再讨论下小飞机有刷和无刷

fenrirwo

我是技术派……
       再讨论下小飞机上的有刷和无刷，加个限定条件，只讨论小飞机，200级以下（不含），4通、6通。

       很多童鞋对有刷电机这种貌似“不合理”的存在深恶痛绝，一个有刷小鸡入手，恨不得立马全改、大改，改无刷、改暴力，今天我开这个帖子，为有刷这个“不合理”存在漂漂白，改无刷我也热衷过，我也沉溺过，折腾是硬道理，回头看往事总结一点经验而已，所以各位的论道欢迎，骂战敬请绕道，谢谢！

       这两种驱动方式的电机这个就好比发动机里面的2冲和4冲，懂的童鞋请略过优缺点比较，不懂的童鞋请继续费点眼神。

       先从有刷和无刷的优缺点说下：
       有刷的机械换向结构决定了其，响应快，爆 发 力足，结构简单，重量小，成本低廉，缺点是极速低，高转速下磨损严重、效率低下，容易退磁和磨电刷。
       无刷，动力持久，动力转换效率高，基本免维护，特别在高转速下效率较高，无电刷摩擦阻力，但相对而言，初次入手的成本相对较高，而且带上电调和转换成本和重量均不少，电调电子换向，响应相对有刷稍慢。

       落实到具体的小飞机上面，新手入门多，可能有70%左右的机子，在正常飞行的情况下，有刷的生命周期内或寿终正寝，或束之高阁。同意此观点的童鞋请继续看。

       那还有30%的童鞋呢？方法有二：

       其一，随着自身水平的长足进步，经过论坛潜水，扣扣群瞎聊，模友交流，有足够的技战术水平外加金钱支持，可以自己动手改无刷了，于是这些问题迎刃而解，不再是问题了，

       其二，随着自身水平的长足进步，忽然发现原来有刷坏了之后，不过就换个电机嘛，干嘛如此劳累呢？动手能力强的修电机，动手能力一般的买个换上，其实有刷的成本也不怎么高，于是剩余的30%也解决了。

       再从厂家角度，换位思考一下，一套有刷系统的制造成本可能只有无刷系统的25%甚至更低，研发成本就更远远低于这个数字，而70%左右的新手可能很难体会出两者的差异性，到最终价格考虑，差价可能会放大到全价的25%，实际带来的收益跟有刷差异并不明显，于是厂家也会比较不热衷吃力不讨好的无刷系统，而乐于推出有刷类产品……用更廉价的方法换取最大的效应，动力上的和经济上的。

       所以，有刷不是不好，有刷是有合理性的，合理利用资源，合理分配属于自己的玩法，不是每个人都能在魔道上走得很远，但是在门口徘徊的人们，有刷给了一个台阶让他们进来尝试一下。

       写得有些多、有些乱、不指望能制止诸如F3P“崇轻”般“改无刷”的势头，但愿能让大家正视“有刷”这个技术，老虽老，老有所能。

模林老兵

原帖由 jing_lee 于 2012-6-24 02:57 发表
1）我是学电子的不是电机专业，下面关于电机理论知识可能有谬误，欢迎指正。
电机只考虑铜损和铁损没有其他损耗时，最大铁损功率相当空载时的功率（线圈电阻才几个毫欧，此时忽略铜损），最大铜损功率相当堵转功率。 ...

嗯！细分析，你所说第1点是正确的：空转转速极大—>铁损极大，转速极大—>反电动势极大—>电流极小—>铜损极小；堵转转速为零—>铁损为零，转速为零—>反电动势为零—>电流极大—>铜损极大，空转和堵转效率都是极小！那么总损耗一定有一条曲线，只是咱业余者不知道罢了。既然相关资料有提到，我们就相信该曲线的极低点就是“铜损=铁损”吧！对于你所说第2点，仍有不同看法：如果电压一定（这里假设是恒压供电而非可调占空比的脉冲供电），去改变电机的参数（匝数/线径），那么电机工作的功率肯定会改变，这样就没有了“功率一定”这样一个讨论的前题，就不好讨论效率了。对于你说的第3点，我这样看：对同一个电机，提高电压肯定迫使功率提高！但我认为，同一型电机（例如370）的额定输入功率是一定的，这就好比是一个窗口：多大的电机过多大的功率！如果你要强迫它超过这个窗口，那就是超载使用，其结果就是过热而短命，当然更谈不上效率了。如果有刷电机在电直上的使用状况都是这样的，那就谈不上3S与2S谁优谁劣：电机设计参数（匝数/线径）一定时，你3S加上去功率大，但超载多，发热也多；我2S加上去功率小，但超载小（还是大于额定功率，还是可以飞起来的），发热也小。我还是主张不超载（或不要太超载）地使用电机：同样是370，提高电压的同时提高匝数（当然也就细线径了），降低电压的同时降低匝数（当然也加粗线径），简单地说：只要按设计参数选择使用，就可以了！确实，效率极大值点不止一个：各种不同设计电压规格的都有它的极大值。但各种的极大值中又有大者：或许按3S电压设计的370，其效率极大值要优于其他规格的极大值吧！所以我认为，先择3S，不是为了去打破额定功率，而是为了在有限输入功率的前题下，通过提高效率来获得更大的输出功率。同意你所说第4点：看来，不但实践出真知，讨论也很能出真知啊！学习了。:em00:

[ 本帖最后由 模林老兵 于 2012-6-26 00:45 编辑 ]

非锤子大4通单桨

原帖由 jing_lee 于 2012-6-24 02:57 发表
1）我是学电子的不是电机专业，下面关于电机理论知识可能有谬误，欢迎指正。
电机只考虑铜损和铁损没有其他损耗时，最大铁损功率相当空载时的功率（线圈电阻才几个毫欧，此时忽略铜损），最大铜损功率相当堵转功率。 ...

认同，我对电子的认识只到高中物理竞赛班的水平，大学跟物理说拜拜了，上班后才接触模型，开始是固定翼，后来是电直，对B2040电机的认识是从固定翼减速组那里学过来的，其他的也是经验的积累，对市场上的配件、厂家优化组合，所以只存在“发现”的成份，不存在“发明”的成分，对玩电直的人来说，消化别人的经验可以少走很多弯路

yhhhy

技术贴

jing_lee

1）我是学电子的不是电机专业，下面关于电机理论知识可能有谬误，欢迎指正。
电机只考虑铜损和铁损没有其他损耗时，最大铁损功率相当空载时的功率（线圈电阻才几个毫欧，此时忽略铜损），最大铜损功率相当堵转功率。
为啥铜损=铁损时马达效率最高，这在很多参考书上有提到。证明不难，铜损只和电流平方成比例， 铁损只和转速成比例，(当然实际情况不是这样，估算而已)，总损耗求最小就能得到满足的条件是铜损铁损相等。而且与电机相关的变压器专业书刊也有提到铜损铁损相等时变压器效率最高。

2）没啥争议，我说的电流相等当然是电压相同的前提，就是功率相同。

3）提高电压，也是为了功率。电机最佳效率点，其实有无数个，电压不同，最佳效率点位置不同，因为效率点的位置也就是铜损近似于铁损的位置。电压越高，效率点要往后移，功率也越大。对电直来说，减重量不是一件容易的事情，但在基本不增加重量的前提下，用高电压低电流的电机+高电压小容量的电池获得更大的功率，从而改善飞机的性能是正确的方向。

4）学习基本的理论知识是玩好模型的前提，我是非常反感那些菜鸟啥也不懂就瞎搞一通的。很多时候，业余的条件下只能挑选、组合现有的材料，到处寻找各种配件测试必不可少，有什么经验和心得放上论坛和大家分享是件快乐的事情。

[ 本帖最后由 jing_lee 于 2012-6-24 04:22 编辑 ]

模林老兵

原帖由 jing_lee 于 2012-6-17 02:43 发表


先谈马达，极数可能是我记错了，抱歉。
忽略效率，2s电池下要达到3s电池同等的功率，马达工作电流就得增大50%，大电流下就光线路损耗（包括接插件的接触电阻，焊点）就增加了不小，还有电调mos管的发热，电池内 ...

基本同意你的分析，但有二点费解：1、“当电流增大到铜损=铁损时，马达效率达到峰值。”，不敢苟同：随着电流的增大，转速也会增大，铜损和铁损都会增大，效率只会下降，怎么反倒达到峰值？敢问你是学电机专业的？教科书上是这么说的？2、“在相同的电流下，匝数小的转速高而扭矩小，匝数多的转速低而扭矩大。”，不对呀！相同电流下，匝数小扭矩就小，怎么使得转速变高？要说“在相同的功率下，匝数小的转速高而扭矩小，匝数多的转速低而扭矩大。”还差不多，笔误吧！你说的没错：“高电压低电流工作的马达先天优势是明显的”，但前题是相同功率下。具体来说就是：相同功率下，电压用得高，线径就要用得细、匝数就要用得高，这样才能得到低电流！欧姆定律是铁的定律：在转子参数不变的情况下，你改高电压，电流只会升高，不会乖乖给你低电流。很多人以为只要把电压加到3S就OK了，大错特错！你这样做一定要换电机，换成细线径高匝数的：主机要换，尾机也要换，否则烧你的没商量！这才是真正的“高压低流”方案。还有：既然“高压低流”好，那是不是电压再加到4S、5S……，是不是越高越好呢？也不见得吧！高与低只是相对：2S算低，那么小机都用1S，那又怎么说呢？我不是学电机专业的，但我相信电机这个产品的研发者是电机专业的，我们只要按照产品的设计指标使用就是高效的！如你所说：“370有众多型号，额定电压覆盖3v～12v甚至更高”，那么这个众多型号就是按电压和相应的线径/匝数划分的：线细的370设计电压就是3S，线粗的370设计电压就是2S！我就按人家设计电压使用可不可以！机机改3S那是改大，我坚持2S同时改小机翼、改轻重量、改小机机行不行！我本人不太欣赏“暴力”和“高能耗”，比较喜欢“安全”和“节能环保”。你做了很多的实验，获得成功数据，这很难得！而我更加推崇理论指导下的实践，所谓“谋定而后动”：这样能够减小实验的开销，并避免陷入“经验主义”而裹足：得鱼非乐，会渔才乐！

hillmancxr

原帖由 jing_lee 于 2012-6-17 12:34 发表
周末有空，发几张图告诉你我是如何“撞”上这个高效率的。

厉害！实验出真知啊！

非锤子大4通单桨

原帖由 jing_lee 于 2012-6-17 03:33 发表
谈谈木桨，使用木桨确实是提高效率和改善飞行性能的关键，但木桨升力较小，为了达到飞行所需的升力必须提高旋翼头的转速。
现市面上的有刷电直大多数是2s电池+高转速马达的配置，原厂产品本身就存在超标使用有刷马达 ...

:em26:

jing_lee

周末有空，发几张图告诉你我是如何“撞”上这个高效率的。

jing_lee

谈谈木桨，使用木桨确实是提高效率和改善飞行性能的关键，但木桨升力较小，为了达到飞行所需的升力必须提高旋翼头的转速。
现市面上的有刷电直大多数是2s电池+高转速马达的配置，原厂产品本身就存在超标使用有刷马达的问题，各种短命甚至烧毁。如何再提高大桨的转速？改传动比吗？难，改成加大了马达的负荷，烧得更快罢了。换3s电池+高电压低电流的马达成了必然的选择，选用适合的减速比，配合性能优秀的木桨，把有刷小电直的潜力完全发挥出来了。

jing_lee

原帖由 模林老兵 于 2012-6-16 23:24 发表
我用坏的几个370都是3极的，4极转子的370还真没见过，很好奇！能否上个图看看？370有多种型号是应该的嘛：一定功率下，线细的则电压高、电流小，线粗的则电压低、电流大。前者适于3S电、后者适于2S电，只要按匹配状态 ...

先谈马达，极数可能是我记错了，抱歉。
忽略效率，2s电池下要达到3s电池同等的功率，马达工作电流就得增大50%，大电流下就光线路损耗（包括接插件的接触电阻，焊点）就增加了不小，还有电调mos管的发热，电池内阻产生的热量消耗（大C数放电对电池的压力也很大），电刷的消耗。直流马达的损耗发热主要来自铁损（铁芯产生涡流）和铜损（线圈电阻），当电流增大到铜损=铁损时，马达效率达到峰值。看公式关系：功率=电流平方×电阻，电流是很重要的因数，大电流下为了降低铜损就得加大线径减少电阻，受铁芯尺寸限制，线径达到一定程度就塞不下了。相同条件下马达的转速和线圈匝数有关，和线径无关，在相同的电流下，匝数小的转速高而扭矩小，匝数多的转速低而扭矩大。
所以，高电压低电流工作的马达先天优势是明显的，也符合现今大电直的高电压低kv马达的趋势。

[ 本帖最后由 jing_lee 于 2012-6-17 03:44 编辑 ]

模林老兵

我用坏的几个370都是3极的，4极转子的370还真没见过，很好奇！能否上个图看看？370有多种型号是应该的嘛：一定功率下，线细的则电压高、电流小，线粗的则电压低、电流大。前者适于3S电、后者适于2S电，只要按匹配状态使用、保证效率就能控制发热（单位时间发热=费功率=电功率×(1-效率)），发热是取决于功率和效率，而非电流。3S电配木桨发热小，那是木桨之功（升阻比高）而非电压之功，那是你这样配正好“撞”上了效率极大值。但效率极大值未必仅此一个，2S电下未必没有。所以本人不能苟同3S电优于2S电的说法。还有，如前述，用3S还是2S要看线的粗细。

[ 本帖最后由 模林老兵 于 2012-6-16 23:26 编辑 ]

非锤子大4通单桨

原帖由 jing_lee 于 2012-6-16 00:54 发表


370是4级铁芯，尺寸比180大，铁耗和铜耗更小，有宽大的散热孔，发热相对比较低。
最重要的是370有众多型号，额定电压覆盖3v～12v甚至更高，在电直上普及锂电的今天，高电压低电流的370优势很大，rk370sd-4045+3 ...

:em00:

jing_lee

原帖由 模林老兵 于 2012-6-14 15:05 发表
180是碳刷的，我修过。370也不耐热，主要体现在转子线圈与整流子的那个压接点（没法焊接）容易烧蚀，没法修。

370是4极铁芯，尺寸比180大，铁耗和铜耗更小，有宽大的散热孔，发热相对比较低。
最重要的是370有众多型号，额定电压覆盖3v～12v甚至更高，在电直上普及锂电的今天，高电压低电流大扭矩的370优势很大，rk370sd-4045+3s锂电池这对组合在250～300克的有刷小电直上表现强劲，在我的有刷丘V3（270克）上一只rk370sd-4045可以飞100电以上（每电8分钟）。

[ 本帖最后由 jing_lee 于 2012-6-16 20:54 编辑 ]

gdf0001

总之，各有各的好处

sco505

想了半天，LZ牛啊。
把跟实际情况相反的说得头头是道，还让大家都认可，真牛:em15:

sco505

说得很有道理。
但是，问一下飞cp、mcpx之类小J的兄弟（此类玩家数量众多，并且改无刷的比例很高），后悔改无刷的人不多啊。跟LZ的道理貌似有点矛盾哦。:em15:

模林老兵

180是碳刷的，我修过。370也不耐热，主要体现在转子线圈与整流子的那个压接点（没法焊接）容易烧蚀，没法修。

jing_lee

180这个规格的有刷马达用在电动工具、剃须刀比较多吧，好像都是铜刷的多，而且是三极铁芯，用在电直上转速很高寿命相对比较短。在电直上使用最成功的有刷马达要数370系列了，在输出300克拉力合理使用的状态下寿命其实可以很长很长。

模林老兵

现在低端市场上拥现出一大批以180有刷为主机的四通单桨：从九鹰218/219/220、双马9116、青松9018到现在号称“大伟力”的飞轮FX059，这种飞机的180有刷电机对应于无刷1818，1818比200级用的无刷还小，那么这种飞机应该算200以下级吧！可是从九鹰218起，这一级机就从来没有摆脱过有刷电机过热的宿命。特别是主机，一块电下来，烫得几乎不能摸！连续多飞几块电，这个180有刷恐怕就完蛋了！N系列尾电机情况好点，但也还是过热。现在这个“大伟力”号称“斗风行者”，有不错的室外适航能力，却死在主180有刷这个瓶颈上。你说对于有刷电机过热这个问题，不改无刷还有什么更好的解决办法吗？希望谈谈！:em00:

[ 本帖最后由 模林老兵 于 2012-6-14 01:34 编辑 ]