Empecé a hacer mi primer quadcopter la semana pasada, realmente no tenía ninguna idea sobre los componentes a utilizar de antemano y pedí algo al azar después de leer un poco sobre las clasificaciones e incompatibilidades de los componentes en línea. Los componentes que tengo son;
- 4 motores BLDC A2212 de 930KV con un consumo máximo de 12 amperios
- 4x ESCs (reguladores electrónicos de velocidad) de 30 Amp de la marca Hobbypower con firmware SimonK
- Batería de polímero de litio de 4200 mAH, 3S, 30C (marca DJi)
Los demás componentes no están relacionados con esta pregunta, por lo que los omito.
El problema que tengo ahora es que el quad no parece funcionar con voltajes de batería más bajos cuando se lleva a tope. Una vez que la batería cae aunque sea un poco, los motores del quad empiezan a dar "tirones", perdiendo rápidamente la velocidad y volviéndola a ganar sólo para perderla de nuevo.
Mi primer instinto fue medir el flujo de corriente que sale de la batería. No tengo nada para medir altas corrientes DC, mis DMMs sólo llegan hasta 10 amperios, así que usé un shunt resistivo (hecho de un cable muy grueso) y lo puse entre la batería y el Quadcopter y medí la caída de voltaje a través de él. Estas son mis observaciones:
Las primeras lecturas son con una batería completamente cargada, el voltaje de la batería en reposo (con sólo la electrónica del quad alimentada y sin BLDCs funcionando) es de 12,5 voltios que baja a 11,7 voltios con un consumo de corriente de 48 amperios a pleno rendimiento. Los motores tienen un consumo de 12 Amperios cada uno y asumo que hay un 15-20% de pérdidas en los ESCs. La especificación se alinea casi perfectamente con los resultados aquí.
La segunda serie de lecturas son con una batería descargada a la mitad de su capacidad, la batería se encuentra a 12,05 voltios mientras está en reposo y baja a 11,2 voltios en el consumo máximo de corriente. El problema ocurre cuando voy por encima del 60-70% de aceleración en este nivel de voltaje. Los motores se aceleran a medida que subo el acelerador hasta que llego a 11,2-11,3 voltios en la batería, entonces el motor se "reinicia" y "rebota" a una velocidad más baja hasta que el voltaje vuelve a subir al nivel de 11,5 voltios, entonces intenta acelerar de nuevo hasta que llega al mismo nivel de 11,2 voltios y el ciclo se repite.
A partir de este experimento concluí que los ESC que estoy usando podrían tener algún tipo de corte de voltaje mínimo incorporado, así que preparé otro experimento para comprobarlo. Saqué la hélice del motor y la hice funcionar desde mi fuente de alimentación de banco, conecté el ESC con un amperímetro en serie y medí la corriente que fluía en el ESC a diferentes voltajes (seleccionados al azar). Los resultados fueron;
Sin carga en los motores, los motores / ESCs operaron hasta 10,2 voltios que es en realidad por debajo de lo que se considera seguro para una LiPo, por debajo de esta tensión, los motores se encendieron una vez en un tirón y luego se apagaron lentamente. En esta prueba no experimenté el corte / tirón que experimenté en la prueba anterior y el corte de la batería del ESC parece estar muy por debajo de los 11,2-11,3 voltios a los que llegué en la prueba anterior.
Ahora me pregunto si el problema es que la batería no puede suministrar la corriente que necesita. La batería tiene una capacidad nominal de 30C, con 4200 mAH debería ser buena para al menos 100 amperios (teniendo en cuenta la degradación de la batería). La batería suministra 48 amperios en la prueba de carga completa sin problema y el factor limitante fue la corriente máxima del motor (12 amperios x4 = 48 amperios + pérdidas).
En realidad no tengo una carga eléctrica lo suficientemente grande como para extraer 100 amperios de la batería para probarla, pero si no hay otra forma de hacerlo, tendré que hacer/comprar una (¿alambre incandescente? ¿elemento calefactor?).
No estoy seguro de qué más probar / medir y cómo hacerlo, por lo que puedo reunir, el cuello de botella en el sistema es la batería, los CES o los motores. No creo que los motores sean los culpables, así que es el ESC o la batería, ¿cuál es la forma más fácil de probar esto y deducir el cuello de botella? (A falta de conseguir otra batería y diferentes ESCs para probar).
Siento mucho el muro de texto, pero este problema ha sido problemático de resolver y quería dar toda la información posible para que alguien pueda pensar en una solución.
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Si esto fuera un ingeniería problema, validarías los componentes contra sus especificaciones, o si fueran diseños originales, conectarías la depuración dentro, por ejemplo monitorearías el comando de tu controlador de vuelo a tus controladores de motor, y monitorearías el algoritmo interno del controlador de motor. Supongo que aún podrías hacer algo como añadir un sistema de registro de datos independiente que lea el voltaje de la batería y los comandos del ESC y lo grabe o lo transmita fuera del dispositivo.
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@ChrisStratton Lo siento si este es el lugar equivocado para publicar esto, soy consciente de que esto no es Ingeniería per-se, pero no estaba seguro de dónde más hacer esta pregunta, así que pregunté aquí.