헬기 모터-변속기 타이밍(deg), PWM에 대한 이야기 ver.2

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고블린 380용 모터에 관심이 많아, 몇가지 모터를 써 보고, 궁금한 점들이 있어 제조사와 메일을 주고 받은 내용을 올려봅니다.


주된 내용은 변속기의 세팅-PWM 주파수와 timing-에 대한 내용 입니다.

(제 경우 변속기는 하비윙 100A입니다)


아래 내용을 보시다 보면, 출력과 PWM, timing의 상관 관계, 경향성을 파악할 수 있지 않나 합니다.


그리고 380 모터 뿐만 아니라 다른 모터에도 적용할 수 있으리라 생각합니다.


모터의 차이(와인딩, 슬롯 수나 폴 수등등), 또는 변속기마다 상황이 다르지만, 경향성을 파악하는 것이 목적입니다.

(참고로 이 외에도 타이밍은 슬롯 수와 폴 수 와 연관성이 있다고 생각하고, PWM은 약간이나마 권선의 차이(굵은 한가닥, 가느다란 여러가닥)와 상관이 있지 않나 합니다)


질문에 거버너 사용 유무를 알려주지 못했습니다. 저는 거버너 안쓰구요. 콘트로닉은 거버너 사용한다고 생각해서 답장한 것 같습니다.


다음은 KDE, 엑스노바, 스콜피온, 콘트로닉과 주고 받은 내용입니다. 원문을 올리려니 글이 너무 길어지는 것 같아서, 원하시는 부분을 요청하시면 올려드리겠습니다.




1. PWM과 timing



1) KDE와 주고 받은 이야기

(패트릭은 KDE 사장입니다. 레슬리는 부사장(COO)인 듯 합니다)


질문) 안녕 나는 고블린 380에 너네 모터(KDE500XF-925-G3)를 쓰고 있어. 하비윙 플래티넘 100A V3 변속기를 쓰는데, 최적의 세팅값을 알려줘.


레슬리) 사장이 개발팀 애들 데리고 놀러 갔어. 4월 3일에 올꺼야. 기술적인 질문은 애들 오면 답 줄게.


패트릭) 메일 고마워. 잘 놀다왔어. KDE500XF-925-G3는 어떤 세팅값이라도 받아주지만, 보통 3D 비행에는 다음 값이 적당할 거야.


PWM frequency : 16kHz

Timing : 18 Degrees


하비윙 변속기의 기본값은 32kHz에 15도 세팅인데, 이 값도 나쁘지 않지만, PWM 값을 낮추어 변속기 발열을 줄이고, timing을 증가시켜 모터에 출력을 증가시켜 쓰면 좋을 거야(얘들 변속기 기본 값도 알고 있네요..)


질문) 음 답변 고마워 그런데 조건을 좀 더 세세하게 나눠서 알려줄 수 있겠니.

-익스트림 3D, 레이스 세팅값(체공시간은 안중요해)

-일반 비행과 마일드한 3D에서의 세팅값

-모터에 최대한 부하가 적은(열 등등) 세팅값

에서 값을 좀 알려줘


패트릭)

-익스트림 세팅 : PWM을 약간 낮춰서 변속기 발열을 줄이고, timing을 높여서 모터 출력을 높여.

PWM : 16kHz

Timing : 30 degrees


-일반 비행, 마일드 3D

PWM : 32kHz

Timing : 18 degrees


-모터의 최대 효율과 모터 발열을 최대한 억제하는 세팅(모터에 스트레스를 줄이는 방향의 세팅)

PMW : 32kHz

Timing : 8 degrees


(비행 스타일과 PWM, timing의 경향성을 살펴보시기 바랍니다)




2) XNOVA와 주고 받은 이야기


질문) 안녕 고블린 380용 엑스노바 타렉 모터 세팅 값을, 다음 각각의 상황에 따라 개별적으로 좀 알려줄래. 변속기는 하비윙 100A V3야.

-익스트림 3D, 레이스 세팅값(체공시간은 안중요해)

-일반 비행과 마일드한 3D에서의 세팅값

-모터에 최대한 부하가 적은(열 등등) 세팅값


답) 엑스노바 타렉모터는 모든 조건에서 하비윙 변속기 기본 값을 쓰면 될거야. 바꿀 필요 없어.


참고)엑스노바 홈페이지에 변속기 세팅에 대한 글(거버너 설정등)

#1 : http://www.xnovamotors.com/xnova-motors-esc-settings/

#2 : http://www.xnovamotors.com/xnova-motors-xts-esc-settings/ (타렉버전 포함 XTS)


엑스노바 링크에 보시면 변속기 용량과 발열, PWM과의 상관관계가 있습니다.

변속기 용량이 상대적으로 작으면 PWM을 낮춰 변속기 발열을 줄이고,

변속기 용량이 상대적으로 크면 PWM을 높여서 모터 온도를 약간이나마 줄이라고 합니다.


참고로 고블린 380용 엑스노바 타렉모터 3215 930Kv의 경우 하비윙 100A v3의 경우 기본 세팅 값을 사용하라고 되어 있네요.




3) 스콜피온과 주고 받은 이야기


질문) 안녕 고블린 380용 HK-3020-1000Kv 모터의 용도에 따른 세팅 값이 궁금해. 변속기는 하비윙 100A V3 야.

-익스트림 3D, 레이스 세팅값(체공시간은 안중요해)

-일반 비행과 마일드한 3D에서의 세팅값

-모터에 최대한 부하가 적은(열 등등) 세팅값


답) 보통 8kHz의 PWM 주파수와 5도의 timing을 사용하고, 가변 timing(dynamic timing)과 고정 5도 timing 모두 어떤 비행 스타일도 만족시킬 거야. (근데 쎄일즈 매니저님께서 답장을 주시니....)




4) 콘트로닉과 주고 받은 이야기


질문) 안녕 고블린 380용 micropyro 380-09 모터의 용도에 따른 세팅 값이 궁금해(변속기가 무엇인지 깜박하고 못 알려줌).

-익스트림 3D, 레이스 세팅값(체공시간은 안중요해)

-일반 비행과 마일드한 3D에서의 세팅값

-모터에 최대한 부하가 적은(열 등등) 세팅값


까뜨린) 최적 timing은 18도, PWM은 75~80%를 추천해(%가 무엇을 말하는지 명확하지 않음)


질문) 답장 고마워. 그런데 %가 뭘 말하는 지도 모르겠고, 좀 더 세세하게 답변해 줄 수 없겠니?


까뜨린) PWM은 송신기와 변속기에 따라 값이 바뀌어. 최대 효율 PWM값은 75%인데, 이유는 거버너 여유분 때문이야(거버너 사용을 전제하고 답변하는 듯..)

최적 timing은 5~10도야. 발열을 억제하기 위해 timing을 바꿀 수 있겠지만, 별 차이는 없을거야.

더 높은 RPM을 얻기 위해서는 PWM(75%)에서 기어비를 변화시키는 것이 좋을거야. 더 낮은 RPM으로 날리고 싶으면 PWM을 줄여봐.

최소 PWM은 30~40%야.

(여기서도 %가 스로틀인지, 서보 신호(PWM)의 듀티비인지 또다른 무엇인지 헤깔립니다.. 75%가 스로틀이라면, 그리고 여기서 RPM을 높이기 위해 기어비를 바꾸라는 것을 보면 %가 스로틀이 맞는 것 같기도 합니다. 또한 토크가 좋은 모터인 것 같기도 합니다)


질문) 답장 고마워. 그런데 PWM은 보통 kHz 단위로 표시되는데, %로 표기한 이유는 뭐야? 혹시 변환 공식 같은 것이 있으면 좀 알려줘.

변속기는 하비윙 100A V3 쓰는데, 그건 PWM을 "%"가 아닌 "kHz"로 표시해. 니네들 제품이 아니라서 미안 ㅋ


하이코) (담당자 바뀐 듯) 380-09는 익스트림 3D에서 PWM 주파수를 32kHz, 마일드 플라잉에서는 24kHz를 추천해.

timing은 모든 조건에서, 15~20도 사이에서 써.






2. 헬리프릭에 올라온 글 : timing과 PWM


출처 : http://www.helifreak.com/showthread.php?t=718762


On Mon, Sep 22, 2014 at 6:07 PM, KDE Direct (Patrick) <patrick@kdedirect.com> wrote:

Hey Michael,


There’s a misconception in the market about timing and torque, and all of us have been confused by this (I was for years as well, until I collaborated with Castle Creations on some stuff). Basically, it’s just like car engines that dynamically change timing ? higher timing increase HORSEPOWER, but not torque. Lower timing increases TORQUE, but reduces horsepower ? it’s one of those fun dynamics.


So, if you want the most efficient RC Helicopter setup, it’s always best to lower-timing to generate more torque (and less heat), but gear it to have the governor-overhead you need to prevent bogging. It’s the opposite in Airplanes ? as the RPM of the propeller is what creates thrust, and by increasing the timing ? you increase the resultant RPM, so you make more power. It burns more energy in doing so (increasing timing ALWAYS reduces efficiency and makes more heat), but you can make more power and increase the RPM of the propeller. Increasing timing ALWAYS increasing motor RPM.


PWM is a whole different animal and would take me a chapter to explain, but essentially, 12kHz or 8kHz works great across the board.


Now, things are a bit different with YGE ESCs and each governor is different between brands. You can try increasing the timing to 18 degrees (the stock Outrunner setting) and see how you like it ? it may or may not feel more powerful for you, but it will almost always make the motor run a bit hotter (and shorter flight time), and the generation of maybe more power. Try it ? you may or may not find it makes much difference.


Timing is like the “fine-tune” dial on a radio ? it changes about the last 5% of the performance of a motor.


Thanks,

Patrick

Owner, KDE Direct


위의 글은 timing과 PWM에 대한 검색으로 발견한 글인데 KDE에서 어떤 사람의 질문에 대한 답으로 쓴 메일인 듯 합니다.


대략 정리하면,


타이밍과 토크에 대해 잘못 알려진 사실들이 많고, 캐슬 애들과 같이 작업하기 전까지 나역시 그런 사람 중 하나였어.


타이밍을 증가시키면 출력은 증가하지만, 토크는 그렇지 않고,

(회전수 증가분이 상대적으로 더 큼, 부하시 상대적인 회전수 저하가 큼, 그러나 고회전을 얻을 수 있다)


타이밍을 감소시키면 출력은 감소하지만, 토크는 증가해.

(토크 증가분이 상대적으로 더 큼, 회전수는 상대적으로 작지만 토크 유지에 이점이 있음)


(출력 = 토크 * 회전수 정도로 생각하시면 편리할 것 같습니다)


RC 헬기에서 최대 효율을 내는 세팅은 다음과 같아 : 타이밍을 낮추어 더 큰 토크를 얻는 방법(물론 거버너 여유분 때문에 헤드 스피드를 고려해 기어링을 잘 해야 할 거야)이 최상의 방법이야.

이건 헬기와 반대같지 않아? 비행기에서는 타이밍을 높여 RPM을 증가시키면 더 큰 출력을 만들어 내. 대신 타이밍의 증가는 항상 효율의 저하와 발열이 증가해. 그러나 RPM이 증가하기 때문에 더 큰 출력을 만들어 낼 수 있지.


타이밍값의 증가는 항상 모터 RPM의 증가를 가져와.


PWM은 타이밍과 완전히 다른 종류의 것으로, 설명하자면 길지만 기본적으로 12kHz이나 8kHz정도면 잘 동작할 거야.


그런데, YGE 변속기의 거버너 세팅은 다른 브랜드의 변속기 설정과 좀 다르다. 기본 아웃러너 설정에서 타이밍을 18도 까지 올려도 파워의 증가를 느낄 수 없고, 오히려 모터의 열만 더 증가해(비행시간도 짧아짐). 아마도 출력도 더 증가했을 것이지만..

별 차이를 느낄 수 없을 거야.


타이밍은 라디오 주파수의 "미세 조정"과 같은 것으로, 모터의 마지막 남은 5% 정도 성능을 변화시켜.





타이밍과 PWM의 경향성에 대해 간단히 정리하자면,


타이밍 값을 증가시키면 RPM 증가, 출력 증가를 가져오나 효율이 떨어지고 회전수 유지에 불리한 점(토크 하락)이 있다.


타이밍 값을 낮추면 RPM과 출력은 낮지만 효율과 토크 유지에 장점이 있다.



PWM 값을 증가시키면 변속기의 발열이 증가하고, 모터 효율이 좋아진다.

(모터의 발열은 감소한다고 하지만, 발열과 모터 효율의 상관관계는 생각하지 않았습니다. 출력이 높으면 발열이 당연히 증가하므로, 효율이 나빠진 건지(발열증가) 출력이 높아져 발열이 증가한 건지 알 수 없으므로)


PWM 값을 감소시키면 변속기의 발열이 감소하고, 모터 발열이 증가하며 효율은 떨어진다.

(PWM 값의 증감에 따른 모터 출력의 변화는 잘 모르겠습니다).


정도 일 것 같습니다.



이 외에 상대적으로 폴 수(자석수)가 많은 드론용 모터를 보면, 타이밍 값은 폴 수가 작은 헬기에 비해 낮은 편이었습니다. 참고할 만한 사항인 것 같습니다.


콘트로닉380-09 처럼 폴 수가 더 많은 모터의 경우 타이밍값이 달라야 하지 않나 싶습니다.





고블린 380에 하비윙 100A V3 변속기일 경우(모터는 KDE500XF-925-G3)


timing을 최대한 높이면(30 deg) 출력이 조금 올라가는 것 같습니다(고수분께서 실제 날려본 의견)


PWM 주파수의 최소값인 8kHz와 32kHz의 차이를 잘 모르겠습니다. 주파수를 낮출수록 변속기 발열을 감소, 모터 발열은 증가, 주파수를 높일수록 변속기 발열은 증가 모터 발열은 감소한다고 합니다. 모터 발열을 조금이라도 줄이고 싶어 32kHz를 씁니다만, PWM 주파수와 출력과의 상관관계를 잘 모르겠습니다. 주파수를 낮출수록 모터 발열이 증가하다는 걸로 봐서 효율이 떨어지는지, 아니면 출력이 올라가는지는 정확히 모르겠습니다.


timing과 PWM의 양 극단 값을 사용해 보시면서 적절한 값을 찾아내는 것이 좋을 것 같습니다.


물론 온도와 타협도 해야겠고...


KDE500XF-925-G3의 경우 콘트로닉이나 엑스노바 타렉 버전에 비해 현저히 발열이 심했습니다.





글이 길고 복잡한 면이 없지 않아 있습니다.


잘못된 부분을 알려주시기 부탁드리구요, 의견도 역시 부탁드립니다.



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