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Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
A study of an electrical propulsion system with two propeller options and a fixed battery and
motor was performed, in the context of the participation of the AERO@UBI team in the Air
Cargo Challenge 2021/2022. The goals were to maximize the thrust generated by the setup,
specially at high relative wind speed, by means of adopting the best motor control strategy
and to select the better propeller for this purpose. Two electronic speed controllers (ESCs)
were selected: the Castle Creations Phoenix ICE 75, that performs trapezoidal commutation,
and a Team Triforce A50S, which makes use of field-oriented control (FOC). Both were tested
under static condition and with relative wind, using a static thrust stand and an experimental
setup in a wind tunnel, respectively. These tests allowed to understand the influence on the
generated thrust and drawn current of different settings that are implemented on the controllers, such as motor timing and pulse-width modulation (PWM) rate, as well as various
magnitudes of field weakening. The obtained results were very positive: under static conditions, FOC with field weakening allowed to increase the generated static thrust by more than
10% relative to the best value obtained with trapezoidal commutation. This difference was
amplified even more with increasing relative wind speed.
No âmbito da participação da equipa AERO@UBI no Air Cargo Challenge 2021/2022, foi realizado um estudo de um sistema propulsivo elétrico com duas hélices como opção e uma bateria e motor definidos. Os objetivos passavam por maximizar a tração gerada pelo conjunto, especialmente a elevadas velocidades de vento relativo, através da adoção da melhor estratégia de controlo do motor e escolher a melhor das hélices para este propósito. Dois controladores eletrónicos de velocidade foram selecionados: o Phoenix ICE 75 da Castle Creations, que realiza comutação trapezoidal, e um A50S da Team Triforce, que opera com fieldoriented control (FOC). Ambos foram testados em condições de tração estática e com vento relativo, utilizando uma bancada de tração estática e uma instalação experimental montada em um túnel de vento, respetivamente. Estes testes permitiram perceber qual a influência de diferentes funcionalidades implementadas nos controladores tais como motor timing e frequência de modelação de comprimento de pulso (PWM rate), bem como várias magnitudes de field weakening. Os resultados obtidos foram muito positivos: em condições estáticas, o FOC com field weakening permitiu aumentar a tração estática produzida em mais de 10% relativamente ao melhor valor obtido com a comutação trapezoidal. Esta diferença foi amplificada ainda mais com velocidades crescentes de vento relativo.
No âmbito da participação da equipa AERO@UBI no Air Cargo Challenge 2021/2022, foi realizado um estudo de um sistema propulsivo elétrico com duas hélices como opção e uma bateria e motor definidos. Os objetivos passavam por maximizar a tração gerada pelo conjunto, especialmente a elevadas velocidades de vento relativo, através da adoção da melhor estratégia de controlo do motor e escolher a melhor das hélices para este propósito. Dois controladores eletrónicos de velocidade foram selecionados: o Phoenix ICE 75 da Castle Creations, que realiza comutação trapezoidal, e um A50S da Team Triforce, que opera com fieldoriented control (FOC). Ambos foram testados em condições de tração estática e com vento relativo, utilizando uma bancada de tração estática e uma instalação experimental montada em um túnel de vento, respetivamente. Estes testes permitiram perceber qual a influência de diferentes funcionalidades implementadas nos controladores tais como motor timing e frequência de modelação de comprimento de pulso (PWM rate), bem como várias magnitudes de field weakening. Os resultados obtidos foram muito positivos: em condições estáticas, o FOC com field weakening permitiu aumentar a tração estática produzida em mais de 10% relativamente ao melhor valor obtido com a comutação trapezoidal. Esta diferença foi amplificada ainda mais com velocidades crescentes de vento relativo.
Description
Keywords
Controlo de Motor Field Weakening Field-Oriented Control Hélice Motor Elétrico