실험실용 전원 공급 장치 선택 방법: 전문가 Q&A

· 3 분 소요 · Admin Staff

How to Choose a Power Source for Your Lab: Expert Q&A

작성자: Baiyun Tang 및 Augustin Angaud

UAV 테스트용 추진 연구실을 구축하려면 안전성, 신뢰성 및 구성 요소 간의 호환성을 보장하기 위한 세심한 계획이 필요합니다.

이번 Q&A에서 Tyto Robotics 엔지니어들이 전원 선택, 구성 요소 용량 산정, 안전하고 유연하며 고성능인 테스트 환경 구축을 위한 실질적인 팁을 공유합니다.

목차:

  1. 전력 요구 사항을 결정하는 방법
  2. 모터에 맞는 ESC 용량을 산정하는 방법
  3. 고려해야 할 변수: 전류, 전압, C-레이팅
  4. 동축 및 분산 전기 추진 시스템의 전력 요구 사항
  5. 배터리 팩과 전원 공급 장치 중 어느 것을 사용할지 결정하는 시점
  6. 배터리 및 전원 공급 장치에 대한 안전 고려 사항
  7. 전력 시스템 설치 및 운용을 위한 마지막 팁

Q1: 전력 요구 사항을 결정하는 방법

A: 일반적으로 시스템의 전력 요구 사항은 ESC가 결정합니다. 예를 들어, 28S 및 300A 사양의 APD UHV는 최대 28개의 LiPo 셀(정격 103.6V)과 300A의 연속 전류를 의미합니다. 이 값들을 곱하면 35kW의 전원 요구 사항이 도출됩니다.

그러나 동일한 모터를 서로 다른 ESC와 조합하는 경우에는 어려움이 따를 수 있습니다. 하나씩 확인하기보다는 추력을 통해 전력을 추정하는 것이 더 좋은 방법입니다. 예를 들어, 추진 시스템이 120kgf의 추력을 제공할 것으로 예상되고 효율이 약 3gf/W라고 가정하면 최소 36kW의 연속 전력이 필요합니다. 안전을 위해 40kW 시스템을 선택할 수 있습니다.

Q2: 모터에 맞는 ESC 용량을 산정하는 방법

A: 모터를 통과하는 전류와 모터가 생성하는 토크에 따라 다릅니다. 예를 들어, 120V에서 작동하는 30kW 모터의 경우 ESC는 동일한 전압을 지원해야 하며 더 많은 전류를 공급해야 합니다. 120V, 320A ESC가 적합합니다.

필요한 연속 전력을 알았다면, 전압이 일치하고 전류 정격이 충분한 ESC를 선택하기만 하면 됩니다. 이때 안전을 위한 여유를 조금 두는 것이 좋습니다.

Q3: Variables to consider: 전류, 전압, C-레이팅

A: 연속 전류와 피크 전류: 모터와 ESC는 일정한 속도에서도 예상치 못하게 전류가 급증할 수 있으므로 여유를 두어야 합니다.

공급 전압과 모터의 Kv: 모터는 프로펠러를 너무 빠르지 않게(ESC 손상 위험) 또는 너무 느리지 않게(목표 추력 도달 실패) 적절한 속도로 회전시켜야 합니다. 배터리를 사용하는 경우 셀 수를 쉽게 조절할 수 없으므로 이 점이 특히 중요합니다.

배터리의 C-레이팅: 방전율이 필요한 전류에 비해 너무 낮으면 성능이 저하됩니다.

또한 각 구성 요소의 최대 부하도 염두에 두어야 합니다. 예를 들어, 주어진 RPM에 비해 토크가 너무 높으면 모터에 과부하가 걸려 전원 공급 장치를 불안정하게 하거나 손상시키는 높은 전류 피크가 발생할 수 있습니다.

Q4: Power requirements for coaxial and distributed electric propulsion systems

A: 동축 시스템의 경우 전압은 동일하지만 단일 모터 구성에 비해 전류는 두 배가 됩니다. 추진 시스템이 종종 공통 전원을 공유하므로 모든 추진 시스템의 총 전력을 계산해야 합니다.

주의해야 할 두 가지 사항:

  1. 배터리 용량과 C-레이팅은 더 높은 합산 방전 전류를 지원해야 합니다. ESC의 DC 입력 측에 커패시터 뱅크를 추가하십시오. 한 모터의 회생 제동 전류가 다른 모터에 전류를 보내 손상을 줄 수 있습니다.
  2. 동축 프로펠러 간의 공기역학적 상호작용은 전력 요구 사항에 영향을 미칩니다. 크기가 같은 프로펠러의 경우 필요한 전력은 2배가 아니라 1.7배에 가깝습니다. 후방 프로펠러는 동일한 RPM에서 토크와 추력이 적게 발생하므로 총 토크와 전력 요구 사항이 줄어듭니다.

Q5: When to use a battery pack vs. a power supply

A: 두 옵션 모두 유효합니다. 고출력 테스트에는 배터리를 사용합니다. 배터리는 내구성이 더 뛰어나고 회생 에너지를 흡수할 수 있습니다. 반대로 소형 구성에는 전원 공급 장치를 사용합니다. 유연하며 몇 볼트에서 최대 100V까지 조절할 수 있어 광범위한 ESC를 커버할 수 있습니다.

전원 공급 장치는 벽에 연결해야 하며 전압 강하와 전류 급증에 덜 견딜 수 있습니다. 다이오드를 사용하여 AC를 DC로 변환하고 커패시터로 안정화하는데, 피크 부하에서는 과열될 수 있습니다.

배터리는 충전 속도는 느리지만 화학적 저장 방식 덕분에 전류 피크를 더 잘 처리합니다. 모듈형이고 휴대할 수 있으며 필요에 따라 전압과 전류를 변경하기 위해 직렬 또는 병렬로 구성할 수 있습니다.

Q6: Safety considerations for batteries and power supplies

A: 두 가지 주요 고려 사항:

  1. 회생 제동 중 역전류: ESC의 DC 측에 커패시터가 없는 경우 대부분의 전원 공급 장치는 귀환 전류를 처리할 수 없습니다. 다이오드 또는 커패시터를 버퍼로 사용하십시오.
  2. 과열: 대형 배터리 뱅크에는 일반적으로 열 차단 기능이 있는 BMS가 포함됩니다. 소형 시스템에는 이 기능이 없을 수 있으므로 외부 온도 프로브 또는 열전대를 사용하십시오. Flight Stand 소프트웨어를 사용하여 자동 차단되도록 구성할 수 있습니다. (Tyto의 Flight Stand에는 이 프로브가 포함되어 있습니다.)

또한 중요한 사항:

  • 전원 공급 장치를 차단하는 안전 스위치를 항상 구비하십시오. 스위치는 작업자 근처에 두고 추진 시스템과는 멀리 배치하십시오. 연구실에서는 작업자와 테스트 구역을 완전히 분리하는 것이 가장 좋습니다.
  • 전기가 흐르는 구성 요소를 작업할 때는 고전압 장갑을 착용하십시오.
  • 각 전원 공급 장치(배터리 및 전원 공급 장치)에 맞는 올바른 유형의 소화기를 비치하십시오.

Q7: Last tips for installing and operating a power systems

A: 제품 설명서를 주의 깊게 읽으십시오. 사양, 설정 지침 및 안전 한계는 문제를 방지하고 연구실을 안전하고 효율적으로 유지하는 데 도움이 됩니다.

더 알아보기:

기사: ESC는 어떻게 작동하는가

기사: 드론용 LiPo 배터리 가이드

기사: BLDC 모터 토크 측정 방법