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martes, 6 de noviembre de 2012

Como Funciona Un Motor Electrico. Para Dummies.




En este pequeño artículo nos referiremos exclusivamente a los motores outruner.
Se llaman así, porque la campana del motor, que es la parte externa es la que gira.
Se debe montar en una base (lo mas común es una X que se incluye con el motor)
Para poder darle vueltas cómodamente con la mano.
Ya que la parte de donde hay que sujetar el motor es muy pequeña.


Las partes del motor son:  La X para montarse, La base del motor con su estator y baleros(coginete de bolas), la campana con los imanes y la flecha,  el adaptador para la hélice, y el C Clip.

Estos motores tienen 3 alambres que regularmente se les instalan unos conectores, siendo los más comunes los llamados Bullets, como los de la foto.
Para hacerlos funcionar, es necesario un Controlador especial llamado Brushless  ESC (Electronic Speed Controller para motores brushless.) y este deberá ser de acuerdo al motor en cuanto a capacidad de amperes y de acuerdo a la batería en cuanto a capacidad de voltaje y amperes.
Los tres conectores del motor se conectan a los tres del ESC.
Si requieren que gire al lado contrario, entonces se cambian de posicion 2 de sus conectores.
 Si se le conecta un voltaje a través de 2 de sus conectores se produce un corto.
No existe forma de hacerlo funcionar sin este controlador.
En la foto se muestra la forma de conectar un motor de estos.
Siempre se debe de hacer sin hélice, y solo ponerla hasta que todo este bien.


El ESC debe ser por lo menos el 125% de más capacidad en amperes a los que este consumiendo el motor.
Para saber las capacidades del motor es necesario recurrir a las especificaciones del motor o a las recomendaciones del vendedor.
En muchos de los casos esto es erróneo o no se cuenta con los datos completos.
Así que para utilizarlo es necesario conocer un poco sobre el funcionamiento de estos.

Tratare de explicarlo de la manera más sencilla posible:
Un motor eléctrico no produce potencia, produce torque, que al mover una hélice (Llamada carga) se transforma en trabajo y este es medido en Watts. Al que podremos llamar potencia de salida.
Un motor Eléctrico consume potencia, esta depende de su carga (tamaño de la hélice y voltaje suministrado) al que llamaremos potencia de entrada.
Por muchas razones, la potencia de salida será menor a la de entrada, la diferencia entre estas dos se convertirá principalmente en calor. Y el porcentaje convertido en trabajo se le llama eficiencia.
Estos motores hay que trabajarlos en un rango mínimo de 70% de eficiencia para asegurarnos un desempeño óptimo y prolongado.
Ahora supongamos que tenemos un motor de 100 gramos y a este lo alimentamos con 1 volt. Y nos da 1000 rpm. Decimos que su KV es de 1000.
Ya que el KV de un motor son las RPM que este de sin carga por cada volt.
Si lo alimentamos con 10 Volts entonces nos dará 10,000 rpm. Y el consumo de amperes será minimo,  Lo llamaremos Io.
Si le ponemos una carga o hélice y lo seguimos alimentando con 10 Volts, el motor girara menos. Si le ponemos una pequeña carga, quizás gire a 9000 rpm y consumirá algo de potencia (volts x amperes), si le ponemos una mas grande nos dará quizás unas 8000 rpm y aumentara el consumo de amperes y así aumentamos la carga hasta que el motor nos de 7000 rpm. Y posiblemente los amperes estén en el límite que soporta el motor.
Si seguimos aumentando la carga el amperaje seguirá subiendo y las rpm seguirán bajando.
Entonces vemos que el motor da 7,000 rpm con 10Volts, y si dividimos las RPM entre los 10 volts nos dará 700 rpm por volt. El porcentaje que representa 700 de 1000 es 70% y esto se llama % NLS (porcentaje de No Load speed,  Por ciento de velocidad sin carga)
En la práctica no conviene poner mas carga a un motor cuando sus rpm bajan de 70%.
Si nosotros seguimos aumentando la carga o poniendo una hélice más grande, las RPM seguirán disminuyendo, y que sucede con eso: Simplemente el motor se quema.
En un Motor eléctrico, el principal limitante es el calor. A medida que este aumente, se traslada al alambre y este a pesar de tener mucha resistencia al calor tiene un problema. Que es el esmalte con el que esta recubierto.
Un buen alambre para motores  (Magnetic wire) tiene un esmalte que soporta hasta 200  grados Farenheit
antes de derretirse o quemarse.
Volviendo a nuestro ejemplo.
Si el motor pesa 100 gramos, su capacidad para disipar el calor será de aproximadamente 100 watts. 
 Y si consideramos utilizarlo a 70% de eficiencia entonces 100 watts seria el 30% restante. Entonces si 100=30%, el 100% será 100x100=10000/30=333 watts y el 70% será 233 watts.
Ahora consideramos una Hélice que a  7000 rpm nos de una potencia de salida de 233 watts y nuestro motor estará mas o menos en su punto optimo. Por esto es que se considera que un motor se debe trabajar a no mas de 3 watts por gramo de peso.
Para esto ocupamos tener el programa de Drive Calc de distribución gratuita y utilizar la opción de Tools.
Cuando usamos 4 o mas celdas lipo ( 14.5volts en adelante) podemos usar mas de 3 watts por gramo, pero es necesario medir RPM, Volts y amperes para calcular su eficiencia.
También cambia en aplicaciones de velocidad y en EDF ya que los motores se encuentran en un ambiente con mucho flujo de aire, que ayuda a disipar el calor.
Recordaran que para calcular las RPM se utilizo 10 volts.
En la práctica será el voltaje de las baterías que se piense utilizar. ( El voltaje variara con la carga y con el tipo de lipos que se utilice, siendo menor las de 10C y mayor voltaje con las de 30C.)
Ejemplo:
Para 1s lipo utilizar 3.66 volts.
Para 2s utilizar 7.32 volts.
Para 3s Utilizar 11 volts.
Existen otras variables que hacen que las características de un motor cambien. Por eso es fundamental hacer pruebas con amperímetro y tacómetro.
Imaginémonos este mismo motor, pero de muy buena calidad ( no de alto precio) y que este se pueda usar a máxima potencia con una eficiencia de 80%.
Tendríamos 100 watts de calor, pero esto solo seria el 20%, ya que la eficiencia es de 80%.
Asi que si 100W=20%, entonces ? =80% Seran 400 watts.
Ahora podremos usar este motor hasta a 500 watts y mantendra la misma cantidad de calor para disipar.
Por supuesto son pocos los motores que se pueden usar de esta forma.

Probando un Motor Electrico.




Cuando compramos un motor Eléctrico, lo primero que debemos hacer es probarlo.
Así comprobamos sus prestaciones, que el motor sea el que compramos y que este en buenas condiciones.

Para probarlo se ocupa lo siguiente:

ESC. Asegúrese que sea de un amperaje por encima del que se ocupa.
Batería.  De las celdas apropiadas y de la capacidad necesaria.
Amperímetro. Se conecta en serie a la batería  para medir los Amperes. Si cuenta con multimetro mejor.
Soporte.  Para el motor.
Radio Transmisor y receptor.
Hélices
Lámpara  de baterías
Tacómetro.



Antes que nada, ensamblamos el motor, le ponemos sus conectores, la montadura de X y lo atornillamos a una base. (como utilizo un tornillo de banco para sostenerlo, el motor lo monto a una pieza de madera de 3/4x2x6pulgadas.)

La base con el motor la fijamos a un tornillo de banco, que esta firmemente atornillado a un escritorio.

Ya montado, le conectamos el ESC, el Amperímetro y  el Receptor.
Al motor si es de campana plateada o dorada, le ponemos 2 marcas negras opuestas. Con marcador. Y si es negro le ponemos 2 etiquetas blancas o amarillas.
Esto se hace para poderle medir las RPM cuando no tiene hélice.



Prendemos el Radio, le conectamos la batería y esperamos a que se arme.
Le aceleramos poco a poco, chocando el consumo de amperes, que deben ser muy bajos ya que el motor no tiene carga.

Con un tacómetro y apuntándole con la lámpara medimos las RPM. (la luz y el tacómetro llevan un ángulo como de 30 grados. Ver video)
Apuntamos la lectura de Amper, Voltaje si es posible y RPM.
Si contamos con lectura de Voltaje, entonces podemos calcular el KV.
Kv=rpm sin carga/volts.

La formula es mas complicada, pero el resultado es solo ligeramente diferente. Así que no es necesaria usarla, pero una descripción esta mas adelante.

Esperamos que la especificación del fabricante y la medida obtenida de KV sean aproximadas.

Ahora probamos con diferentes hélices y con la misma batería. De preferencia con hélices mas chicas de las recomendadas, para darnos una idea del comportamiento que podría tener con la especificada.
Las pruebas y lecturas se hacen rápido, 10 a 15 segundos y se verifica la temperatura del motor.
Si el motor quema al tocarlo, entonces la hélice es muy grande. (ver video)

Hay una prueba que se puede hacer que consiste en poner a funcionar el motor unos 30 seg. Y si se puede tocar, entonces el motor esta bien con esa hélice.
Hay que considerar al hacer esta prueba, que los amperes medidos sean por debajo de los que el fabricante recomienda. (Ver Videos)

Video de probando un motor sin carga. Midiendo el Kv.
 http://vimeo.com/9224100

Video de probando un motor con Helices.
 http://vimeo.com/9224362

Video de probando un motor con carga durante 40 seg.
 http://vimeo.com/9224767

Como regla, trato de no poner una hélice que me de menos del 70% del Kv. o Ratio.
Así que un motor de 1000kv. A 11 volts  le pongo una hélice que de cómo mínimo 7700rpm.
Si da menos tengo que ser mas precavido, probarlo solo por unos segundos, menos de 10 y luego dejo enfriar el motor.

Todos los datos que me da el motor los apunto en una hoja ya etiquetada con el Nombre del motor.
Alimento los datos en el programa de Drive calc. Y así el programa me dice como funcionaria con todas las demás hélices y los limites a diferentes voltajes  además lo principal me marca la eficiencia.



Midiendo el Kv del motor.

En los primeros post puse la forma de probar y medir el Kv de un motor.
Les decia que esa no es totalmente la forma correcta.
ese dato, no es realmente el Kv. sino el RPM/volts.
El Kv sera ligeramente mayor y la formula es:

Kv= RPM / (Vin-Vloss)
Vloss= Iin * Rm.

Tome un motor y medi sus RPM a diferentes voltajes. (de la misma forma como lo muestro en el video)

1 test. 10200rpm, 1.67A, 12.45V
2 test. 8800rpm, 1.54A, 10.73 V.
3 test. 5900epm, 1.10A, 7.12V.
en donde los amperes se llamaran Io o I in.
El Voltaje sera el V in.

Para la forma simple o rpm/v sera:
1 test. 10200rpm, 1.67A, 12.45V, 819.27Kv.
2 test. 8800rpm, 1.54A, 10.73 V. 820.13 Kv.
3 test. 5900epm, 1.10A, 7.12V. 828.65 Kv.

Con carga fue:
GWS 9x5, 3slipo, 8700rpm, 11.90A, 11.86V.
GWS 10x6. 3s lipo, 8200rpm, 16.46A, 11.7V.

Para utilizar la formula se ocupa un valor llamado Rm que es el valor real de la resistencia de la fase del motor de terminal a terminal.
Pare eso se requiere un Medidor de mucha precisión y algún gadjet.
Como eso es algo latoso, yo alimento estos datos al programa de Drive calc, mas los datos de una prueba con hélice y el programa me dice el rm.
para este motor fue de .0873 ohms.

Kv= RPM / (Vin-Vloss)
Vloss= Iin * Rm.
donde:
Kv=10200/(12.45-(1.67*.0873))
Resultado Kv=829.

Como ven la diferencia fue mínima de 819 a 829.
Para evitar hacer este calculo lo incluí en mi Excel de La convertidora.
Asi que solo alimento los datos y ella sola me hace el calculo.
si ni siquiera tengo que volver a recordar la formula.

Lo decia anteriormente. el Kv Varia con el ESC y con el Time que tenga seleccionado.

Las pruebas las hice con un Turnigy 70A.
Y este se le puede cambiar el time a 3 valores.
High, Medium y low.

Mis mediciones fueron las siguientes.

High. 10400rpm, 1.76A, 12.27V., Kv 847
Medium, 10,000 rpm, 1.63, 12.14 Kv 823
Low, 10,000 rpm, 1.62, 12.13V, Kv 824.

La diferencia entre Low y medium no fue detectada con mi equipo de medición.

Existe otra forma de medir el Kv de un motor y para ello se ocupa un taladro o drill press, un buen medidor de Volts en AC, y saber las rpm a las que funciona el taladro.

Utilicé uno que gira a 2000 rpm (medidas con una helice y taco-metro)

LA FORMULA proporcionada por ken Myer.
Brushless Kv formula using drill press
Kv = (1 / ((Vac * 1.414) * (1000 / drill press rpm)) / 1000) / 0.95

en esta pagina.
http://homepage.mac.com/kmyersefo/

Entonces se coloca la flecha del motor en el taladro y el voltímetro en AC se conecta a dos de sus terminales.
Se hace girar el taladro haciendo girar el motor y se toma la lectura.
Luego se conecta a las siguientes 2 terminales y se toma la lectura y luego a las 2 terminales faltantes.
Seran 3 lecturas.
En mi caso que no cuento con un buen multi-metro de AC me dio muchos problemas para leer el los motores chicos, la lectura fue menos de 2 volts, y no quedo claro los valores asi que no puede sacar bien el valor del Kv.

Pero usando motores mas grandes, en donde las lecturas fueron arriba de 2 volts el calculo quedo exacto.

La formula también la incluí el la Convertidora y solo es necesario alimentar las lecturas y las RPM del taladro.

Adjunto Excel de la convertidora.

Lo olvidaba que el excel no sube.
Pero se puede tomar de esta liga.
http://www.rcgroups.com/forums/showt...3#post20184908


Que esperar de un Motor Electrico.

Que esperar de un motor Eléctrico


Cuando uno compra un motor. Uno espera que el fabricante nos proporcione toda la información necesaria para operarlo eficientemente. Con tablas del comportamiento con la mayor cantidad de hélices y voltajes.

Cuando estos datos no están incluidos y no es posible conseguirlos en diferentes medios como son los foros de rc groups. Entonces solo nos queda recolectar nuestra propia información. Pero siempre será necesario contar con los datos básicos para empezar.


Estos Datos son:

Kv del motor. O revoluciones por Volts.
Peso del Motor.
Ampers máximos o Potencia máxima, en Watts.


Con estos datos en mente, podemos probar nuestro motor con una hélice de preferencia más chica de la que uno suponga que puede manejar el motor. Y con un amperímetro conectado.

He estado desarrollando una hoja de trabajo en Excel. Que proporciona una primera impresión sobre las capacidades de cualquier motor. Y solo ocupamos los datos anteriores.
http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=722755

Kv del motor. Este dato nos permite saber el no de revoluciones que puede lograr el motor. Entre mas alto menor será la hélice que pueda manejar el motor y menor el voltaje necesario.

Peso del Motor. La potencia de un motor esta ligada a sus características magnéticas y estas tienen mucha relación con el peso. Un motor con poco peso desarrolla poca potencia.
Los motores de brushles outruner desarrollan alrededor de 50-120Watts por onza de peso. Y depende de la calidad de los materiales con que se construyen, de la hélice que utilicen, y de la ventilación que tengan.
Entre menos capacidad tenga para disipar el calor, menos serán los watts por onza que soporten.

Por lo general se puede considerar más watts por onza al disminuir la hélice y al aumentar el voltaje. Y menos al aumentar el diámetro de la hélice y disminuir el voltaje.

Ampers máximos o Potencia máxima, en Watts. Este dato es importantísimo. Nos dice de acuerdo al voltaje utilizado, la cantidad máxima de ampers que puede consumir el motor sin tener daño.
En algunos casos el fabricante solo da el dato como máximos ampers.


 Regularmente Se considera como regla en un motor eléctrico:

El peso del motor en gramos multiplicado por 3 watts será la máxima potencia de entrada para el motor.
Así que un motor de 100 gramos será usado a 300 watts máximo.

En realidad no existe un parámetro exacto para determinar esto.

El valor es influenciado por su capacidad de disipación de calor y por su eficiencia.

En condiciones normales como un vuelo sport, y una instalación estándar regularmente ventilada el motor puede disipar un watt por gramo de peso.
Así que un motor de 100 gramos disipara100 watts de calor.
Este valor puede variar dependiendo de la aplicación y la instalación.

Disminuye en aplicaciones tipo 3d, en donde las velocidades son bajas y las hélices muy grandes. En instalaciones muy cerradas y que no tienen bien diseñado el flujo de aire.
Aumenta en aplicaciones de alta velocidad como aviones de EDF y otros que utilicen muchas rpm con hélices muy chicas.

La eficiencia es determinante.
Si el motor con la carga y el voltaje establecido proporciona un trabajo con una eficiencia de 66.6%. Será en un motor de 100 gramos a 300 Watts. 200 watts de salida y 100 watts en calor.
En este caso y por lo general este será su límite.
Pero si el motor es de buena calidad (no necesariamente de precio alto) y nos da una eficiencia de 80% entonces el motor puede utilizarse a 500Watts. 400 Watts de trabajo y 100 watts de calor.
En este caso el motor nos dará 5 watts por gramo de peso y puede aumentar y disminuir de acuerdo a las condiciones antes mencionadas.

El dato proporcionado por el fabricante de máxima eficiencia es por lo general falso, y prácticamente inútil.
El dato importante el el determinado por las pruebas a maxima potencia en donde se mide el trabajo producido por el motor contra la potencia de entrada. ( Volts por amperes) lo ideal es arriba de 70%

Notaran que aquí el límite es proporcionado por la disipación de calor y no por el calibre del alambre.
Cuando un motor se quema, al alambre no le pasa nada, ya que sus límites están muy por encima de la resistencia al calor del barniz que tiene. (Por supuesto el calibre grueso ayuda a la eficiencia y genera menos calor)
Cuando no se puede disipar todo el calor, la temperatura aumenta, los imanes pierden su capacidad magnética, el motor baja su eficiencia, consume mas corriente, genera mas calor y se disipa mucho menos así que cuando la temperatura sobrepasa el limite del barniz, este se desintegra en forma de humo blanco, el motor se pone en corto, e ESC se pone en corto y se quema, algunas veces se produce un incendio, se corta la corriente al radio, ya no responde y adiós.

En la mayoría de las veces el barniz se deteriora poco a poco, haciéndose obscuro.
De seguir sobrecalentando al motor entonces termina quemándose.

Esto es lo más normal en los motores eléctricos.
Pero no es lo correcto.
Esto sucede porque se acostumbra sobre potenciar a los motores, ya sea por desconocimiento o por necesidades de desempeño.

Lo ideal es que el motor dure mucho tiempo. Años y años.
Y para eso hay que usar un motor del tamaño apropiado a la potencia ocupada.

El los aviones de glow, si el fabricante recomienda un .60, nadie le pone un .40 y luego lo traemos todo acelerado.
En los eléctricos es lo mismo. Entre mas grande el motor mejor, pero para efectos de buen desempeño, hay que buscar un buen equilibrio peso, potencia.
Igual para las baterías.


Pocos riesgos se toman al utilizar la regla de 3. pero utilizar 5 es algo delicado.
por lo general la regla de 3 se puede a extender hasta cuatro cuando utilizamos voltajes arriba de 15.

pero para manejar el motor con seguridad se puede seguir los siguientes pasos:

Hacerle pruebas estáticas: Medición de kv sin carga y medición con carga 2 o mas hélices tomando nota de RPM, Voltaje y Amperes. (ver foro de Probando un motor Eléctrico.)

Cargar estos datos en el programa de Drive calculator. y analizar las gráficas resultantes.

Esta nos dira el amperaje máximo a determinado voltaje y nos calcula el desempeño con cada hélice.

De esta manera no es necesario hacer pruebas adicionales, ya que el programa se convierte en un emulador del motor y solo es necesario escoger el no. de celdas y la hélice y el programa nos dice como trabajara el motor.

Otro programa que trabaja muy parecido es el de Scorpion Calc. la mayor diferencia es que este si considera el aumento de temperatura según los minutos de uso.

Incluyo dos gráficas tomadas con un analizador Eagle Tree. (proporcionadas a un foro por Dr. kiwi)

En la primera se ve varias pruebas con una hélice GWS 8x4. a diferentes voltajes.
La hélice es mas chica que la que soporta el motor a 11 volts.
si se observa la gráfica de temperatura de color gris. se ve que progresivamente aumenta pero muy despacio.



En la segunda gráfica esta con una hélice muy grande para el motor. GWS 11 x7. y la gráfica de temperatura asciende rápidamente. aun después de apagado el motor , la temperatura sigue ascendiendo en forma peligrosa.



En la practica a un motor se le puede poner una hélice mas grande, alimentarlo con un voltaje alto y posiblemente no se queme en la prueba. pero dependiendo del abuso y del tiempo de uso, el motor terminara quemándose

Los Motores eléctricos no son para que duren 10 vuelos. son para que duren varios años.
Podemos usar este Excel para iniciar las pruebas del motor.
Post no. 25.

http://www.mexicorc.com/foro/showthread.php?t=4865&page=3



Las Helices.

Todas tienen un límite de rpm a las que se pueden utilizar sin comprometer su estructura.
Después de ese, empiezan a vibrar, o se puede quebrar de una de las palas por agotamiento de los materiales.
El límite disminuye en las muy golpeadas o viejas.

APCe= 190,000/diámetro.
( Este dato es de Drive calc V 3.4 , pero en todas las versiones anteriores es 160,000/diametro)


APC SF= 65,000/diámetro

APC Sport.= 190,000 / diámetro.

GWS HD. = 100,000/diámetro.

GWS RS.= 60,000/diámetro.

En la mayoria de los casos es fácil excederse el no de rpm y esto debe evitarse por seguridad.

Las hélices slow fly o SF, RS. Tienen un factor de carga mucho mas alto que sus contra partes E y HD y varia de 1.4 a 1.8 ,
Asi que es muy importante considerarlo, de lo contrario corremos el riesgo de quemar el motor fácilmente.



Otra razon para quemar un motor es el uso de la hélice equivocada.
si en las especificaciones marca una hélice 8x4 por ejemplo.
hay que ver a que tipo de hélice se refiere el fabricante.
ya que hay enormes diferencias entre una APCe 8x4, una GWS 8x4 y una APC SF 8x3.8

a 8000 rpm. y 11 volts.

APC e 8x4=11V, 5.5A, 60.5watts , 414gramos de empuje.

GWS HD 8x4= 11V, 4.25A, 46.8watts, 344 gramos de empuje.

APC SF 8x3.8= 11v, 6.1A, 67.1watts, 453 gramos de empuje.

Bueno en esta hélice no se ve mucho la diferencia.
que pasa con una de 10 pulgadas.

APC e 10x5. 8000rpm, 11V, 14A, 154watts, 921 gramos.

APC sf10x4.7. 8000rpm, 11v, 21.4A, 235watts, 1260 gramos.

ya en estos niveles de diferencia, se debe tener mucho cuidado.

Motores.

La potencia máxima esta determinada principalmente por el peso del motor.
La regla de 3 watts por gramo es bastante aceptable y regularmente segura.
Un motor de 100 gramos lo podemos utilizar a un consumo de 300 watts. Que seria su potencia de entrada.
Su potencia de salida que es el trabajo realizado por la hélice se puede simplificar a el 70%, asi que el 70% de 300 es 210 watts.


La hélice a utilizar esta definida por el Kv del motor y el voltaje de entrada.

A mayor Kv, menor el tamaño de la hélice
A mayor voltaje menor el tamaño de la hélice.
A mayor peso del motor, mayor el tamaño de la hélice.


Un motor de 1000Kv a 3s lipo (11 volts) daria a Maximina carga aproximadamente 7700 rpm.
Una muy buena aproximación es multiplicar el Kv por el 7.7

Asi que uno de 1600kv nos dara 12,320 rpm.
Y uno de 3500kv nos daria 26,950rpm

Entonces en el programa de drive calc, buscamos una hélice que a esas rpm nos de una potencia de salida de 210 watts.


A 7700 y 205watts seria una APC 11x7.
a 12,320 y 206watts seria una aeronaut e 7x7
a 26,950 y 215 watts seria una APC e 4.5 x 4.1.


 Voltaje.

 El voltaje determina el tipo de hélice.
A mayor voltaje, menor el diámetro de la hélice.
A menor voltaje, mayor puede ser la hélice.
Con la misma helenice, a mayor voltaje, mayor consumo de amperes.


Como hoy se usan prácticamente solo baterías de lipo, consideremos:
Una batería  a 20C de descarga, nos da alrededor de 3.66 volts por celda.
Y si la batería es de 30 C o mas nos dará a 20c de descarga alrededor de 3.7 Volts por celda.



Aclaración sobre 3 cosas.

1.- Fiabilidad.
La emulación del comportamiento de un motor, es una ciencia y se rige por leyes de la física.
Cada motor es diferente, incluso dos manufacturados con las mismas especificaciones.

Las principales formulas utilizadas para ello se denominan Formulas de Joachim Bergmeyer. Y para facilitar su uso se puede utilizar el siguiente Excel., en el post no.5.  ehttp://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=722755

A pesar de esto, el Excel desarrollado por mi, es una especie de intuitivo  y ciencia.
Utilizando parámetros generales. Y basados en las múltiples pruebas que he realizado sobre muchos motores.


La razón es que para proyectar el rendimiento de un motor se requiere datos como Kv real, Corriente consumida sin carga (Io)  a un determinado voltaje y el Rm o resistencia de la fase del alambre utilizado. (Este valor varia de acuerdo a la temperatura del alambre)
Y otros datos.
Que una ves obtenidos, se pueden alimentar en Drive calculator y este nos dará una gráfica de comportamiento de un motor en diferentes condiciones de voltaje y carga.

Así que con el Excel podemos proyectar el posible funcionamiento del motor.
Pero una ves teniendo el motor en nuestro poder, lo mejor es hacerle pruebas:

Medir el Kv,
Obtener el Io,
Probar con al menos 2 hélices y medir Voltaje, RPM, Amperes.
Y alimentar todos estos datos en el programa de Drive calculator de distribución gratuita.

Aquí veremos dos datos que son exclusivos de cada motor.

2.- Eficiencia.
La eficiencia es el porcentaje de la potencia de entrada, convertida en trabajo.
El % restante se convertirá en calor.
Como regla inicial, se considera el peso en gramos del motor como la cantidad en watts que el motor puede disipar, después de eso, si no se cuenta con una ventilación extraordinaria, el motor empezara a acumular calor y reducirá su eficiencia, consumiendo mas amperes al tener la misma carga y generando mas calor que al final terminara por deteriorar completamente el funcionamiento del motor.

Es común que en los Multicopteros, el motor solo pueda disipar .75 vatios por gramo de peso.

3.- % NLS.
Porcentaje de Not Load Speed. O porcentaje de las RPM sin carga. También llamado % Kv.

Este valor es diferente en cada motor y es el resultado de las RPM que este da a diferentes niveles de carga.
El dato que en el Excel ponemos es el que nos daría a máxima carga y nunca debe ser menor de 70% ya que de ser así, la eficiencia será muy baja y el motor se calentara demasiada.
Un % NLS menor de 70 nos indica que la combinación  Hélice Voltaje es muy alta y habría que reducir ya sea el tamaño de la hélice o el Voltaje.
Por lo general los valores obtenidos en las aplicaciones básicas van de 66 hasta 80%.
Siendo muy común de 70 a 75%

Este valor solo puede ser determinado por pruebas reales del motor.
Pero nosotros en el Excel lo vamos a inventar.
El grado de acierto que tengamos en el es el grado de exactitud que tendremos con nuestra proyección en el Excel.
Por lo general se consiguen en la vida real valores que van del 70 hasta el 80%.


Preguntas frecuentes sobre Falla de Motores Electricos.


1.- Tengo un motor brushles, que no se como conectarlo. Tiene 3 alambres de salida.
Los motores Brushless tienen 3 hilos y se deben conectar a un controlador llamado ESC de brushles. El cual también tiene 3 hilos y se conectan sin ningún orden. Y en caso de no girar hacia el lado deseado entonces se cambia la conexión de 2 de los alambres.
El esquema de cómo conectarlo esta en el link de Eléctricos para novatos y en el de mava56.
2.-  Cuando conecto mi motor que es un XXXX  trabaja muy bien sin hélice. Cuando le pongo una hélice XXX  y lo acelero, el motor hace un chirrido y se detiene.
Esta falla puede ser por 3 motivos.
Uno. Que la hélice es muy grande y al acelerarlo la hélice por efecto de su masa, pierde el motor la sincronía.
En algunas ocasiones es necesario cambiar el tiempo del ESC. Moviéndolo a alto.
En otras ocasiones es necesario poner una hélice más chica.
Y por ultimo algunas ocasiones es necesario cambiar el ESC.
Aqui una explicacion mas amplia y un video.
 http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=1480380#post25808102

3.-  Cuando conecto mi motor que es un XXXX  trabaja muy bien sin hélice. Cuando le pongo una hélice  XXX  y lo acelero, el motor funciona bien pero se empieza a calentar muchísimo, lo desacelero y no lo puedo tocar de tan caliente. A veces también hecha un poquito de humo y huele a quemado.
Definitivamente la hélice es muy grande y esta consumiendo mas amperes de los que soporta el motor.
Es necesario cambiarla por una más chica.
También se puede corregir poniendo un número menor de celdas. (menos Voltaje)
4.- Cuando conecto mi motor que es un XXXX  trabaja muy bien sin hélice. Cuando le pongo una  hélice XXX  y lo acelero,  a ¾ de aceleración el motor deja de acelerar o las revoluciones bajan drásticamente y se apaga. O en algunas ocasiones se bajan y acelera como si cascabeleara.
Desacelero todo y empieza a trabajar bien pero a cierto nivel de aceleración, hace lo mismo.
Los ESC para motores brushles tienen una función llamada LVC y ajusta automáticamente en la mayoría de los casos a 3v por celda.
Algunos traen la opción de corte suave y otros de corte abrupto.
Cuando uno carga un motor con una hélice, a medida que acelera el voltaje de la batería empieza a disminuir y el voltaje que disminuye depende de la carga de la batería y de la capacidad de de ella. Cuando disminuye a un múltiplo de 3 el LVC del ESC corta el suministro de voltaje al motor. Abruptamente o poco a poco de acuerdo a lo seteado en el ESC.
En este caso las razones de la falla pueden ser:
Hélice muy grande.
Batería muy descargada.
Batería muy chica.
5.- Mi motor no funciona, todo esta debidamente conectado y al acelerar el motor solo intenta girar para adelante y para atrás un poquito.
En este caso por lo general es algo que no funciona. Ya sea el motor o el ESC.
Es muy común que sea una soldadura fría en alguno de los conectores, o que se rompa uno de los alambres del motor.
También es muy común que esta falla suceda después de un golpe al motor.
6.- Tengo un motor y no se que hélice
  y que pila ponerle.
Aquí la explicación es muy larga y especifica. Así que les recomiendo que lean el foro de:
Quemando un motor eléctrico,
Que esperar de un Motor.
Eléctricos para Novatos.

Instalación de dos Motores.




Para instalar dos motores brushles  en un avión, es necesario la utilización de 2 ESC.
Es muy difícil conseguir la instalación de 2 motores controlados por solo uno.
En la práctica solo he oído y no visto la instalación de 2 EDF en un A10 de GWS.

Existen varias maneras  de conectarlos.

Pero lo común es  poner un motor en cada ESC, utilizar una sola bateria para ambos motores y utilizar uno solo de los BEC.
Para esto se requiere una extensión de servo en forma de Y e instalar una punta en el RX y las otras dos a cada uno de los ESC., Cortando uno de los cables rojos (positivo)
De uno de los ESC. De esta manera se utiliza el BEC de solo uno de los ESC.

Nota.
Cuando decimos cortar, nos referimos a interrumpir la conexión. Y eso se logra desenganchando la  Terminal positiva del conector del ESC y aislarla para que no haga corto. No eliminar la Terminal del conector porque el ESC quedaría inútil para otra aplicación.
Dibujo. No.1





En algunas ocasiones se puede poner los dos BEC en paralelo y de esa forma aumenta la capacidad de amperes para instalar más servos.
Para hacer esto, el ESC debe de contar con BEC lineal  y por ningún motivo se debe hacer con ESC con BEC de switching, ya que estos se dañarían.
Dibujo No.2






Nomenclatura de los Motores Electricos.




La nomenclatura de los motores Electricos, comparada con los motores de Glow o de gas es muy compleja.
Cada Fabricante usa la propia.

El fabricante mas conocido Model Motors (AXI) los designa de la siguiente manera:

Dos dígitos que marcan del diámetro del estator, seguido de  dos dígitos que marcan lo alto del estator. Un guión y el número de vueltas por ranura.

Ejemplo.

2212-26      Es un motor con un estator de 22x12mm y tiene 13 vueltas por diente, sumando 26 vueltas en la ranura o slot.
2208-34    Es un motor con un estator de 22x08mm y tiene 17 vueltas por diente, sumando 34 vueltas por ranura o slot.

Como ven estos números, no nos dicen nada referente a la potencia que desarrollan.

Scorpion Motors.

 La Nomenclatura de Scorpion es igual a la de Axi.  3008-14.
Los modelos nuevos también tienen una nueva nomenclatura, cambian el numero de vueltas por el Kv resultante.
Ahora los vemos como 3008-1090, en donde los últimos 4 números indican el valor del Kv.

Hacker.

Estos motores tienen designación muy propia.
Para los Inruner los marcan con una letra inicial de B y los outruner con una A.
Además seguidos de 2 números que indican la equivalencia a glow motor. A10 para un .10, A20, A30 yA40 y A50 igualmente su equivalencia en glow. , 2 números mas, posiblemente el no. De vueltas por slot, seguido por una o 2 letras que marcan lo alto de l estator. S,M,L y XL.
Asi un A50 12 xl sera un moto de categoria  .50 glow, con 12 vueltas por slot y un estator del tamaño Xl o extra largo.

Asi tenemos motores como:

A20-20XL. A20-30S, A50-12S, A50-12L.
Adema:
B20 12L, B40 12s, B40 18S, B50 15L.




Los Turnigy.

Estos motores utilizan las dimensiones de su campana para designarlos.
4 números para ancho y largo mas un guión, seguido del Kv del motor.
Este método es ampliamente utilizado por muchos fabricantes.

4250-650    Significa que el motor mide 42mm de ancho por 50mm de largo. Además que     su Kv es de 650.
2830-1000 Significa que su Campana mide 28mm x 30mm  y su Kv es de 1000.

En estos motores la segunda medida no es exacta, puede haber ligeras diferencias y en algunos casos los primeros 2 números pueden ser solo el diámetro del estator.


Otros utilizan 2 digitos para el diámetro del estator y 2 mas para el alto de la campana, algunos al final ponen el numero de vueltas por diente en ves de por ranura o slot.


E flite.

Esta Cia, trata de igualar la potencia del motor con el de un motor glow.
Asi que sus números son equivalentes. .15, .10, .46, .60 .

Así vemos motores  E flite 10, 20, 46, 60.
Aun así sus motores mas chicos los designan como los motores de brochas.
150, 200, 300,400, 480.

Respecto a la potencia  de un Glow , normalmente se usa la cilindrado multiplicada por 2000.
Así un motor .20 se puede comparar con un motor eléctrico de 400 watts.
Y un .61 con uno de 1220 watts.

Al final  se necesita algo de experiencia para que estas nomenclaturas nos digan algo.

Lo mas practico es revisar las especificaciones.
En donde la principal es el Peso del motor.
El peso del motor nos dice a que potencia máxima puede ser usado.
Por lo general cuando se usa con 2 o 3 celdas la potencia máxima recomendada sera de 3 watts por gramo.
Así un motor de 100 gramos, puede ser usado a 300 watts.
Cuando se usa con 4 o mas celdas podemos usar hasta 4 watts por gramo, pero esto tiene que ser medido con amperímetro y termómetro para evitar sobre pasarnos.
Cuando un motor se usa en Velocidad o EDF este parámetro se incrementa, gracias a la capacidad de disipar el calor del motor  que tiene el enorme flujo de aire.



El segundo parámetro en importancia es el Kv.
El Kv de un motor nos dice que tipo de hélice puede manejar a determinado voltaje.

Pero estos conceptos seran tratados en otro articulo.


Calculando el Motor mas Adecuado.





Para todos los que tenemos o queremos estar en el mundo de los aviones eléctricos. Voy a tratar de darles algunos consejos para elegir el motor apropiado.

Lo principal es contar con ciertas herramientas de software.

http://www.badcock.net/MotorXL/
esta es una liga a un programa gratuito. Para calcular eficiencia de un motor basados en voltaje, corriente, y una hélice  predeterminada para cierto no. de revoluciones.
También podemos utilizar estos:

http://www.badcock.net/cgi-bin/powe...=+++0&Temp=20.0
Programa en línea. Para saber el empuje y la eficiencia a partir de las revoluciones, amperaje y voltaje.

http://www.motocalc.com/
Programa muy útil, con una base de datos de motores, esc, baterías y aviones. Gratuito por 30 días.

http://www.drivecalc.de/
Programa parecido al anterior. Pero gratuito. Muy útil.




El Modelo.

El tipo de modelo, determina la aplicación, el tamaño de la hélice, así como la velocidad y potencia necesaria par el buen desempeño del modelo.
El peso del modelo con todo el equipo instalado es determinante.

Este método consta de 4 pasos.



1.-Determinar la velocidad de perdida y la carga Alar.
2.-Determinar la potencia necesaria, uso una gráfica.
2.-Definir la hélice a usar y las  RPM a las que la hélice consume la potencia determinada en el paso 2.

4.-Determinar el Motor y el Kv.
Ver Power Train.  http://aeromodelismoelectrico.blogspot.mx/2012/11/power-train.html
y Power train2.

Ejemplo.                                                                                                           
Avistar Trainer.

Este modelo es muy común y parecido a muchos entrenadores para motor .40

Wing Span: 59 in (1500mm)                                                                                                    Overall Length: 48 in.                                                                    
Wing Area: 602 sq in (39 sq dm)                                                                                            Flying Weight: 80 oz.2.296kg)                                                                                                                                                                        Radio: 4 channels Servos:                                                                                    
Motor glow .40-.46  2-stroke.
                          

A pesar que en las especificaciones dan un peso de 80  oz., consideraremos un peso de 96 oz. Ya que este será mas real al momento de hacer una conversión a eléctrico.

Así que alimentamos el peso del modelo y la superficie en pulgadas cuadradas.
Y obtenemos la carga alar (22.96 Oz/ft2)  y la velocidad de perdida que será de 19.17 MPH.

Con el dato de carga alar, utilizamos la grafica.
Esta cuenta con 5 niveles de tipo de vuelo.

Sedate Low. Solo para modelos muy muy ligeros y con vuelo muy lento.
Sedate Hight. Para modelos ligeros y vuelo lento tipo de entrenamiento

Agile Low. Para modelos de entrenamiento pero ágiles con algo de acrobacia. Y para     
                     Modelos acrobáticos moderados.

Agile Hight. Para modelos acrobáticos, Warbird. Y de carreras.
3D flight.  Para modelos súper acrobáticos con posibilidades de vuelo 3D.

A 22.96 Oz/ft2. :
Sedate Hight= 75 w/Lb.
Agile Low  =  108 w/Lb.
Agile Hight = 132 w/Lb.

Si usamos solo 75 puede ser muy bajo para este modelo y 132 es un valos muy alto.
Para este ejemplo usaremos de 85 y 108.


   
En Construccion......................................................................................................


Paso No. 2.

Las RPM de una hélice multiplicada por el paso de ella y dividida entre 1056 nos da la velocidad de la hélice.
La velocidad de la hélice  no se convierte en su totalidad a velocidad del modelo EN MPH, en un modelo como el avistar, será como el 80%, así que si la la velocidad de
la hélice es de 100 KPH, el modelo andará volando como a 80 KPH.
Un modelo de velocidad, con poco arrastre, puede subir hasta el 90%.

El Excel hará los cálculos y nosotros solo tenemos que elegir la hélice para el modelo y el programa nos dirá las RPM que se requieren.

Para obtener 44.3 MPH de  velocidad del modelo es necesario X cantidad de RPM según sea la hélice utilizada.

Ejemplos.
APC e10 x 7= 8020 rpm, 
APC e11 x 5.5 =10,207 rpm, 
APC e 11x 7 = 8020 rpm.
GWS hd 10 x6=9,357 rpm,  

Las RPM las obtenemos de alimentar el paso de la hélice en el Excel.

Y estas hélices producirían a estas revoluciones, este empuje.
APC e10 x 7= 8020 rpm,  1,064g, 37.5oz.
APC e11 x 5.5 =10,207 rpm,  2,160g,  76oz.
APC e 11x 7 = 8,020 rpm.,  1,493g, 52.6oz.
GWS hd 10 x6=9,357 rpm,   1,270g, 44.76oz.
APC e 12x6 = 9357 rpm,  2,639g, 93oz.
APC e 12x8 =  7017 rpm,  1,592g,  56.11oz.



Un avión de 96 oz. De peso,  volaría bien con 76 y 93 oz de empuje.



Paso No. 3.

Determinar la potencia necesaria.

Para comprobarlo existen parámetros que nos pueden ayudar.
Observemos la tabla, que también esta incluida en el Excel.

Entrenamientos.
40-80

Sport
80-120

Acrobatico
120-180

3d
150-200

Jets
175-300


Este modelo de 6 libras de peso 96/16=6. En la categoría de entrenamiento ocupa de 40*6=240 watts a 80*6= 480 watts de salida.

Así que utilizando el programa de http://www.drivecalc.de/ Drive Calculador buscamos una hélice que a las RPM indicadas arriba nos de la potencia entre estos dos rangos, de preferencia 480 watts.


APC e11 x 5.5 =10,207 rpm,  2,160g,  76oz., 393.3 W out.
APC e 12x6 = 9357 rpm,  2,639g, 93oz., 467.3 W out.



Esta hélice producirá a estas revoluciones, un trabajo equivalente a 467.3 watts.
También llamada potencia de salida.

Como en todos los motores eléctricos tenemos perdidas y la eficiencia no puede ser del 100%. Más bien varía entre el 50 y el 80%.
Un buen motor nos daría su potencia máxima con una eficiencia del 70%.  Al 80%.

Ahora si 467.3 Watts. , que es la potencia de salida es el 70%. El 100% será  668 Watts. Que será nuestra potencia de entrada al 70% de eficiencia.

Ahora si 467.3 Watts. , que es la potencia de salida es el 80%. El 100% será  584 Watts. Que será nuestra potencia de entrada al 80% de eficiencia.

Con 2s. Ocuparemos 7.2V*92.7 A = 668 Watts. Al 70%
Con 2s. Ocuparemos 7.2V*81.1 A = 584 Watts. Al 80%

Con 3s. Ocupamos 11V*60.7= 668 Watts a 70%.
Con 3s. Ocupamos 11V*53.1= 584 Watts a 80%.

Con 4s. Ocupamos 14.66V*45.5A= 668 Watts a 70%.
Con 4s. Ocupamos 14.66V*39.8A= 584 Watts a 80%.

Con 5s. Ocupamos 18.33V*36.4A= 668 Watts a 70%.
Con 5s. Ocupamos 18.33V*31.9A= 584 Watts a 80%.


Claramente se ve una ventaja al utilizar un motor de mejor eficiencia y también con un voltaje mayor. Siendo mejor utilizar 6s contra el de 5s., 5 contra 4 y asi sucesivamente.

En este paso decidimos que batería vamos a utilizar. 
Y para hacerlo mas fácil, los siguientes cálculos serán con 8s. o 18.33 Volts.

Todos estos datos son obtenidos de Excel.
Y se presentan todos juntos a una cierta eficiencia.



Paso No. 4.

Determinar el Motor y el Kv.

Un cálculo que yo hago. Sin ser científicamente correcto es el de encontrar el Kv. para el motor.
Que consiste en utilizar el % NLS  (No load Speed)
En los motores es muy común que este sea unos puntos arriba del % eficiencia..

En este ejemplo. Que buscamos 7017 rpm. A  70% de eficiencia mas 5 puntos . Lo multiplicamos por 100 y lo dividimos entre 75, luego entre  18.33. Nos daría un Kv de 480. Y entre 85% nos daría un Kv. de 423. Por lo tanto necesitamos un motor con un Kv. Entre este rango.

Existe una regla, que dice que un motor debe pesar por lo menos 1oz. Por cada 85 Watts de entrada.

Entonces ocuparemos un motor  a 70% de eficiencia que  pese por encima de  6.7-8.9oz. (189-253 gramos) con un kv de 480.
Y a 80% de eficiencia que pese  5.8 a 7.8oz (166-221 gramos), con kv de 423.

Un motor con el 80% de eficiencia deberá soportar. Un mínimo de 584Watts.
Un motor con el 70% de eficiencia deberá soportar. Un mínimo de 688 Watts.

Para hacer el mismo trabajo.
Claramente se ve una desventaja por usar un motor de poca eficiencia.

A la hora de seleccionar el motor dentro del rango obtenido. El mas apropiado, será el de menor peso y de mayor eficiencia.

 
Entiendo que este método no es totalmente correcto. Pero es muy sencillo y fácil.
Además nos da una muy buena aproximación a la realidad.

Para que esto sea mas sencillo es mejor usar el Excel, que nos dara todos estos datos.
Descargar del  Post no. 1, pero en el post no.10 esta la ultima version llamada powertrain.
 http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=1188179