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CHAVE ELETRÔNICA LIGA/DESLIGA SISTEMA ELÉTRICO

João Braga (*)

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Acessório que facilita o modelismo elétrico

Conceitos

Por que foi desenvolvida uma chave eletrônica para ligar, desligar e recarregar a bateria sem removê-la do sistema elétrico dos modelos elétricos?

Para responder a essa pergunta, vamos fazer uma análise do sistema elétrico de qualquer modelo elétrico. Quando falamos de modelos elétricos, nos referimos ao Aeromodelismo, helimodelismo, automodelismo e também o nautimodelismo.

Na ilustração abaixo, temos um sistema elétrico convencional de um modelo qualquer.

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Sistema Elétrico “convencional” de um modelo elétrico

É convencional porque é constituído de uma Bateria, um ESC e o motor propulsor. Na ilustração está um circuito que tomamos como exemplo, o sistema elétrico de um aeromodelo monomotor, que em todos eles, esse mesmo esquema é utilizado, e o que diferencia entre eles são apenas as capacidades de voltagem e amperagem da bateria, ESC e motor.

Esses dispositivos elétricos e eletrônicos interligados entre si formam o “Sistema Propulsor”, que é igual em todos os aeromodelos, assim como nos demais tipo de modelismo compropulsores elétricos. Até aqui, sem problemas, todos os pilotos ou montadores do modelismo elétrico trabalham com essa configuração, que chamamos de “convencional”. No entanto todas as modalidades sejam aero heli, auto e nautimodelismo todos se utilizam desse mesmo esquema de conexões, muda apenas a forma de tração.

A questão é o modo operacional, para ligar e desligar a bateria do ESC e recargar essa bateria sem remover nenhuma peça ou parte do modelo elétrico.

Como é ligado o sistema elétrico do avião, por exemplo.

A realidade, eu presenciei em um evento de aeromodelismo numa cidade de Minas Gerais, onde observei um piloto de um monomotor Cessna elétrico, muito bem montado e conservado, por sinal, preparando o seu avião par fazer o seu voo.

Notei que ele tinha dois conjuntos de baterias Turnigy 3S 2500 mA 25C, certamente, completamente carregadas. Notei que para instalar a bateria no interior do avião, somente poderia ser feito removendo a asa da fuselagem e o conector da bateria passava através de um orifício, juntamente com o conector do ESC para fora da fuselagem e na parte inferior desta. Não me contive de curiosidade e perguntei como era ligado o avião. Ele me explicou que acomodava o aeromodelo no cavalete e manualmente conectava o ESC com a bateria e partia para o voo. Também observei que os contatos do ESC e da bateria se encontravam bastante estragados pela ação de centelhamento no ato da conexão. Quando finalizou o voo, desconectou a bateria do ESC, removeu a asa, retirou a bateria, recolocou a segunda bateria já carregada, repôs a asa e colocou a bateria retirada do avião para recarga.

Nas minhas andanças por muitas pistas de encontro ou um evento qualquer de modelismo, não encontrei nenhum modo para ligar e desligar o sistema elétrico de um aeromodelo ou de outras modalidades com propulsão elétrica que fosse diferente desse processo de conexão manual da bateria com o ESC. Se bem que, já encontrei um aeromodelo com uma chave liga desliga mecanicamente, e de tamanho relativamente grande, porém, acredito que deveria ter um peso bastante considerável para o tamanho do avião.

Como é feito

Os conectores ficam acessíveis para manualmente fazer a conexão da bateria com o ESC. Feito essa conexão, o ESC executa sua auto checagem, uma verificação da bateria, conexão para o canal de aceleração do rádio e por fim, o motor. Durante essa verificação, são enviados ao motor sinais elétricos para que ele dê os “bips” durante o período da checagem. Estando tudo certo, se acelera o avião para voo.

Essa é a forma simples que funciona bem, quando o avião é pequeno, e quando o avião for grande? É muito mais trabalhoso. Mesmo assim, a ação de conectar, desconectar, conectar o carregador para a bateria ou substituir a bateria descarregada por uma com carga,... Ufa! Esse processo é mesmo muito trabalhoso, toda a atenção desse procedimento deverá ser considerada, para não ser induzido a um erro, no qual, o excesso de confiança, muitas vezes nos faz errar de modo inconsciente, pensando que está tudo certo.

Para se interromper um sistema elétrico, mais que necessário é se utilizar de um interruptor, também conhecido como chave liga/desliga ou comutador. No entanto, no caso de um sistema elétrico do aeromodelo ou de quaisquer modelos elétricos, a corrente que flui da bateria para o motor, através do ESC, é muito alta, que poderá atingir, dependendo do tipo do modelo elétrico, a mais de 40 Ampères no motor.

No meu aeromodelo, por exemplo, um bimotor elétrico, cada motor consome na decolagem cerca de 32 Ampères, total 64 Ampères nos dois motores no ato da decolagem, quando a potência máxima é exigida. Nesse caso, uma chave para suportar em seus contatos uma corrente desse valor, sem gerar aquecimentos deveria ser em torno de 100 Ampères. Sendo assim, somente disjuntores trabalham nessa magnitude de corrente.

Devo lembrar também, que uma bateria com 2500 mA (2,5A), 3S 25C, muito utilizada em monomotores e bimotores de pequeno para médio porte, por exemplo, oferece 25C x 2,5A, que é 62,5A e 693 Watts (11,1 x 62,5A) de descarga na sua condição máxima, considerando que, essa característica elétrica é fornecida pelo fabricante e tem um tempo de alguns segundos conforme os testes em nosso laboratório realizados nesse tipo bateria. Dessa forma, na condição real, uma chave liga/desliga deverá para esse exemplo, deverá suportar mais que os 68A. Nessas condições, não há comercialmente chaves com essa capacidade dos seus contatos para suportar 68A de fluxo de corrente, com tamanho e peso reduzidos. É importante registrar que essa corrente é para um monomotor quando se tratar de bimotor deve-se considerar praticamente o dobro da corrente e utilizar duas baterias de 2,5A ou uma de 5A. Diante dessas dificuldades elétricas, devemos abandonar a idéia de utilização de “disjuntores” para ligar o sistema elétrico, e partir para o auxílio da eletrônica.

O que foi feito

A inspiração veio a partir de uma analise eletrônica dos ESC no Laboratório da INBRAERO, pudemos observar que eles são montados com componentes eletrônicos de uma nova geração de dispositivos, produzidos em tamanhos reduzidos e montados de forma específica sobre a superfície da placa de circuito impresso (PCB). Daí a denominação em inglês de SMD - Surface Mount Device, em português; Dispositivos de Montagem Superficial. Essa tecnologia nos permite a confecção de dispositivos eletrônicos de tamanhos e pesos reduzidos, ideal para processos de automação do modelismo elétrico.

Inspirado nos ESC’s que se utilizam da tecnologia SMD’s, encontramos no mercado nacional, os componentes ideais que suportam correntes em torno de 100 Ampères por um tempo de 30 segundos, razões pelas quais os ESC’s podem suportar correntes constantes superiores a 80A. Tempo necessário para um aeromodelo, por exemplo, decolar na máxima potência e retornar a aceleração entre 50% a 60%.

Nos ESC’s são utilizados os transistores com tecnologia MOS-FET de alta potência.

Bem, não entremos em detalhes sobre esses componentes cheios de tecnologias e siglas que somente nos criará um tédio. Deixe isso para nós, de Laboratório Eletrônico, que passaremos para os modelistas já “mastigados”.

Com o achado de transistores MOS-FET de alta capacidade de corrente (100A), foi possível desenvolver a nossa chave eletrônica liga/desliga que batizamos de Comutador Eletrônico LD para capacidade da comutação de 20 a 100 Ampères (ver foto abaixo).

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Sistema eletrônico liga/desliga para 60A

A comutação eletrônica é um processo que liga/desliga qualquer dispositivo elétrico ou eletrônico com capacidade, por exemplo, 100 Ampères de forma simples através de chaves comuns com alguns milésimos de Ampères ou por processos de comutações eletrônicas nas quais permitem que esses motores sejam ligados viam Rádio.

Uma grandiosa característica bastante peculiar dos comutadores eletrônicos é a ausência total de transientes ou ruídos (centelhas) gerados na ação de ligar ou desligar alta corrente, que em chaves comuns de contato mecânico, geram essas “centelhas”, que produz interferências nos rádios receptores e passam para os servos, criando movimentos aleatórios. É o que acontece com sistemas eletromecânicos (relés e motores escovados).

Sua instalação

O comutador eletrônico é interligado entre a bateria e o ESC, conforme a ilustração no fato.

Nessa foto, observe que a bateria não é mais ligada diretamente ao ESC (foto 1), ela é conectada à entrada do comutador eletrônico e a saída do comutador é ligado à entrada do ESC. Sendo assim, ao ligar à micro chave, o comutador conecta a bateria ao ESC. Nessa ação, uma luz verde acende sinalizando que a bateria e ESC estão conectados. Daí como sabem, o ESC ligado ele vai cumprir um protocolo de check-up ou verificação, como vimos anteriormente.

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Chave eletrônica liga/desliga conectada entre a bateria e ESC

Recarregando a Bateria

Após o voo, será necessário recarregar a bateria. Esse processo, não será necessário retirar a bateria de dentro do modelo elétrico. Neste caso, quando o sistema elétrico é desligado, automaticamente o comutador posiciona a bateria para condição de recarga, que deverá ser feita através de um jack (fêmea), tipo RCA, que será a entrada para recarga da bateria instalada em algum lugar da fuselagem ou da asa do aeromodelo. Quanto a localização do jack para recarga fica a critério do montador.

Eu particularmente costumo instalar o jack para recarga na asa. Isso no ato da carga da bateria dá mais realismo de abastecimento. Porém, na instalação do jack na asa não esqueça que deverá haver um conector para que na remoção e montagem da asa possa efetuar a conexão e desconexão da fiação.

No caso da necessidade de substituir a bateria por outra com carga, o procedimento deverá ser de acordo com o seu modelo elétrico.

Conclusão

As chaves comutadoras eletrônicas têm uma função fantástica. Seu objetivo principal é de facilitar para os pilotos seus processos para ligar, desligar e facilitar a recarga da bateria sem a necessidade de remoção de alguma parte do modelo elétrico e da própria bateria. Entretanto, é necessariamente indispensável à retirada da bateria quando guardar o seu avião, após o voo. A bateria de LiPo deve ser guardada com carga sempre em torno do seu valor nominal, por exemplo, 3S 11,1 Volts, 4S voltagem de 14,8 Volts e assim por diante. Isso se deve a uma característica própria das baterias de Lítio, criar um “inchaço”, se as voltagens estiverem muito abaixo do valor nominal e em locais de temperatura ambiente elevada. Tomemos isso como uma medida de segurança.

Na próxima edição da Hobby News estaremos apresentando um sistema de reversão dos motores elétricos para auxiliar no pouso. Que poderá ser utilizado em motores outrunner com hélices e nos inrunner para EDF jato.

(*)Técnico em Mecatrônica CREA-BA 80176

Laboratório de Pesquisas e Desenvolvimento da INBRAERO

Consultem-nos pelo site: www.aeroeletrico.com.br ou pelo nosso E-mail: inbraero@uol.com.br