Que esperar de un motor Eléctrico
Cuando uno compra un motor. Uno espera que el fabricante nos proporcione
toda la información necesaria para operarlo eficientemente. Con
tablas del comportamiento con la mayor cantidad de hélices y voltajes.
Cuando estos datos no están incluidos y no es posible conseguirlos en
diferentes medios como son los foros de rc groups. Entonces solo nos
queda recolectar nuestra propia información. Pero siempre será
necesario contar con los datos básicos para empezar.
Estos Datos son:
Kv del motor. O revoluciones por Volts.
Peso del Motor.
Ampers máximos o Potencia máxima, en Watts.
Con estos datos en mente, podemos probar nuestro motor con una hélice
de preferencia más chica de la que uno suponga que puede manejar el
motor. Y con un amperímetro conectado.
He estado desarrollando una hoja de trabajo en Excel. Que proporciona
una primera impresión sobre las capacidades de cualquier motor. Y solo
ocupamos los datos anteriores.
http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=722755
Kv del motor. Este dato nos permite
saber el no de revoluciones que puede lograr el motor. Entre mas alto
menor será la hélice que pueda manejar el motor y menor el voltaje
necesario.
Peso del Motor. La potencia de un motor
esta ligada a sus características magnéticas y estas tienen mucha
relación con el peso. Un motor con poco peso desarrolla poca potencia.
Los motores de brushles outruner desarrollan alrededor de 50-120Watts
por onza de peso. Y depende de la calidad de los materiales con que se
construyen, de la hélice que utilicen, y de la ventilación que tengan.
Entre menos capacidad tenga para disipar el calor, menos serán los watts por onza que soporten.
Por lo general se puede considerar más watts por onza al disminuir la
hélice y al aumentar el voltaje. Y menos al aumentar el diámetro de la
hélice y disminuir el voltaje.
Ampers máximos o Potencia máxima, en
Watts. Este dato es importantísimo. Nos dice de acuerdo al voltaje
utilizado, la cantidad máxima de ampers que puede consumir el motor sin
tener daño.
En algunos casos el fabricante solo da el dato como máximos ampers.
Regularmente Se considera como regla en un motor eléctrico:
El peso del motor en gramos multiplicado por 3 watts será la máxima potencia de entrada para el motor.
Así que un motor de 100 gramos será usado a 300 watts máximo.
En realidad no existe un parámetro exacto para determinar esto.
El valor es influenciado por su capacidad de disipación de calor y por su eficiencia.
En condiciones normales como un vuelo sport, y una instalación
estándar regularmente ventilada el motor puede disipar un watt por gramo
de peso.
Así que un motor de 100 gramos disipara100 watts de calor.
Este valor puede variar dependiendo de la aplicación y la instalación.
Disminuye en aplicaciones tipo 3d, en donde las velocidades son bajas y
las hélices muy grandes. En instalaciones muy cerradas y que no tienen
bien diseñado el flujo de aire.
Aumenta en aplicaciones de alta velocidad como aviones de EDF y otros que utilicen muchas rpm con hélices muy chicas.
La eficiencia es determinante.
Si el motor con la carga y el voltaje establecido proporciona un
trabajo con una eficiencia de 66.6%. Será en un motor de 100 gramos a
300 Watts. 200 watts de salida y 100 watts en calor.
En este caso y por lo general este será su límite.
Pero si el motor es de buena calidad (no necesariamente de precio
alto) y nos da una eficiencia de 80% entonces el motor puede utilizarse a
500Watts. 400 Watts de trabajo y 100 watts de calor.
En este caso el motor nos dará 5 watts por gramo de peso y puede
aumentar y disminuir de acuerdo a las condiciones antes mencionadas.
El dato proporcionado por el fabricante de máxima eficiencia es por lo general falso, y prácticamente inútil.
El dato importante el el determinado por las pruebas a maxima potencia
en donde se mide el trabajo producido por el motor contra la potencia
de entrada. ( Volts por amperes) lo ideal es arriba de 70%
Notaran que aquí el límite es proporcionado por la disipación de calor y no por el calibre del alambre.
Cuando un motor se quema, al alambre no le pasa nada, ya que sus
límites están muy por encima de la resistencia al calor del barniz que
tiene. (Por supuesto el calibre grueso ayuda a la eficiencia y genera
menos calor)
Cuando no se puede disipar todo el calor, la temperatura aumenta, los
imanes pierden su capacidad magnética, el motor baja su eficiencia,
consume mas corriente, genera mas calor y se disipa mucho menos así que
cuando la temperatura sobrepasa el limite del barniz, este se
desintegra en forma de humo blanco, el motor se pone en corto, e ESC se
pone en corto y se quema, algunas veces se produce un incendio, se
corta la corriente al radio, ya no responde y adiós.
En la mayoría de las veces el barniz se deteriora poco a poco, haciéndose obscuro.
De seguir sobrecalentando al motor entonces termina quemándose.
Esto es lo más normal en los motores eléctricos.
Pero no es lo correcto.
Esto sucede porque se acostumbra sobre potenciar a los motores, ya sea por desconocimiento o por necesidades de desempeño.
Lo ideal es que el motor dure mucho tiempo. Años y años.
Y para eso hay que usar un motor del tamaño apropiado a la potencia ocupada.
El los aviones de glow, si el fabricante recomienda un .60, nadie le pone un .40 y luego lo traemos todo acelerado.
En los eléctricos es lo mismo. Entre mas grande el motor mejor, pero
para efectos de buen desempeño, hay que buscar un buen equilibrio peso,
potencia.
Igual para las baterías.
Pocos riesgos se toman al utilizar la regla de 3. pero utilizar 5 es algo delicado.
por lo general la regla de 3 se puede a extender hasta cuatro cuando utilizamos voltajes arriba de 15.
pero para manejar el motor con seguridad se puede seguir los siguientes pasos:
Hacerle pruebas estáticas: Medición de kv sin carga y medición con carga
2 o mas hélices tomando nota de RPM, Voltaje y Amperes. (ver foro de
Probando un motor Eléctrico.)
Cargar estos datos en el programa de Drive calculator. y analizar las gráficas resultantes.
Esta nos dira el amperaje máximo a determinado voltaje y nos calcula el desempeño con cada hélice.
De esta manera no es necesario hacer pruebas adicionales, ya que el
programa se convierte en un emulador del motor y solo es necesario
escoger el no. de celdas y la hélice y el programa nos dice como
trabajara el motor.
Otro programa que trabaja muy parecido es el de Scorpion Calc. la mayor
diferencia es que este si considera el aumento de temperatura según los
minutos de uso.
Incluyo dos gráficas tomadas con un analizador Eagle Tree. (proporcionadas a un foro por Dr. kiwi)
En la primera se ve varias pruebas con una hélice GWS 8x4. a diferentes voltajes.
La hélice es mas chica que la que soporta el motor a 11 volts.
si se observa la gráfica de temperatura de color gris. se ve que progresivamente aumenta pero muy despacio.
En la segunda gráfica esta con una hélice muy grande para el motor. GWS
11 x7. y la gráfica de temperatura asciende rápidamente. aun después de
apagado el motor , la temperatura sigue ascendiendo en forma
peligrosa.
En la practica a un motor se le puede poner una hélice mas grande,
alimentarlo con un voltaje alto y posiblemente no se queme en la prueba.
pero dependiendo del abuso y del tiempo de uso, el motor terminara
quemándose
Los Motores eléctricos no son para que duren 10 vuelos. son para que duren varios años.
Podemos usar este Excel para iniciar las pruebas del motor.
Post no. 25.
http://www.mexicorc.com/foro/showthread.php?t=4865&page=3
Las Helices.
Todas tienen un límite de rpm a las que se pueden utilizar sin comprometer su estructura.
Después de ese, empiezan a vibrar, o se puede quebrar de una de las palas por agotamiento de los materiales.
El límite disminuye en las muy golpeadas o viejas.
APCe= 190,000/diámetro.
( Este dato es de Drive calc V 3.4 , pero en todas las versiones anteriores es 160,000/diametro)
APC SF= 65,000/diámetro
APC Sport.= 190,000 / diámetro.
GWS HD. = 100,000/diámetro.
GWS RS.= 60,000/diámetro.
En la mayoria de los casos es fácil excederse el no de rpm y esto debe evitarse por seguridad.
Las hélices slow fly o SF, RS. Tienen un factor de carga mucho mas alto que sus contra partes E y HD y varia de 1.4 a 1.8 ,
Asi que es muy importante considerarlo, de lo contrario corremos el riesgo de quemar el motor fácilmente.
Otra razon para quemar un motor es el uso de la hélice equivocada.
si en las especificaciones marca una hélice 8x4 por ejemplo.
hay que ver a que tipo de hélice se refiere el fabricante.
ya que hay enormes diferencias entre una APCe 8x4, una GWS 8x4 y una APC SF 8x3.8
a 8000 rpm. y 11 volts.
APC e 8x4=11V, 5.5A, 60.5watts , 414gramos de empuje.
GWS HD 8x4= 11V, 4.25A, 46.8watts, 344 gramos de empuje.
APC SF 8x3.8= 11v, 6.1A, 67.1watts, 453 gramos de empuje.
Bueno en esta hélice no se ve mucho la diferencia.
que pasa con una de 10 pulgadas.
APC e 10x5. 8000rpm, 11V, 14A, 154watts, 921 gramos.
APC sf10x4.7. 8000rpm, 11v, 21.4A, 235watts, 1260 gramos.
ya en estos niveles de diferencia, se debe tener mucho cuidado.
Motores.
La potencia máxima esta determinada principalmente por el peso del motor.
La regla de 3 watts por gramo es bastante aceptable y regularmente segura.
Un motor de 100 gramos lo podemos utilizar a un consumo de 300 watts. Que seria su potencia de entrada.
Su potencia de salida que es el trabajo realizado por la hélice se
puede simplificar a el 70%, asi que el 70% de 300 es 210 watts.
La hélice a utilizar esta definida por el Kv del motor y el voltaje de entrada.
A mayor Kv, menor el tamaño de la hélice
A mayor voltaje menor el tamaño de la hélice.
A mayor peso del motor, mayor el tamaño de la hélice.
Un motor de 1000Kv a 3s lipo (11 volts) daria a Maximina carga aproximadamente 7700 rpm.
Una muy buena aproximación es multiplicar el Kv por el 7.7
Asi que uno de 1600kv nos dara 12,320 rpm.
Y uno de 3500kv nos daria 26,950rpm
Entonces en el programa de drive calc, buscamos una hélice que a esas rpm nos de una potencia de salida de 210 watts.
A 7700 y 205watts seria una APC 11x7.
a 12,320 y 206watts seria una aeronaut e 7x7
a 26,950 y 215 watts seria una APC e 4.5 x 4.1.
Voltaje.
El voltaje determina el tipo de hélice.
A mayor voltaje, menor el diámetro de la hélice.
A menor voltaje, mayor puede ser la hélice.
Con la misma helenice, a mayor voltaje, mayor consumo de amperes.
Como hoy se usan prácticamente solo baterías
de lipo, consideremos:
Una batería
a 20C de descarga, nos da alrededor de 3.66 volts por celda.
Y si la batería es de 30 C o mas nos dará a
20c de descarga alrededor de 3.7 Volts por celda.
Aclaración sobre 3 cosas.
1.- Fiabilidad.
La emulación del comportamiento de un
motor, es una ciencia y se rige por leyes de la física.
Cada motor es diferente, incluso dos
manufacturados con las mismas especificaciones.
Las principales formulas utilizadas para
ello se denominan Formulas de Joachim Bergmeyer. Y para facilitar su uso se
puede utilizar el siguiente Excel., en el post no.5. ehttp://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=722755
A pesar de esto, el Excel desarrollado por
mi, es una especie de intuitivo y ciencia.
Utilizando parámetros generales. Y basados
en las múltiples pruebas que he realizado sobre muchos motores.
La razón es que para proyectar el
rendimiento de un motor se requiere datos como Kv real, Corriente consumida sin
carga (Io) a un determinado voltaje y el
Rm o resistencia de la fase del alambre utilizado. (Este valor varia de acuerdo a la
temperatura del alambre)
Y otros datos.
Que una ves obtenidos, se pueden alimentar
en Drive calculator y este nos dará una gráfica de comportamiento de un motor
en diferentes condiciones de voltaje y carga.
Así que con el Excel podemos proyectar el
posible funcionamiento del motor.
Pero una ves teniendo el motor en nuestro
poder, lo mejor es hacerle pruebas:
Medir el Kv,
Obtener el Io,
Probar con al menos 2 hélices y medir
Voltaje, RPM, Amperes.
Y alimentar todos estos datos en el
programa de Drive calculator de distribución gratuita.
Aquí veremos dos datos que son exclusivos
de cada motor.
2.- Eficiencia.
La eficiencia es el porcentaje de la
potencia de entrada, convertida en trabajo.
El % restante se convertirá en calor.
Como regla inicial, se considera el peso en
gramos del motor como la cantidad en watts que el motor puede disipar, después
de eso, si no se cuenta con una ventilación extraordinaria, el motor empezara a
acumular calor y reducirá su eficiencia, consumiendo mas amperes al tener la
misma carga y generando mas calor que al final terminara por deteriorar
completamente el funcionamiento del motor.
Es común que en los Multicopteros, el motor
solo pueda disipar .75 vatios por gramo de peso.
3.- % NLS.
Porcentaje de Not Load Speed. O porcentaje de las RPM sin carga. También
llamado % Kv.
Este valor es diferente en cada motor y es
el resultado de las RPM que este da a diferentes niveles de carga.
El dato que en el Excel ponemos es el que
nos daría a máxima carga y nunca debe ser menor de 70% ya que de ser así, la
eficiencia será muy baja y el motor se calentara demasiada.
Un % NLS menor de 70 nos indica que la
combinación Hélice Voltaje es muy alta y
habría que reducir ya sea el tamaño de la hélice o el Voltaje.
Por lo general los valores obtenidos en las
aplicaciones básicas van de 66 hasta 80%.
Siendo muy común de 70 a 75%
Este valor solo puede ser determinado por
pruebas reales del motor.
Pero nosotros en el Excel lo vamos a
inventar.
El grado de acierto que tengamos en el es
el grado de exactitud que tendremos con nuestra proyección en el Excel.
Por lo general se consiguen en la vida real
valores que van del 70 hasta el 80%.
