วิธีจับคู่มอเตอร์โดรนกับ ESC: กระแส แรงดันไฟฟ้า และจำนวนขั้ว

มอเตอร์ BLDC และอุปกรณ์ควบคุมความเร็วมอเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ (ESC) ของมันถูกกำหนดสเปกด้วยภาษาที่ต่างกันสองภาษา หน้าเพจของมอเตอร์พูดด้วย KV แรงขับ และกระแสสูงสุด ส่วนหน้าเพจของ ESC พูดด้วยกระแสต่อเนื่อง จำนวนเซลล์ และอัตราคอมมิวเทชัน ปัญหาระบบขับเคลื่อนส่วนใหญ่ที่มักถูกโยนความผิดให้เฟิร์มแวร์หรือการปรับจูน แท้จริงถูกตัดสินในจังหวะที่เอกสารสองฉบับนั้นถูกนำมาเทียบกัน และการเทียบนั้นจะได้ผลก็ต่อเมื่อฝั่งมอเตอร์เผยแพร่ข้อมูลมากพอให้เทียบได้ คู่มือนี้วางลำดับวิธีจับคู่มอเตอร์กับ ESC ในทางปฏิบัติ ว่ามีตัวเลขสามตัวใดที่ข้ามเส้นแบ่งไป จำนวนขั้วแปลงความเร็วเชิงกลเป็นความเร็วเชิงไฟฟ้าอย่างไร พิกัดกระแสนั้นมาจากไหนจริง ๆ และเพราะเหตุใดมอเตอร์ที่มีเอกสารครบจึงทำให้การจับคู่มอเตอร์โดรนกับ ESC ทั้งชุดตรวจสอบได้ก่อนเที่ยวบินแรก

คำตอบสั้น

มอเตอร์โดรนและ ESC ถูกจับคู่กันด้วยตัวเลขสามค่า คือ พิกัด KV กระแสที่มอเตอร์จะดึงเมื่อใช้ใบพัดที่เลือก และจำนวนเซลล์ที่แพ็กจะจ่าย KV คูณด้วยแรงดันไฟฟ้าของแพ็กให้ความเร็วไม่มีโหลดที่คอนโทรลเลอร์ต้องคอมมิวเทต และความเร็วนั้นคูณด้วยจำนวนคู่ขั้วให้อัตราคอมมิวเทชันเชิงไฟฟ้าที่คอนโทรลเลอร์ต้องตามให้ทัน ค่ากระแสเป็นตัวกำหนดพิกัดของคอนโทรลเลอร์ ส่วนจำนวนเซลล์เป็นตัวกำหนดเพดานแรงดันไฟฟ้าที่มันต้องรับได้ ที่ประจุเต็ม ไม่ใช่ที่แรงดันไฟฟ้าที่ระบุ

ลำดับมีความสำคัญ ใบพัดและโครงอากาศยานเป็นตัวกำหนดความต้องการแรงขับ ความต้องการแรงขับเป็นตัวกำหนดมอเตอร์ และมอเตอร์รวมกับแพ็กเป็นตัวกำหนดกระแสและความเร็วเชิงไฟฟ้า คอนโทรลเลอร์ถูกเลือกเป็นลำดับสุดท้าย จากตัวเลขที่มอเตอร์และใบพัดล็อกไว้แล้ว การจับคู่มอเตอร์โดรนกับ ESC ในทิศทางกลับกัน คือเลือกคอนโทรลเลอร์ก่อนแล้วหามอเตอร์ที่ทนมันได้ มักจบลงที่คอนโทรลเลอร์ที่ทำงานใกล้ขีดจำกัดความร้อน หรือมอเตอร์ที่ถูกจำกัดให้ทำงานต่ำกว่าแรงขับที่ซื้อมา

ความต่างในทางปฏิบัติระหว่างการจับคู่ที่ตรงไปตรงมากับการจับคู่ที่ยาก มักอยู่ที่เอกสาร หน้าเพจมอเตอร์ที่พิมพ์แรงขับ ณ หลายจุดคันเร่ง พิมพ์กระแสสูงสุดพร้อมระยะเวลาที่ค่าดังกล่าวคงอยู่ พิมพ์รูปแบบขั้ว และพิมพ์ขนาดสายไฟ ให้ข้อมูลมากพอจะกำหนดขนาดคอนโทรลเลอร์บนกระดาษได้ ส่วนการจับคู่มอเตอร์โดรนกับ ESC ที่สร้างจากหน้าเพจซึ่งพิมพ์เพียง KV กับน้ำหนัก ไม่สามารถปิดได้ด้วยวิธีเดียวกัน และช่องว่างนั้นต้องไปเก็บคืนบนแท่นทดสอบ

มอเตอร์เป็นตัวยึดหลัก ESC เป็นข้อจำกัด

ในห่วงโซ่ขับเคลื่อน มอเตอร์แปลงกำลังไฟฟ้าเป็นแรงขับ และคอนโทรลเลอร์เป็นตัวกำหนดว่าจะบังคับการแปลงนั้นได้เร็วและแม่นเพียงใด การมองทั้งสองเป็นสิ่งเดียวกันในระดับเดียวกันมักให้ผลเป็นชุดมอเตอร์โดรนกับ ESC ที่สร้างเกินที่คอนโทรลเลอร์ หรือสร้างไม่พอที่มอเตอร์ การมองมอเตอร์เป็นตัวยึดหลักและคอนโทรลเลอร์เป็นข้อจำกัดทำให้ลำดับการกำหนดขนาดอยู่ในลำดับที่ถูกต้อง และลำดับนั้นคือพื้นฐานของแบบฝึกจับคู่มอเตอร์กับ ESC ทุกแบบที่ผ่านการใช้งานจริงบนแท่นทดสอบ

ESC ทำอะไรในห่วงโซ่

คอนโทรลเลอร์แบบไร้แปรงถ่านไม่มีแปรงถ่านสำหรับสลับกระแส จึงต้องสร้างสนามแม่เหล็กหมุนขึ้นเอง มันอ่านตำแหน่งโรเตอร์ จากเซ็นเซอร์ฮอลล์ จาก back-EMF หรือจากทั้งสองอย่าง แล้วสลับสามเฟสตามลำดับที่ทำให้สนามของสเตเตอร์นำหน้าโรเตอร์อยู่เสมอ ดังนั้นหนึ่งรอบไฟฟ้าจึงมีการสลับขั้วจำนวนคงที่ และหนึ่งรอบเชิงกลมีการหมุนเชิงไฟฟ้ามากเท่ากับจำนวนคู่ขั้วของโรเตอร์ ความสัมพันธ์เดียวนี้คือเหตุผลที่จำนวนขั้ว ซึ่งดูเหมือนรายละเอียดของมอเตอร์ กลายเป็นข้อจำกัดของคู่มอเตอร์โดรนกับ ESC

คอนโทรลเลอร์ยังต้องแบกกระแสเฟสทั้งหมดด้วย บนโครงอากาศยาน 12S ที่ขับมอเตอร์ยกขนาดใหญ่ กระแสนั้นอาจอยู่เหนือ 150 A ได้ครั้งละหลายวินาที และสวิตช์ ชันต์ และทองแดงทั้งหมดต้องทนได้ อุปกรณ์นี้จึงเป็นทั้งองค์ประกอบด้านจังหวะเวลาและองค์ประกอบด้านกำลัง โดยสองบทบาทมีขีดจำกัดแยกกัน บทบาทหนึ่งแสดงเป็นรอบต่อนาทีเชิงไฟฟ้า อีกบทบาทแสดงเป็นแอมป์และองศาเซลเซียส

ทำไมต้องเริ่มจากเอกสารฝั่งมอเตอร์

แรงขับคือความต้องการที่โครงอากาศยานมีจริง แรงขับตอนโฮเวอร์ต่อโรเตอร์ ระยะเผื่อการไต่ และจำนวนโรเตอร์ รวมกันกำหนดเป้าหมายแรงขับ และเป้าหมายแรงขับที่เส้นผ่านศูนย์กลางใบพัดและจำนวนเซลล์หนึ่ง ๆ ชี้ไปที่ช่วงขนาดมอเตอร์ที่แคบ เมื่อมอเตอร์ถูกกำหนดแล้ว ข้อมูลที่เผยแพร่ของมันจะกำหนดกระแสที่ใบพัดที่เลือก และความเร็วที่ต้องคอมมิวเทต การทำตามลำดับนี้ทำให้ตัวเลขปลายทางทุกตัวในสเปกมอเตอร์โดรนกับ ESC มีที่มา ซึ่งเป็นวิธีเดียวที่จะตรวจสอบการจับคู่ได้โดยไม่ต้องใช้แท่นทดสอบ

ตัวเลขสามตัวที่ข้ามเส้นแบ่ง

ปริมาณสามอย่างเดินทางจากเอกสารฝั่งมอเตอร์ไปยังเอกสารฝั่งคอนโทรลเลอร์ ได้แก่ KV ซึ่งแปลงแรงดันไฟฟ้าของแพ็กเป็นความเร็ว กระแสที่ใบพัดจะดึง ซึ่งกำหนดพิกัดของคอนโทรลเลอร์ และจำนวนขั้ว ซึ่งแปลงความเร็วเชิงกลเป็นอัตราคอมมิวเทชันเชิงไฟฟ้า ค่าที่สี่ คือ ความต้านทานภายใน ไม่ได้กำหนดขนาดคอนโทรลเลอร์โดยตรง แต่มันทำนายว่าแรงดันไฟฟ้าของแพ็กจะสูญเสียเป็นความร้อนมากเพียงใดที่กระแสสูง และดังนั้นแรงดันไฟฟ้าที่ระบุซึ่งเหลืออยู่เพื่อสร้างความเร็วจึงมีเท่าใด ค่าที่สี่นี้มักเป็นสิ่งที่แยกชุดมอเตอร์โดรนกับ ESC สองชุดที่ดูเหมือนกันบนกระดาษออกจากกัน

ตัวเลขสามตัวที่ผูกมอเตอร์โดรนกับ ESC ไว้ด้วยกัน: KV กระแสสูงสุด และจำนวนเซลล์

KV: ความเร็วต่อโวลต์

KV คือค่าคงที่ความเร็วไม่มีโหลด แสดงเป็นรอบต่อนาทีต่อโวลต์ มอเตอร์ที่ระบุ KV160 หมุนประมาณ 160 rpm ต่อโวลต์ที่ป้อน ดังนั้นบนแพ็ก 12S ที่แรงดันไฟฟ้าที่ระบุ 44.4 V มันจะทำรอบได้ราว 7104 rpm เมื่อไม่ติดใบพัด ค่านี้เป็นลักษณะของขดลวด ขดลวดที่พันด้วยลวดหนากว่าและจำนวนรอบน้อยกว่าจะให้ KV สูงขึ้น ส่วนลวดบางกว่าและจำนวนรอบมากกว่าจะทำให้ KV ต่ำลง และค่านี้ไม่ได้บอกอะไรเกี่ยวกับแรงบิดโดยตรง มอเตอร์สองตัวที่มี KV เท่ากันอาจต่างกันมากในด้านมวล ความต้านทาน และแรงบิดต่อเนื่อง ซึ่งเป็นเหตุผลที่ KV เพียงอย่างเดียวเป็นพื้นฐานที่ไม่ดีสำหรับการเลือกมอเตอร์โดรนกับ ESC

สำหรับการจับคู่คอนโทรลเลอร์ KV ทำหน้าที่เดียว คือทำนายความเร็วที่ต้องคอมมิวเทตที่ปลายบนของช่วงคันเร่ง มอเตอร์ KV สูงบนจำนวนเซลล์ต่ำ และมอเตอร์ KV ต่ำบนจำนวนเซลล์สูง สามารถไปถึงความเร็วเชิงกลเดียวกันจากทิศทางตรงข้าม และคอนโทรลเลอร์เห็นอัตราเชิงไฟฟ้าเท่ากันไม่ว่าทางใด

กระแสสูงสุด: สิ่งที่สวิตช์ต้องแบก

กระแสถูกกำหนดโดยโหลด ไม่ใช่โดยฉลากของมอเตอร์ มอเตอร์ที่ระบุพิกัดกระแสสูงสุด 57 A จะดึงกระแสนั้นก็ต่อเมื่อใบพัดต้องการแรงบิดที่ทำให้เกิดกระแสนั้น คือที่คันเร่งเต็ม บนแพ็กที่ชาร์จเต็ม และกับใบพัดที่ระบุ มอเตอร์ตัวเดียวกันบนใบพัดที่เล็กกว่าจะดึงน้อยลงและร้อนน้อยลง บนใบพัดที่ใหญ่กว่าจะดึงมากขึ้นและอาจเกินช่วงที่ผู้ผลิตเผยแพร่ไว้ นี่คือค่าที่มักเป็นตัวตัดสินการจับคู่มอเตอร์โดรนกับ ESC ในทางปฏิบัติ

ดังนั้นกระแสสูงสุดที่เผยแพร่ต้องอ่านร่วมกับใบพัดและจำนวนเซลล์ที่ใช้วัด และร่วมกับช่วงเวลาที่ค่านั้นใช้ได้ ค่าที่อ้างอิงในช่วง 180 s อธิบายสภาวะความร้อนที่ต่างจากค่าที่อ้างอิงในช่วง 15 s และคอนโทรลเลอร์ที่กำหนดขนาดด้วยช่วงเวลาที่ผิดจะใหญ่เกินไปหรือไม่มีการป้องกัน

จำนวนเซลล์: เพดานแรงดันไฟฟ้า

แพ็กเป็นตัวกำหนดแรงดันไฟฟ้าที่คอนโทรลเลอร์ต้องกันไว้ และความเร็วที่มอเตอร์จะพยายามทำ แพ็ก 12S มีแรงดันไฟฟ้าที่ระบุ 44.4 V แต่ 50.4 V เมื่อชาร์จเต็ม และแพ็ก 24S มีแรงดันไฟฟ้าที่ระบุ 88.8 V และ 100.8 V เมื่อชาร์จเต็ม คอนโทรลเลอร์ถูกกำหนดพิกัดเทียบกับแรงดันไฟฟ้าที่มันจะเห็นจริง ดังนั้นค่าที่ประจุเต็มคือค่าที่สำคัญที่ปลายบนของช่วงคันเร่ง ระยะเผื่อระหว่างแรงดันไฟฟ้าเมื่อชาร์จเต็มของแพ็กกับพิกัดของคอนโทรลเลอร์คือสิ่งที่ดูดซับสไปก์จากการสร้างพลังงานคืนเมื่อใบพัดขนาดใหญ่ถูกชะลออย่างรวดเร็ว ซึ่งเป็นรายละเอียดที่ปรากฏในการจับคู่มอเตอร์โดรนกับ ESC ก็ต่อเมื่อจำนวนเซลล์สูง

สิ่งที่ฝั่งมอเตอร์ต้องเผยแพร่

การจับคู่มอเตอร์โดรนกับ ESC คือการอ่านชุดข้อมูลที่เผยแพร่สองชุดมาเทียบกัน เมื่อฝั่งใดฝั่งหนึ่งบาง การเปรียบเทียบจะเสื่อมลงเป็นการเดา และการเดาที่ 150 A นั้นมีราคาแพง ข้อมูลสี่ช่องทำหน้าที่หลักในการจับคู่มอเตอร์กับ ESC และแต่ละช่องมองเห็นได้บนหน้าเพจผลิตภัณฑ์ที่มีเอกสารครบ

แรงขับที่มากกว่าหนึ่งจุดคันเร่ง

ตัวเลขแรงขับหัวเรื่องเพียงตัวเดียวบอกทีมออกแบบได้ว่ามอเตอร์ทำอะไรได้ที่คันเร่งเต็มบนใบพัดหนึ่งตัว ตารางแรงขับที่ไล่ผ่าน 50 เปอร์เซ็นต์ 75 เปอร์เซ็นต์ และ 100 เปอร์เซ็นต์ บอกว่าแรงขับนั้นมีอยู่เท่าใดที่คันเร่งซึ่งอากาศยานใช้บินจริง และแต่ละขั้นกินกระแสเท่าใด การโฮเวอร์แทบไม่เคยอยู่ที่คันเร่งเต็ม แถวที่คันเร่งบางส่วนจึงเป็นแถวที่กำหนดเวลาเที่ยวบินและความร้อนของคอนโทรลเลอร์ และเป็นแถวที่การจับคู่มอเตอร์โดรนกับ ESC ควรสร้างขึ้นมา

ระยะเวลาที่อยู่เบื้องหลังค่ากระแส

กระแสสูงสุดที่ไม่มีช่วงเวลากำกับคือตัวเลขที่ไม่สมบูรณ์ มอเตอร์ที่คงกระแส 150 A ได้ 15 s กับตัวที่คง 150 A ได้ 180 s เป็นเครื่องจักรที่ต่างกัน และความต่างนั้นคือมวลความร้อนในขดลวดและสเตเตอร์ ช่วงเวลายังบอกนักออกแบบคอนโทรลเลอร์ว่าพิกัดกระแสชั่วขณะต้องคงอยู่นานเท่าใด ซึ่งเป็นข้อมูลที่ใช้ประโยชน์ได้มากกว่าตัวเลขกระแสชั่วขณะเพียงอย่างเดียว

รูปแบบขั้วและขนาดสายไฟ

รูปแบบขั้ว ซึ่งเขียนเป็นจำนวนร่องและจำนวนขั้ว เช่น 12N14P หรือ 36N42P กำหนดอัตราคอมมิวเทชันเชิงไฟฟ้าและความเรียบเนียนของการทำงานที่ความเร็วต่ำ ขนาดสายไฟกำหนดกระแสที่สายสามารถนำได้โดยไม่ร้อนเกินไป และดังนั้นจึงกำหนดว่าพิกัดของคอนโทรลเลอร์จะไปถึงมอเตอร์ได้จริงหรือไม่ คอนโทรลเลอร์พิกัด 200 A ที่ต่อผ่านสายที่กำหนดขนาดไว้สำหรับ 100 A คือระบบ 100 A ไม่ว่าฉลากจะเขียนอะไร ซึ่งเป็นหนึ่งในวิธีที่เงียบที่สุดในการลดพิกัดการจับคู่มอเตอร์โดรนกับ ESC

ความต้านทานภายในกับแรงดันไฟฟ้าที่ไปถึงมอเตอร์

ความต้านทานภายในเป็นช่องที่เล็กที่สุดบนหน้าเพจ และเป็นช่องที่ให้ข้อมูลมากที่สุดช่องหนึ่ง ที่ 150 A ขดลวด 40 mΩ ทำให้แรงดันไฟฟ้าตกลง 6 V ซึ่งเป็นสัดส่วนที่มีนัยสำคัญของแพ็ก 44.4 V และกระจายกำลัง 900 W ออกมาเป็นความร้อนภายในมอเตอร์ มอเตอร์สองตัวที่มี KV เท่ากันและแรงขับเท่ากันอาจมีความต้านทานต่างกันมาก และตัวที่ความต้านทานต่ำกว่าจะรักษาความเร็วได้ดีกว่าใต้โหลดและร้อนน้อยกว่าที่กระแสเดียวกัน สำหรับการจับคู่มอเตอร์โดรนกับ ESC ที่ปลายบนของช่วงกระแส ช่องเดียวนี้มักอธิบายความต่างที่ตัวเลขหัวเรื่องไม่ได้อธิบาย

สิบเอ็ดระเบียน AT และ V ที่อ่านเป็นชุดสเปกเดียวกัน

ระเบียนด้านล่างดึงมาจากหน้าเพจของผู้ผลิตของ T-Motor สิบเอ็ดรุ่น แบ่งเป็นตระกูล AT สำหรับปีกตรึงและตระกูล V สำหรับงานยก ทั้งหมดนำเสนอเป็นชุดเดียวเพราะแสดงปัญหาเดียวกันของมอเตอร์โดรนกับ ESC ในสามสเกลที่ต่างกันมาก คือมอเตอร์ 60 g บน 4S มอเตอร์ 350 g บน 12S และมอเตอร์ 1680 g บน 24S สำหรับปลายฝั่งปีกตรึงของชุดนี้ ด้านโครงอากาศยานของการเลือกถูกอธิบายไว้ใน มอเตอร์ BLDC สำหรับโมเดลปีกตรึง: จับคู่ KV ใบพัด และกำลัง cruise

ที่มา: หน้าเพจผลิตภัณฑ์ของผู้ผลิตของแต่ละรุ่น ตัวเลขแรงขับคือค่าสูงสุดที่ระบุไว้สำหรับรุ่นนั้น และขึ้นกับใบพัดที่ใช้ในการทดสอบของผู้ผลิต ตัวเลขในวงเล็บหลังค่ากระแสคือระยะเวลาที่ค่าสูงสุดดังกล่าวถูกระบุไว้ ในกรณีที่หน้าเพจไม่ให้ระยะเวลา ในวงเล็บจะอ่านว่า ไม่ได้ระบุระยะเวลา สำหรับ V13L ตัวเลขกำลังไฟที่เผยแพร่กับกระแสที่เผยแพร่ที่แรงดันไฟฟ้าที่ระบุ 24S ไม่สอดคล้องกัน จึงใช้แถวนั้นในที่นี้เฉพาะแรงขับและกระแส โดยรอการชี้แจงสภาวะการทดสอบจากผู้ผลิต ตัวเลขกำลังไฟที่เผยแพร่ของแถวนั้นไม่ถูกใช้ในการเปรียบเทียบแรงขับต่อกำลังใด ๆ

แถว AT สำหรับปีกตรึง

แถว AT ครอบคลุม 60 g ถึง 350 g และ 2S ถึง 12S AT2312 ถึง AT2321 อยู่ในช่วง 350-450 W เดียวกันบน 2-4S และความก้าวหน้าของแรงขับจาก 1244 g ถึง 1912 g มาจากสเตเตอร์ที่ยาวขึ้นเป็นหลัก ไม่ได้มาจาก KV ซึ่งเคลื่อนไปทั้งสองทางในสามรุ่น คือ 1150, 880 และ 950 rpm/V AT2820 และ AT2826 ยกรูปแบบ 12N14P เดียวกันขึ้นไปถึง 700 W และ 820 W บน 3-4S AT4125 กระโดดไปที่ 12S และ 2200 W และ KV ลดลงเหลือ 250 rpm/V ขดลวดช้ากว่ามากเพราะแรงดันไฟฟ้าของแพ็กสูงกว่ามาก

แถว V สำหรับงานยก

แถว V คือด้านงานยกของปัญหาเดียวกัน V804 และ V807 ใช้ KV170 และ 12S ร่วมกัน แต่ต่างกันที่ปริมาตรสเตเตอร์ ซึ่งแสดงออกเป็น 5200 W เทียบกับ 6800 W และ 17358 g เทียบกับ 20997 g ของแรงขับ V10 และ V10L ใช้รูปแบบ 36N42P และ 12S ร่วมกัน และ V10L ที่ใหญ่กว่าแลก KV170 เป็น KV160 พร้อมขยับจาก 7000 W ไปเป็น 9000 W V13L เป็นตัวที่หลุดออกมา: 42N38P, KV65, 24S และแรงขับ 55454 g จากมอเตอร์ 1680 g เมื่ออ่านเป็นชุด แถวเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าข้อมูลมอเตอร์โดรนกับ ESC เคลื่อนไปได้ไกลเพียงใดด้วยปริมาตรสเตเตอร์เพียงอย่างเดียว

การตรวจไขว้ที่ใช้เวลาสิบวินาที

กระแสสูงสุดคูณด้วยแรงดันไฟฟ้าที่ระบุของแพ็กควรได้ค่าใกล้เคียงกับกำลังไฟสูงสุดที่เผยแพร่ สำหรับ V10, 155 A ที่ 44.4 V ให้ประมาณ 6882 W เทียบกับ 7000 W ที่เผยแพร่ สำหรับ V10L, 196 A ที่ 44.4 V ให้ประมาณ 8702 W เทียบกับ 9000 W สำหรับ AT2826, 57 A ที่ 14.8 V ให้ประมาณ 843 W เทียบกับ 820 W ความสอดคล้องไม่เป๊ะทุกหลัก ตัวเลขมาจากคนละจุดบนเส้นโค้งการทดสอบ แต่แถวที่ผลคูณห่างจากตัวเลขกำลังไฟมากคือแถวที่ต้องตั้งคำถามก่อนนำไปใช้กำหนดขนาดคอนโทรลเลอร์ในการตัดสินใจจับคู่มอเตอร์กับ ESC

จำนวนขั้วแปลงรอบเป็นอัตราคอมมิวเทชัน

คู่ขั้ว ไม่ใช่ขั้ว

อัตราเชิงไฟฟ้าขึ้นกับจำนวนคู่ขั้ว มอเตอร์ 12N14P มีแม่เหล็ก 14 ชิ้น ซึ่งคือ 7 คู่ขั้ว ดังนั้นหนึ่งรอบเชิงกลจึงมีเจ็ดรอบเชิงไฟฟ้า มอเตอร์ 36N42P มี 21 คู่ขั้ว และมอเตอร์ 42N38P มี 19 คู่ขั้ว ที่ความเร็วเชิงกลเดียวกัน โครงสร้างสามแบบนี้นำเสนออัตราเชิงไฟฟ้าต่อคอนโทรลเลอร์ในอัตราส่วน 7 ต่อ 21 ต่อ 19 ไม่มีสิ่งใดในข้อมูลมอเตอร์โดรนกับ ESC ที่มองข้ามได้ง่ายเท่าอัตราส่วนนี้ และเวอร์ชันฝั่งงานยกของการคำนวณถูกอธิบายไว้ใน มอเตอร์โดรน VTOL: สร้างสมดุลแรงขับ hover และประสิทธิภาพ cruise

ตัวอย่างที่คำนวณแล้วที่ 24S

V13L ระบุ KV65 บน 24S ที่แรงดันไฟฟ้าที่ระบุ 88.8 V, KV คูณด้วยแรงดันไฟฟ้าให้ประมาณ 5772 rpm ที่เพลาเมื่อไม่ติดใบพัด ด้วย 19 คู่ขั้ว นั่นคือประมาณ 109668 รอบต่อนาทีเชิงไฟฟ้า การคำนวณเดียวกันบน V10 ที่ KV160 และ 12S ให้ประมาณ 7104 rpm เชิงกล ซึ่งที่ 21 คู่ขั้วคือประมาณ 149184 rpm เชิงไฟฟ้า อัตราเชิงไฟฟ้าที่สูงกว่าจากชุดที่ดูช้ากว่า เป็นเพราะจำนวนขั้วเพียงอย่างเดียว

คอนโทรลเลอร์ต้องทำอะไรกับตัวเลขนี้

eRPM คืออัตราที่คอนโทรลเลอร์ต้องระบุตำแหน่งโรเตอร์และสลับเฟส เป็นตัวเลขที่ต้องนำไปเทียบกับขีดจำกัดคอมมิวเทชันที่คอนโทรลเลอร์ระบุไว้ และเป็นตัวเลขที่อธิบายว่าทำไมมอเตอร์ยกที่มีจำนวนขั้วสูงจึงขับยากกว่ามอเตอร์ KV ต่ำที่มีกำลังใกล้เคียงกัน ตัวเลขข้างต้นเป็นการประมาณที่ไม่มีโหลดจากค่าคงที่ที่เผยแพร่ จึงเป็นขอบเขตบน ภายใต้โหลดจากใบพัด เพลาจะช้าลงและอัตราเชิงไฟฟ้าลดตาม การประมาณที่ปลายบนของช่วงยังเป็นนิสัยที่ถูกต้อง เพราะจังหวะที่มีโหลดน้อยที่สุด คือการกระตุกคันเร่งบนแพ็กที่ชาร์จเต็ม เป็นจังหวะที่คู่มอเตอร์โดรนกับ ESC มีแนวโน้มหลุดซิงโครไนซ์มากที่สุด

ระยะเผื่อกระแส: พิกัดของ ESC มาจากไหน

ESC สำหรับมอเตอร์โดรนมีพิกัดเป็นคู่ คือค่ากระแสต่อเนื่องที่คงไว้ได้ไม่จำกัดเวลา และค่ากระแสชั่วขณะที่ใช้ได้ตามจำนวนวินาทีที่ระบุ มอเตอร์ก็เผยแพร่ค่าคู่ในลักษณะเดียวกัน แม้บ่อยครั้งจะให้มาเพียงค่าสูงสุดพร้อมช่วงเวลา กฎที่ใช้ได้จริงคือ พิกัดกระแสต่อเนื่องควรครอบคลุมกระแสที่ใบพัดดึงในสภาวะหลักของภารกิจ คือโฮเวอร์สำหรับมัลติโรเตอร์ และบินตรงสำหรับปีกตรึง ส่วนพิกัดกระแสชั่วขณะควรครอบคลุมค่าสูงสุดของมอเตอร์อย่างน้อยในช่วงเวลาเดียวกับที่มอเตอร์อ้างไว้ การคำนวณแรงขับต่อระยะเผื่อที่อยู่เบื้องหลังกฎนี้อยู่ใน การกำหนดขนาดมอเตอร์โดรนแรงขับสูง: ชั้นน้ำหนักบรรทุก ประสิทธิภาพ และมาร์จินความร้อน

การกำหนดขนาดจากค่าสูงสุดของมอเตอร์เพียงอย่างเดียวเป็นข้อผิดพลาดที่พบบ่อยในอีกทิศทางหนึ่ง คอนโทรลเลอร์ที่ซื้อมาให้ตรงกับค่าสูงสุด 196 A อาจมีมวลและราคาเป็นสองเท่าของที่เครื่องที่ดึง 60 A ตอนโฮเวอร์และแตะค่าสูงสุดเพียงสองวินาทีตอนไต่ต้องใช้ ดังนั้นการจับคู่มอเตอร์โดรนกับ ESC คือการจับคู่กับภารกิจ ไม่ใช่กับค่าสูงสุดของแต่ละช่อง

ช่องว่างระหว่างแท่นทดสอบกับโครงอากาศยาน

ตัวเลขแรงขับและกระแสของผู้ผลิตวัดบนแท่นทดสอบด้วยใบพัดที่ระบุ แหล่งจ่ายที่เสถียร และการไหลของอากาศแบบอิสระ ในโครงอากาศยาน มอเตอร์ตัวเดียวกันเจออากาศเข้าที่อุ่นกว่า แหล่งจ่ายที่เหมาะน้อยกว่า และใบพัดที่คลายโหลดต่างออกไปในการบินไปข้างหน้า กระแสที่คันเร่งหนึ่ง ๆ จึงอาจต่างจากตารางได้ทั้งสองทาง ซึ่งเป็นเหตุผลที่เที่ยวบินแรกที่คันเร่งลดลงพร้อมบันทึกกระแสมีค่ามากกว่าการจับคู่บนกระดาษอย่างรอบคอบเพียงอย่างเดียว

ช่วงแรงดันไฟฟ้าและจำนวนเซลล์ที่ ESC ต้องรับได้

ค่าที่ระบุเทียบกับประจุเต็ม

แพ็ก 12S ถูกเรียกเป็น 44.4 V และอ่านได้ 50.4 V เมื่อชาร์จเต็ม แพ็ก 24S ถูกเรียกเป็น 88.8 V และอ่านได้ 100.8 V คอนโทรลเลอร์ถูกกำหนดพิกัดที่แรงดันไฟฟ้าที่มันต้องทน และกรณีที่ต้องทนคือแพ็กที่ชาร์จเต็มบวกกับแรงดันที่ใบพัดดันกลับมาในจังหวะชะลอ คอนโทรลเลอร์พิกัด 50 V บนแพ็ก 12S ไม่มีระยะเผื่อที่ประจุเต็ม ตัวที่พิกัด 60 V มี และระยะเผื่อนั้นคือการประกันที่ถูกที่สุดในห่วงโซ่

ช่วงแรงดันในระเบียน

ระเบียนสิบเอ็ดรายการตกอยู่ในสามช่วง กลุ่ม AT2312 ถึง AT2321 ใช้ 2-4S ซึ่งทำให้แพ็ก 4S อยู่ที่ 16.8 V เมื่อชาร์จเต็ม และทำให้การเลือกคอนโทรลเลอร์อยู่ในคลาสเล็กที่ราคาไม่สูง AT2820 และ AT2826 เพิ่มหนึ่งเซลล์และอยู่ในคลาสเดิม AT4125 และมอเตอร์ยกตระกูล V สี่ตัวใช้ 12S ซึ่งเป็นจุดที่การเลือกคอนโทรลเลอร์เริ่มสำคัญต่อระยะเผื่อแรงดันไฟฟ้า และเป็นจุดที่พิกัดกระแสต่อเนื่องคลาส 100 A กลายเป็นเรื่องปกติ V13L ใช้ 24S และอยู่ลำพังที่ปลายบนของช่วง ด้วยจำนวนเซลล์สูงสุดและ KV ต่ำสุดในชุด ซึ่งเป็นการรวมกันที่ทำให้ช่องว่างระหว่างแรงดันไฟฟ้าที่ระบุกับที่ประจุเต็มกว้างที่สุดในการตัดสินใจจับคู่มอเตอร์โดรนกับ ESC ครั้งเดียว ด้านแรงดันไฟฟ้าของการแลกเปลี่ยนที่กว้างกว่านี้อยู่ใน มอเตอร์ UAV พิสัยบินยาวนาน: ประสิทธิภาพ มวล และแรงดันบัส

ในกรณีที่แรงดันไฟฟ้าของแพ็กถูกกำหนดโดยโครงอากาศยานที่มีอยู่แล้วแทนที่จะเลือกได้ การเปรียบเทียบชุดขับเคลื่อนสำเร็จรูปฝั่งงานยกเป็นเส้นทางที่เร็วกว่าการค้นหามอเตอร์ทีละตัว: ซีรีส์ T-Motor VL: 16 ชุดขับเคลื่อน VTOL ตั้งแต่ 12 kg ถึง 150 kg MTOW

โหลดจากใบพัดกำหนดกระแส ไม่ใช่ฉลาก

KV เท่ากัน ใบพัดต่างกัน

มอเตอร์สองตัวที่มี KV เท่ากันและจำนวนเซลล์เท่ากันอาจดึงกระแสต่างกันมากจากแพ็กเดียวกัน เพราะกระแสตามแรงบิดที่ใบพัดต้องการ ใบพัดที่เส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่าหรือพิทช์สูงกว่าจะโหลดมอเตอร์หนักขึ้นในทุกตำแหน่งคันเร่ง และกระแสเพิ่มขึ้นเร็วกว่าแรงขับ นี่คือเหตุผลที่มอเตอร์ที่ดูสบาย ๆ บนใบพัด 10 in อาจอยู่นอกช่วงของมันบนใบพัด 12 in และเป็นเหตุผลที่ใบพัดควรอยู่ในเอกสารจับคู่มอเตอร์กับ ESC ไม่ใช่ตามมาทีหลัง

การอ่านแรงขับต่อแอมป์

การหารแรงขับที่เผยแพร่ด้วยกระแสที่เผยแพร่ ณ จุดทดสอบเดียวกันให้ดัชนีประสิทธิภาพแบบหยาบสำหรับการเปรียบเทียบตัวเลือก และเป็นตัวเลขที่กำหนดเวลาเที่ยวบิน AT2312 ให้ประมาณ 50 g ต่อแอมป์ที่จุดสูงสุดของมัน AT4125 ให้ประมาณ 141 g ต่อแอมป์ การเปรียบเทียบไม่ใช่แบบเดียวกันทุกประการ สองตัววัดบนใบพัดต่างกันที่จุดต่างกันบนเส้นโค้ง แต่ภายในตระกูลเดียวและสภาวะทดสอบเดียว ดัชนีนี้แยกชุดที่ประหยัดออกจากชุดที่เพียงแต่ทรงพลัง

ลำดับการจับคู่ตั้งแต่ใบพัดถึง ESC

ห้าขั้นตอนตามลำดับนี้ ทำให้ทุกตัวเลขในการจับคู่มอเตอร์โดรนกับ ESC สืบย้อนถึงที่มาได้

ขั้นที่หนึ่ง: กำหนดเป้าหมายแรงขับ แรงขับตอนโฮเวอร์ต่อโรเตอร์มาจากมวลรวม จำนวนโรเตอร์ และระยะเผื่อแรงขับต่อน้ำหนักที่ภารกิจต้องการ ระยะเผื่อการไต่และลมถูกบวกเพิ่มตรงนี้ ไม่ใช่ทีหลัง

ขั้นที่สอง: เลือกใบพัดและจำนวนเซลล์ สองสิ่งนี้ร่วมกันกำหนดจุดปฏิบัติการ ใบพัดใหญ่กว่าที่ KV ต่ำกว่าและใบพัดเล็กกว่าที่ KV สูงกว่าสามารถไปถึงแรงขับเดียวกันได้ และการเลือกนี้แลกภาระดิสก์กับมวลมอเตอร์

ขั้นที่สาม: เลือกมอเตอร์จากแรงขับที่คันเร่งใช้บิน แถวที่เกี่ยวข้องคือแถวที่คันเร่งซึ่งอากาศยานใช้คงอยู่ในภารกิจ ไม่ใช่ตัวเลขหัวเรื่องที่คันเร่งเต็ม อ่านกระแสในแถวนั้นด้วย เพราะเป็นกระแสที่คอนโทรลเลอร์จะแบกตลอดเที่ยวบินส่วนใหญ่

ขั้นที่สี่: แปลงมอเตอร์เป็นข้อมูลสำหรับคอนโทรลเลอร์ คูณ KV ด้วยแรงดันไฟฟ้าเมื่อชาร์จเต็มของแพ็กเพื่อให้ได้เพดานความเร็ว คูณด้วยจำนวนคู่ขั้วเพื่อให้ได้อัตราเชิงไฟฟ้า และนำกระแสสูงสุดพร้อมช่วงเวลาของมัน สี่ตัวเลขนั้นคือข้อมูลทั้งหมด

ขั้นที่ห้า: เลือก ESC สำหรับมอเตอร์โดรนที่มีระยะเผื่อทั้งสามแกน กระแสต่อเนื่องสูงกว่ากระแสในภารกิจ กระแสชั่วขณะสูงกว่าค่าสูงสุดของมอเตอร์อย่างน้อยในช่วงเวลาที่ระบุ และพิกัดแรงดันไฟฟ้าสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าเมื่อชาร์จเต็มของแพ็ก ตรวจสอบว่าขนาดสายไฟและคอนเนกเตอร์ตรงกับกระแสที่คอนโทรลเลอร์จ่ายได้ เพราะความไม่ตรงกันตรงนั้นจะลดพิกัดทั้งห่วงโซ่อย่างเงียบ ๆ

การจับคู่มอเตอร์โดรนกับ ESC ที่ผิดพลาดแสดงออกที่ไหนก่อน

การหลุดซิงโครไนซ์ที่ความเร็วเชิงไฟฟ้าสูง

อาการแรกเมื่อขีดจำกัดคอมมิวเทชันใกล้เข้ามา มักเป็นการหลุดซิงโครไนซ์เมื่อเปลี่ยนคันเร่งอย่างรวดเร็ว มอเตอร์สะดุด คอนโทรลเลอร์ตัดการทำงาน และเครื่องตกลงที่มุมหนึ่ง เหตุการณ์นี้เกิดในจังหวะที่มีโหลดน้อยที่สุดและอัตราสูงสุด ซึ่งเป็นสภาวะที่การประมาณอัตราเชิงไฟฟ้าถูกออกแบบมาเพื่อทำนายพอดี คอนโทรลเลอร์ที่มีระยะเผื่อด้านจังหวะมากกว่า หรือมอเตอร์ที่มีคู่ขั้วน้อยกว่าสำหรับแรงขับเท่ากัน ล้วนขยับระยะเผื่อไปในทิศทางที่ถูกต้อง

ความร้อนในสวิตช์

ESC สำหรับมอเตอร์โดรนที่ทำงานใกล้พิกัดกระแสต่อเนื่องจะร้อนก่อนที่จะเสีย และความร้อนกระจุกอยู่ในสวิตช์กับชันต์ การโฮเวอร์ต่อเนื่องที่ 80 เปอร์เซ็นต์ของพิกัดกระแสต่อเนื่องในอากาศนิ่งเป็นคนละเรื่องกับกระแสเดียวกันในกระแสลม 25 km/h ระยะเผื่อด้านความร้อนเป็นส่วนหนึ่งของการจับคู่มอเตอร์โดรนกับ ESC ไม่ใช่การปรับแต่งเพิ่มเติม

ความละเอียดคันเร่งและแรงดันไฟฟ้าตก

คอนโทรลเลอร์ที่ใหญ่เกินมอเตอร์ใช้ช่วงล่างของพิสัยทำงานน้อยมาก และแพ็กที่ใกล้ขีดจำกัดกระแสจะตกแรงดันใต้โหลด ซึ่งลดแรงดันไฟฟ้าที่มอเตอร์เห็นและลดความเร็วที่มันทำได้ ผลทั้งสองอย่างแสดงออกเป็นเครื่องที่รู้สึกไม่ตอบสนองในจุดที่การตอบสนองสำคัญที่สุด คือระหว่างการกู้คืนหรือเมื่อเจอกระแสลม ไม่มีข้อใดแก้ได้ด้วยการเปลี่ยนคอนโทรลเลอร์เพียงอย่างเดียว

ทำไมมอเตอร์ที่มีเอกสารครบทำให้การจับคู่มอเตอร์กับ ESC ตรวจสอบได้

ทุกขั้นในลำดับข้างต้นขึ้นกับตัวเลขที่เผยแพร่ เมื่อหน้าเพจมอเตอร์พิมพ์แรงขับที่หลายจุดคันเร่ง พิมพ์กระแสสูงสุดพร้อมช่วงเวลา พิมพ์รูปแบบขั้ว และพิมพ์ขนาดสายไฟ ข้อมูลสำหรับคอนโทรลเลอร์ก็ออกมาจากการคำนวณ และวิศวกรอีกคนสามารถตรวจได้โดยไม่ต้องแตะฮาร์ดแวร์ เมื่อช่องข้อมูลเหล่านั้นหายไป การตัดสินใจแบบเดียวกันต้องไปเก็บคืนจากแท่นทดสอบ และแท่นทดสอบที่ 150 A ไม่ใช่สิ่งทดแทนสเปกที่ราคาถูก

นั่นคือเหตุผลในทางปฏิบัติสำหรับการซื้อจากผู้ผลิตที่เผยแพร่ข้อมูลระบบขับเคลื่อนครบถ้วน แทนที่จะให้เพียง KV หัวเรื่องกับน้ำหนัก ตารางแรงขับที่เผยแพร่คือคำมั่น มันระบุใบพัด จำนวนเซลล์ และจุดคันเร่ง และสามารถวัดซ้ำได้ กระแสสูงสุดที่เผยแพร่พร้อมช่วงเวลาที่ระบุคือข้ออ้างด้านความร้อนที่เทียบข้ามรุ่นได้ จำนวนขั้วทำให้อัตราเชิงไฟฟ้าคำนวณได้ก่อนเลือกคอนโทรลเลอร์ และขนาดสายไฟทำให้เส้นทางกระแสตรวจได้ตลอดทั้งเส้น ไม่มีช่องใดในนี้ที่แปลกประหลาด และทุกช่องมองเห็นได้ในระเบียนที่ใช้ในบทความนี้ ซึ่งเป็นสิ่งที่เปลี่ยนการจับคู่มอเตอร์กับ ESC จากความเห็นเป็นการตรวจสอบ

ตรรกะเดียวกันใช้กับฝั่งคอนโทรลเลอร์ คอนโทรลเลอร์ที่ระบุพิกัดกระแสต่อเนื่องและกระแสชั่วขณะพร้อมสภาวะทดสอบของมันสามารถจับคู่กับมอเตอร์ได้ด้วยวิธีเดียวกัน เมื่อทั้งสองฝั่งเผยแพร่ การจับคู่มอเตอร์โดรนกับ ESC ก็เลิกเป็นเรื่องของความเห็น และกลายเป็นการคำนวณที่ลงตัวหรือไม่ลงตัว

ประเด็นสำคัญ

• ใบพัดกำหนดแรงขับ แรงขับกำหนดมอเตอร์ และมอเตอร์รวมกับแพ็กกำหนดข้อมูลสำหรับคอนโทรลเลอร์ ตามลำดับนั้น และลำดับนั้นคือทั้งหมดของการจับคู่มอเตอร์กับ ESC
• KV คูณด้วยแรงดันไฟฟ้าเมื่อชาร์จเต็มของแพ็กให้เพดานความเร็ว คูณด้วยจำนวนคู่ขั้วให้อัตราคอมมิวเทชันเชิงไฟฟ้าที่ใช้เทียบกับขีดจำกัดของคอนโทรลเลอร์
• กระแสสูงสุดมีความหมายก็ต่อเมื่อมีระยะเวลาและใบพัดทดสอบกำกับ ตัวเลข 15 s กับตัวเลข 180 s อธิบายสภาวะความร้อนที่ต่างกัน
• พิกัดแรงดันไฟฟ้าของคอนโทรลเลอร์ควรเทียบกับแรงดันไฟฟ้าเมื่อชาร์จเต็มของแพ็ก ไม่ใช่ค่าที่ระบุ
• ขนาดสายไฟและพิกัดคอนเนกเตอร์เป็นส่วนหนึ่งของงบกระแส คอนโทรลเลอร์ 200 A ที่ต่อหลังสาย 100 A คือระบบ 100 A
• ความต้านทานภายในที่ต่ำกว่ารักษาความเร็วได้ดีกว่าใต้โหลดและร้อนน้อยกว่าที่กระแสเดียวกัน ซึ่งสำคัญที่สุดที่ปลายบนของช่วง
• การจับคู่มอเตอร์โดรนกับ ESC ที่มีเอกสารครบตรวจสอบได้บนกระดาษก่อนเที่ยวบินแรก ส่วนแบบที่ไม่มีเอกสารต้องไปเก็บคืนบนแท่นทดสอบ

คำถามที่พบบ่อย

แหล่งข้อมูลอย่างเป็นทางการ

หน้าเพจผู้ผลิตที่อยู่เบื้องหลังแต่ละระเบียนมีสภาวะทดสอบครบถ้วน รวมถึงใบพัดและจำนวนเซลล์ที่ใช้กับตัวเลขแรงขับและกระแส สำหรับซีรีส์ AT และซีรีส์ V หน้าเพจเหล่านั้นเป็นแหล่งปฐมภูมิของทุกตัวเลขในตารางเปรียบเทียบ และควรตรวจสอบก่อนตัดสินใจเลือกคอนโทรลเลอร์ขั้นสุดท้าย

สำรวจมอเตอร์โดรนสำหรับโครงอากาศยานปีกตรึงและ VTOL

ระเบียนแต่ละรายการที่อ้างถึงข้างต้นแสดงอยู่ภายใต้ การเลือก พร้อมกับหมวดโครงอากาศยานที่มันรองรับ รวมถึง โมเดลปีกตรึง ในกรณีที่หน้าเพจมอเตอร์กับหน้าเพจคอนโทรลเลอร์ไม่ตรงกันในกระแสเดียวกัน สิ่งแรกที่ต้องเทียบคือใบพัดและจำนวนเซลล์ที่อยู่เบื้องหลังแต่ละตัวเลข