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--更優越的效能-- 高電壓系統

一般來說,遙控直升機將電能轉換成機械能而能飛行,特定的直升機以特定的方式飛行就會消耗特定的能量,這個模型所用的特定的能量我們可以將它量化成一個數值即為瓦特(Wattage)。如此把這個數值當作是這個模型的常數,這樣我們就可以比較各動力系統孰優孰劣了。
動力系統由馬達、ESC和電池所構成,假設一台450級的直升機要從3S系統變成6S系統的話,其他動力元件也要隨之更換,像是能承受更高電壓的ESC,尺寸適當且KV值較低的馬達。
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從已知的數字著手
讓我們從最常見的動力系統來著手吧,目前最常見使用6S動力的直升機原廠設計通常是使用6S 5000mAh電池,假設我們以正常中等轉速飛行,飛5分鐘之後用掉電池80%的電力,現在我們要來計算它5分鐘飛行的平均功率。


5000mAh * 80% = 4000mAh or 4Ah
60min / 5min = 12(C)
12 * 4Ah = 48A
48A * 22.2V = 1065W


現在我們已經算出5分鐘飛行的平均功率了,接著我們就可以用它來比較其它動力系統在這台直昇機上的表現了 。

以增加cell數來增加電池電壓
增加cell要做甚麼?真是個可愛的問題,愈多cell串聯,電壓就愈高,就這麼簡單。基本上由於功率(瓦特)是一個常數,增加電壓會直接影響需要達成此功率的電流值。取上面舉的例子來說明,平均功率1065W;或說是48A,電壓22.2V(6S),接下來我們以算式來呈現電壓的改變如何影響電流值。
 
Watts = Volts * Amps
 

如果我們要求取電流值,可以把算式寫成:
Amps = Watts / Volts

由於這個例子中的數值是5分鐘飛行的平均值,所以在算式中加入一個代表平均值的"Avg" ,於是可以寫成:
Avg. Amps = Avg. Watts / Avg. Volts
首先我們先試著把電壓降低成4S(14.8V)
Avg. Amps = 1065W / 14.8V = 72A


你有注意到電流值是升高還是降低嗎?再來我們把電壓提升到8S(29.6V)系統

Avg. Amps = 1065W / 29.6V = 36A


如你所見,電壓愈高,電流值就愈低。那如果把電壓再繼續升高又會怎麼樣呢?你猜猜看,沒錯!電流會降得更低。最後我們來看看目前直升機所能用到的最高電壓12S。
Avg. Amps = 1065W / 44.4V = 24A

如此看來似乎是電壓愈高愈好,但是這有實際上的限制。限制之一是要增加電壓就只能增加cell數一途。除此之外電池容量需要降低,總能量需求會和原來相似,所以重量和尺寸也會和原來相似。舉例來說,如果你將直升機從6S系統改成12S系統的話,電池會從6S 5000mAh變成12S 2500mAh,兩組電池所提供的總能量是一樣的,而重量也是差不多的。

高電壓系統的好處
使用高電壓系統(8S以上)有很多好處,但是也是有一些小缺點。

降低電流
最大的一個好處就是降低所需電流,如使用12S系統的600級直升機運轉時的電流僅6S系統的一半。這表示電變、電線組和各接頭可以使用較小規格。

在負載下壓降較小
由於工作電流值降低,壓降隨之變小,這表示激烈飛行期間可以維持在較高電壓,執行3D
動作期間不容易有遲滯感。


適用於高電壓系統的大型馬達
你或許有注意到愈大愈有利的馬達通常它的KV值也比較低,因為基本上直升機或是飛機的螺旋槳尺寸是固定的(或是有限的),所以當使用大型馬達時就需要適當的KV值。升高動力系統的電壓就必須選擇較低KV值的馬達,遵循此原則可以選購的馬達就很多了。

舉例來說600級的直升機最常見的動力搭配是6S 1220KV 1600W的馬達,如果你想直接換成更強力的馬達,目前市售最強的馬達大概是1100KV 2200W。但是如果你想直接換成12S系統的話,馬達的KV值,大約是6S系統的一半,約是630KV 4200W。

高電壓系統的缺點

雖然高電壓系統的缺點和所提供的益處相比之下顯得很小,但是缺點確實是存在的。

花費
最大的缺點就是花費了,如果你是用現有零件拼湊出來的話花費可能還不會太高,但是如果是購買整套系統來替換的話將會是一筆不小的開銷,電池或許可以用現有的下去串聯,較大的馬達和高壓電變的價格一定會比低壓系統的來得貴。

供電
另一個常會遇到的問題就是如何為接收機、伺服機和其它電子設備供電。如果是6S系統的話,可以選擇的BEC就很多,但是如果是10S或是12S系統的話選擇就很少了。另一個選擇是加裝一顆供電電池,但是卻會增加花費和重量還多一顆要充的電池,總之就是變得比較麻煩。好消息是高電壓版的BEC已經愈來愈普遍了,這個問題也漸漸不存了。

會產生更大的火花

很多玩家都發現6S的電池要接到電變上時,在插頭接觸的一瞬間會產生火花,大多數人都不喜歡這個現象。很不幸的!在10S或12S系統時這個現象變得更加嚴重,初試高電壓系統的玩家常被這個現象嚇到,其實這只是一個正常的物理現象,不會造成甚麼問題。

為高電壓電池充電
當然要考慮到為高電壓電池充電的問題,可以充到高S數的充電器通常比較貴,而且很多都只能達到1C充電,所以使用高電壓系統前也需要將這點列入考量。


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