Instalacje elektryczne w modelach latających cz.I (Dobór regulatora, napięcia zasilania, akumulatorów)


Instalacja elektryczna decyduje o bezpieczeństwie użytkowania dużych latających modeli samolotów, modeli motoszybowców i szybowców RC. Prawidłowe wykonanie instalacji modeli samolotów RC i zastosowane odpowiednich urządzeń decyduje o końcowym sukcesie budowy i użytkowania modelu. Modele latające RC o rozpiętości skrzydeł 4-5m i wadze ok. 20 kg nikogo już nie dziwią. Wymagają jednak szczególnej staranności przy doborze wyposażenia elektrycznego i serwomechanizmów.
Niniejszy tekst jest poświęcony omówieniu elektrycznych instalacji zasilających w modelach latających zdalnie sterowanych - odbiornik i serwa, a w szczególności kwestii wyboru napięcia elektrycznego w instalacji i doborze wymaganej pojemności akumulatorów zasilających

1.  Dobór napięcia zasilania
Przed doborem akumulatorów do modelu RC należy podjąć decyzję o wysokości napięcia zasilającego. Historycznie instalacje w modelach projektowane były na 4,8V (4 cele akumulatorów NiMH) oraz na  6V(5 cel akumulatorów NiMH). Aktualnie coraz powszechniejsze są napięcia 6,6V (2 cele akumulatorów LiFe), 7,2V (2 cele akumulatorów LiJon) oraz 7,4V (2 cele akumulatorów LiPol).  Zasadą doboru napięcia powinno być dostosowanie jego wysokości do urządzenia o najniższym dopuszczalnym napięciu. Należy sprawdzić wymagane napięcie odbiornika oraz napięcie zasilania serwomechanizmów. Przykładowo, jeżeli posiadamy odbiornik w systemie 2,4GHz to prawdopodobnie jego dopuszczalne napięcie pracy wynosi od ok. 3V do kilkunastu Voltów. Posiadane serwomechanizmy pracują na napięciu 4,8V do 6V. Wówczas optymalnym wyborem jest napięcie instalacji 6V (najwyższe dopuszczalne napięcie pracy dla serwomechanizmów) i na tym poziomie stabilizować napięcie przy pomocy regulatora napięcia.
 
2.  Dobór regulatora napięcia
W zależności od wielkości modelu samolotu i wymaganego bezpieczeństwa dobieramy regulator obsługujący jeden lub dwa akumulatory. Na regulatorze tym wybieramy (najczęściej zworką, wbudowanym potencjometrem lub poprzez zaprogramowanie) wymagane w naszej instalacji elektrycznej napięcie. Przed dobraniem regulatora musimy oszacować najwyższe natężenie prądu elektrycznego [A] jakiego spodziewamy się w naszej instalacji. Natężenie to zależy od zastosowanych serwomechanizmów i ich liczby w modelu. Wydaje się, że najbardziej zbliżona do rzeczywistości będzie metoda pomiaru prądu, polecana do stosowana w bardzo dużych modelach, w których natężenia prądu mogą dochodzić do 50A i więcej.
 
W innych modelach latających można posłużyć się poniższą tabelą, która powstała z podsumowania wieloletnich doświadczeń autora.
 

Rozpiętość skrzydeł modelu akrobacyjnego

Liczba serwomechanizmów i moment

Wielkość regulatora napięcia

1,6 do 1,8 m

6 szt. / ok. 6KGcm

3A

1,8 do 2,0 m

6 szt. / ok. 8KGcm

3A do 5A

2,0 do 2,3 m

7 szt. / ok. 10-15-25KGcm

5A do 8A

2,6 m

9 szt. / 15-25 KGcm

8A do 10A

3,0 m

11 szt. / 25 -35KGcm

15A do 25A

 
Dobrym rozwiązaniem jest dodatkowe zabezpieczenie odbiornika przed chwilowym spadkiem napięcia przy pomocy szybkiego kondensatora o dużej pojemności np. 4700mm µF 10V.
 
 
 
 
Kondensator ten wpina się w wybrany, wolny kanał odbiornika. Jeżeli wszystkie kanały są obsadzone, należy zastosować tzw. Y kabel.
 
W celem weryfikacji założeń doboru regulatora napięcia, należy wykonać pomiar. Można do tego celu użyć dowolnego amperomierza lub urządzenia WattMetter, rejestrującego wartości maksymalne.


 
Pomiaru należy dokonać (wpinając WattMeter miedzy akumulator, a przewód/przewody zasilające odbiornik) w modelu samolotu z uruchomionym silnikiem (drgania modelu od pracującego silnika powodują reakcje serwomechanizmów). Wykonując szybkie ruchy drążkami zmuszamy serwomechanizmy do pracy na maksymalnych parametrach. WattMetter zarejestruje najwyższe chwilowe natężenie prądu [A]. Taki przybliżony test pozwoli oszacować szczytowe natężenia prądu w locie modelu i zweryfikować dobór regulatora napięcia.
 
3.  Dobór liczby i pojemności akumulatorów zasilających
Najlepsza instalacja elektryczna nie będzie spełniać swojej roli jeżeli wybierzemy akumulatory zasilające o zbyt niskiej pojemności lub zbyt małej wydajności. Można bez popełnienia większego błędu założyć, że do zasilania odbiornika i serwomechanizmów modelu samolotu RC o rozpiętości skrzydeł 1,6 m i sumarycznym czasie lotu 1h (po naładowaniu akumulatorów do 100%) wystarczający będzie akumulator 7,4V  li-pol o pojemności ok 1500 mAh. Wytyczne do innych modeli (na 1h lotu) pokazane są w poniższej tabeli.
 

Rozpiętość skrzydeł modelu akrobacyjnego

Liczba serwomechanizmów i moment

Wielkość regulatora napięcia

Pojemność akumulatora zasilającego odbiornik i serwomechanizmy

1,6 do 1,8 m

6 szt. / ok. 6KGcm

3A

1 szt. LiPol 7,4V 2000 mAh

1,8 do 2,0 m

6 szt. / ok. 8KGcm

3A do 5A

1 szt. LiPol 7,4V 2500 mAh

2,0 do 2,3 m

7 szt. / ok. 10-15-25KGcm

5A do 8A

2 szt. LiPol 7,4V 2000 mAh

2,6 m

9 szt. / 15-25 KGcm

8A do 10A

2 szt. LiPol 7,4V 3300 mAh

3,0 m

11 szt. / 25 -35KGcm

15A do 25A

2 szt. LiPol 7,4V 5000 mAh

 
W celu szacunkowego obliczenia pojemności akumulatora na 1h lotu można posłużyć się wskaźnikami:
  • serwomechanizm analogowy tzw. standard - pobór prądu 350 mAh/1 serwomechanizm
  • serwomechanizm cyfrowy tzw. standard - pobór prądu 500 mAh/1 serwomechanizm
Tabela doboru pojemności akumulatorów powstała na podstawie osobistego doświadczenia autora teksu. Powyższe dane można wykorzystać jako wstępne wytyczne. Należy sprawdzić doświadczalnie prawidłowość doboru akumulatorów mierząc czas lotu i po lotach sprawdzając na ładowarce stopień rozładowania akumulatorów. Powyższe wytyczne dotyczą tylko i wyłącznie akumulatorów typu LiPol i nie można ich odnosić do akumulatorów NiMh, NiCd oraz LiJon.
Ciąg dalszy zagadnień dotyczących budowy instalacji elektrycznych zostanie przedstawiony w "Instalacje elektryczne w modelach latających cz. II" poświęconej omówieniu przewodów, wtyczek, wyłączników elektrycznych oraz menadżerów akumulatorów stosowanych w instalacji zasilających w modelach latających zdalnie sterowanych.
Jedną z najczęstszych przyczyn utraty kontroli nad modelem jest chwilowy spadek napięcia poniżej napięcia minimalnego odbiornika. Odbiorniki cyfrowe systemu 2,4GHz są szczególnie wrażliwe na problemy z zasilaniem, projektowane są najczęściej na napięcia ok. 3V do ok. 10V.
 
W związku z powyższym można projektować instalacje na 6V lub 7,4V (zasilaną akumulatorem 2S Lipol o napięciu 7,4V). Należy jednak pamiętać, aby zastosować nowoczesne serwomechanizmy także na napięcie 7,4V. Instalacja na 7,4V praktycznie eliminuje ryzyko chwilowego spadku napięcia na odbiorniku poniżej 3V i zapewnia wysokie bezpieczeństwo lotów.
 
Lipiec, 2013 (JN)