- Mié, 15 Dic 2010 21:13
#1005128
Miguel.
Para entender como funciona un motor, creo que la mejor explicacion es la dada por el Sr. LB Miller Distribuidor de los motores Scorpion.
aqui te paso la traduccion, incluida en el PDF de Electricos para novatos en la pagina no. 23.
Esta explicación del Sr. LB Miller.
Nos da una idea muy precisa del funcionamiento de los motores outruners.
Los motores de Scorpion solo se manufacturan con el equipo más moderno de CNC disponible, así que desde un punto de vista puramente mecánico, ellos son manufacturados tan bien como un motor Hacker o AXI.
La diferencia más grande de los motores de Scorpion es o son los imanes que se utilizan en su construcción. Antes de entrar en detalles, pienso que sería bueno dar un poco de información sobre los imanes usados en los motores brushless. De esta manera entenderás la importancia de esto. Tomará un poco de tiempo, pero al final tendrás una idea y comprensión de cómo funciona un motor y de cómo la energía, calor y los imanes obran recíprocamente el uno con el otro.
Los imanes usados en nuestros motores brushless son un material de cerámica compuesto por Neodymium, hierro y boro, y son referidos a menudo por sus símbolos químicos de la tabla periódica como imanes de NdFeB. Puesto que el boro es una sustancia bastante tóxica, los imanes son recubiertos con una película de cromo plateado para sellarlos. Esto responde a 3 propósitos, uno, de proteger a los usuarios contra la exposición del boro, y dos, para sellar los imanes para no exponerlos a la absorción de humedad y tres, para hacerlos mas resistentes, puesto que el material de cerámica es bastante frágil. .
Los imanes tienen 2 características importantes, su fuerza magnética, expresada generalmente en las unidades de MegaGauss-Oerteds, y el grado de temperatura que soporta, que se expresa como sufijo de la letra al valor de la fuerza. El valor de la fuerza de los imanes de NdFeB varía de un punto bajo de MGO alrededor 28 a un colmo de MGO 50. La mayoría de imanes de los motores brushless de buena marca son del MGO 45-50.
La primera desventaja a los imanes de NdFeB, comparados con otros imanes como los de cobalto del samario, es que tienen una temperatura de funcionamiento relativamente baja. La mayoría de los usados en la construcción de motores brushless es de solo 100 C o de 212 F. operándolos por encima de este valor causará pérdida permanente e irreversible de fuerza magnética en el imán. La cantidad de magnetismo perdido es directa a el aumentos de la temperatura, y una vez que alcances la temperatura de curie del material, que es alrededor 310 C, se pierde todo el magnetismo.
Los imanes de NdFeB están disponibles en varias diversas composiciones para variar gamas de la temperatura máxima. Estas gamas de temperaturas son significadas por un código equivalente a una letra que va después del valor de la fuerza.
Aquí está una lista de las que son actualmente disponibles, junto con la temperatura máxima. 80C - Ningún sufijo 100C - M 120C - H 150C - SH 180C - UH 200C - EH
El número completo de un imán comienza con “N” que significa que es un imán de NdFeB, que entonces es seguido por la fuerza del imán, y finalmente el grado de la temperatura. Los números mas comunes de imán serian: N45M, N42H, N35UH N30EH y así sucesivamente.
Típicamente, conforme la fuerza del imán se va para arriba, la temperatura de funcionamiento máximo se va para abajo.
Los imanes normalmente disponibles son los siguientes:
Los imanes de “ningún sufijo”, que son clasificados para 80C (176F) están disponibles en el N48 y N50.
Los imanes de “M”, clasificados en 100C (212F) están disponibles en la gama N45-N48. Los imanes de “H”, clasificados en 120C (248F) están disponibles en la gama N42-N48. Los imanes “SH”, clasificados en 150C (302F) están disponibles en la gama N38-N42. Los imanes de “UH”, clasificados en 180C (356F) están disponibles en la gama N30-N35 los imanes del “EH”, clasificados en 200C (392F) están disponibles en la gama N28-N33.
Ahora que ya entendemos un poco más sobre los imanes, puedo explicar como se están usando los imanes en nuestros motores.
Como ya indiqué anteriormente, la mayor parte de los fabricantes de buenos motores están utilizando los imanes de N50 o de N48M. Con un imán de N48M un motor puede soportar 20C más de temperatura, y todavía tienen 96% de la fuerza magnética de un imán N50, así que es una buena compensación.
Por razones del costo, la mayoría de los motores chinos baratos de cualquier marca, re utiliza los imanes N35 o N38 en los grados de la temperatura de 80C o 100C. (Este dato es muy subjetivo. y no quiere decir que todos los motores Chinos usen este tipo de imanes. Nota Manuel V.
Escorpión deseó construir un motor que en uso normal, fuera virtualmente imposible de quemar sus magnetos, así que fueron al mejor fabricante a ver opciones sobre los imanes, descubriendo que se puede fabricar un imán N50 con un grado del EH, que sería bueno para la operación a 200C.
Hay solamente dos compañías que pueden fabricar este imán, solo ellos tienen el equipo y los conocimientos técnicos.
Para producir estos imanes toma algunas partículas de elementos extremadamente raros para mezclarse junto con el Neodymium, el hierro y el boro, y para hacerla económicamente factible, es necesario una orden en masa de ellos.
Puesto que Escorpión deseó hacer el mejor motor disponible, decidieron ir adelante y ordenar estos imanes de N50EH por lo tanto son los ÚNICOS fabricantes de motores que los tienen (posiblemente los fabricantes de Hyperion también lo incluyan en sus nuevos modelos. Nota Manuel V. ) Debido a esto, los motores de Escorpión son los únicos motores que pueden funcionar en las temperaturas que exceden 150C, y no sostienen ningún daño cualesquiera. Para aprovechar los imanes de alta temperatura, Escorpión utiliza un alambre para enrollar sus estatores que tiene un aislamiento que esta clasificado para 180C. Estos dos componentes combinados producen un motor que pueda consumir por lo menos el 50% más de energía que cualquier motor comparable sin quemarse de la bobina o de los imanes.
La mayoría de las personas dirán: “nunca se me quemarían los imanes de mis motores. En todo caso el que se quema es el alambre del bobinado. Ya que no entienden que la razón por la cual el alambre se quemo es porque los imanes comenzaron a des-magnetizarse .
Cuando un motor falla produciendo humo es debido a que las bobinas se queman del aislante del alambre y en la mayoría de los caso es debido a que los imanes están demasiado calientes.
Déjenme explicarles. Cuando un motor está funcionando bajo corriente, este no sólo funciona como un motor usando la electricidad que le es enviada, o con el que es alimentado. También funciona como un generador, proveyendo energía de nuevo a la fuente. Esta es la razón por la cual un motor consume menos corriente cuando está funcionando que cuando esta detenido.
Aquí está un ejemplo para explicar esto. Asumamos por un momento que tenemos un motor que esté funcionando en 10 voltios, que tiene un k.o. de 1000, y tenemos un valor de Rm. de 0.1 ohmios. En una situación ideal, si pusieras 10 voltios en este motor, haría girar en 10,000 RPM. Todos sabemos que girara un poco más lento que debido a la fricción de los cojinetes y del aire en el motor y otros factores.
Digamos que en este caso hace girar en 9.800 RPM. Ahora puesto que el motor puede actuar como generador del mismo modo que como motor, un motor con un KV de 1000 también generará 1 voltio para cada 1000 RPM que el produzca.
En el caso apenas descrito, el motor tiene 10 voltios aplicados, y puesto que está haciendo girar a 9,800 RPM, También generara 9.8 voltios. Cuando tomas la diferencia entre estos 2 voltajes que será de 0.2 voltios, y si divides ese valor por el Rm. de 0.1 ohmios, esto rinde una corriente sin carga (Io.) de 2 amperios. Esto es una versión simplificado del cálculo del Io., pero explica el punto.
Ahora, Cuando pones una propela a este motor y lo haces girar más lento por el efecto de la carga, consecuentemente, genera menos voltaje interno. Digamos que lo cargamos hasta que el motor produzca solo 9,000 RPM con 10 voltios aplicados. En este caso, el motor generará solamente 9 voltios, y cuando esto se resta de la fuente de 10 voltios, tienes una diferencia de 1 voltio. Ahora, si divides esto 1 voltio por el Rm. de 0.1 ohmios otra vez, verás que el motor ahora consumirá 10 amperios de corriente. Si pones una hélice más grande y lo cargas hasta 8,000 RPM, consumirá 20 amperios de corriente y así sucesivamente.
Ahora sabemos por que un motor a medida que aumentamos la carga con una hélice más grande y se disminuyen la RPM este consume más Amperios. ¿Como esto afecta a los Imanes? ¡Bien, te diré! El calor que se genera dentro del motor es proporcional al cuadrado de la corriente, puesto que la fórmula para la energía se puede expresar como P = I x I x R, donde está energía P, que en nuestro caso es Calor., I es la corriente que atraviesa el motor, y R es la resistencia del motor, o Rm en este caso.
Cada motor tiene una masa del metal dentro de él, llamada estator, y éste compone una porción grande del peso total del motor. Puesto que el estator está en contacto directo con las bobinas del motor del alambre, toma la parte más recia del calor que es generado por las bobinas del motor. En la mayoría de nuestros motores, los imanes están solamente a milésimas de pulgada separadas del estator, Por lo tanto, una porción grande del calor del estator se pasa a los imanes. La cantidad de calor que un motor puede soportar varía con el tamaño del motor, pero una regla generalmente aceptada es que un motor puede manejar con seguridad 100 Watts de energía por cada onza de peso del motor. Algunos pueden tomar más, y algunos pueden tomar menos, pero esto es un buen valor promedio.
Por nuestro ejemplo que hemos estado utilizando hasta ahora, digamos que el motor que hemos estado utilizando pesa 3 onzas, así que lo puede manejar con seguridad de 300 Watts de energía. Con de 300 W. de energía con 10 voltios, el motor estaría consumiendo 30 amperios de corriente. En esta condición, usando los números anteriores, seria que a 30 amperios de corriente, el motor estaría generando 7 voltios.
Ya que 7 voltios son 3 voltios menos que el voltaje de Alimentación de 10 voltios, y el valor de Rm es 0.1 ohmios, 3 voltios divididos por 0.1 ohmios son 30 amperios de corriente, y puesto que el motor tiene un KV de 1000, entonces estaría girando a 7,000 RPM.
Puede estar un poco enredoso con tantos números, pero si puedes seguir adelante, veras claramente cómo el voltaje, el KV., las RPM y la corriente toda obran recíprocamente en un motor mientras que la carga de la hélice cambia. ¡Ahora con todo lo que he dicho, podemos finalmente tratar la explicación del calor en los imanes!
Con nuestro motor ahora girando a 7.000 RPM, consumiendo 30 amperios de corriente, estamos alimentando de 300 Watts de energía. (Watts de entrada). ¿Cuánto de esta energía producirá calor? Puesto que la energía es igual a MÍ x I x R, en este caso sería 30 x 30 x 0.1 que es 90 Watts. Esto significa que para los 300 Watts con que estamos alimentando a nuestro motor, 90 Watts serán para producir calor, y los 210 Watts restantes están disponibles para hacer girar la hélice. Esto significa que la eficiencia del motor en esta condición es igual a 210/300 o al 70%.
Ahora que hemos establecido la condición de funcionamiento máximo para este motor, podemos mirar cómo el calor generado puede afectar los imanes. Hemos determinado eso con nuestro motor estamos utilizando 300 Watts de energía, y 90 Watts de estas se convierten en calor.
Para figurarnos de cuanto calor se produce con 90 Watts. Solo es necesario agarrar una bombilla de 100Watts después de que esta ha estado funcionando por varios minutos quizás no sea exacto, pero nos da una idea. Ya que una bombilla solo tienen una eficiencia del 10%. 10 watts convertidos en luz y 90 en calentamiento.
Éste es el calor que tiene que disipar el metal de nuestro motor cuando este en máxima operación. Afortunadamente para nosotros, nuestros motores pasan la mayor parte de su vida en un avión que viaje de 50-60 MPH. O mas cuando esta en máximo funcionamiento y el aire que pasa a través de el disipa una gran cantidad de calor.
Asumamos que este motor está utilizando los imanes N50, que son clasificados en 80C. y por este ejemplo, digamos que cuando el motor está funcionando en 300 Watts. la temperatura del estator es 70 C. En esta temperatura, los imanes siguen siendo felices, puesto que es necesario 80C para que comiencen a dañarse. Puesto que la temperatura ambiente normal es 25 C (77F), con un total de 300 Watts de entrada de energía el motor mantiene una temperatura de 70C, así que el motor ahora es 45C más caliente que al principio del vuelo, y puesto que hay 90 Watts de calor que es disipado en el estator, esto significa que por cada 2 Watts de energía que el estator tiene que disipar la temperatura del motor aumenta 1 grado C. Con este valor, podemos calcular la temperatura del estator en cualquier situación de consumo de energía.
Si ha sido una explicación muy larga, pero ahora podemos entender mejor las cosas.
Suponiendo que estas volando tu avión con una propela de 10x6 y todo esta bien. De repente y por alguna situación rompes tu propela. Entonces tratas de poner una igual y resulta que no tienes el repuesto. Entonces decides poner una un poco más grande como la 11x 6. Te avientas a volar y desencadenas una serie de cambios que conducirán a la destrucción de tu motor, así que como un episodio de CSI, nosotros pasaremos por todos los pasos que conduzcan al fallecimiento de tu motor preferido.
La cantidad de resistencia que una propela pone sobre un motor es lo que llamaremos el coeficiente de carga de la propela. El coeficiente de carga de una propela es proporcional a el diámetro de ella al cubo multiplicado por el paso, así que el coeficiente de carga de un esta propela, la 10x6 es 10 x 10 x 10 x 6 igual a 6,000. Para una propela 11x6 seria de 11 x 11 x 11 x 6 igual a 7,986, Por lo tanto el coeficiente de carga de una 11x6 es 33% más grande que el de una 10x6. Puesto que el consumo actual en un motor eléctrico es proporcional al coeficiente de carga de la propela, podemos estimar el consumo actual de una propela de 11x6. Este motor con una propela 10x6 consume o jala 30Amperes. Considerando su coeficiente de carga de 6000 entonces 6000 entre 30 será igual a 200 unidad por lo tanto por cada 200 unidades consumirá un Amper de corriente. Usando el mismo procedimiento la propela 11x6 que tiene un coeficiente de carga de 7986 dividido entre las 200 unidades nos dará 39.93. Que nos indica que nuestro motor consumirá con esta propela 39.93 ampers, que es un aumento del 33% en la corriente.
Ahora que es lo que esto le hace al motor motor. Puesto que la energía disipada en el estator es igual al cuadrado de la corriente por la resistencia, o I x I x Rm, la nueva energía disipada en el estator es igual a 39.93 a x 39.93 a x .1 que es igual a 159.4 Watts. En ves de alimentar al motor con 300Watts de los cuales 90 son de calor, ahora estamos alimentando con de 399.3 Watts de energía al motor de los cuales 159.4 son de calor. Esto deja 239.9Watts para hacer girar la propela con una eficiencia de 239.9/399.3 igual a 60.08%. La eficacia de nuestro motor se ha caído de 70% a 60%, y el calor interno se ha ido para arriba de 90 Watts hasta 159 Watts. Si recordamos el cálculo anterior de que por cada 2 Watts de calor el estator sube 1 grado C de temperatura y con 159.4 W. Significa 79.7 grados C de temperatura mas los 25 C del medio ambiente, nos da un total de 104.7 grados C. ¡Entonces, algo tan simple como cambiar una propela 10x6 a una 11x6 ha hecho levantarse la temperatura del estator de un valor seguro de 70C al nivel ahora peligroso de 104.7C!
¿En este momento probablemente te estás preguntando, por qué eso lastimaría el alambre? Aguanta por lo menos 120C muy probablemente este clasificado para 150C, el alambre seguramente aguantara. Como e dicho anteriormente el problema no es el alambre, aunque de todos modos morirá también, él problema son los imanes que han echado la bola a rodar.
Tus imanes no son felices, puesto que tienen una temperatura de funcionamiento máximo de 80C, y el estator que esta a solo milésimas de pulgada de ellos esta a 104C. El daño ahora permanente e irreversible está comenzando a ocurrir. Los imanes comienzan a perder algo de su fuerza por calentamiento. Esto tiene 2 efectos perjudiciales, primero, el KV del motor se sube y en segundo lugar, reduce la capacidad del motor en su función como generador. Si continua funcionando el motor en esta condición, Las condiciones térmicas de operación aniquilaran el motor, quemándolo.
Lo que sucede es que los imanes más débiles generan menos voltaje. De nuestros
Cálculos anteriores, sabemos que si nuestro motor consumía 39.93 amperios, entonces el motor giraba alrededor de 6,000 RPM, y generábamos 6.007 voltios. Con los imanes debilitados, podemos asumir que en un punto solo generaran 5.5 voltios. Esto significa que ahora el motor consumirá 45 amperios, que tendrá 200Watts para generar calor, y levantara la temperatura del motor a 125C, entonces los imanes se desmagnetizan más y el motor genera menos voltaje como 5 voltios, y la corriente irá hasta 50 amperios. Ahora el calor generado irá hasta 250 vatios y la temperatura del estator irá hasta 150C. Ahora los imanes realmente están lastimados y el motor puede generar solamente 4 voltios, así que la corriente va hasta 60 amperios y el calor generado va hasta 360 vatios y la temperatura del estator se levanta a 205C y, lo inevitable el motor se quema. No porque los alambres hayan fallado. Sino porque fallaron los imanes desencadenando una serie de cambios físicos que terminan en un corto circuito.
En estas condiciones puede quemarse el ESC y la batería. Por lo que es una condicion muy peligrosa.
Ahora, teniendo dicho todos que, nos dejaron van de nuevo a los motores de Escorpión. Con los imanes clasificados en 200C, si tuvieras el mismo panorama de cambiar el apoyo 10x6 a un apoyo 11x6, el estator todavía estaría en 104C excesivo, pero los imanes no podrían cuidar menos, porque pueden existir felices en 200C. Y puesto que el alambre es clasificado en 180C, es feliz funcionar en 104C también. De hecho, para hacer la cadena de acontecimientos catastrófica ocurrir como con el motor anterior, la base del estator tendría que calentar hasta 180C, y el alambre fallaría primero, dejando los imanes intactos. Trabajando los números al revés, esto requeriría un nivel de la energía en el estator de 310 vatios, que requerirían un nivel actual de 55.7 amperios y un nivel de introducción de datos de energía de 557 vatios. Ahora comparando los 2 motores, el otro motor conocido de la marca de fábrica con los imanes 80C contra el motor de Scorpion con él es los imanes 200C, aumentando la carga del apoyo en solamente 25-30% puede rápidamente causar a una condición termal del fugitivo esos resultados en la destrucción completa del motor con los imanes 80C. Por otra parte, el motor de Escorpión, con él es imanes clasificados 200C, puede tomar una sobrecarga de
el 86% y la única cosa que sucede es que el alambre quema sin afectar los imanes en todos. Si empujaras el motor que difícilmente, tú podría rebobinar el estator y el motor sería bueno como nuevo. Con el otro motor, no habría nada salvable con excepción de las piezas del metal. El motor necesitaría tener todos los imanes substituidos, y se rebobine para conseguirlo que va otra vez, que es tanto trabajo que no lo valdría. ¡Tan allí lo tienes! Sé que era una respuesta MUY larga, solamente yo pienso que era necesaria explicar la ventaja que los motores de Escorpión tienen sobre cada solo otro motor hacia fuera allí. Son verdad un producto revolucionario, y la mejor parte de toda es que son cerca de 2/3 del coste de un motor comparable del Hacker, y el solamente 1/2
el coste de un motor comparable de AXI. Cuando pones todo el que junto, y agregas en la garantía de 2 fabricantes del año que Escorpión tiene, es mucho bonito un ningún-brainer en cuanto a qué motor a elegir. Contestar a tu otra pregunta, salida de Escorpión son apenas casi iguales en la función a salida conocidas unas de los de la marca de fábrica hacia fuera allí. Se construyen muy bien, y también vienen con una garantía de 2 años. Con la precisión estampada y el oro las placas anodizadas del disipador de calor, miran un poco más agradable que la mayoría de las otras marcas de fábrica, y cuando
calculas que incluyen una tarjeta de programación independiente sin costo extra, Y vendes para cerca de 2/3 de cuál es otra vez una opción el otro coste de los reguladores, él fácil a hacer. Escorpión está trabajando en una serie de salida que tiene reguladores incorporados de la conmutación BEC, y también, serán cerca de 2/3 del coste de otros productos comparables. ¡Más, tendrán algunas características muy interesantes que ningunos otros reguladores hacia fuera allí tengan, así que será muy interesante cuando finalmente vienen al mercado!
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