с заявленным пределом коммутации регулятора, и именно оно объясняет, почему подъёмный мотор с большим числом полюсов может оказаться сложнее в управлении, чем мотор с низким KV сопоставимой мощности. Приведённые значения — оценки холостого хода по опубликованным константам, поэтому они являются верхними границами: под нагрузкой винта вал замедляется, и электрическая частота падает вместе с ним. Оценка по верхней границе всё равно остаётся правильной привычкой, потому что момент наименьшей нагрузки — резкая дача газа на свежей батарее — как раз тогда пара «мотор для дронов — ESC» чаще всего теряет синхронизацию.
Запас по току: откуда берётся номинал ESC
ESC для мотора для дронов имеет два номинала: длительный, который выдерживается неограниченно, и импульсный, действительный в течение указанного числа секунд. Мотор публикует похожую пару, хотя часто только в виде пика с окном. Рабочее правило состоит в том, что длительный номинал должен покрывать ток, который винт потребляет в доминирующем режиме миссии — висение для мультиротора, крейсерский полёт для фиксированного крыла, — а импульсный номинал должен покрывать пик мотора как минимум в течение того же окна, которое заявляет мотор. Арифметика отношения тяги к запасу, лежащая в основе этого правила, изложена в Подбор двигателя для дрона с высокой тягой: полезная нагрузка, КПД и тепловой запас.
Выбор только по пику мотора — распространённая ошибка в другую сторону: регулятор, купленный под пик 196 A, может иметь вдвое большую массу и стоимость, чем нужно машине, которая потребляет 60 A в висении и касается пика на две секунды при наборе высоты. Поэтому согласование мотора для дронов и ESC — это согласование с миссией, а не с максимумом каждого поля.
Разрыв между стендом и планером
Значения тяги и тока от производителя измеряются на стенде с указанным винтом, стабильным питанием и свободным потоком воздуха. В планере тот же мотор видит более тёплый входящий поток, менее идеальное питание и винт, который разгружается иначе в горизонтальном полёте. Поэтому ток при заданном газе может отличаться от табличного в любую сторону, и первый полёт на пониженном газе с регистрацией тока стоит больше, чем один только аккуратный расчёт на бумаге.
Диапазоны напряжения и число элементов, которое должен принимать ESC
Номинальное и полное напряжение
12S-батарея называется 44.4 V и показывает 50.4 V при полном заряде; 24S-батарея называется 88.8 V и показывает 100.8 V. Регуляторы рассчитаны на напряжение, которое они должны выдерживать, а расчётный случай — это полная батарея плюс то, что винт отдаёт обратно при замедлении. Регулятор с номиналом 50 V на 12S-батарее не имеет запаса при полном заряде; с номиналом 60 V — имеет, и этот запас является самой дешёвой страховкой в цепи.
Диапазоны в записях
Одиннадцать записей попадают в три диапазона. Группа AT2312 по AT2321 работает на 2-4S, что даёт 4S-батарее 16.8 V при полном заряде и удерживает выбор регулятора в малом недорогом классе. AT2820 и AT2826 добавляют элемент и остаются в том же классе. AT4125 и четыре подъёмных мотора V работают на 12S, и именно здесь выбор регулятора начинает иметь значение для запаса по напряжению, а длительные номиналы класса 100 A становятся нормой. V13L работает на 24S и стоит отдельно на вершине диапазона, с наибольшим числом элементов и наименьшим KV в наборе — комбинация, которая сводит самый широкий разброс между номинальным напряжением и напряжением полного заряда в одно решение по мотору для дронов и ESC. Сторона напряжения более широкого компромисса разобрана в Моторы BLDC для БПЛА большой продолжительности: эффективность, масса и напряжение шины.
Там, где напряжение батареи задано существующим планером, а не выбором, сравнение готовых силовых установок со стороны подъёма оказывается более быстрым путём, чем поиск одного мотора: Серия T-Motor VL: 16 комплектов силовой установки VTOL с MTOW от 12 kg до 150 kg.
Ток определяет нагрузка винта, а не маркировка
Одинаковое KV, разные винты
Два мотора с одинаковым KV и одинаковым числом элементов могут потреблять от одной батареи очень разный ток, потому что ток следует за моментом, который требует винт. Больший диаметр или больший шаг нагружают мотор сильнее при любом положении газа, и ток растёт быстрее, чем тяга. Поэтому мотор, который выглядит комфортно на винте 10 in, может выйти за свой диапазон на винте 12 in, и поэтому винт относится к самому согласованию мотора и ESC, а не к тому, что делается после него.
Как читать тягу на ампер
Деление опубликованной тяги на опубликованный ток в одной и той же точке испытания даёт грубый индекс эффективности для сравнения кандидатов, и именно это число определяет время полёта. AT2312 даёт около 50 g на ампер в своей пиковой точке; AT4125 — около 141 g на ампер. Сравнение не является сопоставлением равного с равным — обе величины измерены на разных винтах в разных точках кривой — но внутри одного семейства и одного условия испытания индекс отделяет эффективные комбинации от просто мощных.
Последовательность согласования от винта до ESC
Пять шагов в этом порядке сохраняют каждое число в согласовании мотора для дронов и ESC прослеживаемым до источника.
Шаг первый: зафиксировать целевую тягу. Тяга на винт в режиме висения определяется полной массой, числом винтов и запасом тяговооружённости, который нужен миссии. Запас на набор высоты и на ветер добавляется здесь, а не позже.
Шаг второй: выбрать винт и число элементов. Эти две величины вместе задают рабочую точку. Больший винт при меньшем KV и меньший винт при большем KV могут дать одну и ту же тягу, и выбор является компромиссом между нагрузкой на диск и массой мотора.
Шаг третий: выбрать мотор по тяге на крейсерском газе. Нужная строка — та, что соответствует газу, который аппарат держит в миссии, а не заглавное значение на полном газе. Следует читать и ток в этой строке, потому что именно этот ток регулятор будет нести большую часть полёта.
Шаг четвёртый: превратить мотор в требования к регулятору. Умножить KV на напряжение батареи при полном заряде, чтобы получить потолок скорости, умножить на пары полюсов, чтобы получить электрическую частоту, и взять пиковый ток вместе с его окном. Эти четыре величины и составляют всё требование.
Шаг пятый: выбрать ESC для мотора для дронов с запасом по всем трём осям. Длительный ток превышает ток миссии, импульсный ток превышает пик мотора как минимум в течение указанного окна, а номинальное напряжение превышает напряжение батареи при полном заряде. Нужно убедиться, что сечение проводов и разъём соответствуют току, который регулятор способен отдать, потому что несоответствие здесь молча занижает характеристики всей цепи.
Где несоответствие мотора для дронов и ESC проявляется первым
Рассинхронизация на высокой частоте
Первым симптомом приближения к пределу коммутации обычно становится потеря синхронизации при резком изменении газа: мотор дёргается, регулятор отключается, и машина проседает углом. Это происходит в момент наименьшей нагрузки и наибольшей частоты — именно в том условии, которое и должна предсказывать оценка электрической частоты. Регулятор с большим запасом по таймингу или мотор с меньшим числом пар полюсов при той же тяге оба сдвигают запас в нужную сторону.
Нагрев ключей
ESC для мотора для дронов, работающий вблизи своего длительного номинала, нагревается раньше, чем выходит из строя, и тепло сосредоточено в ключах и шунте. Длительное висение при 80 процентах длительного номинала в неподвижном воздухе — это не то же самое, что тот же ток в потоке 25 km/h. Тепловой запас является частью согласования мотора для дронов и ESC, а не его уточнением.
Разрешение газа и просадка напряжения
Регулятор, избыточный для мотора, тратит нижнюю часть своего диапазона почти впустую, а батарея вблизи своего предела по току проседает под нагрузкой, что снижает напряжение, которое видит мотор, а значит, и скорость, которую он развивает. Оба эффекта проявляются как машина, которая кажется вялой именно там, где реакция важнее всего — при выходе из просадки или при порыве. Ни то, ни другое не решается заменой одного регулятора.
Почему документированный мотор делает согласование проверяемым
Каждый шаг в приведённой последовательности зависит от опубликованного числа. Там, где страница мотора приводит тягу при нескольких положениях газа, пиковый ток с его окном, конфигурацию полюсов и сечение проводов, требования к регулятору получаются арифметически и могут быть проверены вторым инженером без обращения к железу. Там, где этих полей нет, те же решения приходится восстанавливать на испытательном стенде, а стенд при 150 A — не дешёвая замена спецификации.
Это практический аргумент в пользу покупки у производителей, которые публикуют полные данные о силовой установке, а не заглавное KV и массу. Опубликованная таблица тяги — это обязательство: в ней названы винт, число элементов и положения газа, и её можно перемерить. Опубликованный пиковый ток с указанным окном — это тепловое утверждение, которое можно сравнить между моделями. Число полюсов делает электрическую частоту вычислимой до выбора регулятора, а сечение проводов делает путь тока проверяемым от начала до конца. Ни одно из этих полей не является экзотическим, и все они видны в записях, использованных в этой статье — именно это превращает согласование мотора и ESC из мнения в аудит.
Та же логика применима к стороне регулятора: регулятор, у которого длительный и импульсный номиналы указаны вместе с условиями испытания, можно согласовать с мотором таким же образом. Когда публикуют обе стороны, подбор пары «мотор для дронов — ESC» перестаёт быть вопросом мнения и становится расчётом, который либо сходится, либо нет.
Ключевые выводы
- Винт задаёт тягу, тяга задаёт мотор, а мотор вместе с батареей задают требования к регулятору — именно в этом порядке, и этот порядок и есть всё согласование мотора и ESC.
- KV, умноженное на напряжение батареи при полном заряде, даёт потолок скорости; умноженное на пары полюсов, оно даёт электрическую частоту коммутации, с которой сравнивается предел регулятора.
- Пиковый ток имеет смысл только вместе с его длительностью и испытательным винтом. Значение за 15 s и значение за 180 s описывают разные тепловые реальности.
- Номинальное напряжение регулятора следует сравнивать с напряжением батареи при полном заряде, а не с номинальным.
- Сечение проводов и номинал разъёма входят в бюджет тока; регулятор на 200 A за проводом на 100 A — это система на 100 A.
- Меньшее внутреннее сопротивление лучше держит скорость под нагрузкой и греется слабее при том же токе, что важнее всего в верхней части диапазона.
- Документированное согласование мотора для дронов и ESC можно проверить на бумаге до первого полёта; недокументированное приходится восстанавливать на стенде.
Часто задаваемые вопросы
ВКакой номинал по току нужен ESC для мотора для дронов?
Достаточный для доминирующего режима миссии по длительному номиналу и для пика мотора по импульсному номиналу как минимум в течение окна, которое заявляет мотор. Ток, который винт потребляет в висении или в крейсерском полёте, заметно ниже длительного значения, тогда как пик появляется только на наборе высоты и на свежих батареях. Выбор только по пику мотора обычно даёт регулятор тяжелее и дороже, чем требует миссия.
ВКак число полюсов меняет частоту коммутации для ESC?
Один механический оборот содержит столько электрических оборотов, сколько пар полюсов у ротора, поэтому электрическая частота равна скорости вала, умноженной на число пар полюсов. Ротор на 42 полюса при той же скорости вала предъявляет втрое большую частоту коммутации, чем ротор на 14 полюсов. У регуляторов есть конечная частота, с которой они могут определять положение и переключать фазы, поэтому большое число полюсов сокращает запас по таймингу даже тогда, когда ток и напряжение выглядят комфортно.
ВПочему несоответствие проявляется нагревом раньше, чем потерей тяги?
Потому что резистивные и коммутационные потери растут с током раньше, чем винт перестаёт создавать тягу. Регулятор при 80 процентах длительного номинала в неподвижном воздухе греется сильнее, чем при том же токе в потоке 25 km/h, и тепло сосредоточено в ключах и шунте. Тяга обрушивается только тогда, когда регулятор снижает характеристики или теряет синхронизацию, а к этому моменту тепловой запас уже израсходован.
ВЧто происходит, когда диапазон напряжения ESC уже, чем число элементов мотора?
Регулятор видит напряжение больше своего номинала при полном заряде, ещё до подачи газа. 12S-батарея достигает 50.4 V, а 24S-батарея — 100.8 V, поэтому регулятор с номиналом ниже этих значений не имеет запаса на выдерживание ни в начале полёта, ни при замедлении большого винта. Номинал должен перекрывать напряжение полного заряда, а не номинальное.
ВДаёт ли более высокий номинал по току более безопасное согласование?
Не автоматически. Больший регулятор добавляет массу и стоимость и не устраняет ограничение по коммутации или проблему запаса по напряжению. Что он действительно даёт — это тепловой запас при токе миссии, что важно там, где обдув регулятора плохой. Номинал должен следовать за опубликованным током на выбранном винте и числе элементов, а также за электрической частотой при получающейся скорости.
ВЧто даёт таблица тяги для согласования мотора и ESC?
Она делает согласование проверяемым, а не предполагаемым. Таблица, в которой названы винт, число элементов и положения газа, позволяет читать ток на газе миссии напрямую и проверять пик по его окну. Без неё те же числа приходится восстанавливать на испытательном стенде, и поэтому документированные записи сокращают путь от выбора мотора до выбора регулятора.
Официальные источники
Страницы производителя, стоящие за каждой записью, содержат полные условия испытаний, включая винт и число элементов, использованные для значений тяги и тока. Для серии AT и серии V эти страницы являются первоисточником для каждого числа в таблице сравнения, и к ним следует обращаться до того, как окончательный выбор регулятора будет зафиксирован.
Моторы для дронов для фиксированного крыла и VTOL
Отдельные записи, упомянутые выше, перечислены в разделе Подбор вместе с категориями планеров, которым они служат, включая Модели самолётного типа. Там, где страница мотора и страница регулятора расходятся по одному и тому же току, первое, что нужно сравнить, — это винт и число элементов, стоящие за каждым значением.








