Как выбрать аккумулятор для квадрокоптера?

Основные факторы влияющие на летные характеристики

Определившись с размером мотора, вы увидите, что подходящих моделей очень много. Чтобы выбрать наилучший вариант, нужно учесть несколько моментов:

• Тяга
• Эффективность и потребляемый ток
• Вес

Выбор того или иного мотора очень сильно зависит от целей применения коптера, стиля полета и желаемого поведения.

Основные требования по безопасности при заряде литий полимерных аккумуляторов

Ниже приведем основные правила:

1. Заряжать под присмотром. Не стоит ставить на зарядку на ночь.
2. Не нужно пытаться произвести быструю зарядку лучше заряжать со скоростью 1 С.
3. Нельзя подзаряжать, когда АКБ горячая или холодная. Причина простая, может рвануть.
4. Не пользуйтесь блоками питания с контактами и не выполняйте зарядку через USB порт вашего компьютера. Заряд через ПК будет идти медленно, но безопасно. А вот от блока питания может поступать большой ток и вызывать, нагрев батареи для квадаркоптера.

«popo» — способ крепления пропеллеров

«Pop on Pop off» (PoPo) — это вал, в котором есть подпружиненные шарики для быстрой установки пропеллера. Более подробно читайте тут (англ).

N и p в «формуле» мотора (полюса и магниты)

Вы, наверное, уже видели в описаниях моторов значения типа «12N14P». Число перед «N» (12) означает количество электромагнитов в статоре, а «14P» — количество постоянных магнитов в роторе (в колоколе).

У разных типоразмеров моторов разное числю полюсов, например, моторы типа 22XX и 23XX обычно имеют 12 полюсов (12N) и 14 магнитов (14P).

Количество полюсов определяет расстояние между ними, если их мало, тогда в статоре поместится больше железа, поэтому мощность будет выше. Если мы увеличим количество полюсов, тогда магнитное поле будет более равномерным, и, следовательно, мотор будет вращаться более плавно, т.к. управление будет более точным.

• Больше полюсов — плавность
• Меньше полюсов — выше мощность

Количество полюсов всегда кратно трем, т.к. по сути, это 3х-фазный мотор и имеет 3 провода, поэтому число будет 9, 12, 15, 18 и т.д. Число полюсов сложно изменить и при выборе двигателя для коптера на это можно не обращать внимание.

Балансировка моторов

Первое что нужно сделать при получении новых моторов — это отбалансировать их. На самом деле это очень правильный шаг несмотря на то, что он не всегда необходим. Лично я балансирую крупные моторы типа 2212.

Практика показала, что моторы многих брендов балансировать не нужно, их качество и так отличное. Однако, если вы выбрали дешевые моторы, то не удивляйтесь более низкому качеству и необходимости балансировки.

Бренды

Очень хорошую репутацию среди пользователей завоевали аккумуляторные батареи Kokam, Thunder Power, Gens Ace, Turnigy и Zippy.

• Лидерами продаж являются аккумуляторы Kokam и Thunder Power. Первые из них устанавливаются на легкие квадрокоптеры, а вторые – на средние и большие летательные аппараты. Такое распределение обусловлено номенклатурой выпускаемых АКБ.
• С точки зрения производительности и качества одним из лучших является бренд Gens Ace. Единственным недостатком этих аккумуляторов является их сравнительно высокая цена.
• Жизненный цикл аккумуляторов Turnigy не столь продолжителен, как у Gens Ace. Популярность Turnigy базируется на хороших качественных показателях при относительно низкой стоимости. Кроме того, под этим брендом выпускаются довольно хорошие зарядные устройства.
• Батареи Zippy показывают очень хорошее соотношение цены и качества. Этот один из самых дешевых брендов вполне справляется с поставленными перед ним задачами, демонстрируя при этом неплохую производительность и долговечность. АКБ Zippy можно порекомендовать новичкам или создателям бюджетных квадрокоптеров.

Вес и габариты акб

При выборе аккумуляторной батареи нужно исходить из параметров самого летательного аппарата. Если вы хотите поменять АКБ на серийном изделии, то габариты батареи должны вписываться в габариты аккумуляторного отсека квадрокоптера. При этом масса беспилотника с обновленной батареей не должна превышать его максимальный взлетный вес.

Невыполнение этих требований ведет к перегреву и выходу из строя элементов винтомоторной группы или к установке АКБ вне аккумуляторного отсека. Последнее может нарушить центровку машины, снизить ее управляемость и повысить лобовое сопротивление. Увеличивается и риск нарушения целостности аккумулятора при столкновениях с препятствиями или падениях.

Вес мотора

При выборе мотора часто упускают из вида его вес, хотя это очень важный критерий для фристайла и дронрейсинга.

Поскольку моторы расположены по углам рамы, их вес заметно влияет на отзывчивость управления коптером. Более тяжелые моторы увеличивают угловой момент инерции коптера, т.е. чтобы поменять положение коптера потребуется большее усилие.

На практике это означает, что при выполнении флипов и ролов требуется время чтобы коптер набрал необходимую скорость вращения, а затем время, чтобы снизить эту скорость. Более тяжелые моторы требуют больше времени на изменение скорости. Поэтому коптер с тяжелыми моторами будет менее отзывчивым.

Внутреннее сопротивление

От этого параметра зависит токоотдача, нагрев под нагрузкой и емкость батареи квадракоптера. Самая лучшая температура для работы ячейки литий полимерного аккумулятора находится в пределах 40 градусов. В этом случае сопротивление будет самым малым. Нарушение баланса приведет к изменению емкости в сторону падения и повышение внутреннего сопротивления.

Возрастные изменения так же оказывают сильное значение на ВС. Чем старее встроенная батарея, тем выше будет ее сопротивление. В результате в конце своей жизни у АКБ не получится полностью отдавать свой заряд.

Воздушный зазор (air gap)

Воздушный зазор между ротором и статором. С увеличением расстояния магнитное поле ослабевает нелинейно, так что уменьшение этого зазора заметно увеличивает мощность мотора.

Небольшой зазор не только делает мотор более мощным, но и увеличивает крутящий момент и уменьшает время реакции. Недостаток небольшого зазора: увеличение потребляемого тока и уменьшение эффективности. Ну и появляются опасения на счет долговечности, т.к. при ударе по колоколу, может сместится ротор, который заденет статор, в результате чего магниты могут отвалиться или вообще разрушиться.

Время реакции

Это время зависит от крутящего момента, чем он выше, тем быстрее реакция. Простой способ измерения — засечь за какое время мотор наберёт макс. обороты.

Время реакции сильно зависит от веса и шага выбранного пропеллера. Помните, атмосфера тут тоже имеет влияние. На уровне моря давление выше, воздух плотнее, т.е. больше молекул воздуха, которые перемещаются винтом для создания тяги. На большой высоте винты будут вращаться быстрее и время реакции на стики будет ниже, но общая тяга тоже снизится (т.к. плотность воздуха ниже).

Высокий или широкий статор?

У более высокого статора больше «площадь поверхности» (обращенной к магнитам) следовательно через него проходит «больше» магнитных полей. Большая площадь также способствует хорошему охлаждению. Высокие моторы дают большую мощность и имеют высокие обороты.

Чем больше диаметр статора, тем больший объем железа и меди в нём, в результате мы получаем мотор с большим крутящим моментом, а также более эффективный мотор.

Зарядка lipo-аккумуляторов

Для зарядки придется обзавестись специальным зарядным устройством. Мы купили свое на сайте HobbyKing. Практически все модели питаются не от сети, а от постоянного напряжения 12В. Такой блок питания можно заказать там же, но мы предпочли приобрести блок питания от Mean Well NES-100-12. Зарядник мы объединили с блоком питания навсегда.

Особенность этого зарядного устройства в том, что он умеет делать балансировку ячеек аккумулятора. То есть аккумулятор подключается к нему не только силовым разъемом, но и дополнительным балансировочным разъемом на который выведены все ячейки по отдельности.

Это дает возможность заряжать все ячейки равномерно, что дает одинаковое распределение нагрузки на банки аккумулятора в процессе эксплуатации.Помимо LiPo, это зарядное устройство умеет заряжать все основные типы аккумуляторов (я, например, заряжал им автомобильный аккумулятор), а также измерять внутреннее сопротивление и проводить цикл измерения емкости.

В последнем случае он полностью разряжает и заряжает аккумулятор и выдает информацию о том, какой реальной емкостью обладает батарея.Сделан зарядник достаточно добротно. Особенно меня удивила система его охлаждения. Кулер в нем обдувает непосредственно выходные клеммы к которым подводится тепло.

Также мы сняли видео о том, как заряжать LiPo-аккумулятор:

История изменений

• Октябрь 2023 — первая версия статьи
• Ноябрь 2023 — добавлена новая информация
• Май 2023 — добавлены характеристики моторов
• Январь 2023 — исправлены грамматические ошибки
• Март 2023 — добавлены разделы про обмотки, полюса, подшипники и крутящий момент
• Октябрь 2023 — добавлены информация о схемах крепления и PoPo-технологии

Ищите моторы? с чего начать?

Не важно какого размера будет у вас коптер, перед выбором моторов нужно определиться с рамой и знать примерный вес коптера. Однако, если вы планируете собирать 5″ коптер, тогда можете смело переходить к разделу «размер мотора«.

Если вы новичок, тогда рекомендую начать со статьи про то, что такое FPV гонки.

Есть два вида моторов: коллекторные и бесколлекторные. Как правило бесколлекторные используются на более крупных моделях, а коллекторные только на очень мелких. Позже я опубликую статью с более подробным описанием их отличий.

Как выбрать аккумулятор для квадрокоптера

Как выбрать LiPo аккумулятор для квадрокоптера, расшифровка маркировок и какой выбрать аккумулятор именно для вашего дрона. Все объяснения в данной статье будут на основе LiPo аккумулятора Infinity 1500mAh 4SP1.

Давайте разберем подробнее всю маркировку этого аккумулятора.

LiPo — Литий-полимерный аккумулятор (литий-ионный полимерный аккумулятор (lithium-ion polymer battery))

Итак, слово Infinity это обычное торговое название и никакой полезной информации не несет.

• 1500 mAh— это емкость аккумулятора, которая измеряется в миллиампер в час, чем выше емкость, тем дольше будет летать квадрокоптер, но также увеличивается и вес аккумулятора.
• 4S – количество элементов в аккумуляторе, в нашем случае таких элементов 4. Пилоты и радиолюбители их называют «банками». Каждая банка имеет напряжение примерно 3.7V, а в сумме все 4 выдают ток 14.8V
• 1P – количество блоков в сборке, в нашем случае это 1 блок. Если было бы написано 2P, то это означало бы 2 блока в сборке, а простым языком – берем 2 таких аккумулятора, припаиваем провода параллельно плюс к плюсу, минус к минусу и у нас получается аккумулятор не 1500mAh, а 3000, но с тем же самым напряжением 14.8v.
• 70С – максимальный ток разряда, который может выдать аккумулятор.

Для этого нужно задать вопрос, какой квадрокоптер вы собираете? Почему именно собираете? — Потому что для готового дрона вы бы не задавали такой вопрос, так как ответ дан производителем, да и у вас скорее всего уже есть LiPo аккумулятор от покупного готового дрона.

Какой дрон вы собираете:

• Съемочный/долголет/дальнолет;
• Гоночный.

Отличия думаю понятны — съемочный дрон большой, тяжелый, может поднять много оборудования, также он гораздо менее маневренный и медленный. Гоночный — маленький, легкий, очень маневренный и очень мощный (в плане скорости).

И так, вы собираете гоночный квадрокоптер, поэтому вам нужен для эффективных и приятных полетов аккумулятор с такими критериями:

• Рейтинг не менее 70С;
• Сколько S должно быть у аккумулятора, или сколько банок в аккумуляторе в зависимости от размера рамы вашего дрона:
  — 180-220 мм и 220-250 мм — 4S, 5S и 6S Lipo.
  — 150-180 мм и 120-150 мм — 2S, 3S и 4S Lipo.
  — 90-120 мм — 1S, 2S и 3S Lipo.
• Емкость должна быть не более 1500mAh для дронов с рамой от 220 мм до 250 мм, так как все что выше будет уже тяжелым, дрон потеряет маневренность, причем значительно. Да, вы можете на раму 220 или 240 поставить LiPo аккумулятор 6S с огромной токоотдачей (не забудьте регуляторы соответствующие поставить), но емкость все равно должна быть до 1500mAh.
  Хорошая емкость:
  —1300 и 1500 (1550)mAh для рам 180-250 мм;
  — 800-1300mAh для рам 120-180 мм;
  — 80-800mAh для рам 90-120 мм.
  

Любой аккумулятор для квадрокоптера имеет определенные маркировки на своем корпусе. Они позволяют сравнивать свойства АКБ и помогают определить, какой купить для ваших нужд. Есть три основных параметра, которые вы должны уметь расшифровывать.

Ячейка LiPo имеет номинальное напряжение 3,7 V. Номинальное напряжение – находится посередине между минимально безопасным зарядом и максимальным. LiPoзаряжаются полностью, когда достигают 4.2 V на ячейку, а минимум для них 3,0 V. Подробнее об этом мы обсудим далее. Для аккумулятора от квадрокоптера на картинке выше, 7.

Существует несколько видео батарей: NiMH, NiCd, LiPo. Рекомендуем приобретать Литий полимерную Li-Po батарею для дронов, так как они более энергоемкие и позволят дольше летать на одном заряде.

Если вы используете квадрокоптер зимой, аккумулятор перед установкой держите в тепле. Аккумуляторы можно использовать до минус 10°, но учтите, что на холоде заряд будет тратиться быстрее обычного.

Как заряжать (липо) lipo аккумуляторы

Для того, чтобы зарядить LiPo аккумулятор, необходимо специальное зарядное устройство, например, IMAX B6 mini. В чем отличие от обычных зарядок? В многобаночных аккумуляторах необходим тщательный контроль за зарядом всех банок, чтобы заряжались одинаково все банки. Каждая банка заряжается до напряжения в 4.

Как транспортировать батарейки для квадрокоптера?

Старайтесь сделать все для того, чтобы не вызвать механическое повреждение. Просто замотайте их в ткань. Температура должна быть комнатной. Лучше всего приобрести огнеупорный пакет он сдержит любые выходки вашего источника тока.

Как хранить lipo аккумуляторы

Это важный момент, на который следует обратить пристальное внимание. Если просто зарядить LiPo аккумулятор до конца и не использовать его — он придет в негодность. Если раздрядить и тоже не использовать — тоже придет в негодность, причем это произойдет в течение 1-2 месяцев. Нужна золотая середина.

В зарядном устройстве IMAX B6 mini (я пользуюсь таким, оригиналом, поэтому все на этом примере) есть специальный режим STORAGE т. е. хранение, в этом режиме каждая банка заряжается или разряжается до 3.85V на банку. При таком напряжении в аккумуляторе все химические процессы происходят на минимальном уровне, в следствии чего, аккумулятор прослужит намного дольше.

После того, как вы переведете аккумуляторы в режим хранения, положите их в холодильник, при низкой температуре процессы замедлятся еще больше. Я храню в холодильнике и полностью заряженные аккумуляторы, но при условии, что использую их в течение 1-2 дня.

Какого размера нужен мотор?

Выбирать комплектующие для коптера можно в таком порядке: размер рамы, размер пропов, размер мотора.

Зная размер рамы, мы можем оценить требуемые размеры моторов. Рама ограничивает нас макс. допустимым диаметром пропов, а от характеристик пропеллера зависят характеристики моторов (чтобы эффективность их работы была максимальной), именно тут мы и определяемся с KV моторов.

Также необходимо убедиться, что у моторов достаточная мощность для вращения выбранных пропов, тут уже играет важную роль размер статора. Обычно чем больше статор, и выше KV, тем больший ток потребляет мотор.

В таблице вы найдёте общие рекомендации, это не жесткие правила, одни используют более оборотистые моторы, чем указано; другие, наоборот, менее оборотистые.

Данные предполагают, что на квадрике будет стоять 4S LiPo аккумулятор, а размер рамы — это расстояние между диагонально расположенными моторами (подробнее про рамы читайте тут).

Какое зарядное устройство для квадрокоптера выбрать

Я дам ссылки на те устройства, которые есть сейчас в продаже, а так же поясню их преимущества.

iMax – достаточно известная фирма, 6 лет назад подобный зарядник стоил около 200$, сейчас около 33$. Позволяет заряжать аккумуляторы током до 5А, подключается как к розетке (100-240 Вольт), так и к внешнему питанию 10-30 Вольт (аккумулятор автомобиля в поле).

OCDAY DP6 180W 16A – зарядник требует внешнего питания 10-30 Вольт, удобен в поле, в домашних условиях требуется источник питания (я использую БП от старого компьютера). Максимальный ток зарядки 16 Ампер.

Skyrc SK-100078 RacingStar RS16 – питание  11-18 Вольт, максимальный ток 16 Ампер. 

Количество батарей

Производители некоторых премиальных квадрокоптеров устанавливают на свое изделие две одинаковые аккумуляторные батареи, соединенные параллельно. При создании собственных моделей аналогичным образом могут поступать и любители.

У такого подхода есть свои плюсы и минусы. Во-первых, дублирование источника питания повышает надежность всего летательного аппарата. Во-вторых, увеличивается общая емкость двойной АКБ. Кроме того, параллельная зарядка двух батарей уменьшает время подготовки к полету. В то же время, применение двух батарей чревато превышением допустимого взлетного веса и увеличением расходов на приобретение дополнительного оборудования.

Крутящий момент

Иногда говорят, что у моторов с небольшим KV высокий крутящий момент, а если у мотора высокое значение оборотов на вольт, то крутящий момент небольшой. Хотя это и возможно, но не всегда правда. KV почти ничего не говорит о крутящем моменте, а влияет на максимальный потребляемый ток и макс. допустимое напряжение.

Как уже указывалось выше, у моторов с высоким KV обмотки короче, а значит и ниже сопротивление. Это снижает макс. допустимое напряжение и увеличивает потребляемый ток (при прочих равных характеристиках, при том же пропеллере).

Крутящий момент в основном определяется:

• размером статора, чем он больше, тем выше момент
• материалами: тип магнитов, качество медной обмотки
• конструкцией мотора: расстояние между ротором и статором, числом полюсов и т.д.

Если всё одинаково, тогда два мотора с разным KV будут иметь одинаковый крутящий момент. Небольшое значение KV просто означает, что вам нужно более высокое напряжение чтобы получить те же обороты. На самом деле все несколько сложнее, но это довольно простое и точное описание.

Причина, по которой пилотам кажется, что у моторов с небольшим KV большой момент, в том, что падение напряжения у таких моторов ниже, чем у моторов с высоким KV, именно это падение напряжения и снижает крутящий момент. Теоретически, момент должен быть одинаков, но на практике такого не бывает.

Крутящий момент — это палка о двух концах.

Моторы с большим крутящим моментом позволяют менять обороты быстрее, благодаря этому будет меньше паразитных вибраций, а реакция на стики — мгновенной. Коптер с такими моторами будет очень резким, а его движения будут менее естественными, более похожими на дерганые движения роботов.

В наши дни всё больше и больше пилотов сталкивается с паразитными вибрациями, и корнем проблемы могут быть как раз современные, сверхмощные моторы. Они настолько мощные, что могут создавать петли обратной связи, от которых очень трудно избавиться. Демпфирование полетного контроллера может помочь, но лучше искать настоящую причину вибраций и не использовать чрезмерно мощные моторы.

Магниты в бесколлекторных моторах

Магниты различаются по силе магнитного поля, например: N52, N54 и т.д. Чем больше число, тем сильнее магнит.

Более сильные магниты теоретически дадут больший крутящий момент и высокую эффективность.

При повороте мотора руками вы почувствуете «щелчки» или «шаги», чем отчетливее они ощущаются, тем хуже, т.к. это показывает силу магнитного поля и то, на сколько она слабая между магнитами, т.к. поле очень неравномерно. Если «щелчки» более слабые, то мотор будет вращаться плавнее.

При определенной температуре магниты ослабевают, N52H нужны чтобы справиться с высокой температурой. Буква H в конце, означает высокую рабочую температуру. Говорят, что N52SH в этом плане ещё лучше, но в настоящее время не известно на сколько N52SH лучше N52H и N52.

Есть вероятность, что при аварии или от вибрации магниты вообще оторвутся. Их можно приклеить обратно клеем Loctit 438.

Моторы прямого и обратного вращения (cw и ccw)

Иногда можно встретить маркировку «CW» и «CCW«, что расшифровывается как “ClockWise” (по часовой стрелке) и “Counter-ClockWise” (против часовой стрелки).

Направление вращения важно для коллекторных моторов, т.к. щетки очень быстро стираются при вращении в обратную сторону, у бесколлекторных моторов такой проблемы нет.

CW и CCW бесколлекторные моторы это как правило полностью одинаковые моторы, единственное их отличие — направление резьбы на валу (англ).

Моторы на квадрокоптере вращаются в разных направлениях, важно то, что при их вращении все 4 гайки удерживающие винты сами затягиваются.

Как проверить, что вы поставили мотор с нужной резьбой? Просто держитесь за гайку на валу, и начните вращать мотор в том направлении, в котором он должен вращаться на коптере. Если гайка затягивается, тогда вы правильно выбрали направление резьбы 🙂

Лично я предпочитаю использовать одинаковую резьбу на всех моторах, так что никогда не запутаюсь с гайками. Когда придется искать дополнительные гайки в магазинах, вы поймете, как сложно найти гайки с левой резьбой.

Напряжение и потребляемый ток

Важно понять, что напряжение питания тоже влияет на выбор моторов и винтов. При увеличении напряжения мотор будет пытаться вращать винт быстрее, и поэтому будет потреблять большой ток. Убедитесь, что знаете, какой будет потребляемый ток и какая получится тяга.

После того, как вы определите макс. потребляемый ток, пора переходить к выбору регуляторов скорости.

Обмотка

Число витков в обмотках статора влияет на то, какой максимальный ток будет потреблять мотор, а толщина провода определяет максимально допустимый ток, который не вызовет перегрев мотора.

Меньше витков = меньше сопротивление = выше kv. Недостаток — магнитное поле статора будет слабее, а усилие на валу — меньше.

Все происходит наоборот при увеличении числа витков. Чем больше витков, тем сильнее магнитное поле статора и больше усилие. Но из-за более длинных проводов увеличивается сопротивление и KV мотора уменьшается.

Чтобы получить большую мощность моторов, производители часто увеличивают число полюсов и при этом используют более толстый провод. Благодаря этому сопротивление обмоток уменьшается, а мощность увеличивается (не жертвуя при этом эффективностью и крутящим моментом). Такой мотор без перегрева может потреблять довольно большой ток.

Однако более толстый провод и увеличение числа обмоток приводят к увеличению массы мотора, а обмотки занимают больше места, что требует увеличения статора. Поэтому и появляются всё более крупные моторы, и по вышеуказанным причинам они мощнее.

Одножильные и многожильные обмотки

Одножильная обмотка делается толстым проводом и способна хорошо рассеивать тепло, больше подходит для моторов с большим напряжением питания, типа 5S или 6S. Но, из-за значительных пустот между толстыми витками, плотность обмотки довольно низкая.

Для замены одного толстого провода, в многожильной намотке обычно используют по три более тонких. Т.к. провода тоньше, то теплоотвод хуже, и физически их легче повредить.

Обычно у моторов с многожильной намоткой характеристики лучше, чем с одножильной, это связано с тем, что такая намотка получается плотнее, что дает более сильное магнитное поле (т.е. получается более мощный и эффективный мотор).

Замечу, что ещё очень важна аккуратность намотки, не только в эстетическом плане, но и в электромагнитном. Если провод уложен как попало, есть куча пересечений, тогда провода не будут перпендикулярны статору и магнитное поле будет менее эффективным.

Особенности моторов для квадрокоптеров

Очень много параметров влияют на характеристики мотора, они могут быть очень сложными и противоречивыми. Например, моторы с одинаковым размером статора и KV, могут давать совершенно разную тягу, потреблять разный ток и по-разному реагировать на стики, всё это даже при использовании одинаковых пропеллеров. Отличия в дизайне, материалах, это тоже важно.

Ниже я покажу вам разные конструктивные особенности, которые влияют на основные характеристики моторов.

Открытый или закрытый низ мотора?

Нижняя часть мотора (основание) может быть сделана в «традиционном», закрытом стиле или в более новом, открытом. У обоих вариантов есть и плюсы, и минусы.

У моторов с закрытым низом более прочное основание, однако если низ открытый, то и вес меньше, разница около 2 грамм.

В мотор с закрытым низом реже попадает грязь, но открытые моторы легче чистить.

Если низ открытый, то хорошо видны крепежные винты, поэтому шанс закоротить обмотки ниже (чаще всего коротят обмотки новички, если у моторов закрытый низ).

Однако, закрытый низ лучше защищает обмотки от повреждения.

Отрицательные качества

1. Дороговизна.
2. Быстро происходит процесс старения. Он начинается еще на производстве. Из-за окисления электролита он постоянно теряет свою энергетическую емкость. Поэтому внутреннее сопротивление возрастает, и он быстро выходит из строя.
3. Очень пожара опасен. В момент механического повреждения пластины лития соприкасаются и происходит замыкание. Которое в свою очередь вызывает воспламенение.

Параметр токоотдачи

Он обозначается буковкой «С». Именно по нему можно сказать как быстро разрядится аккумулятор. К примеру 10 С говорит нам о том, что он сядет за 1/10 часа или за 6 минут.

Не следует забывать о том, что он боится высоких температурах. При быстром разряде АКБ сильно нагревается, а это значит, что она может взорваться или в лучшем случае быстро выйти из строя. Так же знайте, что высокое значение «C» приведет к быстрому разряду батарейки для квадракоптера.

Сколько требуется именно вам? Для этого необходимо знать прожорливость своей системы. Следует проверить сколько потребляет видео камера и встроенные осветительные лампы.

Подшипники

О подшипниках обычно мало говорят, это связано с тем, что про них мало что известно, но я думаю, что должен дать кое-какую базовую информацию.

Размер подшипника это не внешний или внутренний диаметр, это разница между ними. Чем он шире, тем больше шариков помещается. Более крупные шарики прочнее, а значит надежнее в случае аварии. Если шарики меньше, тогда вращение будет более плавным на больших оборотах.

Возможно, вы слышали, что в некоторых моторах используют «керамические подшипники»? В них ставятся керамические шарики, а не металлические; такие подшипники более плавные, но и более хрупкие.

Диаметр отверстия в подшипнике (внутренний диаметр) определяется диаметром вала двигателя.

Положительные качества

1. Малый саморазряд.
2. Толщина начинается от 1 мм.
3. В отличие от другие при той же массе имеет большую емкость.
4. За счет большого напряжение в производстве можно задействовать меньше ячеек, соединенных последовательно между собой. Напряжение у данных АКБ 3.6-3.7 вольт.

Приблизительные подсчеты

1. Для некоторых двигателей хватает вполне 10 Ампер.
2. Если у вас встроено 4 движка, то им потребуется целых 40 А. Это на максимальных оборотах.
3. Допустим батарейка квадракоптера 4000 mAh, тогда это будет 4 Ач и где-то 8 С или 1 ампер будет равен 1000 mAh.
4. Умножим 4 Ач на 8 С получаем 32
5. В итоге 32 меньше 40 А, поэтому батарею придется поискать хотя бы на 5000 mAh.

Применение lipo-аккумуляторов

Для подключения аккумуляторов используют специальные коннекторы. Диаметр пистонов в них 4мм и они дополнительно подпружинены для обеспечения большой площади контакта. Еще для подключения используют специальные провода в силиконовой изоляции, которая способна выдерживать высокие температуры.

Рекомендуем вам купить ответные части разъемов к аккумуляторам и, по-возможности, силиконовых проводов для коммутации.Одной из причин выхода из строя аккумулятора может быть сильный разряд одной из ячейки. Очень часто полетные контроллеры или регуляторы оборотов имеют функцию контроля напряжения аккумулятора, но они измеряют напряжение на аккумуляторе и не контролируют каждую конкретную ячейку. Во избежание разбалансировки лучше использовать специальные тестеры:

Они осуществляют индикацию напряжения на каждой банке, а в случае сильного разряда одной из них издают громкий звуковой сигнал. Они подключаются к аккумулятору и летают вместе с ним.А вот такой несложный тестер можно собрать самостоятельно.

Прочие факторы влияющие на летные характеристики

Производители не указывают многие характеристики, но их можно найти, почитав обзоры и тесты.

• Крутящий момент
• Время реакции
• Температура
• Уровень вибраций и качество балансировки

Прочие фишки

• Контактные площадки для пайки
• Интегрированные регуляторы скорости
• Дизайн системы охлаждения

Производители моторов постоянно экспериментируют как с дизайном, так и с интеграцией с другим железом, это ведет к улучшению системы охлаждения и даже интеграции регуляторов в моторы. Лично я считаю, что контактные площадки для пайки проводов питания довольно удобны, они позволят вам использовать более тонкий провод там, где не нужны большие токи, а значит сэкономят вес. В случае обрыва провода ремонт тоже упрощается.

Размер рамы и вес

Общий вес коптера — это вес всех комплектующих, которые планируется поставить на модель: рама, полётные контроллер (ПК), плата распределения питания (PDB), приёмник, видеопередатчик, антенна, моторы, пропеллеры, регуляторы скорости, LiPo аккумулятор, дополнительная нагрузка типа GoPro и т.д.

Скорее всего вы не получите точный вес, лучше его переоценить и иметь запас по мощности, чем недооценить и получить нелетающий коптер. Не забудьте добавить 10-20 грамм для учета веса проводов, пищалки, нейлоновых стяжек и т.д.

Зная размер рамы, мы получаем максимально допустимый диаметр пропеллеров. Как только вы узнаете вес коптера, то сможете оценить необходимую тягу, и комбинацию мотор-проп (винтомоторная группа).

Дополнительная информация: как выбрать пропеллер для коптера (англ).

Размеры и масса

Чтобы сделать замену на обычно квадракоптере требуется отыскать такую батарею чтобы она вошла в нужный отсек.

Помните! Общий взлетный вес квадракоптера вместе с аккумулятором не должен быть превышен! Чем выше запас по мощности, тем лучше будут летные параметры!

Ставя АКБ вне отсека и не по центру, вы рискуете получить нарушение баланса, повреждение блока с батарейками и повышенному сопротивлению воздуха.

Размеры моторов

Размер бесколлекторного моторы обычно обозначается 4 цифрами: AABB, где «АА» — это диаметр статора (stator width / stator diameter), а «BB» — высота статора (stator height), оба значения в миллиметрах.

Что такое статор (stator) у бесколлекторного мотора? Статор — это стационарная (неподвижная) часть мотора, у нее есть полюса (poles), на которые намотан медный провод (обмотка). «Полюса» (по сути, сердечник) сделаны из тонких металлических пластин собранных в стопку, между ними тонкий слой диэлектрика.

• Чем «выше» статор, тем больше мощность на больших оборотах
• Чем «шире» статор, тем больше крутящий момент при низких оборотах

Увеличение диаметра и высоты мотора требует увеличения как обмоток (электромагнитов), так и постоянных магнитов. Разница в том, что при увеличении высоты статора размеры постоянных магнитов увеличиваются сильнее, чем катушки; а при увеличении диаметра статора обмотки увеличиваются сильнее, чем магниты.

Размеры пропеллеров совместимых с мотором определяются диаметром вала. Валы моторов для 3″, 4″, 5″ и 6″ пропов имеют резьбу M5 (т.е. диаметр 5 мм). У современных моторов вал встроен в сам колокол, для более ранних моторов нужно было использовать адаптер (англ).

На 5″ коптерах чаще всего применяются моторы размера 2204, 2205, 2206, 2207, 2305, 2306, 2307, 2407.

Рекомендации по выбору

На выбор доступно огромное число моторов, это реально проблема. В моем списке комплектующих для миникоптеров я указал наиболее популярные модели.

А вот топ 5 лучших моторов для миникоптеров по версии нашего сообщества.

Соединители

Все полетные батареи LiPo (за исключением аккумуляторов 1S и батарей, имеющих специальный дизайн) выпускаются с двумя наборами проводов и разъемов. Через силовой кабель выполняется подключение батареи к квадрокоптеру или силовому выходу зарядного устройства.

Стопорное кольца / стопорный винт

Чтобы зафиксировать вал на основании мотора, производители используют либо стопорное кольцо, либо винт. У каждого способа есть как достоинства, так и недостатки, сложно сказать, что лучше.

В общем и целом, использование винтика упрощает обслуживание мотора, т.к. его легче открутить, чем снять и поставить стопорное кольцо. При использовании винта есть риск перетянуть его и тогда вал будет вращаться с доп. усилием.

Были и случаи отстрела стопорных колец прямо во время полета, при этом колокол сразу улетает в сторону, а коптер падает. Однако, и с винтами такое тоже случается.

Строение литий полимерной батарейки для квадракоптера

Состав АКБ представляет из себя несколько последовательно соединенных частей. Такое устройство требуется для получения определенного тока. В результате емкость не меняется, а ток возрастает. В одном блоке имеется несколько банок которые обозначаются буквенным индексом S или serial.

Существует параллельное и последовательное соединение блоков в одно целое. Параллельный контакт хорошо увеличивает емкость. Чтобы сделать 2000 mAh, достаточно соедините 2 блока емкостью по 1000 mAh.

Буквенным индексом «P» маркируется количество параллельных блоков.

Это говорит о том, что если батарейка для квадрокоптера именуется как «1500 2s3p», то это сборка из 6-и банок емкостью в 500 mAh 3.7 вольт. В сумме они выдадут порядка 1500 mAh и 7.4 V.

Температура

Она тоже влияет на моторы, т.к. при большой температуре снижается сила магнитного поля постоянных магнитов ротора, а при очень большой температуре они быстро размагничиваются, что снижает срок службы моторов.

Использование слишком тяжелых пропов и постоянная эксплуатация на больших оборотах может привести к перегреву. Постоянный перегрев ухудшит характеристики магнитов и поэтому конструкция моторов, обеспечивающая хорошее охлаждение, также гарантирует большой срок эксплуатации (конечно если вы не будете падать и ломать моторы).

Толщина пластин статора (lamination)

Статор собирается из отдельных пластин, чем меньше толщина пластины, тем больше их требуется для сборки статора.

Если кратко, то чем тоньше пластины, тем лучше. Сборный статор позволяет снизить вихревые токи (токи Фуко), из-за которых меняется магнитное поле и выделяется лишнее тепло. Тем тоньше пластины, тем меньше энергии тратится на вихревые токи (из-за которых появляются нежелательные магнитные поля), а мотор получается более эффективным и мощным.

Уровень вибраций и качество балансировки

Вибрации моторов могут вызвать кучу разных нежелательных побочных эффектов, и скажутся на летных характеристиках коптера.

Если мотор плохо отбалансирован, тогда вибрации могут влиять на PID-контроллер. Такой коптер будет довольно сложно настроить, т.к. частота вибраций зависит от газа.

Плохо отбалансированный мотор генерирует гораздо больше электрического шума, по сравнению с плавно вращающимся. Такие помехи тоже влияют на гироскопы, что снижает возможности коптера ещё больше, а также создают шумы на видео (если FPV оборудование питается от того же аккумулятора, что и моторы, а так бывает в 99% случаев, прим. перев).

Многие пилоты используют демпферы и антивибрационное крепление моторов и полётного контроллера, это позволяет снизить уровень вибраций и дает неплохие результаты.

Помните, что поврежденный, погнутый или несбалансированный пропеллер также создает нежелательные вибрации.

Уровень токоотдачи

Токоотдача отражена на корпусе АКБ в виде индекса, стоящего перед буквой C. Этот параметр демонстрирует допустимую скорость разряда данного аккумулятора. Величина, обратная значению C, показывает минимальное время (выраженное в часах), за которое данная батарея может отдать всю свою энергию.

Скорость разряда является одним из самых важных, но часто упускаемым из виду факторов, влияющих на выбор аккумуляторной батареи. Слишком низкая токоотдача может привести к повреждению бортового аккумулятора, а батарея с излишне высоким индексом C является более тяжелой и способна ухудшить полетное время.

Чтобы определить оптимальные параметры батареи нужно знать сумму токов, потребляемых всеми системами летательного аппарата. Расчеты упрощает тот факт, что суммарное потребление электронных систем квадрокоптера пренебрежимо мало по сравнению с потреблением его силовой установки.

Допустим, на квадрокоптере установлены двигатели, каждому из которых необходим ток 15 А. Имеется батарея 5100 мАч 10C. Вопрос: подойдет ли она для данного БПЛА?

Суммарное потребление четырех двигателей равно 60 А. Выходной ток аккумуляторной батареи можно получить умножением емкости, выраженной в Ач, на числовой коэффициент C. Умножаем 5,1 Ач на 10, получаем 51 А. Вывод: батарею использовать нельзя.

Форма кольца для фиксации магнитов

Внутри колокола есть кольцо для фиксации магнитов. Сам колокол обычно изготавливают из алюминия, а кольцо — из стали, т.к. оно должно взаимодействовать с магнитным полем.

В современных моторах это не просто кольцо, его форма специально разрабатывается для оптимизации магнитного поля и увеличения крутящего момента.

Форма магнитов — изогнутые магниты

Использование изогнутых магнитов, позволяет уменьшить расстояние до статора, т.к. зазор становится одинаковым по всей длине магнитов.

Фактически это означает, что точка с самым сильным магнитным полем теперь находится не на поверхности магнита (как у прямоугольных).

«Эпицентр» магнитного поля с внешней стороны будет ниже поверхности, а с внутренней стороны — над поверхностью. Т,е. получается что магнитные поля постоянных магнитов и электромагнитов сближаются без уменьшения воздушного зазора.

Помимо формы магнитов, некоторые производители экспериментируют с их толщиной, иногда более тонкие магниты (с более слабым магнитным полем) дают лучший результат.

Характеристики lipo аккумуляторов

• Емкость. Записывается в ампер-часах. Это такой ток который до полного разряда может выдавать аккумулятор в течении часа. Например, если емкость аккумулятора 3А/ч, то значит он может в течении одного часа выдавать ток 3А. При токе 1А его хватит на 3 часа, а при токе 30А он разрядится за 6 минут.
• Максимальный разрядный ток. Указывается во сколько максимальный разрядный ток превышает емкость. Например значение «30-40C» для аккумулятора с емкостью 3А/ч означает, что он кратковременно может выдавать ток 90-120А. Естественно, при выборе аккумулятора необходимо руководствоваться меньшим значением.
• Напряжение. Зависит от количества «банок» или ячеек аккумулятора. Напряжение одной ячейки LiPo аккумулятора составляет порядка 3,7В. Соответственно, чем больше ячеек, тем больше напряжение. Соединяя аккумуляторы последовательно можно набрать достаточно большое напряжение, как это делают, например, в электровелосипедах.

Кроме перечисленных достоинств LiPo-аккумуляторы обладают низким саморазрядом, отсутствие эффекта памяти, большой диапазон рабочих температур и малый перепад напряжения по мере разряда. К недостаткам можно отнести не самую высокую плотность заряда, малое количество рабочих циклов и пожароопасность.

Характеристики аккумулятора для квадрокоптера

Емкость LiPo АКБ определяется током, который может полностью разрядить аккумулятор за один час. Например, постоянный ток 1,3 А (или 1300 мА) способен за час истощить LiPo батарею емкостью 1300 мАч.

Изменение этого показателя в большую сторону может увеличить полетное время, но ведет к ухудшению весовых и габаритных характеристик самой аккумуляторной батареи. Отметим, что зависимость времени полета от емкости аккумулятора не является линейной функцией.

В общем случае, можно порекомендовать выбирать аккумулятор, имеющий максимально возможную емкость при весовых характеристиках, позволяющих получить взлетный вес квадрокоптера на уровне 70-75% от максимального значения этого параметра.

Эксплуатация lipo аккумуляторов

Есть несколько моментов, с которыми нужно быть осторожным при использовании аккумуляторов LiPo.

1. Старайтесь не летать там, где очень твердая поверхность, так как при падении может произойти повреждение оболочки и после этого воспламенение. Но если вы уже с опытом — никаких советов больше нет.
2. В остальном ничего такого особенного нет — естественно не разбирайте его, соблюдайте полярность, не заряжайте «левыми» и не предназначенными для LiPo зарядниками. Летать можно как угодно, если конечно вы не поставите 3S 50C 1300mAh аккумулятор на регуляторы оборотов 30А с мощными двигателями, скорее всего за несколько попыток взлететь и дать газа — он максимально быстро выйдет из строя.

Эффективность и потребляемый ток

Эффективность мотора обычно вычисляется делением тяги (при 100% газе) на потребляемую мощность и измеряется в граммах на ватт (г/Вт). Чем больше число, тем эффективнее мотор.

При выборе мотора нужно смотреть на его эффективность во всем диапазоне мощностей, не только на максимуме. Некоторые моторы лучше всего работают при небольшом газе, и могут терять эффективность при его увеличении.

Ещё один способ оценки эффективности — «грамм на ампер» (тяга/ток).

Обычно, чем больше тяга, тем больше потребляемый ток, поэтому нужно отдавать предпочтение моторам с макс. тягой при минимальном токе. Неэффективные моторы либо дают небольшую тягу, либо потребляют очень много.

Эффективность зависит и от винтов, главное найти компромисс между тягой и эффективностью.