Sicurezza nell'uso dei motori elettrici

Il successo della propulsione elettrica nel mondo dell’aeromodellismo continua. Con essa cambiano anche i requisiti di sicurezza. Noi di Leomotion (www.leomotion.com) non siamo solo fornitori di propulsori elettrici, ma produciamo anche, nella nostra sede nell’Oberland zurighese, motori destinati sia al settore RC che a quello industriale.

Di seguito desideriamo approfondire alcuni aspetti per favorire una migliore comprensione della propulsione elettrica e contribuire così a un utilizzo sicuro nel modellismo aeronautico.

La regola fondamentale: una volta collegata la batteria di volo, il motore deve essere considerato «attivo» fino a quando non viene scollegata, indipendentemente dalle misure di sicurezza installate. Chi si aspetta in ogni momento che il motore si avvii accidentalmente, non sarà colto di sorpresa.

Il motore elettrico eroga una coppia elevata già a bassi regimi, il che può causare lesioni gravi che vanno da ferite da taglio fino all’amputazione di arti-

possono causare gravi lesioni. Per la propria sicurezza, si raccomanda vivamente di rimuovere l’elica durante i test, la ricerca di guasti o qualsiasi altro intervento sulla catena cinematica. Ricordare sempre: non appena la batteria di alimentazione è collegata, tenersi lontani dall’elica – il sistema di propulsione deve essere sempre considerato «attivo».

I regolatori all'avanguardia sono già protetti internamente, in modo

che il motore non si avvii in assenza di un segnale di accelerazione al minimo valido. Come misura di sicurezza aggiuntiva, è possibile installare nella linea di alimentazione degli interruttori elettronici, noti anche come interruttori magnetici. Anche la programmazione del telecomando per l’abilitazione esplicita del canale dell’acceleratore tramite un interruttore del telecomando è un metodo molto diffuso. Prima di collegare la batteria di volo, si raccomanda sempre di controllare che la manetta si trovi effettivamente in posizione di minimo.

Scegliete un sistema di connettori adatto anche alla corrente massima prevista. Maggiore è la corrente, maggiore dovrà essere la sezione del connettore e del cavo. Minore è la sezione del connettore, maggiore è la sua resistenza di contatto. Di conseguenza, le perdite nel connettore aumentano in modo quadratico al quadrato della corrente. Il connettore si riscalda. Se le sue dimensioni sono insufficienti, il connettore si surriscalda a tal punto che il punto di saldatura sul cavo si ammorbidisce e

il connettore stesso si «saldi via». Un connettore con protezione contro l’inversione di polarità offre una protezione aggiuntiva contro il collegamento errato della batteria. Se più pacchi batteria vengono collegati in serie per formare una batteria più grande (ad es. due pacchi da 6s collegati insieme per formare un pacco da 12s), non è raro che non venga collegato il polo positivo di una batteria con il polo negativo dell’altra, ma che si verifichi invece un cortocircuito. Ciò provoca una scarica elettrica con correnti estremamente elevate, che non solo danneggiano in modo permanente il sistema di connessione, ma possono anche causare gravi ustioni alle dita.

Quando si collega la batteria, è necessario prestare sempre la massima attenzione e agire con la dovuta cautela.

Il regolatore genera, a partire dalla tensione continua della batteria, un campo rotante in corrente alternata per il comando del motore. Questo campo rotante deve essere sempre sincronizzato con la velocità di rotazione del motore. A tal fine, i regolatori odierni misurano il cosiddetto passaggio per lo zero della fase aperta. Se viene rilevato un ritardo nel passaggio per lo zero, la frequenza del campo rotante generato viene adeguata di conseguenza. Se la frequenza del regolatore e la velocità di rotazione sono troppo distanti tra loro, si verifica il cosiddetto «errore di commutazione»: il regolatore perde il sincronismo e il motore inizia a emettere un rumore stridulo o a funzionare a scatti.

La causa è solitamente da ricercarsi in una programmazione inadeguata del regolatore (tempistica errata, frequenza PWM non adeguata) o in giunti saldati difettosi o addirittura freddi.

È assolutamente necessario evitare che il motore emetta stridii o abbia un funzionamento irregolare. Portare immediatamente la manetta in posizione di minimo. Questo

Una commutazione errata provoca picchi di tensione molto elevati indotti dal motore e può danneggiare in modo permanente il ponte trifase del regolatore (FET dello stadio di pilotaggio), fino a provocarne la bruciatura. Il motore deve rispondere in modo pulito e senza ritardi all'accelerazione su tutto il range di velocità.

La fasatura determina l'angolo di anticipo del passaggio per lo zero sopra menzionato. Ciò è paragonabile all'anticipo dell'accensione

di un motore a combustione interna. La fasatura permette inoltre di influenzare il numero di giri entro un intervallo limitato. Un timing più elevato aumenta il numero di giri e quindi l’assorbimento di potenza. A partire da un certo punto, il numero di giri non aumenterà più, ma aumenterà solo l’assorbimento di potenza: il rendimento diminuisce e il motore si surriscalda inutilmente. La corrente minima si raggiunge con un anticipo pari a zero gradi. L’anticipo ottimale dipende in larga misura dal numero di spire del magnete e dall’impedenza del motore. Come regola generale

per i motori fino a 14 poli, si è dimostrato valido un anticipo di circa 1,5 volte il numero di poli. Per i motori con più di 14 poli, un anticipo di 20...25° è solitamente ottimale. Per informazioni specifiche rivolgersi al produttore del motore.

Non impostare il regolatore a un valore troppo basso e prevedere un margine sufficiente tra la corrente prevista e il limite del regolatore. Il regolatore si riscalda a causa della sua potenza dissipata, che aumenta in proporzione al quadrato della corrente. Il calore

deve poter essere dissipato nell'ambiente circostante, altrimenti il regolatore continuerà a riscaldarsi fino a quando non scatta la protezione termica o addirittura si brucia. La capacità di dissipazione migliora con la presenza di correnti d'aria e di un dissipatore di calore.

A causa della natura della modulazione di larghezza di impulso, nella fascia superiore di carico parziale si verifica una potenza dissipata notevolmente maggiore rispetto a quando il regolatore è completamente aperto. Tenete conto di questi aspetti per la vostra progettazione specifica e dimensionate il regolatore di conseguenza. Di norma è sufficiente un margine di sicurezza del 20%.

Grazie alla modulazione di larghezza di impulso (PWM) del regolatore, anche i cavi di alimentazione diritti agiscono come bobine. Di conseguenza, durante il fronte di discesa del PWM viene indotta una tensione notevolmente superiore a quella della batteria. L'ampiezza della tensione indotta aumenta con la lunghezza del cavo di alimentazione e può danneggiare i condensatori presenti sul regolatore, causandone il malfunzionamento.

Qualora fosse necessario prolungare i cavi tra il regolatore e la batteria, è indispensabile installare condensatori aggiuntivi il più vicino possibile all’ingresso del regolatore, al fine di ottenere una migliore

I fili dell’avvolgimento sono rivestiti con una vernice resistente alle alte temperature a scopo isolante. Solitamente vengono fatti passare verso l’esterno, stagnati e fungono da collegamenti del motore. Non accorciate MAI questi collegamenti, poiché i fili possono essere privati della vernice solo con prodotti chimici specifici per consentire una stagnatura pulita. Non è raro che il motore sia irreparabile. Per un montaggio del regolatore che occupi poco spazio, formate un anello come mostrato nella figura. In questo modo i cavi rimangono corti e le perdite ridotte.

Una prova a vuoto a piena tensione di esercizio non dimostra nulla e serve solo a surriscaldare il motore. Se si esegue un test a vuoto, ovvero un ciclo di prova senza carico applicato (ad es. un'elica), l'albero del motore non eroga potenza e la potenza meccanica applicata all'albero è di fatto pari a 0 W. Di conseguenza, il rendimento è pari allo 0% e l'intera

potenza elettrica applicata si trasforma in potenza dispersa e in calore. I motori con una corrente a vuoto relativamente elevata possono così subire un sovraccarico termico anche a vuoto e subire danni permanenti.

Se tuttavia fosse necessario un test a vuoto – ad esempio per verificare che tutto funzioni normalmente – consigliamo di scegliere una tensione di esercizio compresa tra 5 V e 10 V (ad esempio una batteria da 2s o 3s), per non sovraccaricare inutilmente il motore. Il test dovrebbe essere di breve durata (meno di 10 secondi), con un adeguato tempo di raffreddamento tra una prova e l’altra.

Si consiglia di utilizzare sempre la funzione fail-safe del telecomando

e di programmare il canale del gas in folle in caso di perdita del segnale. Ciò riduce il rischio di lesioni causate dall'elica in caso di perdita totale del segnale del modello.

L’alimentazione esclusiva tramite BEC (Battery Eliminator Circuit) comporta il rischio di perdere il controllo in caso di problemi con il regolatore. Pertanto, è vivamente consigliabile disporre di un’alimentazione di riserva. Questa può essere realizzata in modo semplice ed economico utilizzando un diodo Schottky e una piccola batteria di riserva. Nei negozi specializzati sono disponibili anche sofisticati

(ad es. OptiPower o SafeGuard), che non solo forniscono l’energia necessaria, ma ricaricano anche la batteria di riserva dal BEC funzionante e possono essere facilmente trasferiti da un modello all’altro. La variante di lusso è rappresentata dal derivatore di corrente con batteria di riserva aggiuntiva.

Se il BEC del regolatore non viene utilizzato, è possibile disattivarlo semplicemente estraendo il contatto del polo positivo dalla spina e ribaltandolo. Fissare il contatto aperto al cavo con un nastro adesivo e isolarlo.

Noi di Leomotion non solo siamo specializzati in propulsioni elettriche, ma viviamo la propulsione elettrica all’insegna del motto: «Non si può» non esiste.

Saremo lieti di fornirvi consulenza sul vostro specifico problema di propulsione, affinché possiate godervi le prestazioni di volo del vostro nuovo modello. www.leomotion.com

Reportage in francese: https://www.modellflug.ch/FR/home

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