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martes, 6 de noviembre de 2012

Como Funciona Un Motor Electrico. Para Dummies.




En este pequeño artículo nos referiremos exclusivamente a los motores outruner.
Se llaman así, porque la campana del motor, que es la parte externa es la que gira.
Se debe montar en una base (lo mas común es una X que se incluye con el motor)
Para poder darle vueltas cómodamente con la mano.
Ya que la parte de donde hay que sujetar el motor es muy pequeña.


Las partes del motor son:  La X para montarse, La base del motor con su estator y valeros, la campana con los imanes y la flecha,  el adaptador para la hélice, y el C Clip.

Estos motores tienen 3 alambres que regularmente se les instalan unos conectores, siendo los más comunes los llamados Bullets, como los de la foto.
Para hacerlos funcionar, es necesario un Controlador especial llamado Brushless  ESC (Electronic Speed Controller para motores brushless.) y este deberá ser de acuerdo al motor en cuanto a capacidad de amperes y de acuerdo a la batería en cuanto a capacidad de voltaje y amperes.
Los tres conectores del motor se conectan a los tres del ESC.
Si requieren que gire al lado contrario, entonces se cambian de posicion 2 de sus conectores.
 Si se le conecta un voltaje a través de 2 de sus conectores se produce un corto.
No existe forma de hacerlo funcionar sin este controlador.
En la foto se muestra la forma de conectar un motor de estos.
Siempre se debe de hacer sin hélice, y solo ponerla hasta que todo este bien.


El ESC debe ser por lo menos el 125% de más capacidad en amperes a los que este consumiendo el motor.
Para saber las capacidades del motor es necesario recurrir a las especificaciones del motor o a las recomendaciones del vendedor.
En muchos de los casos esto es erróneo o no se cuenta con los datos completos.
Así que para utilizarlo es necesario conocer un poco sobre el funcionamiento de estos.

Tratare de explicarlo de la manera más sencilla posible:
Un motor eléctrico no produce potencia, produce torque, que al mover una hélice (Llamada carga) se transforma en trabajo y este es medido en Watts. Al que podremos llamar potencia de salida.
Un motor Eléctrico consume potencia, esta depende de su carga (tamaño de la hélice y voltaje suministrado) al que llamaremos potencia de entrada.
Por muchas razones, la potencia de salida será menor a la de entrada, la diferencia entre estas dos se convertirá principalmente en calor. Y el porcentaje convertido en trabajo se le llama eficiencia.
Estos motores hay que trabajarlos en un rango mínimo de 70% de eficiencia para asegurarnos un desempeño óptimo y prolongado.
Ahora supongamos que tenemos un motor de 100 gramos y a este lo alimentamos con 1 volt. Y nos da 1000 rpm. Decimos que su KV es de 1000.
Ya que el KV de un motor son las RPM que este de sin carga por cada volt.
Si lo alimentamos con 10 Volts entonces nos dará 10,000 rpm. Y el consumo de amperes será minimo,  Lo llamaremos Io.
Si le ponemos una carga o hélice y lo seguimos alimentando con 10 Volts, el motor girara menos. Si le ponemos una pequeña carga, quizás gire a 9000 rpm y consumirá algo de potencia (volts x amperes), si le ponemos una mas grande nos dará quizás unas 8000 rpm y aumentara el consumo de amperes y así aumentamos la carga hasta que el motor nos de 7000 rpm. Y posiblemente los amperes estén en el límite que soporta el motor.
Si seguimos aumentando la carga el amperaje seguirá subiendo y las rpm seguirán bajando.
Entonces vemos que el motor da 7,000 rpm con 10Volts, y si dividimos las RPM entre los 10 volts nos dará 700 rpm por volt. El porcentaje que representa 700 de 1000 es 70% y esto se llama % NLS (porcentaje de No Load speed,  Por ciento de velocidad sin carga)
En la práctica no conviene poner mas carga a un motor cuando sus rpm bajan de 70%.
Si nosotros seguimos aumentando la carga o poniendo una hélice más grande, las RPM seguirán disminuyendo, y que sucede con eso: Simplemente el motor se quema.
En un Motor eléctrico, el principal limitante es el calor. A medida que este aumente, se traslada al alambre y este a pesar de tener mucha resistencia al calor tiene un problema. Que es el esmalte con el que esta recubierto.
Un buen alambre para motores  (Magnetic wire) tiene un esmalte que soporta hasta 200  grados Farenheit
antes de derretirse o quemarse.
Volviendo a nuestro ejemplo.
Si el motor pesa 100 gramos, su capacidad para disipar el calor será de aproximadamente 100 watts. 
 Y si consideramos utilizarlo a 70% de eficiencia entonces 100 watts seria el 30% restante. Entonces si 100=30%, el 100% será 100x100=10000/30=333 watts y el 70% será 233 watts.
Ahora consideramos una Hélice que a  7000 rpm nos de una potencia de salida de 233 watts y nuestro motor estará mas o menos en su punto optimo. Por esto es que se considera que un motor se debe trabajar a no mas de 3 watts por gramo de peso.
Para esto ocupamos tener el programa de Drive Calc de distribución gratuita y utilizar la opción de Tools.
Cuando usamos 4 o mas celdas lipo ( 14.5volts en adelante) podemos usar mas de 3 watts por gramo, pero es necesario medir RPM, Volts y amperes para calcular su eficiencia.
También cambia en aplicaciones de velocidad y en EDF ya que los motores se encuentran en un ambiente con mucho flujo de aire, que ayuda a disipar el calor.
Recordaran que para calcular las RPM se utilizo 10 volts.
En la práctica será el voltaje de las baterías que se piense utilizar. ( El voltaje variara con la carga y con el tipo de lipos que se utilice, siendo menor las de 10C y mayor voltaje con las de 30C.)
Ejemplo:
Para 1s lipo utilizar 3.66 volts.
Para 2s utilizar 7.32 volts.
Para 3s Utilizar 11 volts.
Existen otras variables que hacen que las características de un motor cambien. Por eso es fundamental hacer pruebas con amperímetro y tacómetro.
Imaginémonos este mismo motor, pero de muy buena calidad ( no de alto precio) y que este se pueda usar a máxima potencia con una eficiencia de 80%.
Tendríamos 100 watts de calor, pero esto solo seria el 20%, ya que la eficiencia es de 80%.
Asi que si 100W=20%, entonces ? =80% Seran 400 watts.
Ahora podremos usar este motor hasta a 500 watts y mantendra la misma cantidad de calor para disipar.
Por supuesto son pocos los motores que se pueden usar de esta forma.

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