给某ETC群体科普一下物理知识

806014065

众所周知欧姆定律：I=U/R
我很欣慰，起码ETC还是学过欧姆定律的，那么起码后面的知识他应该学起来没那么难。
首先，总所周知kV值指的是，无刷电机供电电压每提高1V，空转转速提高多少RPM。
那么，为啥极限就是那么多，无法突破kV值的限制呢？原因就在于，转子在转动时会在线圈中产生反向电动势，当反向电动势与供电电压平衡时，转速就不再发生变化。
但是，这只是理想状态。实际情况是，即便是空载状态，供电电压依然会大于反向电动势，ΔE=IR，I=实际电流，R=线圈电阻。

所以，同样级数的定子，匝数越多，kV值越低。限制电机的转速上限的是匝数而不是电阻，即便是拿着超导线圈去绕电机，kV值还是一个样，但是电机功率可以做得无穷大，因为lim（R=0）P=U^2/R=∞。
还不理解？去补习一下楞次定律的相关知识。
同样，想要提升电机的功率却有不改变kV值，只有尽可能的减小线圈电阻。通常的做法就是增粗线圈。

解释完kV值的产生原理后，解释下定速的原理。
举个例子，假设动力电池是个理想电源（内阻=0），输出电压为25.2V，无刷电机kV值为1800kV，传动比为12:1。那么，空载大桨转速为3780RPM。
定速3024RPM的话，实际输出到电机的电压值为20.16V，但电源是25.2V啊，咋整？电调干了啥？通过调节占空比来调节等效电压，我给你单周期砍掉20%的输出时间不就是80%的输出了么？
当然，严格意义上来讲，以上只是个理想状态。20.16V的前提是电机kV值得要是0摩擦下的kV值，实际要更高一些。而这个高出的部分就拿来克服各种摩擦力了。
但是，细究这些没有意义，意义在于啥？在于，原理上讲20.16V仅仅是足够克服无刷电机的反向电动势，真正拿来输出的仅仅是那个ΔE。
在实际情况下，电机的输出P=P损失+P输出。
当转速越高，摩擦阻力，风阻等都指数级别地增加。所以留给P输出的空间就越小，电调越难维持转速。
这也是为啥低转速特别省电，适合温柔的飞行。原因就在于转速越低，P损失越小。

重头戏来了！

为啥低转速不适合飞3D呢？
转动动能可以记为：E=1/2*I*ω^2
1800RPM掉200RPM所损失的动能，2400RPM只需要掉146RPM就可以补上。是不是觉得200RPM和146RPM差不太多？
1800RPM损失了11.1%的转速，而2400RPM只损失了6%的转速，是不是差距很明显了？
而这部分动能都需要电调提高输出的等效电压来补足。
那么，低转速为啥容易烧电调/电机的原因不就出来了么？
大桨自身的动能不足以补足3D动作所需的ΔP输出，低转速的大螺距又大大增加了风阻，P损失更多。一边缺的更多，另一边需要的又更多，导致低RPM时的瞬间输出P远远大于高RPM。而这瞬间的高输出P直接带来了瞬间的高输出电流，对于MOS而言，高电流负载直接导致发热大大增加，最终要么高温保护，要么就直接挂。

所以，低RPM≠烧电机/电调，只有低RPM时压榨瞬时输出才会导致保护，甚至于烧电机/电调。
这个平衡点在哪？只有适合的，没有正确的。

所以，4.2V还是3.7V，哪个更有实际意义，也不能一概而论。3.7V的意义在于，当电池还剩一半左右电量时，依然有富余的动力去补转。但我也完全可以留更多的余量，只要螺距不需要给得特别大就足矣。如果需要给特别大的螺距才足够做出动作，那说明转速有些低了，如果转速已经很高了，那就是飞得过于暴力了。

大桨的最佳转速是有条件的，适合的才是最佳的。不仅仅需要考虑所飞的动作，跟大桨尺寸，kv值，传动比等都息息相关。

dakar_04

z32254 发表于 2020-11-6 06:41
别在这整没用的
至于烧电机烧电调的原因，你还是别在这胡乱解释了，你那个解释不对，就你这水平还来科普， ...

你算的两个电流，是堵转情况下产生的电流，，实际在电机运转过程中是不会产生这么大电流的

dakar_04

z32254 发表于 2020-11-6 09:32
我说的很清楚，只要大桨收到一点点扰动，掉了1rpm的情况下进行了估算，这叫堵转？那飞机没法飞了，起飞即 ...

你的估算也是你自己建立在堵转情况下来做的，完全不符合实际

dakar_04

你心里堵了，，你的计算过程是建立在堵转的工况下的，，这都不能理解的话，说明你不适合做理论分析

ld8wzl

虽然自己飞机玩的不咋地，但是就看你们讨论定速按什么电压算之类
但是就严格来讲不应该再考虑一下电池自身的内阻和放电系数么？
自身放点不够电压高，不是一样功率上不去么?

dakar_04

z32254 发表于 2020-11-6 11:34
你可太逗了
照你的理解，功率等于速度
那你车油门踩到底，车速就同时到达250km/h，抬起油门，车速立 ...

一个例子都解释不通，又来重新搞一个例子，不是声音大说得多就能怎么样的
我重复强调你计算过程所依赖的条件不符合实际，你就是不懂电机实际工作是什么样的一个工况，凭自己一腔热血在这里假装科学家
看你下面计算的电流就想笑




电机内阻就是你说的R，比如20mR=0.02欧

现在假如80%油门，就掉转了1rpm，那么电调开始增加功率补转速。P=F*V 你这里增加的功率只能决定补转的加速度，也就是F，增加这数值，你此时就是功率无限大，也不能直接增加1rpm，假设电调软件写的是开关手，这时候直接输出100%进行补转，那么这个时候忽略众多不重要的参量，电机电流估算公式是 压差除以内阻

（22.2-20.16）/0.02=102A

那么70%油门，掉了1rpm，这时候电调同样全功率补转的话，那么电流是

（22.2-17.64）/0.02=228A

vincent722

这些问题都要通过微积分才能解释，尤其是二阶偏微分方程，哈哈，看你们讨论的真过瘾，近代基础物理已有一百多年没有突破了，现代科技的核心基础就是算法，而算法的基础就是数学，数学的基础就是微积分和线性代数，先搞懂什么梯度、旋度和散度，泊松方程、拉普拉斯方程，，，，

别争吵了，潜心学数学吧，
看了近年一些高考题，立体几何题还是占很大分量，真是够落后的，立体几何就是教学生如何投机取巧，与数学逻辑几乎没什么关系，与高等课程的矢量微积分也没任何关系

dakar_04

z32254 发表于 2020-11-6 14:19
哪里不实际，说，别好像怎么着似的
你看看你的估算，你那玩意对吗？你连基本物理常识都掰扯不明白
就拿你 ...

我什么都没估算，也没有给你阐述我的理解，你怼错人了

我是单纯的告诉你，你的计算不符合实际情况，你也不适合做理论分析

806014065

z32254 发表于 2020-11-6 14:19
哪里不实际，说，别好像怎么着似的
你看看你的估算，你那玩意对吗？你连基本物理常识都掰扯不明白
就拿你 ...

为啥不能解释？太菜，一个劲给大螺距，电调不堪重负，于是电流就怼到200A了。前面我已经给了详细的说明了，你非得抬杠，有意思么？

曾有美梦

254520725 发表于 2020-11-6 06:42
玩个TG520飞机真累，非让客户研究成电调大师才能飞，转速标定按说明书设置就好了，说明书示例写的很清楚了 ...

赞成三楼观点，我们是玩飞机的，我们学会使用工具就好，我们不是研究制造工具的。就像用电脑，我们会用电脑就好，哪管芯片是怎么做出来的。
不过，看楼上的都是高级人才，玩航模都研究的这么精，令我佩服的。

sky520

vincent722 发表于 2020-11-6 07:13
这些问题都要通过微积分才能解释，尤其是二阶偏微分方程，哈哈，看你们讨论的真过瘾，近代基础物理已有一百 ...

同意您的观点，没有怎么去仔细研究过电调的算法，只是从从自控角度来做点解释

整套动力系统的建模才是研究出掉转的时候需要多大电压（电流）来驱动补转的理论依据。
也就是说，电池，定速电调，加上电机，传动系统，大奖等等算整套闭环控制系统。控制变量（输入信号）是电压或者是PWM的占空比，被控变量是转速。
按照系统复杂程度来说，预估至少是三阶（锂电池模型就至少是二阶，电机又至少是二阶）或者是四阶偏微分方程才行。

因为电调一般不可能用神经网络或者模糊逻辑去建模整个系统，所以转速标定其实就是一个用开曼滤波器来找出闭环自控系统参数的过程。

所以单独用简单的物理学一阶模型去做计算偏差太大。
另外每个控制系统一旦搭建完毕都有一个特定的响应曲线，被控变量有轻微波动（掉转1rpm）就把控制变量调到无限大的情况在闭环控制系统中是不存在的，这样就不是稳态控制系统而是非稳态（震荡）系统了。

guojiezh

看不懂呀!太深奥了。

xiaofeixia121

看到lz用电压除内阻来算电流我就不想看了，虽然我不太清楚电机的内部结构但好歹知道是有线圈还有交流电，正确计算电流应该是个微分方程，和交流电压的变化快慢有关也和线圈的电感有关也和电阻有关，电压减个感生电动势就能算电流，估计也就定性讨论用用吧。。。
但我还是大概看完了lz点帖子，主要内容是在解释为什么低转速3d更容易烧电调，个人认为要论证这个现象需要如下分析：
1：低转速和高转速下给同样的螺距动作（比如悬停状态下在0.1秒内给到最大正螺距）
2：假设电调还没反应过来仍原来的电压输出，在这种情况下计算两种转速下的掉转数量（而不是像lz随意的给出一些掉转数量）
3：电调反应过来已经掉转，按电调的定速算法计算两种转速下电调分别需要增加的输入电压，再计算相应的电流
注意2，3两步都是一个含时的过程，比如电调增加电压不是一瞬间的，而电压的变化率又和感生电动势有关，所以补转时电流也是一个时变量。
lz即使要使自己的解释自洽，也需要证明（在相同螺距动作下）低转速时损失的动能大于高转速时损失的动能。。。
        个人比较赞同2楼的观点，掉转时的输出功率增量就是和电调算法有关的，举个极端例子，我写个算法，转速1800掉转时不补转，电流不增加，转速2400掉转就全功率补转，电流猛增，那你怎么说？

gds135

xiaofeixia121 发表于 2020-11-6 22:52
看到lz用电压除内阻来算电流我就不想看了，虽然我不太清楚电机的内部结构但好歹知道是有线圈还有交流电，正 ...

    比较赞同你的观点，电机本身就不是一个单纯的IRU能估算或者近似模拟出来的一个数或者量，楼主一层的计算实在是有点....说不过去   

dalei1999

太高深了。哈哈。。。电调算法里，过流是要截断mos管，控制输出的。我们经常烧板子，技术不成熟。向各位学习。

806014065

xiaofeixia121 发表于 2020-11-6 22:52
看到lz用电压除内阻来算电流我就不想看了，虽然我不太清楚电机的内部结构但好歹知道是有线圈还有交流电，正 ...

电机不能用单纯的IR=U来计算是没错。
但去掉“单纯的”，这句话就不成立了。IR=U至少就目前的科学界来讲，完全可以适用于任何条件。
都喜欢用微分方程，跟我讲无刷电机是交流电，不能这么计算。那么请问，怎么计算？“交流电压的变化快慢有关（频率）也和线圈的电感有关也和电阻有关”？
学东西还是没能学到核心。这么多年，物理界一直寻求一个能把宏观物理学（牛顿力学等）和微观物理学（量子力学等）能够统一的理论出来。为啥？只有能将这些理论融合统一，才算是真正的

摸清了这个世界的本质（姑且这么描述）。
那么，IR=U既然不能简单地适用于电机（等一系列感性负载），为啥没人去研究个适用的公式出来呢？
答案是，本质上是完全适用的。
举个简单的栗子：50Hz的三相交流电，电机是永磁三相电机，众所周知，三相电机可以当做发电机使用（事实上，发电站的发电机就是个三相电机）。那么，当我转动这个电机，让这个电机发出的三相电的频率稳定在50Hz，然后与供电的三相电相位差为0，接下来，三根线对接，会发生什么？线路电流为0。
接下来，我们单独拎出两相的相电压出来，假设电源E=电机发的电U=380*sin（100π*t+n）。在实际电机作为用电器时（通俗点就是电机接上电源开始转时），由于摩擦等阻力，电机的U=380*sin（100π*t+n-a），这个U也就是大家讲的感生电动势，那么这时候IR=380*sin（100π*t+n）-380*sin（100π*t+n-a）。这条式子在任何瞬间都是成立的。
换到航模的无刷电机和无刷电调，深挖到每一瞬间确实会远比这个50Hz的三相电机复杂。但原理是不会变的。
至于我的其余观点，我希望你还是去细品一下。
转速高低的差别，旋转势能是一方面，螺距的差别跟能将差距迅速拉大。低转速需要更大的螺距，而更大的螺距会带来更大的阻力。
但这个“根源”，还是在于低转速下的低“U”，因为“E”已经固定了，“U”越低，这个“I”会越大。
通俗来讲，大桨转速设的越低，峰值电流的极限越大（前提是不掉转，掉转视同“U”降得更低）。
理解了以上这些，炸鸡电机憋死烧电调/电机就可以很好理解了。此时“U”已经为0了，“I”就等于U除以内阻了。

如果，解释的这么透彻了还无法理解，那么跟2L一样坚持低转速=烧电调/电机，而不去想想这个本质原因究竟在哪。那我也无话可说了。

806014065

gds135 发表于 2020-11-6 23:12
比较赞同你的观点，电机本身就不是一个单纯的IRU能估算或者近似模拟出来的一个数或者量，楼主一层的 ...

看一下25L的解释，帮助你理解一下。

806014065

补充一张无刷电调的控制原理图。帮助大家理解，本质上依旧是IR=U

cst

P=U^2/R=∞，交流电机的功率是这样算的么，该处无刷直流电机实际是交流同步电机，即使是用超导做线圈功率也不能这么算。