如何为您的实验室选择电源：专家问答

作者：Baiyun Tang 和 Augustin Angaud

建立用于无人机测试的推进实验室需要周密规划，以确保安全、可靠和组件兼容性。

在本问答中，Tyto Robotics 的工程师分享了选择电源、确定组件规格以及构建安全、灵活、高性能测试环境的实用技巧。

目录：

1. 如何确定您的电源需求
2. 如何根据电机为您的 ESC 选择合适规格
3. 需要考虑的变量：电流、电压、C 倍率
4. 共轴和分布式电推进系统的电源需求
5. 何时使用电池组，何时使用电源
6. 电池和电源的安全注意事项
7. 安装和运行电力系统的最后提示

Q1：如何确定您的电源需求

A：通常，ESC 决定了系统的电源需求。例如，一款额定 28S 和 300 A 的 APD UHV 可以支持多达 28 个锂聚合物电池单元（标称 103.6 V）和 300 A 持续电流。将这些值相乘，即可得出 35 kW 的电源需求。

然而，如果您将同一款电机与不同规格的 ESC 配套使用，情况可能会变得复杂。与其逐一检查，不如通过推力来估算功率。例如，如果动力系统预计可提供 120 kgf 的推力，假设效率约为 3 gf/W，则至少需要 36 kW 的持续功率。为了保险起见，您可以选择 40 kW 的系统。

Q2：如何根据电机为您的 ESC 选择合适规格

A：这取决于流经电机的电流和电机产生的扭矩。例如，对于一款在 120 V 下运行的 30 kW 电机，ESC 需要支持相同的电压，并提供更大的电流。120 V、320 A 的 ESC 是合适的。

确定所需持续功率后，只需选择电压匹配且电流额定值充足的 ESC，并留出一定的安全余量即可。

Q3：需要考虑的变量：电流、电压和 C 倍率

A：持续电流与峰值电流：即使在稳定转速下，电机和 ESC 也可能出现意外电流峰值，因此请留出余量。

供电电压和电机的 Kv 值：电机应使螺旋桨以合适的速度旋转，既不能太快（可能损坏 ESC），也不能太慢（无法达到目标推力）。使用电池时这一点尤为重要，因为很难调整电池单元数量。

电池的 C 倍率：如果放电倍率低于所需电流，性能将受到影响。

同时也要注意每个组件的最大负载。例如，如果扭矩相对于给定转速过高，电机可能会过载，从而产生高电流峰值，导致电源不稳定或损坏。

Q4：共轴与分布式电推进系统的供电需求

A：在共轴系统中，电压保持不变，但与单电机装置相比，电流翻倍。您需要计算所有动力系统的总功率，因为它们通常共用一个电源。

需要注意两点：

1. 电池容量和 C 倍率必须支持更高的总放电电流。在 ESC 的直流输入端添加电容组。一个电机的制动能量回收可能会产生电流，从而损坏其他电机。
2. 共轴螺旋桨之间的空气动力学相互作用会影响功率需求。对于尺寸相同的螺旋桨，所需功率并非 2 倍，而是接近 1.7 倍。后方螺旋桨在相同转速下产生的扭矩和推力较小，从而降低了总扭矩和功率需求。

Q5：何时使用电池组，何时使用电源

A：两种方案都可行。我们使用电池进行大功率测试。电池对瞬态负载的适应性更强，可以吸收制动能量回收的电能。相反，我们对较小的装置使用电源。电源具有灵活性，可调节范围从几伏到 100 V，可满足各种 ESC 的需求。

电源必须插入墙上插座，对电压下降和电流峰值的耐受性较低。它们使用二极管将交流电转换为直流电，并使用电容进行稳定，但在峰值负载下可能会过热。

电池虽然充电较慢，但由于化学储能，能更好地处理电流峰值。它们采用模块化设计，可移动，并且可以串联或并联，以根据需要改变电压和电流。

Q6： 电池与电源的安全注意事项

A：两个关键问题：

1. 制动能量回收期间的反向电流：如果 ESC 的直流侧没有电容，大多数电源无法承受回流电流。使用二极管或电容作为缓冲。
2. 过热：大型电池组通常包含带有热关断功能的 BMS。较小的系统可能缺少此功能，因此请使用外部温度探头或热电偶。可以使用Flight Stand 软件配置自动关断。（Tyto 的 Flight Stand 自带这些探头。）

同样重要：

• 始终配备一个可切断电源的安全开关。将其放置在靠近操作人员且远离推进系统的位置。在实验室中，最好将操作人员与测试区域完全分开。
• 在操作带电组件时，请佩戴高压手套。
• 为每种电源（电池和电源）配备正确类型灭火器。

Q7：电源系统安装与运行的补充建议

A：仔细阅读产品手册。规格、设置说明和安全限制可帮助您避免问题，并保持实验室的安全高效。

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