miércoles, 25 de diciembre de 2013

El variador (ESC), el motor brusless y la hélice a escoger.

EL CONJUNTO VARIADOR (ESC), MOTOR ELÉCTRICO (BRUSHLESS) Y HÉLICE 

Vamos a abordar estos tres componentes juntos porque están muy relacionados entre sí y un error en la elección de alguno de ellos puede provocar serios daños en nuestro avión eléctrico o multirotor.

En primer lugar hablaremos del MOTOR ELECTRICO, la mayor parte de los aviones electricos modernos llevan motores sin escobillas (brushless).

Los motores brushless tienen muchas ventajas. La principal es que no hay partes con fricción, excepto los rodamientos, por lo que su desgaste con el uso es mínimo. 

Los datos que debemos conocer a la hora de elegir un motor adecuado para nuestro modeló serán principalmente dos: 

Revoluciones por voltio (Kv) este dato es importante porque dependiendo del voltaje de la batería que vayamos a emplear, el motor alcanzara unas revoluciones u otras. Esto depende de las vueltas que lleve cada diente del bobinado y la terminación que se realice en las fases, pero no vamos a profundizar en el bobinado de motores.

Voltaje y amperaje máximo admitido, cada motor, dependiendo del tamaño y bobinado que tenga, podrá soportar una cantidad máxima de corriente (V) e intensidad (A).  A veces estará expresado en Watios, por lo que deberemos emplear la formula Potencia(W)=Voltaje(V)*Intensidad(A)

Otras veces el fabricante, para facilitarnos el trabajo, directamente nos especificará en una tabla que tamaños de hélice que podremos utilizar, según el voltaje de la batería que empleemos de bateria LiPo en nuestro multicopter o avión electrico. A veces también publican una tabla con los distintos consumos (A) y empuje (kilogramos) que tendremos con una determinada batería (V) y tamaño de hélice.

Os adjuntamos un ejemplo donde el fabricante aporta muchos datos sobre el motor:

Elegir motor brushless


Tambien existen páginas donde podemos obtener una estimación, cuentan con una amplia base de datos de motores brushless, hélices y baterías de los principales fabricantes y realizan un cálculo estimado en funcion de los datos aportados por el fabricante y usuarios. Más adelante explicaremos en este blog como utilizar esta herramienta.
Programa para calcular consumo helice

Pero lo realmente recomendable es tener un Amperímetro para, una vez instalado el motor y hélice en el multicopter, poder hacer una medición real del consumo y verificar que todo está dentro de los valores correctos y no estamos sobrecargando ningún componente.
Amperimetro para medir consumo helices


Ahora hablaremos del VARIADOR (ESC), hay variadores tanto para motores sin escobillas como para motores con escobillas, por lo que tendremos que estar atentos cuando lo compremos, en inglés les llaman brushed ESC a los que son para motores con escobillas (aunque cada vez están menos presentes en el mercado) y brushless ESC a los que son para motores sin escobillas.
Variador especial para multicopter
Variador especial para multicopter

También se distinguen fácilmente porque los motores brushless son trifasicos y del variador salen tres cables hacia el motor, en cambio de un variador para motores brushed solo saldrán dos cables hacia el motor.

El variador tiene como función principal ajustar las revoluciones del motor a lo que le estemos pidiendo a través del canal 3 del receptor (movimiento vertical de la palanca izquierda) pero también es muy común que sea el encargado de suministrar la corriente a los otros componentes electrónicos, como el receptor, servos, etc. Para ello incorporan una fuente de alimentación que suministra un voltaje estabilizado a 5-6V a través del canal 3 del receptor y se conoce como BEC.

Sí nuestro variador no tiene el BEC incorporado tendremos que poner una batería de 5V aparte o emplear un BEC dedicado que alimente al receptor y servos.

Los variadores, igual que los motores, pueden soportar un máximo de voltaje y amperaje, si excedemos este máximo, se quemarán, dejando de suministrar corriente al motor y al resto de componentes, por lo que perderemos el control total del avión, helicóptero o multicoptero de radiocontrol que estemos manejando.

Para saber el máximo voltaje admitido por el variador debemos consultar las especificaciones. El máximo amperaje soportado normalmente se incluye a continuación del nombre (p.e. AfroESC 30A, Turnigy plus 20A, etc)

Se suele aplicar que si el consumo que hemos estimado para un motor, voltaje y hélice es de, por ejemplo, 10A tendremos que comprar un variador de por lo menos 12A, es decir, hay que aplicar un coeficiente de seguridad de un 20% en el consumo obtenido al elegir el variador.

Llave USB para actualizar el firmware a los variadores (ESC)

Como apunte final decir que los multicopteros suelen llevar variadores especiales, más sensibles y precisos, ya que su vuelo está controlado gracias a la velocidad relativa de cada motor, por lo que cuánto más preciso sea el variador, mejores prestaciones de vuelo podremos obtener. También suelen traer accesorios para actualizarles el software interno y así mejorar su funcionamiento si salen mejoras.



Ahora vamos a las HÉLICES, normalmente son de dos palas, pero pueden ser de tres o cuatro. Aparte del número de palas, las dos características principales son el tamaño y el paso, ambas medidas suelen estar expresadas en pulgadas (").

El tamaño de la hélice de dos palas es lo que mide de punta a punta (si es de tres o cuatro palas será el diámetro máximo, que es lo mismo que multiplicar por dos el tamaño de una pala hasta el eje).

El paso de una hélice es, suponiendo que estuviera en un medio sólido, las pulgadas que avanzaría con cada giro completo. 
El paso de las helices
Ejemplo de avance por vuelta según el paso sea bajo o alto.

Para un mismo paso, cuanto mayor sea el tamaño de la hélice, más empuje obtendremos (y mayor consumo).

Cuanto mayor sea el paso de la hélice, mayor será la velocidad máxima y menor el empuje (estático), pero también aumentara el consumo del motor.

Como norma general emplearemos motores de pocas revoluciones por voltio (Kv), con hélices grandes y de poco paso para aviones o multicopteros de tracción (remolcadores de veleros y multicopter para filmación aérea) y aviones de vuelo lento (entrenadores de ala alta) pero, en cambio, emplearemos motores con altas revoluciones por voltio y hélices pequeñas con mucho paso para aviones ligeros de vuelo rápido (aviones para carreras de pilón).