Velké procento modelářů nevěnuje elektrickým rozvodům svého modelu prakticky žádnou pozornost. Vodiče, konektory a jejich zapojení z RTR sad často ponechají v původním stavu v domnění, že to je v pořádku. To ale platí pouze pro občasné rekreační použití s Nixx akumulátory a standardními motory. Jakmile však změníte konfiguraci pohonu a napájení, rázem je vše jinak. Často se pak stává, že se konektory i vodiče doslova usmaží před očima. V lepším případě jen s údivem zjistíte, že na závodech jede zkušenějšímu kolegovi auto se stejným pohonem citelně rychleji. Jak je to možné? Na vině je prevít odpor (ohmův zákon) a také správné využití charakteristiky motoru. Pojďme si tedy stručně vysvětlit, v čem je zakopaný pes.
Abychom správně pochopili problematiku, bude lepší si nejprve vysvětlit závislosti funkce modelářských elektromotorů. Ať už stejnosměrný, nebo střídavý, jeho charakteristika vypadá vždy podobně:
Z grafu vyčteme, že s rostoucími otáčkami klesá točivý moment (síla), spotřeba (proud), výkon a do určitého momentu roste účinnost. Naopak s klesajícími otáčkami roste točivý moment (síla), spotřeba (proud), výkon a klesá účinnost.
Pozor! Podstatný problém ale je, že s rostoucím protékajícím proudem bohužel roste úměrně i teplota motoru. Budeme-li motor dlouhodobě zatěžovat na maximální výkon v nízkých otáčkách, dojde vlivem vysoké teploty ke ztrátě izolační funkce laku na vinutí a tím k mezizávitovému zkratu a zničení motoru provázeném typickými čmoudíky a smrádkem. U stejnosměrných motorů se mohou o trochu dříve opálit nebo rozletět lamely komutátoru, což má stejný efekt náhlé smrti motoru. U obou typů motorů také při vysoké teplotě dojde k nevratnému snížení síly permanentních magnetů a tak pokud motor náhodou přežije, už nikdy nebude dávat plný výkon.
Proto je velmi důležité správné zpřevodování, aby motor pracoval v rozumném tepelném režimu. Čím lehčí převod zvolíme, tím bude mít motor vyšší otáčky a výrazně nižší teplotu i spotřebu.
Zpět k optimalizaci elektroropohonu. Máme-li zvolen dostatečně silný motor tak, aby nemusel být přetěžován, vyčteme z jeho parametrů dva důležité údaje, účinnost a maximální výkon. Potřebujeme totiž znát maximální odběr proudu, který je pro celý rozvod určující. Teď jak se k němu dopracujeme. To záleží podle toho, jaký parametr výrobce motoru uvede:
A) Proudový odběr při maximální účinnosti. Jak vidíme v grafu výše, ten je poměrně nízký, při rozběhu nebo větší zátěži může často v praxi dosáhnout dvojnásobné výše. Proto je dobré vynásobit tuto hodnotu dvěma. To bude náš proudový odběr.
B) Výkon ve wattech. Udává se většinou při napětí 7,2V. Z něho vypočteme proud I [A] = P [W] / U [V]. Například výkonu 170W odpovídá odběr 23,6A. Opět platí, že z větší zátěží klesá napětí a stoupá proud, proto si tuto hodnotu vynásobte dvěma.
Teď už víme, kolik proudu bude protékat k motoru. Na to ale musí být připraveny všechny vodiče, konektory a komponenty, které od akumulátoru vedou! I obyčejný vodič neboli kablík má své meze, zrovna tak i konektory a konec konců i regulátor. Při přetížení se začnou přehřívat, bude se tavit izolace, až se úplně spálí součástka, vedení nebo odpájí spoj. Je to podobné jako s vodou, pokud chcete přečerpat více vody, potřebujete větší hadici. Více proudu přenesou zase jen silnější vodiče (kabely). Pokud to tam rvete pod tlakem, prostě někde něco rupne :o) V nejslabším místě samozřejmě. Podle vyšší teploty můžete včas poznat, kde to je.
Kolik ale přesně všechny ty komponenty snesou? U regulátorů a akumulátorů je to snadné, tam tyto hodnoty výrobce uvádí. U vodičů je to složitější, záleží na průřezu, složení materiálu vodiče, počtu žil, izolaci atd. Přesné údaje by měl uvádět výrobce. Určité hrubé vodítko je ale zde:
Hodnoty proudu jsou pro trvalé proudové zatížení. Při krátkodobé zátěži do 5 minut zpravidla snesou až dvojnásobek proudu, budou se ale značně přehřívat, raději s touto „rezervou“ nepočítejte!
Situace u konektorů je snad ještě komplikovanější, na trhu je velké množství typů od různých výrobců v různé kvalitě, navíc velmi záleží na stavu konektoru, napružení kontaktů, jejich čistota, případně stupeň oxidace a opálení ploch. Nedají se proto uvést přesné hodnoty. Berte je pouze jako velmi orientační a přesné hodnoty si změřte na vašem konektoru:
Tolik tedy k parametrům jednotlivých komponent. K čemu je to všechno dobré? Jak již bylo na začátku článku zmíněno, za všechno může ohmův zákon. Čili čím větší odpor, tím větší úbytek napětí. Pokud budete mít vysoké přechodové odpory v rozvodné soustavě modelu, na motoru nebude při plném plynu ani zdaleka tolik, co na vývodech akumulátoru, a o tom to je. Pojďme se na problém podívat podrobněji.
Začíná to už u akumulátoru. Jeho vnitřní odpor určuje, jak je dobrý, tj. o kolik klesne jeho napětí při zátěži. Vnitřní odpor Li-Pol akumulátorů bývá 3-4mΩ na článek, avšak kvalitní značky mohou dosahovat i 1-1,2mΩ na článek. Běžný jeden článek NiMH má vnitřní odpor 4mΩ neboli 0,004Ω, což je u šestičlánku Nixx 0,024Ω. Při zátěži a odběru např. 50A snadno spočítáme, že nám klesne napětí o citelných 1,2V! (U=IxR) To ale není všechno, musíme započítat všechny odpory cestou k motoru! A v tom je právě ona výhoda některých jezdců. Dali si tu práci s optimalizací elektrického rozvodu. Pojďme si to ukázat na příkladech:
Varianta A, začátečník, standardní RTR sada, šestičlánkový NiMH akumulátor 7,2V s konektorem Tamiya (molex), regulátor Tamiya TEU 101BK, motor standard „plechovka“ Mabuchi RS 540SH o výkonu 94W s konektory Tamiya JB/JS, vodiče AWG 20 (Ø0,8mm) o celkové délce 50cm. Motor při zátěži bude odebírat špičkově cca 26A, viz popis výpočtu výše. Zapojení je následující:
Z odporu obvodu spočítáme úbytek napětí: U=IxR, tj. U=26A x 0,0677Ω = 1,76V. Na svorkách motoru bude při zátěži pouze 5,44V. Ztráty jsou tedy 24,4%! Zapojení má sice výhodu ve snadném rozpojení a rychlé výměně komponent v případě potřeby, ale nevýhodu ve vysokých ztrátách (viz tabulka odporů komponent). Ty se budou zahřívat, postupem času konektory uvolňovat a opalovat, což problém ještě více zhorší.
Nyní si ukážeme, co se s tímto problémem dá dělat, jak by rozvod mohl vypadat:
Varianta B, pokročilý jezdec, stejný akumulátor, avšak s konektorem Traxxas, stejný motor, ale s připájenými kabely, stejný regulátor, ale s vypnutou zpátečkou, vodiče AWG 12 (Ø2mm) o celkové délce 30cm. Zapojení je následující:
Z toho spočítáme úbytek napětí: U=IxR, tj. U=26A x 0,03423Ω = 0,889V. Na svorkách motoru bude při zátěži 6,31V. Ztráty klesly na 12,3%. Tedy prakticky na polovinu předešlé varianty a napětí na motoru vzrostlo téměř o 1V. Rozdíl zejména při akceleraci bude citelný a to zůstal motor, regulátor i akumulátor stejný, změnilo se tedy jen zapojení, nastavení regulátoru, vodiče a konektory. Investice v řádu desetikorun.
Poznámky:
Odpojený vývod + regulátoru – Pozor, tuto úpravu nelze provést u všech typů regulátorů, nejprve ověřte funkci!
Vypínatelná zpátečka – Závodní regulátory ji vůbec nemají, některé další ji mají vypínatelnou. Málokdo ale ví, proč tomu tak je. Jediný rozdíl je právě ve vnitřním odporu regulátoru. Pokud je zpátečka aktivní, regulátor vykazuje zpravidla 3x vyšší vnitřní odpor.
To ale ještě zdaleka není vše, nakonec ještě závodní varianta s Li-Pol akumulátorem a kvalitním regulátorem:
Varianta C, závodník, dvoučlánková Li-Pol 8,4V s konektorem Traxxas, regulátor LRP QC3 nebo Nosram Razor, motor stejný s připájenými kabely, vodiče AWG 12 (Ø2mm) o celkové délce 30cm. Zapojení viz níže.
Z toho spočítáme úbytek napětí: U=IxR, tj. U=26A x 0,00488Ω = 0,126V. Na svorkách motoru bude při zátěži 8,27V. Ztráty jsou tedy jen 1,5%. Co je ale podstatné, na motoru bude o další cca 2V vyšší napětí oproti předešlé variantě a to je naprosto zásadní cca 32% nárůst nejen při akceleraci, ale i při maximální rychlosti. Motor je stále stejný. Tady ale počítejte s investicí přes dva tisíce Kč za akumulátor a regulátor.
To byl jen ukázkový příklad na nejméně výkonném pohonu (slabý motor). U výkonnějších variant jsou rozdíly a pokles napětí při zátěži ještě mnohem větší. U střídavých pohonů je uvedený princip odporu v elektrickém rozvodu prakticky stejný. Z přehledu vyplývá, že RTR sady jsou dimenzovány maximálně právě a jen na dodané komponenty. Jakmile bychom chtěli vyšší výkon, narazíme na limity zejména konektorů, vodičů, akumulátoru i regulace, což se projeví zvýšeným zahříváním až poškozením daného uzlu. Věnujte proto pozornost a péči vašemu elektrorozvodu, jeho dostatečnému dimenzování před použitím silnějších motorů, jistě se to vyplatí…
