Tutto quello che avreste già dovuto sapere sull'avionica del vostro modello di aereo

$$U = R \cdot I$$

Fig. 1: Legge di Ohm.

Come già nell’ultimo articolo, anche questa volta avremo bisogno del multimetro digitale (DMM). Come abbiamo illustrato nel numero 1/09, purtroppo la maggior parte dei DMM non è di per sé adatta a misurare correnti superiori a 10 A. Per misurare le correnti di gran lunga superiori presenti nell’azionamento, abbiamo quindi bisogno di un’estensione: lo shunt.

Lo shunt è il termine che indica una resistenza di precisione a bassa impedenza (spesso nell’ordine dei m $\Omega$ -Be-

(reich). Questo ci permette di misurare senza problemi correnti fino a 100 A o anche superiori. Il tutto sempre in combinazione con un semplice multimetro digitale. Il principio di base utilizzato quando si lavora con uno shunt per determinare la corrente è la legge di Ohm (Figura 1). Questa descrive la relazione tra corrente, tensione e resistenza. Se la legge di Ohm viene espressa in modo leggermente diverso, come mostrato nella Figura 2, otteniamo un’espressione diretta per la corrente I. In concreto, ciò significa che misurando la tensione U su un

$$I = \frac{U}{R}$$

Fig. 2: Legge di Ohm, riscritta in funzione della corrente I.

conoscendo la resistenza R, è possibile calcolare la corrente I che la attraversa. In altre parole: facciamo passare la corrente del sistema di azionamento attraverso il nostro shunt e misuriamo con il multimetro la tensione ai

Consigli e suggerimenti:
non arrotolare mai lo shunt né piegarlo in alcun modo. Lo shunt deve sempre essere realizzato come un conduttore diritto.
Evitare lunghezze superiori a 10 cm. Se il filo calcolato risulta troppo lungo, scegliere una sezione trasversale inferiore o ridurre il valore di resistenza desiderato.
Si raccomanda cautela in caso di potenze dissipate superiori a 3 W. Lo shunt si surriscalderà rapidamente.

Il vostro shunt:

Fig. 3: Il nostro calcolatore di shunt. I parametri necessari per la realizzazione fai-da-te di uno shunt vengono calcolati in modo semplice e veloce.

Shunt: in questo modo possiamo poi calcolare quanta corrente è passata attraverso questo shunt. Voilà, ed ecco che conosciamo già la corrente nel nostro sistema di azionamento.

Naturalmente potete realizzarlo da soli. Noi lo costruiamo utilizzando del filo elettrico. All’indirizzo www.blog.innoflyer.ch potete scaricare un «calcolatore di shunt» che vi aiuterà a calcolare uno shunt di vostro gradimento senza bisogno di particolari conoscenze (figura 3). Noi utilizziamo

utilizziamo cavo elettrico in rame con una sezione di 1,5 mm². Questo tipo di cavo è disponibile in qualsiasi negozio di bricolage. Il nostro shunt dovrà avere alla fine una resistenza di 1 m $\Omega$. Questa resistenza dipende dalla lunghezza del conduttore e dalla sezione trasversale utilizzata. Con il nostro calcolatore di shunt abbiamo calcolato una lunghezza di 8,4 cm. Tagliate il cavo elettrico a questa lunghezza e dotatelo, come mostrato nella Figura 4, del vostro sistema di connettori (quello utilizzato per la batteria e il regolatore) e del cavo di misurazione della tensione (noi abbiamo utilizzato un cavo di ricarica). Ora siamo pronti per misurare la corrente. Per chi non è particolarmente abile con il saldatore, il nostro adattatore di misurazione della corrente Innoflyer A1-PWR60 rappresenta un’alternativa economica alla realizzazione fai-da-te.

La figura 5 mostra una tipica configurazione di misura con lo shunt autocostruito. Lo shunt viene semplicemente collegato in serie tra la batteria e il regolatore (in modo che la corrente del sistema di azionamento passi attraverso di esso

). Successivamente, durante il funzionamento, si misura la tensione sullo shunt con il multimetro digitale (DMM) nella portata di misura da 200 mV CC. In questo caso, il valore di tensione visualizzato sul multimetro in mV corrisponde direttamente alla corrente effettiva in A (vale solo se si utilizza uno shunt da 1 mΩ e il multimetro è impostato sulla scala dei mV). Il nostro shunt autocostruito, nonostante la sua semplicità, presenta anche dei limiti. Il suo valore di resistenza, infatti, dipende fortemente dalla temperatura. Se la sua temperatura aumenta di 50 °C, la resistenza varia di poco meno del 20%. La misurazione della corrente risulta quindi errata di questa percentuale. Pertanto: effettuare sempre misurazioni brevi, in modo che lo shunt non si riscaldi molto al di sopra della temperatura ambiente. Il nostro adattatore di misurazione della corrente Innoflyer A1-PWR60 non presenta questi problemi. È altamente preciso su un ampio intervallo di temperature. In alternativa allo shunt, nei negozi specializzati viene offerto anche l’amperometro a pinza. Tuttavia, questo è molto più costoso rispetto alla soluzione qui illustrata e non fornisce risultati di misurazione più precisi.

Il metodo di misurazione della corrente appena descritto e applicato

è corretto e quindi significativo solo se si tratta di correnti continue. Nei nostri moderni regolatori di motore a commutazione, tuttavia, ciò vale solo in un punto di funzionamento: a pieno carico. In questo caso il regolatore è quasi al 100% in fase di controllo e la corrente che fluisce dalla batteria al regolatore è praticamente una corrente continua. I risultati ottenuti con lo shunt (o anche con l’amperometro a pinza) sono di conseguenza precisi e significativi. Se ci troviamo invece nel range di carico parziale, ciò non vale più. La forma esatta della corrente dipende in questo caso dal motore utilizzato (induttanza) e dal regolatore stesso (frequenza di commutazione, capacità di ingresso, schema di commutazione). Quanto più la corrente da misurare si discosta da una corrente continua, tanto maggiore sarà l’errore di misura se si utilizza il metodo di misurazione sopra descritto. Non si tratta solo di una percentuale minima: bisogna mettere in conto errori che possono arrivare fino al 100%. Inoltre, si verificherà sempre una sottostima della corrente: ciò significa che, se la corrente reale è di 30 A, con un errore di misura del 100% ne misureremo solo 15 A! Un risultato del genere è inutile. Per evitare ciò, nel campo di carico parziale, come già nel precedente...

Nel corso del workshop, eseguire una misurazione del valore efficace (RMS, Root Mean Square). Maggiori informazioni sul valore efficace e sulla sua definizione sono disponibili sul nostro blog all’indirizzo www.blog.innoflyer.ch. Adottando le seguenti precauzioni, otterremo sempre misurazioni corrette anche a carico parziale (e naturalmente anche a pieno carico).

Procuratevi un multimetro digitale (DMM) con la selezione di portata “Tensione RMS”, spesso indicata in modo un po’ fuorviante come “TrueRMS”. I requisiti per questa funzione di misurazione del valore efficace sono piuttosto elevati, quindi deve trattarsi di uno strumento di misura professionale di ottima qualità e, di conseguenza, piuttosto costoso. In caso di acquisto, nelle specifiche dello strumento dovrete trovare le seguenti indicazioni (altrimenti lasciate perdere): intervallo di frequenza da CC a 250 kHz e fattore di cresta pari a 4 o superiore. Questi requisiti valgono, tra l’altro, anche per un amperometro a pinza, da utilizzare per misurare correnti nel campo del carico parziale. Dotati di uno strumento di questa qualità, potrete quindi misurare senza problemi le correnti dal carico parziale a quello pieno utilizzando il metodo di misurazione con shunt descritto all’inizio. Una variante decisamente conveniente è rappresentata dal nostro Innoflyer-

Adattatore di misura della corrente A1-PWR2RMS. Si tratta di uno shunt che, se dotato dell'apposita elettronica aggiuntiva, è in grado di effettuare misurazioni precise del valore efficace utilizzando un economico multimetro digitale (DMM). La figura 6 mostra la configurazione di misura con questo adattatore e un semplice DMM nel range di carico parziale. Per un confronto diretto, nel circuito è stato inserito anche un multimetro digitale identico, collegato al nostro shunt autocostruito. I due risultati presentano una differenza notevolmente grande! Pertanto, in futuro distinguete se state effettuando una misurazione a pieno carico o a carico parziale e scegliete di conseguenza la variante di misurazione corretta.

Con queste nozioni di base siete ora in grado di effettuare una misurazione della corrente in modo semplice, veloce e, soprattutto, significativo. Ciò vi consentirà di condurre esperimenti interessanti, ad esempio nella messa a punto dell’elica. Condividete le conoscenze acquisite con i vostri colleghi e ottimizzate così sempre di più i vostri modelli.

Tutto il materiale necessario per riprodurre questo workshop a casa nel vostro laboratorio è disponibile in un negozio di modellismo ben fornito o all’indirizzo www.innoflyer.ch.