Hallo Zusammen,
mir ist beim Stöbern immer mal wieder aufgefallen, dass teilweise viel zu große Regler und Leitungen verwendet werden. Ich möchte hier nun einmal kurz etwas über die Zusammenhänge schreiben, dann wird vielleicht einiges klarer.
Der einfachste Weg herauszufinden, ob meine Regler passen geht über die Flugzeit und Akkugröße.
Angenommen wir fliegen einen Quad mit einem 3000 mAh Akku. Nach 10 min Flugzeit ist der Akku leer.
Aus diesen drei Daten (Quad -> vier Regler, der Kapazität von 3 Ah und der 10 min Flugzeit) lässt sich nun leicht der durchschnittliche Strom pro Regler errechnen.
Zuerst den Gesamtstrom: der Akku kann 3 Ampere Strom für eine Stunde abgeben. Da er bei unserem Beispiel aber nur 10 min hält, ist der Strom um den Faktor 6 höher (60 min geteilt durch 10 min). Der Gesamtstrom beträgt also 3 A * 6 = 18 A. Dieser Gesamtstrom teilt sich nun annähernd gleich auf alle vier Motoren auf. 18 A / 4 Regeler = 4,5 A pro Regler.
Für so ein Beispiel wäre also z. B. ein 10A Regler völlig ausreichend. Gehen wir davon aus dass wir gemittelt über die 10 min auf Halbgas fliegen, so sind die Ströme bei Vollgas etwa doppelt so hoch. Bei einem FPV Copter reicht es wenn der Brust-Strom doppelt so hoch ist wie der durchschnittliche Strom, bei einem Spaßcopter zum rumheizen mit vielen Vollgas-Abschnitten würde ich den Dauerstrom doppelt so hoch wie den durchschnittlichen Strom auslegen.
Ein 40A Regler für einen CF2822 auf einem Copter der 50 cm Klasse ist also hoffnungslos überdimensioniert und völlig unnötig. Bei einigen Robbe Motoren gibt es in der Beschreibung eine Tabelle mit welchem Propeller welcher durchschnittliche und maximale Strom zu erwarten ist. Das deckt sich relativ genau mit den Werten die wir nach der beschriebenen Methode errechnen können, obwohl die Robbe-Werte wohl experimentell ermittelt wurden.
Wie dick müssen die Leitungen vom Regler zum Motor sein?
Zum Verständnis ist folgender Zusammenhang entscheidend: Je dünner die Leitungen, umso mehr verringert sich die maximale Drehzahl. Die Drehzahl der von uns verwendeten BL-Motoren ist von der Höhe der Spannung abhängig. Der Faktor wird bei jedem Motor als KV-Wert angegeben.
Betreiben wir zum Beispiel einen 1200 KV (1200 Umdrehungen pro Voltminute) an einem 3s Akku (Akkuspannung 11,1 V). Über den Regler fällt ein bisschen Spannung ab, gehen wir von realistischen 10 Volt am Reglerausgang aus, so würde der Motor ohne Propeller im rlauf 12.000 Umdrehungen pro Minuten erreichen.
Schalten wir nun zwischen Motor und Regler eine Leitung, so verringert sich die am Motor erreichbare Spannung, da die Leitung an sich einen ohmschen Widerstand darstellt über welchen ebenfalls Spannung abfällt (oder einfacher gesagt: verloren geht).
Um diesen Spannungsfall errechnen zu können benötigen wir:
- die Länge der Leitung, l in Meter
- den Strom pro Leitung, I
- das Material der Leitung, K (kappa), bei Kupferleitungen 56 m/ohm*mm^2
- den Querschnitt der Leitung, A (in mm^2)
Alle Daten sind recht einfach herauszufinden, bis auf den Strom pro Leitung. Dazu sollte man folgendes wissen: unsere BL-Motoren sind nichts anderes als Drehstrommotoren, welche in Sternschaltung betrieben werden. Das hört sich kompliziert an, bedeutet aber nichts Anderes als dass sich der Gesamtstrom zu drei gleichen Teilen auf die drei Leitungen verteilt.
Greifen wir noch mal unser Beispiel von der Reglerdimensionierung auf. Wir möchten aber den größten Verlust an Drehzahl ermitteln, also verwenden wir auch den maximalen Strom. Gehen wir von 4,5 A * 2 = 9 A aus.
Das bedeutet nach dem Stromzusammenhang in der Sternschaltung ein Strom von 3 A pro Leitung.
Damit haben wir alle Variablen mit welchen wir durch die folgende Formel die abfallende Spannung ermitteln können:
l * I
-----
K * A
(Länge der Leitung multipliziert mit dem Strom, geteilt durch die Leitfähigkeit/das Material sowie geteilt durch den Querschnitt)
Ich erspare euch das Rechnen und habe mal beispielsweise mit drei Leitungsquerschnitten gerechnet und dabei eine Leitungslänge von 20 cm = 0,2 m angenommen:
0,1 mm^2 ergibt 0,107 Volt
0,5 mm^2 ergibt 0,021 Volt
1,5 mm^2 ergibt 0,007 Volt
Die abfallende Spannung ist im Vergleich zur Gesamtspannung überraschend gering. Ich habe spaßeshalber noch errechnet wie sich die Leitungen auf den Motor auswirken:
bei 0,1 mm^2:
- Spannung am Motor 9,893 Volt anstatt 10 Volt
- max. rlaufdrehzahl 11.872 anstatt 12.000 Umdrehungen pro Minute
- oder ausgedrückt in Prozent: 1 % Drehzahlverlust
bei 0,5 mm^2:
- Spannung am Motor 9,979 Volt anstatt 10 Volt
- max. rlaufdrehzahl 11.975 anstatt 12.000 Umdrehungen pro Minute
- oder ausgedrückt in Prozent: 0,2 % Drehzahlverlust
bei 1,5 mm^2:
- Spannung am Motor 9,993 Volt anstatt 10 Volt
- max. rlaufdrehzahl 11.992 anstatt 12.000 Umdrehungen pro Minute
- oder ausgedrückt in Prozent: 0,07 % Drehzahlverlust
Es ist glaube ich nicht schwierig zu erkennen, dass dicke Leitungen völlig sinnfrei sind. Selbst der Verlust von 1% bei dem dünnen Klingeldraht kann völlig vernachlässigt werden. Die Toleranzen des Copters, des Motors, des Reglers und des Propellers sind um ein vielfaches höher. Wer glaubt seinen Kopter durch dicke Leitungen zu verbessern irrt gewaltig.
Die einzige Eigenschaft die dicke Regler und Leitungen gemeinsam haben: sie kosten mehr und verringern die Flugzeit und Wendigkeit des Kopters durch das erhöhte Gewicht.
Konfigurationen mit 10A Reglern und 0,1 oder 0,2 mm^2 Leitungen sind in der 50 cm Klasse völlig ausreichend!
Und nun lasset die Diskussionen beginnen
Gruß
Noel
mir ist beim Stöbern immer mal wieder aufgefallen, dass teilweise viel zu große Regler und Leitungen verwendet werden. Ich möchte hier nun einmal kurz etwas über die Zusammenhänge schreiben, dann wird vielleicht einiges klarer.
Der einfachste Weg herauszufinden, ob meine Regler passen geht über die Flugzeit und Akkugröße.
Angenommen wir fliegen einen Quad mit einem 3000 mAh Akku. Nach 10 min Flugzeit ist der Akku leer.
Aus diesen drei Daten (Quad -> vier Regler, der Kapazität von 3 Ah und der 10 min Flugzeit) lässt sich nun leicht der durchschnittliche Strom pro Regler errechnen.
Zuerst den Gesamtstrom: der Akku kann 3 Ampere Strom für eine Stunde abgeben. Da er bei unserem Beispiel aber nur 10 min hält, ist der Strom um den Faktor 6 höher (60 min geteilt durch 10 min). Der Gesamtstrom beträgt also 3 A * 6 = 18 A. Dieser Gesamtstrom teilt sich nun annähernd gleich auf alle vier Motoren auf. 18 A / 4 Regeler = 4,5 A pro Regler.
Für so ein Beispiel wäre also z. B. ein 10A Regler völlig ausreichend. Gehen wir davon aus dass wir gemittelt über die 10 min auf Halbgas fliegen, so sind die Ströme bei Vollgas etwa doppelt so hoch. Bei einem FPV Copter reicht es wenn der Brust-Strom doppelt so hoch ist wie der durchschnittliche Strom, bei einem Spaßcopter zum rumheizen mit vielen Vollgas-Abschnitten würde ich den Dauerstrom doppelt so hoch wie den durchschnittlichen Strom auslegen.
Ein 40A Regler für einen CF2822 auf einem Copter der 50 cm Klasse ist also hoffnungslos überdimensioniert und völlig unnötig. Bei einigen Robbe Motoren gibt es in der Beschreibung eine Tabelle mit welchem Propeller welcher durchschnittliche und maximale Strom zu erwarten ist. Das deckt sich relativ genau mit den Werten die wir nach der beschriebenen Methode errechnen können, obwohl die Robbe-Werte wohl experimentell ermittelt wurden.
Wie dick müssen die Leitungen vom Regler zum Motor sein?
Zum Verständnis ist folgender Zusammenhang entscheidend: Je dünner die Leitungen, umso mehr verringert sich die maximale Drehzahl. Die Drehzahl der von uns verwendeten BL-Motoren ist von der Höhe der Spannung abhängig. Der Faktor wird bei jedem Motor als KV-Wert angegeben.
Betreiben wir zum Beispiel einen 1200 KV (1200 Umdrehungen pro Voltminute) an einem 3s Akku (Akkuspannung 11,1 V). Über den Regler fällt ein bisschen Spannung ab, gehen wir von realistischen 10 Volt am Reglerausgang aus, so würde der Motor ohne Propeller im rlauf 12.000 Umdrehungen pro Minuten erreichen.
Schalten wir nun zwischen Motor und Regler eine Leitung, so verringert sich die am Motor erreichbare Spannung, da die Leitung an sich einen ohmschen Widerstand darstellt über welchen ebenfalls Spannung abfällt (oder einfacher gesagt: verloren geht).
Um diesen Spannungsfall errechnen zu können benötigen wir:
- die Länge der Leitung, l in Meter
- den Strom pro Leitung, I
- das Material der Leitung, K (kappa), bei Kupferleitungen 56 m/ohm*mm^2
- den Querschnitt der Leitung, A (in mm^2)
Alle Daten sind recht einfach herauszufinden, bis auf den Strom pro Leitung. Dazu sollte man folgendes wissen: unsere BL-Motoren sind nichts anderes als Drehstrommotoren, welche in Sternschaltung betrieben werden. Das hört sich kompliziert an, bedeutet aber nichts Anderes als dass sich der Gesamtstrom zu drei gleichen Teilen auf die drei Leitungen verteilt.
Greifen wir noch mal unser Beispiel von der Reglerdimensionierung auf. Wir möchten aber den größten Verlust an Drehzahl ermitteln, also verwenden wir auch den maximalen Strom. Gehen wir von 4,5 A * 2 = 9 A aus.
Das bedeutet nach dem Stromzusammenhang in der Sternschaltung ein Strom von 3 A pro Leitung.
Damit haben wir alle Variablen mit welchen wir durch die folgende Formel die abfallende Spannung ermitteln können:
l * I
-----
K * A
(Länge der Leitung multipliziert mit dem Strom, geteilt durch die Leitfähigkeit/das Material sowie geteilt durch den Querschnitt)
Ich erspare euch das Rechnen und habe mal beispielsweise mit drei Leitungsquerschnitten gerechnet und dabei eine Leitungslänge von 20 cm = 0,2 m angenommen:
0,1 mm^2 ergibt 0,107 Volt
0,5 mm^2 ergibt 0,021 Volt
1,5 mm^2 ergibt 0,007 Volt
Die abfallende Spannung ist im Vergleich zur Gesamtspannung überraschend gering. Ich habe spaßeshalber noch errechnet wie sich die Leitungen auf den Motor auswirken:
bei 0,1 mm^2:
- Spannung am Motor 9,893 Volt anstatt 10 Volt
- max. rlaufdrehzahl 11.872 anstatt 12.000 Umdrehungen pro Minute
- oder ausgedrückt in Prozent: 1 % Drehzahlverlust
bei 0,5 mm^2:
- Spannung am Motor 9,979 Volt anstatt 10 Volt
- max. rlaufdrehzahl 11.975 anstatt 12.000 Umdrehungen pro Minute
- oder ausgedrückt in Prozent: 0,2 % Drehzahlverlust
bei 1,5 mm^2:
- Spannung am Motor 9,993 Volt anstatt 10 Volt
- max. rlaufdrehzahl 11.992 anstatt 12.000 Umdrehungen pro Minute
- oder ausgedrückt in Prozent: 0,07 % Drehzahlverlust
Es ist glaube ich nicht schwierig zu erkennen, dass dicke Leitungen völlig sinnfrei sind. Selbst der Verlust von 1% bei dem dünnen Klingeldraht kann völlig vernachlässigt werden. Die Toleranzen des Copters, des Motors, des Reglers und des Propellers sind um ein vielfaches höher. Wer glaubt seinen Kopter durch dicke Leitungen zu verbessern irrt gewaltig.
Die einzige Eigenschaft die dicke Regler und Leitungen gemeinsam haben: sie kosten mehr und verringern die Flugzeit und Wendigkeit des Kopters durch das erhöhte Gewicht.
Konfigurationen mit 10A Reglern und 0,1 oder 0,2 mm^2 Leitungen sind in der 50 cm Klasse völlig ausreichend!
Und nun lasset die Diskussionen beginnen
Gruß
Noel
