Por Baiyun Tang e Augustin Angaud
A criação de um laboratório de propulsão para testes de UAVs exige um planeamento cuidadoso para garantir a segurança, a fiabilidade e a compatibilidade dos componentes.
Nesta sessão de perguntas e respostas, os engenheiros da Tyto Robotics partilham dicas práticas para selecionar fontes de alimentação, dimensionar os componentes e criar um ambiente de testes seguro, flexível e de alto desempenho.
Índice:
- Como determinar as necessidades de alimentação
- Como dimensionar o ESC para o motor
- Variáveis a considerar: corrente, tensão, taxa C
- Necessidades de alimentação para sistemas de propulsão elétrica coaxiais e distribuídos
- Quando usar um conjunto de baterias em vez de uma fonte de alimentação
- Considerações de segurança para baterias e fontes de alimentação
- Últimas dicas para instalar e operar sistemas de alimentação
P1: Como determinar as necessidades de alimentação
R: Normalmente, é o ESC que determina as necessidades de alimentação do sistema. Por exemplo, um APD UHV classificado para 28S e 300 A suporta até 28 células LiPo (103,6 V nominais) e 300 A contínuos. Ao multiplicar esses valores, obtém-se a necessidade de uma fonte de alimentação de 35 kW.
No entanto, pode ser difícil se estiver a combinar o mesmo motor com ESCs diferentes. Em vez de verificar um a um, é melhor estimar a potência através do impulso. Por exemplo, se o sistema de propulsão tiver de fornecer 120 kgf e assumir uma eficiência de cerca de 3 gf/W, será necessária pelo menos 36 kW de potência contínua. Para maior segurança, pode optar por um sistema de 40 kW.
P2: Como dimensionar o ESC para o motor
R: Depende da corrente que passa pelo motor e do binário que este gera. Por exemplo, com um motor de 30 kW a funcionar a 120 V, o ESC tem de suportar a mesma tensão e fornecer ainda mais corrente. Um ESC de 120 V e 320 A seria adequado.
Uma vez conhecida a potência contínua necessária, basta escolher um ESC com tensão compatível e taxa de corrente suficiente — com alguma margem de segurança.
P3: Variáveis a considerar: corrente, tensão, taxa C
Corrente contínua vs. corrente de pico: os motores e os ESCs podem registar picos inesperados mesmo a velocidades constantes, por isso é importante incluir uma margem de segurança.
Tensão de alimentação e Kv do motor: o motor deve fazer a hélice girar à velocidade certa, nem demasiado rápida (com risco de danificar o ESC), nem demasiado lenta (sem atingir o impulso pretendido). Isto é especialmente importante quando se utilizam baterias, pois não é fácil ajustar o número de células.
Taxa C da bateria: se a taxa de descarga for demasiado baixa para a corrente necessária, o desempenho será afetado.
Tenha também em conta a carga máxima de cada componente. Por exemplo, se o binário for demasiado elevado para as RPM indicadas, o motor pode ficar sobrecarregado, causando picos de corrente elevados que desestabilizam ou danificam a fonte de alimentação.
P4: Necessidades de alimentação para sistemas de propulsão elétrica coaxiais e distribuídos
R: Nos sistemas coaxiais, a tensão mantém-se a mesma, mas a corrente duplica em comparação com uma configuração de motor único. Será necessário calcular a potência total de todos os sistemas de propulsão, uma vez que estes partilham frequentemente uma fonte de alimentação comum.
Duas coisas a ter em atenção:
- A capacidade e a taxa C da bateria têm de suportar a corrente de descarga combinada mais elevada. Adicione bancos de condensadores à entrada de corrente contínua do ESC. A travagem regenerativa de um motor pode enviar corrente que danifica os restantes.
- As interações aerodinâmicas entre hélices coaxiais afetam as necessidades de potência. Para hélices de tamanho igual, a potência necessária não é o dobro, mas sim cerca de 1,7 vezes superior. A hélice traseira produz menos binário e impulso à mesma velocidade de rotação, reduzindo as necessidades totais de binário e potência.
P5: Qando usar um conjunto de baterias em vez de uma fonte de alimentação
R: Ambas as opções são válidas. Utilizamos baterias para testes de alta potência. São mais resistentes e podem absorver energia regenerativa. Por outro lado, utilizamos fontes de alimentação para configurações mais pequenas. São flexíveis e podem ser ajustadas de alguns volts até 100 V, abrangendo uma vasta gama de ESCs.
As fontes de alimentação têm de estar ligadas à rede elétrica e são menos tolerantes a quedas de tensão e picos de corrente. Convertem corrente alternada em corrente contínua através de díodos e estabilizam-se com condensadores, que podem sobreaquecer sob cargas de pico.
As baterias, embora demorem a carregar, lidam melhor com os picos de corrente devido ao armazenamento químico. São modulares, portáteis e podem ser configuradas em série ou em paralelo para alterar a tensão e a corrente conforme necessário.
P6: Considerações de segurança para baterias e fontes de alimentação
R: Duas preocupações principais:
- Corrente inversa durante a travagem regenerativa: se o ESC não tiver condensadores no lado da corrente contínua, a maioria das fontes de alimentação não consegue suportar a corrente de retorno. Utilize um díodo ou condensador como proteção.
- Sobreaquecimento: os grandes conjuntos de baterias incluem geralmente um BMS com desligamento térmico. Os sistemas mais pequenos podem não ter esta proteção, pelo que deve utilizar sondas de temperatura externas ou termopares. Estas podem ser configuradas para desligamento automático através do software Flight Stand. (Os Flight Stands da Tyto incluem estas sondas.)
Também é importante:
- Tenha sempre um interruptor de segurança que desligue a fonte de alimentação. Coloque-o perto do operador e longe do sistema de propulsão. No laboratório, o ideal é separar totalmente o operador da área de testes.
- Utilize luvas para alta tensão quando trabalhar em componentes energizados.
- Mantenha o tipo correto de extintor de incêndio para cada fonte de alimentação: baterias e fontes de alimentação.
P7: Últimas dicas para instalar e operar sistemas de alimentação
R: Leia atentamente os manuais do produto. As especificações, instruções de configuração e limites de segurança estão lá para o ajudar a evitar problemas e a manter o seu laboratório seguro e eficiente.
Saiba Mais:
Artigo: Como Funciona um ESC