Por Lauren Nagel
Muitos fabricantes de motores elétricos prometem um desempenho impressionante, com eficiências até ou superiores a 95%.
Os números da ficha técnica são impressionantes, mas os valores reais correspondem?
Realizámos um estudo utilizando dados de eficiência de motores para tentar responder à seguinte questão: Qual é a eficiência média de um motor elétrico?
Não existem normas da indústria para testar e apresentar os dados de desempenho dos motores, pelo que é quase impossível comparar os fabricantes durante o processo de compra.
É por isso que somos grandes defensores do teste dos seus próprios motores, pois isso permite determinar o seu verdadeiro desempenho e encontrar o melhor para o seu projeto.
Neste artigo abordaremos:
- Como medimos a eficiência média dos motores
- Limitações do estudo
- A eficiência média de um motor elétrico - O que os dados mostram
Descubra como a Inspired Flight identificou o seu motor mais potente através de testes rigorosos.
1. Como medimos a eficiência média dos motores
Além do nosso equipamento de teste, oferecemos uma base de dados online gratuita de dados de desempenho de motores.
Estes dados foram recolhidos e carregados pelos utilizadores de uma das nossas bancadas de teste de motores elétricos.
Estas bancadas de teste recolhem dados sobre impulso, binário, RPM, corrente, tensão, potência elétrica, potência mecânica, eficiência do motor e do ESC, eficiência da hélice e eficiência global do sistema de propulsão.
Clique aqui para ver as fórmulas utilizadas para determinar estes valores.
No momento em que escrevemos este artigo, a base de dados contém dados de eficiência de motor e ESC para 48 motores únicos. Ao criar a lista curta, tivemos o cuidado de contabilizar duplicados e testes com dados em falta.
Assim que a lista de motores foi finalizada, analisámos os dados de cada um dos motores. Para alguns motores, foi realizado apenas um teste, enquanto para outros foram realizados até 22 testes.
Para cada motor, analisámos todos os pontos de dados disponíveis e utilizamos o valor da «eficiência máxima observada» para a nossa análise.
Para o motor abaixo, por exemplo, havia 8 testes disponíveis, e utilizamos o valor da eficiência máxima observada (indicado pela seta azul) de todos os testes para a nossa análise. É importante compreender que, como foram utilizadas hélices diferentes, o binário aplicado foi diferente entre os testes. A eficiência do motor é uma função da velocidade de rotação e do binário.
Embora não possamos garantir que esta seja a verdadeira eficiência máxima do motor, é a maior eficiência observável com os dados disponíveis. Devido a esta e a outras limitações, não iremos indicar os motores incluídos.
Leitura adicional: Análise de Potência e Eficiência de Motores Brushless (artigo)
Nas nossas análises, comparámos a eficiência de todos os motores, bem como a dos subgrupos com base no peso. Os limites foram criados para tentar ter um número igual de motores em cada grupo, agrupando-os com motores de tamanho comparável.
Existe um intervalo de peso entre o penúltimo e o último grupo para representar mais claramente o tamanho dos motores incluídos.
2. Limitações do estudo
Antes de passarmos aos resultados, gostaríamos de discutir algumas limitações do estudo.
Este estudo é puramente observacional e baseia-se nos dados disponíveis na nossa base de dados. Não controlámos o ambiente dos testes nem o tipo de teste realizado, nem podemos dizer se os dados carregados são representativos do desempenho normal dos motores.
Portanto, esta não é uma comparação precisa. São simplesmente dados que compilámos por curiosidade e para uma visão geral do assunto.
Embora existam certamente outros fatores a considerar, abaixo estão algumas das limitações deste estudo.
Limitações do estudo:
- As nossas bancadas de teste medem a «eficiência do motor E do ESC», pelo que foi isto que foi utilizado na comparação. A partir de testes experimentais, sabemos que o mesmo motor, a uma determinada velocidade e binário, pode ter uma variação de 10% devido ao tipo e às definições do ESC.
- Os dados utilizados são dados submetidos pelos utilizadores, pelo que não temos controlo sobre as condições de teste.
- Para alguns motores havia vários testes disponíveis, enquanto para outros havia apenas um, pelo que o número de amostras consideradas não foi consistente.
- Os testes incluídos não foram realizados com a intenção de identificar a maior eficiência possível, pelo que a «eficiência máxima» de alguns motores poderá estar subestimada.
- Para a maioria dos motores, os dados de peso foram incluídos com o teste, mas em alguns testes estavam em falta. Para estes testes, realizámos uma pesquisa com base nas informações do motor fornecidas e preenchemos o peso. Utilizamos o valor do «peso sem cablagem», mas não podemos confirmar se os motores com dados de peso já presentes incluíam ou não o peso dos cabos.
3. A eficiência média de um motor elétrico - O que os dados mostram
Em primeiro lugar, vejamos os dados de eficiência do grupo como um todo.
A eficiência máxima média em percentagem para os 48 motores elétricos incluídos no estudo é: 77,64%.
Considerando que os dados não foram recolhidos para fins de eficiência máxima, não é mau. É provavelmente uma boa estimativa da eficiência típica de um motor elétrico.
A maior eficiência máxima observada foi de 97,61% e a mais baixa de 55,79%.
O gráfico abaixo mostra a distribuição da eficiência máxima:
Quando o analisamos mais detalhadamente em grupos com base no peso, é isto que observamos:
|
Categoria de peso (g) |
Eficiência máxima média |
|
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% |
Como pode ver, existe uma tendência geral para o aumento da eficiência à medida que o peso do motor aumenta.
Se incluirmos todos os pontos de dados individualmente, a tendência é semelhante, embora dispersa:
Estes gráficos mostram-nos que, em geral, podemos esperar uma eficiência máxima mais elevada à medida que o tamanho do motor aumenta. Isto está em linha com o conhecimento comum da indústria atual.
Também podemos ver que existe uma grande variedade de eficiências para motores do mesmo tamanho, especialmente para motores com cerca de 30 a 50 g de peso.
Para a maioria dos UAVs, substituir um motor na parte inferior da gama por um na parte superior da gama poderá aumentar o seu tempo de voo em vários minutos.
Conclusão
Em conclusão, de acordo com este estudo observacional:
- Em média, os motores maiores têm maior eficiência
- Existe uma grande variedade de eficiências para motores do mesmo tamanho
- Os dados de eficiência dependem muito do caso de utilização e da seleção da hélice
- É muito importante testar os seus motores
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