Тема: «Система электроснабжения БПЛА»

Оглавление

Введение:

Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) - это летательные аппараты, которые могут быть управляемыми издалека или автономными. Они используются в различных областях, включая военную, гражданскую и коммерческую сферы. БПЛА могут быть разных размеров и форм, от маленьких квадрокоптер до больших беспилотных самолетов. Они могут быть оснащены различными датчиками и камерами, которые позволяют собирать информацию о местности, объектах и событиях. БПЛА также могут использоваться для выполнения различных задач, таких как разведка, мониторинг, доставка грузов и многое другое. В этом контексте, эффективность работы БПЛА зависит от качества его компонентов, включая систему электроснабжения, датчики, камеры и другие элементы.

В данном отчёте мы рассмотрим систему электроснабжения.

Актуальность:

Система электроснабжения является одним из наиболее важных компонентов квадрокоптера, поскольку она обеспечивает питание для всех его компонентов. Это включает в себя моторы, регуляторы скорости, распределитель питания, камеры и другие элементы. Актуальность системы электроснабжения заключается в том, что она должна быть достаточно мощной и надежной, чтобы обеспечить стабильный полет квадрокоптера. Недостаточная мощность или ненадежность системы электроснабжения может привести к сбою в работе квадрокоптера, что может привести к потере управления и аварии. Поэтому, для обеспечения безопасности и эффективности полета квадрокоптера, система электроснабжения должна быть тщательно спроектирована и проверена на надежность.

Новизна:

Системы электроснабжения в БПЛА постоянно совершенствуются и улучшаются, чтобы обеспечить более эффективный и длительный полет. Некоторые из последних новшеств в системах электроснабжения включают в себя использование более эффективных и легких литий-полимерных (ЛиПо) аккумуляторов, а также более эффективность электронных регуляторов скорости (ЭРС), которые обеспечивают более точное управление мощностью и скоростью моторов. Кроме того, некоторые производители БПЛА также экспериментируют с использованием более эффективных моторов и пропеллеров, которые могут обеспечить более высокую скорость и длительность полета. В целом, новизна системы электроснабжения в БПЛА заключается в использовании более эффективных и легких компонентов, которые обеспечивают более длительный и стабильный полет.

Постановка задачи:

В данной работе мы должны научиться: искать информацию, обрабатывать её и уметь её применять.

Так же мы должны определить на основе имеющихся у нас данных наилучшую систему электроснабжения БПЛА.

Исходные данные:

Для наилучшей работы БПЛА нам необходима качественная система электроснабжения.

Она должна:

• 
  Быть лёгкой, что бы не создавать излишнюю разбалансировку в БПЛА
  
• 
  Максимально эффективной (Высокий уровень КПД)
  
• 
  Обеспечивать качественное электропитание системы
  

Так как мы описываем систему электроснабжения для БПЛА, который будет отвечать за съёмку(фото/видео), мы должны добавить несколько дополнительных критериев:

• 
  Быстрый заряд (Аккумуляторы должны заряжаться быстро, чтобы минимизировать время простоя между полетами.)
  

• 
  Безопасность: Система электроснабжения должна быть безопасной и соответствовать стандартам безопасности, чтобы избежать возможных опасностей для окружающих людей и объектов.
  

Обзор, схема подключения, классификация и выбор наиболее качественных компонентов для системы электроснабжения БПЛА.

1. 
   Обзор системы электроснабжения для БПЛА:
   

Система электроснабжения для БПЛА состоит из нескольких компонентов, включая батареи, силовой модуль и электронный регулятор скорости (ЭРС). Батареи обеспечивают энергию для работы всей системы, а силовой модуль преобразует постоянный ток от батарей в переменный ток, который необходим для работы двигателей. ЭРС контролирует скорость вращения двигателей, регулируя величину тока, поступающего на них. Все компоненты системы работают вместе, обеспечивая стабильное и надежное электроснабжение для БПЛА.

Вывод:

В данной главе мы научились делать обзор системы электроснабжения БПЛА.

2. 
   Компоненты входящие в систему электроснабжения БПЛА:
   

1. 
   Аккумуляторная батарея для БПЛА:
   

Аккумуляторные батареи в БПЛА (и не только) работают по принципу химического хранения энергии. Внутри батареи происходят реакции, которые преобразуют химическую энергию в электрическую. При разрядке аккумулятора происходит обратный процесс: электрическая энергия преобразуется обратно в химическую энергию.

Характеристики аккумуляторных батарей:

• 
  Емкость – количество электрического заряда, которое может сохранить батарея. Измеряется в ампер-часах.
  
• 
  Напряжение – суммарное напряжение батареи. Измеряется в вольтах (V).
  
• 
  Вес и габариты – важные параметры для выбора батареи, так как они определяют, на каком высоте и сколько времени БПЛА сможет летать.
  

Виды аккумуляторных батарей:

• 
  Литий-ионные (Ли-Ион) батареи – самые распространенные аккумуляторы для БПЛА. Они представляют собой легкие и компактные источники питания, обладающие высокой плотностью энергии и низким уровнем саморазряда.
  
• 
  Литий-полимерные батареи (Ли-По) – более легкие и компактные, чем Li-ion, но менее надежные и более опасные в эксплуатации.
  
• 
  Никель-кадмиевые батареи (Ни-Ка) – устаревший вид аккумуляторов. Емкость их меньше, чем у Ли-Ион или Ли-По, они тяжелее и имеют более высокий уровень саморазряда.
  

Несколько примеров батарей различных типов с их основными характеристиками:

• 
  Литий-ионная батарея Панасоник ЭнСиАр18650Б 3400мАч 3.7В – емкость - 3400 мАч, напряжение - 3.7 В, вес - 47 грамм.
  
• 
  Литий-полимерная батарея Тёрниджи Нано-тек 2200мАч 3С 25Ц Ли-По Батарея – емкость - 2200 мАч, напряжение - 11.1 В, вес - 141 грамм.
  
• 
  Никель-кадмиевая батарея ДжиПи РеСайко+ AA Микро 850мАч 1.2В - емкость - 850 мАч, напряжение - 1.2 В, вес - 24 грамма.
  

На основе выделенной характеристики "емкость" можно выделить литий-ионную батарею Панасоник ЭнСиАр 18650Б 3400мАч 3.7В. Она имеет большую емкость, что означает, что она может сохранить больше энергии и при этом не увеличивать свои габариты и вес в большой степени. Более того, эта батарея отличается высоким уровнем надежности и длительного срока службы, а также стабильным уровнем выходного напряжения на всем диапазоне заряда. Она будет хорошим выбором для БПЛА, так как легкая и в то же время способна обеспечивать длительное время полета.

2. 
   Электронный регулятор скорости для БПЛА:
   

Электронный регулятор скорости для БПЛА является устройством, которое контролирует скорость вращения мотора, который управляет винтами БПЛА. Принцип работы заключается в изменении входного напряжения путем управления широтой импульсов.

Классификация электронных регуляторов скорости включает в себя следующие типы:

• 
  Обычный регулятор: используется для изменения скорости вращения мотора вручную. Он имеет заранее заданное количество уровней скорости, которое можно выбрать в зависимости от требуемых потребностей.
  
• 
  Программируемый регулятор: такой регулятор позволяет пользователю программировать единицы скорости и длительность цикла.
  
• 
  Регулятор с обратной связью: это самый продвинутый регулятор скорости, который способен автоматически регулировать скорость мотора на основе входных параметров, таких как температура и напряжение батареи.
  

Выбор электронного регулятора скорости для БПЛА может основываться на следующих факторах:

• 
  Требуемый класс мощности регулятора
  
• 
  Типы входных параметров: Определите, какие входные параметры могут быть использованы для изменения скорости вращения мотора. Некоторые регуляторы используют программируемые или пропорциональные устройства управления.
  
• 
  Функция обратной связи: Если точность управления скоростью мотора является приоритетом, выберите регулятор со встроенной функцией обратной связи, которая может автоматически контролировать скорость вращения мотора.
  

Среди доступных на рынке регуляторов скорости для БПЛА, наилучшим выбором для батареи с напряжением 3,7 В может быть компактный регулятор скорости ДиДжиАй Снэйл 430-Р Рэйсинг ЭРС. Он предназначен для моторов с максимальной мощностью 130 Вт, что соответствует батарее с напряжением 3,7 В. Он также имеет режим бездатчикового управления и не требует калибровки на заводе. ДиДжиАй Снэйл 430-Р Рэйсинг ЭРС - это хороший выбор для тех, кто ищет надежный и простой в использовании регулятор скорости для БПЛА.

3. 
   Силовой модуль
   

Силовой модуль для БПЛА – это устройство, которое обеспечивает питание всей электроники БПЛА, включая моторы и электронные системы управления. Он включает в себе электронные элементы, такие как регуляторы напряжения, преобразователи напряжения, защитные механизмы и другое.

Принцип работы силового модуля заключается в преобразовании постоянного тока определенного напряжения в переменный ток определенного частотного диапазона, который затем управляет моторами БПЛА.

Классификация силовых модулей включает в себя следующие типы:

• 
  Одноразовые силовые модули: экономичный вариант, который используется только один раз и потом заменяется новым силовым модулем.
  
• 
  Перезаряжаемые силовые модули: более дорогостоящие, но многоразовые устройства, которые могут перезаряжаться после определенного количества циклов использования.
  
• 
  Беспроводные силовые модули: такие модули работают без использования проводов и позволяют проводить бесперебойные полеты.
  

При выборе силового модуля для БПЛА следует обратить внимание на следующие характеристики:

• 
  Тип регулятора напряжения: определите, какой тип регулятора напряжения следует использовать, в зависимости от типа моторов и электроники.
  
• 
  Мощность: выберите силовой модуль с нужной мощностью, чтобы управлять моторами в соответствии с требованиями вашего БПЛА.
  
• 
  Размер и вес: выберите силовой модуль, подходящий по размеру и весу для вашего БПЛА, который подходит для вашей конструкции.
  
• 
  Силовой модуль обладает защитой от перегрузок, перегрева и короткого замыкания для обеспечения безопасной работы БПЛА.
  

Среди различных видов силовых модулей наилучшим выбором для подключения к батарее с напряжением 3,7 В может быть перезаряжаемый силовой модуль, например, Куав кан ПДБ Икс7. Этот модуль имеет низкий вес, высокую энергетическую плотность и производится из графена - материала с высокой удельной емкостью. Модуль обладает высокой производительностью, низким внутренним сопротивлением, защитой от короткого замыкания и небольшими габаритами. Он является хорошим выбором для любителей и профессионалов, которые ищут эффективный и надежный силовой модуль для БПЛА

Вывод:

В данной главе мы научились делать обзор и характеристику для систем электроснабжения для БПЛА.

3. 
   Схема подключения системы электроснабжения в БПЛА:
   

Первый компонент системы электроснабжения - это батареи. Они обеспечивают энергию для работы всей системы. Батареи используются для хранения энергии и могут быть различных типов, таких как литий-ионные или никель-металл-гидридные. Выбор типа батареи зависит от требований к БПЛА, таких как продолжительность полета, вес и размер.

Следующий компонент - силовой модуль, который преобразует постоянный ток от батарей в переменный ток, который необходим для работы двигателей. Силовой модуль состоит из инвертора, который преобразует постоянный ток в переменный ток, и усилителя, который усиливает напряжение. Силовой модуль может быть также оборудован дополнительными компонентами, такими как фильтры и защитные устройства.

Третий компонент - электронный регулятор скорости (ЭРС), который контролирует скорость вращения двигателей, регулируя величину тока, поступающего на них. ЭРС обеспечивает плавный запуск и остановку двигателей, а также защищает их от перегрузок и перегрева.

Принцип работы системы электроснабжения заключается в том, что батареи обеспечивают энергию для работы всей системы. Силовой модуль преобразует постоянный ток от батарей в переменный ток, который необходим для работы двигателей. ЭРС контролирует скорость вращения двигателей, регулируя величину тока, поступающего на них. Все компоненты системы работают вместе, обеспечивая стабильное и надежное электроснабжение для БПЛА.

Схема подключения системы электроснабжения может варьироваться в зависимости от конкретной модели БПЛА и его требований. Однако, в общих чертах, схема подключения может быть следующей: батареи подключены к силовому модулю, который преобразует постоянный ток от батарей в переменный ток. Переменный ток поступает на ЭРС, который контролирует скорость вращения двигателей. Каждый компонент системы электроснабжения должен быть подключен к центральному управляющему блоку, который контролирует работу всей системы.



Вывод: В данной главе мы научились создавать схему электроснабжения, и объяснять принцип её работы.

Монтаж:

Программирование:

Пусконаладка:

Заключение:

В данной практической работе мы научились использовать различные источники информации с целью дальнейшего их использования в нашей работе, так же мы смогли на основе имеющихся у нас данных собрать наилучшую систему электроснабжения для БПЛА.

Список источников:

1. 
   https://russiandrone.ru/publications/istochniki-energii-dronov-razdvigaya-granitsy-elektricheskogo-poleta-/ (Последняя дата обращения: 22.05.2023)
   
2. 
   https://hobbycenter.ru/pro-hobby/chto-nuzhno-znat-pri-vybore-akkumulyatora/#:

:text=В%20современных%20моделях%20используются%202,требуют%20большего%20внимания%20при%20эксплуатации (Последняя дата обращения: 22.05.2023)

---

Тыныбаев Сандыбек Кыстаубекович - ОЦЕНКА И ВЫБОР ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ (Последняя дата обращения: 22.05.2023)

АЛГОРИТМ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ КОМБИНИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ, К. В. Капелько, Э. Ю. Хохулин. (Последняя дата обращения: 26.05.2023)

---

Смотрите также файлы

• Курсовая работа Воспитание быстроты движений у младших школьников с применением подвижных игр.doc

• Практическая работа в строке заменить пробелы символом .docx

• Геофизические признаки некоторых недавно открытых больших (N40 га) кимберлитовых трубок на концессии Альто Куйло в северовосточной Анголе .docx

• Свойства оптимального кода.docx

• Многообразие форм добровольческой (волонтерской) деятельности.docx