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电动无人机的动力系统

电动无人机的动力系统。

       目前大型、小型、轻型无人机广泛采用的动力装置为活塞式发动机系统。而出于成本和使用方便的考虑,微型无人机中普遍使用的是电动动力系统。电动动力系统主要由动力电机、动力电源、调速系统三个部分组成。
       1.动力电机
       微型无人机使用的动力电机可分为两类:有刷电动机和无刷电动机。其中有刷电动机由于效率较低,在无人机领域已逐渐不再使用。
       电动机的型号主要以尺寸为依据。比如,有刷370电机,是指它不包括轴的长度是37mm;无刷外电子2208电机是指它定子线圈的直径是22mm,不包括轴电子线圈的长度是8mm。当然有一些型号是说它相当于某级别的,还有一些是厂家自己命名的。电动机的技术指标很多,与无人机动力特性最相关的两个是转速和功率。转速一般用kV来表示,所谓kV是指每伏特(V)能达到的每分钟转速。比如,使用kV1000的电机,11.1V电池,电机转速应该是1000×11.1=11100,即每分钟11100转。

 


       无人机使用电动机作为动力具有其他动力装置无法比拟的优点,如结构简单、重量轻、使用方便,可使无人机的噪声和红外特征很小,同时又能提供与内燃机不相上下的比功率。它尤其适合作为低空、低速、微型无人机的动力。
       2.动力电源
       动力电源主要为电动机的运转提供电能。通常采用化学电池来作为电动无人机的动力电源,主要包括:镍氢电池、镍铬电池、锂聚合物、锂离子动力电池。其中,前两张电池因重量重,能量密度低,现已基本上被锂聚合物动力电池所取代。
       表示电池性能的标称有很多,无人机动力系统设计中最关心的是电压、容量和放电能力。电池的电压用伏特(V)来表示。标称电压知识厂家按照国家标准标示的电压,实际上使用时电池的电压是不断变化的。如镍氢电池的标称电压是1.2V,充电后电压可达1.5V,放电后的保护电压为1.1V;锂聚合物电池的标称电压是3.7V,充电后电压可达4.2V,放电后的保护电压为3.6V。在实际使用过程中,电池的电压会产生压降,这和电池所带动的负载有关,也就是说电池所带的负载越大,电流越大,电池的电压就越小,在去掉负载后电池的电压还可恢复到一定值。电池的容量是用毫安时(mAh)来表示,它的意思是电池以某个电流来放电能维持一小时。例如,1000mAh就是这个电池能保持1000毫安(1安培)放电一小时。但是电池的放电并非是线性的,所以我们不能说这个电池在500毫安时能维持2小时。不过电池在小电流时的放电时间总是大于大电流时的放电时间,所以我们可以近似算出电池在其他电流情况下的放电时间。一般来说,电池的体积越大,它储存的电量就越多,这样飞机的重量也会增加,所以选择合适的电池对飞行是很有好处的。

 


       电池的放电能力是以倍率(C)来表示的,它的意思是说按照电池的标称容量最大可达到多大的放电电流。例如,一个1000mAh、10C的电池,最大放电电流可达1000×10=10000毫安,即10安培(A)。在实际使用中,电池的放电电流究竟是多少是与负载电阻有关的,根据欧姆定理,我们知道,电压等于电流乘以电阻,所以电压和电阻是定数时,电池的放电电流也是一定的。例如,你使用11.1V、1000mAh、10C的电池,而你的电动机的电阻是1.5Ω,那么在电池有12V电压的情况下,忽略电调和线路的电阻不计,电流等于12÷1.5=8,结果是8安培(A)。
       充电过程对电池的寿命有相当大的影响。一般来说,电池的充电时间是和充电电流相关联的。比如说一个1000mAh的电池,充电电压略高于额定电压,充电器的电流是500mA,那么充电时间就等于1000÷500=2,即两小时。但这只是说从零电压充起的情况下,也就是说这只是理想状态,实际的充电时间还要看电池原有的电量。也许你会说那么我使用大电流充电,不是就能节约时间了吗?实验证明,大电流充电会对电池的性能造成一定程度的破坏,也可能充上的只是浮电,一用就没了。一般厂家要求用0.1C的电流充电,而锂聚合物电池因为性能优越在保证冷却通风的条件下可以用1C的电流充电。
       3.调速系统
       动力电机的调速系统称为电调,全称为电子调速器,英文为Electronic Speed Controller,简称ESC。针对动力电机不同,可分为有刷电调和无刷电调。它根据控制信号调节电动机的转速。
       对于它们的链接,一般情况如下:
      (1)电调的输入线与电池链接;
      (2)电调的输出线(有刷两根、无刷三根)与电机链接;
      (3)电调的信号线与接收机链接。

 


       另外,电调一般有电源输出功能(BEC),即在信号线的正负极之间有5V左右的电压输出,通过信号线为接收机及舵机供电。







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