6S vs 3S：which one is better？——关于高电压长航时的讨论

amphibia

PUG 发表于 2016-1-17 05:39
轻度航线比悬停省电。

但这样参数会多到很难讨论。

同意。轻巡航有transitional lift。大家都明白。这个额外升力在轻度巡航大致能抵消了水平方向消耗的动能。

但是为了减少变量，同意只讨论纯悬停。

Salem

PUG 发表于 2016-1-17 05:09
“讲了力效，接下来讲力效与什么有关。力效取决于桨的桨型、螺距等，电机的电流。”

这里有一个 ...

同意。kv值肯定要调整，不然电机磁饱和根本无续航可言。您继续。

PUG

Salem 发表于 2016-1-17 12:08
同意。kv值肯定要调整，不然电机磁饱和根本无续航可言。您继续。

“所以当电机与桨相同时，电流越高，力效越低（不信的请自行去x宝随便找一款多轴电机，看上面的力效—电流表）。”

我很高兴你和 amphibia都能接受我提出的约定，但我必须请你确定，你在42楼的同意的具体意思，是只同意约定，还是连逻辑推理也同意。

由于不确定你的同意，我就还是停在桨这边。

最上面的那句话，对于一个没有完整的螺旋桨和电机知识面的人来说，就是一个陷阱，一个大陷阱。没错，这句话描叙的现象一点没错，但描叙得太简单，所以成了陷阱。

对于一个电机来讲，高电流代表什么？代表高负载。但一个电机驱动一个桨呈高负荷，说明什么？说明高转速。

而力效本身又是一个规律呢？同一个桨，它的力效不是一个，而是就像你说的是一个曲线，是一个和转速相关的曲线，并有区段性。

它大致的特性是转速越高，力效越低。是这样才把电流给拉扯进来，很牵强。

这个陷阱的另外一个地方就是，如果不知道力效是和转速一一对应，只把它作为一点，然后全线通用，天大的误会就来。

举例，100转有一个力效值，200转也有一个力效值。你不能简单地用一个功率值去乘这两个力效值得出个推力。100转，只能产生那唯一的推力，不多也不少。200转，只能产生那唯一的推力，不多也不少。每个转速点，有一个特定的功率值，这个功率值是转速的函数。转数是功率的因子。

那为什么我们还是用功率来标力效呢？很明显，这个比标，转速和扭矩简单，而且有齿轮箱，改变电机尺寸，电流电压比例我们总是可以满足那特定的转速和扭矩的需要。但首先，我们要知道那是一个特定的转速和扭矩，而不是一个简单的功率。

Salem

PUG 发表于 2016-1-17 13:48
“所以当电机与桨相同时，电流越高，力效越低（不信的请自行去x宝随便找一款多轴电机，看上面的力效— ...

我同意您的观点。高电流实际上是高负载的表现。您继续。

Salem

同意逻辑推理。

Salem

PUG 发表于 2016-1-17 13:48
“所以当电机与桨相同时，电流越高，力效越低（不信的请自行去x宝随便找一款多轴电机，看上面的力效— ...

       您好！我仔细地思考了一下，您是对的。
       我之前思考的时候漏掉了一点：无刷电调的工作原理。我一直误把电调的输入电压（即电源电压）当作电调的输出电压（即电机的工作电压）处理，而这两者是不同的。如果考虑到这个因素的话，高电压不会带来力效的提升。谢谢您的提醒。

amphibia

PUG 发表于 2016-1-17 13:48
“所以当电机与桨相同时，电流越高，力效越低（不信的请自行去x宝随便找一款多轴电机，看上面的力效— ...

越听我越着急了，我直接先跳到结论环节，请教一下，具体到比如一个700级电直，匹配如下
- 天蝎星4035电机（厂家几个型号是450kv，500kv，530kv，560kv），
- 大齿是112T，电机齿可以选11T，12T，13T
- 搭载2个6s10000mah电池，起飞重量6.4kg

方案1：
- 并联6s，用530kv，3.9v平均电压，用最小的11t电机齿，电调100%油门，(A)90%效率
- 转速是1100rpm = 530*3.9*6*100%*90%*(11/112) ，切角螺距13度，勉强能够起飞悬浮，我理解 (1) 这个方案1代表最高效率/航时的直升飞机，对吗？

方案2：
- 把530kv下降到450kv，但是把电机从11T上升到13T，电调100%油门，(B)90%效率
- 转速还是1100rpm，我理解 (2) 方案2的航时/力效/电流跟方案1基本一致。对吗？

方案3：
- 把450kv电机自己DIY绕成225KV，把并联6s电池改为串联，成为12S，电调100%油门，(C)90%效率
- 转速依然是1100rpm，我理解 (3) 方案3的航时仅仅略微优于方案1。相差最多1-2分钟，对吗？

方案4：
- 把530kv电机换成560kv，电机齿也从11T换成13T，但是电调油门到80%，(D)90%效率
- 转速依然是1100rpm，我理解 (4) 电调和电机都会增加发热，航时比方案1会略微缩短，但是也就是缩短了3-5分钟差距，对吗？

关于上述4个方案的理解(1) (2) (3) (4)（红字部分），是否正确，请正面逐一回答。
关于上述4个方案的效率(A)(B)(C)(D)（绿字部分），是否正确，请正面逐一回答。

Salem

amphibia 发表于 2016-1-17 16:55
越听我越着急了，我直接先跳到结论环节，请教一下，具体到比如一个700级电直，匹配如下
- 天蝎星4035电 ...

首先，我想知道的是您的rpm指的是电机还是桨？如果是电机，那么为什么会有11／112出现？如果是桨的话，我想说：电机的kv值指的是空载转速。。。
2、3的效率应该会略高于1。2的铁耗略小，3的铜耗略小。故2、3效率、续航都会略高于1。
4的铁耗应该会略大，您的分析没错。
仅代表个人观点。

amphibia

Salem 发表于 2016-1-17 21:32
首先，我想知道的是您的rpm指的是电机还是桨？如果是电机，那么为什么会有11／112出现？如果是桨的话，我 ...

rpm = 主旋翼转速 = 电机转速 * 电机齿 / 大齿数

Salem

PUG 发表于 2016-1-17 13:48
“所以当电机与桨相同时，电流越高，力效越低（不信的请自行去x宝随便找一款多轴电机，看上面的力效— ...

续：
       我在之前的论述中犯了一个很低级的错误。我之前说：＂功率相同时，使用高电压能降低电流。＂
       错在哪儿？错在把电源电压与电机工作的实际电压混为一谈。
       我们知道，电机需要电调来驱动。我们给电调输入PWM值，电调根据PWM值驱动电机。我们能通过电调能控制电机的什么？只有电压。电调控制电机的过程实质上是电调通过改变MOS的导通时间来控制电压的过程。也就是说，相同电机配相同的桨时输入相同的PWM值时，电机的实际工作电压不变。即使用12S、24S甚至48S的电压给电调供电（当然kv值要调整），只要油门不变，电机的实际工作电压就不会改变。有部分模友说改变电压对效率提升效果极微，我认为这不完全正确。因为在电机相同、油门较低时，高电压供电与低电压供电实际电压差并不大，故效率差距较小。但当油门较高时，实际电压差较大，效率差可能达到4%甚至5%。（没有6S高效率派们说的那么夸张）此外，有模友说改变kv值与齿数效果不大，其实也是相同的道理，只不过电压换成了换向速度。换向速度低时（表现为电流低），效率差不明显，容易给人效果不大的错觉。换向速度高时，效率差大，有时可达3~4%。再次感谢您的提醒。

Salem

amphibia 发表于 2016-1-17 22:46
rpm = 主旋翼转速 = 电机转速 * 电机齿 / 大齿数

电机实际转速与空载转速是有区别的哦。

cloud104

合适的电压才是王道。450机子3S和6S对续航时间来讲其实差不了多少。

PUG

Salem 发表于 2016-1-17 14:17
同意逻辑推理。

谢谢！

那我们就来看看电机这方面。（无刷直流电机）

首先，我们可把电机看为一个动力转换装置，它是把电力动力转换成机械动力。

这个动力转换装置的输入端是电力动力，输出端是机械动力。其输入端和输出端的对应关系是：

电压 对应 转速， 电流 对应 扭矩。

如果我们需要一个转速，我们就要在输入端加上一个电压，我们控制这个电压就能控制其转速。

（称转速控制，对于我们的实例就是恒速）

电机的电流是由负载决定，负载增加，电流也随之增加。基本机理如下：

当负载增加，电机变慢，其反电动势减小（相当于发电机转慢了）,其和电机端电压的压差变大，导致电流最大。电压达到平衡时公式如下：

U = I*r + Uemf, 式中 U 是电机端电压， I 是绕组电流，r 是绕组电阻，Uemf是反电动势。

到这里，我开始有些犹豫，接下来讲什么？用什么方法讲？过去的两年我试过“分苹果”，试过“加法”，也试过“乘法”，甚至“看蛋黄”。我看到你后面的回复，我认为其实你已经完全明白，以你的水平我们可以用“微积分”来交流，唯一你要做的就是要不怕麻烦，注意横和纵，这个电压和那个电压，这个电流和那个电流，这个桨和那个桨。但如果要以传播为目的，这次我会试着“分苹果”，加“看蛋黄”。


不知你意下如何？

PUG

cloud104 发表于 2016-1-18 08:20
合适的电压才是王道。450机子3S和6S对续航时间来讲其实差不了多少。

经典

700级有一个合适电压，100级有一个合适电压。要求700级用100级的电压或反之都是不合适。

PUG

amphibia 发表于 2016-1-17 16:55
越听我越着急了，我直接先跳到结论环节，请教一下，具体到比如一个700级电直，匹配如下
- 天蝎星4035电 ...

你提的问题几乎是无法答，特别是要量化。

我们的讨论都是 “模型”化了，都是没有考虑除定律之外的东西，如，工艺。

当我们建模时，例如 3S和6S电机我们规定了线槽体积。我们如果不考虑这个体积的限制，如果绕一圈叫3S电机，用同样的线绕两圈就是6S，这样的6S一定比3S的功率和效率都高。同样我们能不能用面积一倍的单根线绕一圈叫3S，一半面积的线绕两圈叫3S，这样的6S一定比3S的功率和效率都高。只能是同样的线径，3S两股并绕，6S单股绕。这样才有1 和2的关系。

你提及的例子中，KV值不一样，但驱动电源一样，这样的结果就是他们的功率不一样，效率不一样。要量化，必须要看绕组的参数。但抱歉，这时人为的东西都进来了，也就是三言两语不可能说清楚，特别是如果缺乏基本的理论或者是更本不相信理论，这样就无法谈。这就是论坛目前的情况。

另外，我想再次强调，KV值是无法拿来做计算的用的，它只能是估算一个空载时的转速。是 估算。

amphibia

PUG 发表于 2016-1-18 18:44
你提的问题几乎是无法答，特别是要量化。

我们的讨论都是 “模型”化了，都是没有考虑除定律之外的东 ...

你说的干扰因素我都认可。你说的需要具体分析我也认可
但是是否能落到以下结论：
第一句话： 99%的RC直升机在桨本身重量不成为负担之前不过分的情况下，桨越长 + rpm越低   ==》悬浮留空时间越长。
第二句话： 空气动力问题是悬浮留空时间的主要矛盾。电磁电机ESC的搭配，只要基本合理，基本是次要矛盾，对悬浮留空时间影响很小。

Salem

PUG 发表于 2016-1-18 16:36
谢谢！那我们就来看看电机这方面。（无刷直流电机）首先，我们可把电机看为一个动力转换装置，它是把电力 ...

好的。您继续。

PUG

amphibia 发表于 2016-1-18 19:45
你说的干扰因素我都认可。你说的需要具体分析我也认可
但是是否能落到以下结论：
第一句话： 99%的RC直 ...

“第一句话： 99%的RC直升机在桨本身重量不成为负担之前不过分的情况下，桨越长 + rpm越低   ==》悬浮留空时间越长。”

对的。rpm越低不是必要条件，是一个自然结果，桨长了，rpm就自然下来了。我们可以看固定翼的机翼就知道了。
一个固定翼机，假设增加长翼后起飞重量认为不变，那么机翼载荷就变小，那么它保持水平飞行的速度就可降低，飞行速度降低就可得到较高的升阻比，需要的动力就小。
我给你的建议是改为： 旋翼载荷越小，悬浮留空时间越长。这样把增加桨叶数也包括在内。同时不会发生误解，单轴比四轴的效率高是因为单轴的桨长，就是这样的误解。

“第二句话： 空气动力问题是悬浮留空时间的主要矛盾。电磁电机ESC的搭配，只要基本合理，基本是次要矛盾，对悬浮留空时间影响很小。”
对的。最基本的原则，不要过载，功率匹配。这里功率匹配的意思是功率的两因子匹配。比如 6 瓦的功率是由 2Ax3V得来，避免1Ax6V这样的供电方式，虽然电调和电机一起能做这样的转换，但任何的转换都有效率问题。
你还记得我没直接答你的那个问题吗？这就是答案。

PUG

Salem 发表于 2016-1-18 21:19
好的。您继续。

谢谢！
请给我一点时间，最近有些小忙。

PUG

Salem 发表于 2016-1-17 14:17
同意逻辑推理。

续

U = I*r+ Uemf, 式中 U 是电机端电压， I 是绕组电流，r 是绕组电阻，Uemf 是反电动势。

还有一个参数在背后，它对扭矩和转速都有影响，磁通。磁场在这里就是媒介，没有它，扭矩和电流无法对话，转速和电压无法对话。

通电导体在磁场的受到力= 导体内的电流x磁场强度x长度。（简化表述）

导体在磁场中运动产生的电动势= 导体运动速度x磁场强度x长度。（简化表述）

机械的力，速度 和 电的，电流，电压在媒介磁场的作用可做逆变了。很伟大的发现。

电机的力矩：力x力臂。力臂是电机尺寸决定。所以同款电机我们只要看里面的电流就行。

反电动势：线速度=转速x半径，半径是电机尺寸决定。所以同款电机我们只要看转速就行。

为方便讨论我们将一圈线圈作为一个单元。多圈线圈可理解为，串联或并联。

从上面我们可以看到对于同款的电机，扭矩的大小只和里面有多少能发力的单元有关，与KV值没关系。你可以把两个单元并联，（3S），也可把两个单元串联 （6S），区别就是 电流和电压搭配的比例。

我们来校对，先看 6S电机。

6S 因为是两单元串联，所以 是一个单元电流，电阻是两单元。反电动势是两个单元。

得：2I*r + 2Uemf. = 2 U

3S 因为是两单元并联，所以 是两个单元电流，电阻是1/2单元。反电动势是一个单元。

得：I*r + Uemf. = U

所以。两者功率一样，两机械功率因子一样。

剩下的就是损耗校对，

机械：不用解释了。

铜损耗： I*I*r,  3S 是2x2x0.5=2 单元。6S 是1x1x2=2单元。

铁损耗：两者的磁通变化都是 2 单元，频率一样（同样的控制方法）

如果你有兴趣挖下去，就连功率因数都一样。

其实，从逻辑上可非常简单的推导一下，6S是什么奇特点？啥也不是，就是个电压值 而且是一个很普通的电压。欧姆定律，电磁理论是不会失效的。

高压输电原理，很好的依据，但忘了，输电是什么回事，如果不过巴掌的距离提高电压一倍就10几20几的效率就来了，美国人就不要用110V，改220V好了。

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编辑：机械 两字漏了，特补上并加黑。PUG