بقلم لورين ناجل
تعد العديد من الشركات المصنّعة للمحركات الكهربائية بأداء مبهر يصل إلى 95% من الكفاءة أو يتجاوزه.
الأرقام الواردة في ورقة البيانات مثيرة للإعجاب، ولكن هل تتوافق القيم الفعلية معها؟
أجرينا دراسة باستخدام بيانات كفاءة المحركات لمحاولة الإجابة عن السؤال: ما هو متوسط كفاءة المحرك الكهربائي؟
لا توجد معايير صناعية لاختبار أرقام أداء المحركات وعرضها، لذا فمن المستحيل تقريبًا مقارنة الشركات المصنّعة أثناء عملية الشراء.
لهذا السبب، نحن من كبار المؤيدين لاختبار محركاتك بنفسك، لأن ذلك يتيح لك تحديد أدائها الحقيقي والعثور على الأفضل لتصميمك.
سنتناول في هذا المقال:
- كيف قمنا بقياس متوسط كفاءة المحرك
- محددات الدراسة
- متوسط كفاءة المحرك الكهربائي - ما تظهره البيانات
اكتشف كيف حددت Inspired Flight أقوى محركاتها من خلال اختبارات صارمة.
1. كيف قمنا بقياس متوسط كفاءة المحرك
إلى جانب معدات الاختبار الخاصة بنا، نوفر قاعدة بيانات مجانية عبر الإنترنت لبيانات أداء المحركات.
تم جمع هذه البيانات ورفعها من قبل مستخدمي أحد منصات اختبار المحركات الكهربائية الخاصة بنا.
تجمع منصات الاختبار هذه بيانات حول قوة الدفع والعزم والسرعة الدورانية (RPM) والتيار والجهد والقدرة الكهربائية والقدرة الميكانيكية وكفاءة المحرك ووحدة التحكم الإلكترونية بالسرعة (ESC) وكفاءة المروحة والكفاءة الإجمالية لنظام الدفع.
انقر هنا للاطلاع على المعادلات المستخدمة لتحديد هذه القيم.
في الوقت الذي نكتب فيه هذا المقال، تحتوي قاعدة البيانات على بيانات كفاءة المحرك ووحدة التحكم الإلكترونية بالسرعة (ESC) لـ 48 محركًا فريدًا. وعند إنشاء القائمة المختصرة، حرصنا على استبعاد البيانات المكررة والاختبارات التي تفتقر إلى البيانات.
بمجرد الانتهاء من قائمة المحركات، نظرنا في بيانات كل محرك. بالنسبة لبعض المحركات، تم إجراء اختبار واحد فقط، بينما شملت محركات أخرى ما يصل إلى 22 اختبارًا.
لكل محرك، نظرنا في جميع نقاط البيانات المتاحة واستخدمنا قيمة «أقصى كفاءة مرصودة» في تحليلنا.
على سبيل المثال، بالنسبة للمحرك الموضح أدناه، كانت هناك 8 اختبارات متاحة، واستخدمنا أقصى قيمة كفاءة مرصودة (المشار إليها بالسهم الأزرق) من جميع الاختبارات في تحليلنا. من المهم أن نفهم أنه نظرًا لاستخدام مراوح مختلفة، فقد اختلف العزم المطبق بين الاختبارات. كفاءة المحرك هي دالة في السرعة الدورانية والعزم.
بينما لا يمكننا ضمان أن هذه هي الكفاءة القصوى الحقيقية للمحرك، إلا أنها أعلى كفاءة يمكن ملاحظتها من البيانات المتاحة. ونظرًا إلى هذا القيد وغيره، فلن نذكر أسماء المحركات المشمولة.
مزيد من القراءة: تحليل قدرة وكفاءة المحرك عديم الفحمات (مقال)
في تحليلاتنا، قارنا كفاءة جميع المحركات، وكذلك كفاءة المجموعات الفرعية بناءً على الوزن. تم إنشاء الحدود لمحاولة الحصول على عدد متساوٍ من المحركات في كل مجموعة، مع تجميعها مع محركات ذات حجم مماثل.
هناك فجوة في الوزن بين المجموعة قبل الأخيرة والمجموعة الأخيرة لتمثيل حجم المحركات المشمولة بشكل أكثر وضوحًا.
2. محددات الدراسة
قبل أن نتناول النتائج، نود مناقشة بعض محددات الدراسة.
هذه الدراسة رصدية بحتة وتعتمد على البيانات المتاحة لنا في قاعدة بياناتنا. لم نتحكم في بيئة الاختبارات أو نوع الاختبار الذي تم إجراؤه، ولا يمكننا القول ما إذا كانت البيانات المرفوعة تمثل الأداء العادي للمحركات.
لذلك، هذا ليس مقارنة دقيقة. هذه مجرد بيانات جمعناها من باب الاهتمام وللحصول على نظرة عامة على المسألة.
بينما هناك بالتأكيد عوامل أخرى ينبغي أخذها في الاعتبار، فيما يلي بعض محددات هذه الدراسة.
محددات الدراسة:
- تقيس منصات الاختبار لدينا «كفاءة المحرك وحدة التحكم الإلكترونية بالسرعة (ESC)»، وهذا ما تم استخدامه في المقارنة. من الاختبارات التجريبية، نعلم أن المحرك نفسه عند سرعة وعزم معينين يمكن أن يشهد تفاوتًا بنسبة 10% بسبب نوع وحدة التحكم الإلكترونية بالسرعة (ESC) وإعداداتها.
- البيانات المستخدمة هي بيانات قدمها المستخدمون، لذا ليس لدينا أي تحكم في ظروف الاختبار.
- بالنسبة لبعض المحركات، كانت هناك اختبارات متعددة متاحة، بينما بالنسبة لغيرها كان هناك اختبار واحد فقط، لذا لم يكن عدد العينات المأخوذة في الاعتبار متسقًا.
- لم يتم إجراء الاختبارات المشمولة بهدف تحديد أعلى كفاءة ممكنة، لذا قد تكون «الكفاءة القصوى» لبعض المحركات أقل من قيمتها الحقيقية.
- بالنسبة لمعظم المحركات، كانت بيانات الوزن مشمولة مع الاختبار، ولكن في بعض الاختبارات كانت مفقودة. بالنسبة لهذه الاختبارات، أجرينا بحثًا بناءً على معلومات المحرك المقدمة وملأنا الوزن. استخدمنا قيمة «الوزن بدون أسلاك»، ولكن لا يمكننا التأكد مما إذا كانت المحركات التي تحتوي بالفعل على بيانات وزن قد شملت وزن الأسلاك أم لا.
3. متوسط كفاءة المحرك الكهربائي - ما تظهره البيانات
أولًا، دعونا ننظر إلى بيانات كفاءة المحرك للمجموعة ككل.
متوسط أقصى نسبة كفاءة لجميع المحركات الكهربائية الـ 48 المشمولة في الدراسة هو: 77.64%.
بالنظر إلى أن البيانات لم تُجمع لأغراض تحديد أقصى كفاءة، فإن هذه النتيجة ليست سيئة. ومن المرجح أن تكون تقديرًا جيدًا لكفاءة المحرك الكهربائي النموذجي.
كانت أعلى كفاءة قصوى مرصودة 97.61% وأدناها 55.79%.
يوضح الرسم البياني أدناه توزيع الكفاءة القصوى:
عندما نقسمها أكثر إلى مجموعات بناءً على الوزن، نلاحظ ما يلي:
|
فئة الوزن (جم) |
متوسط أقصى كفاءة |
|
3.9 - 30.0 |
70.80% |
|
30.1 - 36.0 |
67.63% |
|
36.1 - 70.0 |
79.98% |
|
70.1 - 159.0 |
82.78% |
|
159.1 - 255.0 |
84.13% |
|
1093.0 - 5130.0 |
85.42% |
كما ترون، هناك اتجاه عام نحو زيادة الكفاءة مع زيادة وزن المحرك.
إذا أدرجنا جميع نقاط البيانات بشكل فردي، فإن الاتجاه مماثل وإن كان مشتتًا:
تخبرنا هذه الرسوم البيانية أنه بشكل عام، يمكننا توقع رؤية أقصى كفاءة أعلى مع زيادة حجم المحرك. وهذا يتماشى مع المعرفة الشائعة في الصناعة اليوم.
يمكننا أيضًا أن نرى أن هناك نطاقًا واسعًا من الكفاءات للمحركات من نفس الحجم، خاصة للمحركات التي يبلغ وزنها حوالي 30 - 50 جم.
بالنسبة لمعظم الطائرات المسيّرة، فإن استبدال محرك في أسفل النطاق بآخر في أعلاه يمكن أن يزيد من وقت طيرانك بعدة دقائق.
الخلاصة
في الختام، وفقًا لهذه الدراسة الرصدية:
- بشكل عام، تتمتع المحركات الأكبر بكفاءة أعلى
- هناك نطاق كبير من الكفاءات للمحركات من نفس الحجم
- أرقام الكفاءة تعتمد بشكل كبير على حالة الاستخدام واختيار المروحة
- من الأهمية بمكان اختبار محركاتك
إذا كنت ترغب في البدء باختبار محركاتك ومراوحك الكهربائية، فراجع أدوات اختبار الدفع لدينا:
- سيريز 1585 - تقيس ما يصل إلى 5 كجم من قوة الدفع / 2 نيوتن متر من العزم
- فلايت ستاند 15 - تقيس ما يصل إلى 15 كجم من قوة الدفع / 8 نيوتن متر من العزم
- فلايت ستاند 50 - تقيس ما يصل إلى 50 كجم من قوة الدفع / 30 نيوتن متر من العزم
- فلايت ستاند 150 - تقيس ما يصل إلى 150 كجم من قوة الدفع / 150 نيوتن متر من العزم
- فلايت ستاند 500 - تقيس ما يصل إلى 500 كجم من قوة الدفع / 1500 نيوتن متر من العزم