Quadrocopter #3: Motoren und ESC
Hallo Liebe Open Adaptronic Leser,
in diesen Beitrag berichte ich kurz über die Auswahl der Motoren und ESC’s der Drohne.
Hier nochmal eine Verlinkung (Variante 1) zu den Komponenten.
Man braucht nicht viel Erfahrung oder Wissen um sich einen Quadrocopter zusammen zu bauen. Die größte Schwierigkeit besteht hier bei der Auswahl der passenden Komponenten welche miteinander harmonieren. Hierzu gibt es fertige Kits die man kaufen kann, wo alle Komponenten aufeinander abgestimmt sind. Wer jedoch sicherstellen will, dass der Quadrocopter genug Schub hat, der kann sich an unserer Konstellation orientieren. Im vorherigen Beitrag wurde detailliert über den Rahmen und die Flugsteuerung berichtet.
Motoren:
Eine unserer Anforderungen war, dass wir Motoren haben, welche einen Gesamtschub von mind. 4 kg haben. Der Grund dafür ist, dass wir mit einem Fluggewicht von 2 kg noch relativ gut fliegen können (je höheres Schub/Fluggewicht Verhältnis desto bessere Flugeigenschaften). Mit diesen Motoren, einem 3S Lipo Akku und einem 10 Zoll Propeller mit einer 3,3 Steigung erreichen wir ca. einen Gesamtschub von 3,7 kg. Dies liegt noch im Rahmen bezüglich unserer Anforderung. Das Problem bei der Auswahl der Motoren war, dass es kaum vollständige Angaben gab. Hier hat T-Motor die Hausaufgaben richtig gemacht, denn nach den Datenblättern kann man den Schub, Strom und die Leistung bei verschiedenen Konfigurationen (Akku und Propeller) gut abschätzen.
ESC (Electronic Speed Control/Motorregler):
Bei der Auswahl der Motorregler ist wichtig, dass diese genug Strom liefern können ansonsten könnten diese durchbrennen. Den maximalen Strom ca. 14A konnte man anhand der Datenblätter der Motoren abschätzen. Also haben wir hier genug Reserve mit diesem T-Motor F30A (max. 30A Dauerbelastung). Die Motorregler, welche standardmässig genutzt werden, wiegen 25g – 30g pro Stück. Dies ist relativ viel, denn bei 4 Motorreglern sind wir bei 120g. Dies könnte einen Gewicht von einen elektrodynamischer Aktor mit einen Verstärker entsprechen. Deswegen bin ich auf der Suche auf diese kleinen ESC’s gestossen. Ein ESC wiegt nur 4,3g, bei einer Anzahl von 4 sind wir bei 17,2g. Dies ist ein grosser Unterschied, deswegen habe ich mich für diese entschieden.
Ein weiterer Vorteil ist, dass diese ein neues Kommunikationsprotokoll unterstützen (Oneshot125, Oneshot42 und Multishot). Die Standard ESC’s werden mit einer Frequenz von 400-600 Hz angesteuert je nach Modell. Diese Motorregler können mit bis zu 40 kHz (Multishot) angesteuert werden. Leider konnte man nicht direkt herausfinden ob die Pixhawk Flugsteuerung mit mehr als 400 Hz Signale senden kann. Erst eine Messung bei einer eingestellten Frequenz der Flugsteuerung von 1000 Hz konnte ich herausfinden, dass der Pixfalcon nur mit maximal 400 Hz senden kann. Im nachfolgenden ist eine Aufnahme vom Oszilloskop dargestellt.
Die Dauer der Flanken definiert wie schnell die Rotoren gedreht werden sollen. Damit der Motorregler diese richtig interpretiert, muss die Dauer der Flanken von 125µs (Stillstand) bis 250µs (Vollgas) eingestellt werden. Dies konnte die Pixhawk Flugsteuerung zum Glück ohne Probleme. Man sieht bei der Aufnahme (obere Zeile im Monitor), dass ein langer Zeitabstand zwischen den Flanken liegt, der Grund dafür ist, dass hier nur mit 400 Hz angesteuert wird. Hier könnte man 10x schneller (bis zu 4kHz für Oneshot 125) ansteuern. Einige wenige Flugsteuerungen unterstützen dies (Pixracer, Kiss).
Im nächsten Beitrag wird es um den Zusammenbau der Drohne gehen.
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