Červen 2023
PoUtStČtPaSoNe
   1234
567891011
12131415161718
19202122232425
2627282930  
Anketa
Pravidlo horizontu by se mělo:
Hledat
Kontakt
Zdeněk Kincl
IcemanZZZ@sendme.cz
ICQ: 236910392
Magická hranice F3B 23.0 mΩ...
Historie tohoto příspěvku je datována do doby asi před dvěma roky, kdy jsem navštívil mistrovství světa kategorie F3B v Ivančicích. Tehdy jsem byl očitým svědkem měření vnitřního odporu smyčky navijáku jednoho zahraničního soutěžícího. Tento příspěvek jsem nikdy nedokončil a postupem času jsem na něj i pozapomněl... Když se na Lomcováku docela nedávno objevil článek o měření vnitřního odporu navijáku, na rozepsaný článek jsem si vzpomněl a konečně jej dokončil. Aktuální pravidla F3B, které mimo jiné pojednávají i o parametrech navijáků, je možné stáhnout na stránkách Svazu modelářů. Drobný výcuc ohledně elektrických parametrů a metodice měření uvedu i zde:

Naviják musí být poháněn jedním spouštěčovým motorem. Motor musí pocházet ze sériové výroby. Je povoleno doplnit hřídel motoru kuličkovým nebo jehlovým ložiskem na každém konci. Buben musí být poháněn motorem přímo. Jakákoli další úprava původního motoru má za následek diskvalifikaci. Buben musí mít pevný průměr.

Zdrojem energie je 12V olověná akumulátorová baterie. Maximální startovací proud za studena musí odpovídat některé z těchto norem: DIN 43539-02, IEC/CEI 95-1, SAE J537, EN 60095-1. Jiné normy jsou přijatelné, pokud je prokázáno že odpovídají některé z uvedených norem.

Celkový odpor navijáku (baterie, kabelů, spínače a motoru) musí být alespoň 23.0 mΩ. Odpor může být dosažen přidáním pevného rezistoru nebo rezistorů mezi motor a baterii. Konstrukce nesmí umožňovat snadnou změnu celkového odporu (např. přemostěním rezistoru) na startovní čáře, s výjimkou sepnutí nebo rozpojení obvodu. Motor nesmí být chlazen, baterie nesmí být ohřívána.

Měření: Baterie musí být před měřením alespoň dvě minuty nezatížená (po předchozím měření nebo vzletu). Měření spočívá v zaznamenání napětí baterie UB bezprostředně před sepnutím spínače a zaznamenání proudu I300 a napětí U300 300ms poté, co navijákem začne téci proud. Před koncem tohoto 300 milisekundového intervalu se musí zastavit otáčení motoru.

Měří se digitálním paměťovým přístrojem (s přesností lepší nebo rovnou 1%), který umožňuje měření napětí baterie a výstupního napětí převodníku I/U 300ms po připojení proudu do motoru. Převodník pro měření proudu může být klešťový převodník (rozsah 0-600A nebo 0-1000A, přesnost lepší nebo rovna 2%) nebo bočník (0,1 mΩ, přesnost lepší nebo rovna 0,5%) zapojený do záporné větve obvodu.

První měření je zkušební, pro kontrolu správné funkce měřicího zařízení a jeho výsledek se zahodí. Pak se vykonají tři měření s intervaly alespoň dvou minut po předchozím testu nebo vzletu. Celkový odpor navijáku je průměrem z těchto tří výsledků. Naviják je deklarován jako odpovídající pravidlům, když je jeho celkový odpor alespoň 23.0 mΩ.


A co se v Ivančicích vlastně dělo? Po prvním zkušebním měření naviják neprošel (odpor smyčky nižší jak 23.0 mΩ). Okolo stojící lidé začali vtipkovat. První ostré měření opět nevyhovující. Sportovní komisaři a soutěžící už začínají býti nervózní. Druhé ostré měření opět nevyhovující. Zkouší se pootočit rotorem navijáku, což ostatně pravidla umožňují. Poslední měření - odpor smyčky něco málo nad 24 mΩ. Spočítaný průměr 23.13 mΩ. Všichni si oddechli, Jarda Hlávko (startér) označuje soutěžícího za šťastného klučinu, já se jen směju pod vousy a myslím si o měření svoje... Ne nadarmo nás rok ve škole drtili na tom, že není vůbec důležité vědět, kolik jsme naměřili, ale s jakou chybou! Je to sice vyhnané až do extrému, ale pointa tohoto tvrzení je jasná...

Na obrázku níže je zobrazeno zjednodušené schéma systému, leč pro tento účel plně dostačuje. Odpor RB je vnitřní odpor baterie, do odporu RN se započítává vnitřní odpor vinutí motoru, odpor vloženého bočníku, odpor přívodních vodičů a odpor elektromagnetického stykače. Napětí U0 je napětí změřené naprázdno na svorkách baterie. Napětí US je napětí svorkové změřené na svorkách baterie 300 ms po sepnutí spínače S. Proud I je proud, který teče v tomto okamžiku přívodními kabely od baterie.



Typické hodnoty reálných měření jsou U0 = 12.60 V, Us = 9.36 V a I = 536.3 A.
Pomocí Theveninovy věty bude odpor smyčky RI = RB + RN = U0 / I = 12.60 / 536.3 = 23.49 mΩ.
Vnitřní odpor baterie lze pak určit jako RB = (U0 - US) / I = (12.60 - 9.36) / 536.3 = 6.04 mΩ.
Na naviják, přívodní kabely a předřadný bočník zbývá RN = RI - RB = 23.49 - 6.04 = 17.45 mΩ.
Při zkratu (zajištěném bubnu) je z baterie odebírán výkon P = U0*I = 12.60 * 536.3 = 6.76 kW.
Na vnitřním odporu baterky se vyzáří ve formě tepla PB = I^2 * RB = 536.3^2 * 0.00604 = 1.73 kW.
Na naviják pak připadá zbytek PN = P - PB = 6757 - 1737 = 5.02 kW. Pouze část této energie je přeměněna na mechanickou práci, zbytek se vyzáří ve formě tepla na vnitřním odporu vinutí motoru, na odporu vloženého bočníku, na odporu přívodních vodičů a na odporu stykače.

Pro měření proudů se v poslední době s výhodou používají klešťové ampérmetry. Jejich hlavní výhodou je bezkontaktní způsob měření a dokonalé galvanické oddělení od měřeného obvodu. Kolem vodiče protékaným proudem se vytváří magnetické pole. Velikost tohoto pole je přímo úměrná velikosti protékaného proudu a je soustředěno do vzduchové mezery pomocí feromagnetického prstence. V této mezeře je umístěna Hallova sonda, která převádí velikost tohoto magnetického pole na napětí. Přesnost takovéhoto způsobu měření je okolo 2%, ve skutečnosti se však můžou odchylky pohybovat až k 5% (v případě obsahu vyšších harmonických - impulzní odběry apod.). Dalším problémem je silná teplotní závislost Hallovy sondy, kterou je téměř vždy nutné kompenzovat. Oproti tomu měření napětí je poměrně bezproblémové.

Každé reálné měření je postiženo chybou měření (podle nové terminologie nejistotou). Změřená hodnota dané veličiny se vždy pouze více či méně blíží hodnotě skutečné, kterou však nikdy neznáme. V případě moderních digitálních měřících přístrojů je chyba měření zpravidla udávána ve tvaru ±(% z hodnoty + chyba rozsahu). Rozumně nastřelené hodnoty mohou být pro voltmetr (0.5% + 10 mV na rozsahu 60V) a pro klešťový ampérmetr (2% + 0.5A na rozsahu 1000A). Pro tyto přesnosti měřících přístrojů vycházejí následující nejistoty měření:
ΔU0 = 0.005 * 12.60 + 0.010 = 73.00 mV.
ΔI = 0.02 * 536.3 + 0.5 = 11.23 A.

Měření dané veličiny je proces čistě náhodný, pro které je možné použít pouze statistický popis pomocí pravděpodobností. Na obrázku níže je zobrazeno Gaussovo rozložení hustoty pravděpodobnosti, které popisuje, jakou hodnotu a s jakou pravděpodobností nám ukáže měřící přístroj při měření dané veličiny. Měřené hodnoty blížící se správné hodnotě jsou pravděpodobnější, než ty které jsou zatížené větší chybou. V praxi se obecně používá pravidlo 3σ, které zaručí správnost výsledku v daném intervalu s 99.7% pravděpodobností.



Pro analýzu náhodných procesů se s oblibou využívá opakovaných běhů pomocí metody Monte Carlo. Tato metoda je založena na náhodném generování daných veličin s přihlédnutím na jejich statistické vlastnosti (pravděpodobnostní modely). Při dostatečném počtu běhů pak výsledky dávají poměrně přesnou představu o vlastnostech náhodného systému. V tomto případě bylo simulováno 1 000 000 běhů (odpovídá fiktivnímu počtu měření) s uvažováním Gaussova rozložení hustoty pravděpodobnosti. Na obrázku níže jsou zobrazeny histogramy odchylek měřených napětí U0, proudů I a vypočítaných odporů RI. S uvažováním pravidla 3σ velice krásně potvrzují výše vypočítané teoretické nejistoty měření. Z histogramů je snadno patrné, že pro uvažovanou pravděpodobnost správnosti výsledků 99.7% může být nejistota měření napětí až ±72.90 mV, pro proud pak až ±11.22 A. Tomu odpovídá nejistota měření vnitřního odporu smyčky až ±0.5 mΩ.



A aby v tom byl ještě větší čurbes, vnitřní odpor smyčky se mění v závislosti na stupni vybití baterie a změně teploty. Vybitá baterie má asi 2x větší vnitřní odpor oproti baterii nabité. Z tohoto důvodu je jasné, že dostavování vnitřního odporu smyčky pomocí předřadného bočníku má význam pouze při plně nabité baterii. Při snižování okolní teploty dále klesá vnitřní odpor vinutí motoru a přívodních vodičů s teplotním koeficientem cca 0.0068 K-1 a zároveň roste vnitřní odpor baterie s koeficientem -0.004 K-1. Na zjednodušeném modelovém případě budu demonstrovat změnu vnitřního odporu smyčky, pokud klesne teplota okolí oproti normálu o 30°C.
RB = RB0 * (1 + TCB * ΔT) = 6.04 * (1 + 0.004 * 30) = 6.76 mΩ
RN = RN0 * (1 + TCN * ΔT) = 17.45 * (1 - 0.0068 * 30) = 13.89 mΩ
Vnitřní odpor smyčky je pak RI = RB + RN = 6.76 + 13.89 = 20.65 mΩ. A ejhle, kam se podělo krásných 23.49 mΩ? Z dostatečně vyhovujícího navijáku se rázem stává naviják silně nevyhovující pravidlům F3B. A to jen poklesem teploty okolí o 30 °C (z letních 35 °C na podzimních 5°C)...

Pokud jste to dočetli až sem, tak před vámi smekám :o) Během psaní jsem se snažil veškerou teorii redukovat na nezbytné minimum, avšak aby to pořád dávalo smysl. Od čtenáře je však vyžadována základní znalost Ohmova zákona a základy statistiky. Pokud se teď vrátím úplně na začátek k onomu šťastnému klučinovi a srovnám vypočítanou nejistotu měření s naměřenými hodnotami vnitřního odporu smyčky jeho navijáku, tak již patrně chápete můj smích pod vousy... I když jeho naviják mohl být naprosto podle norem a regulí kategorie F3B, poměrně snadno a ne vlastní vinou mohl utržit penalizaci -1000 bodů za porušení pravidel. Zásadní problém pravidel F3B vidím přímo v číslu 23.0 mΩ. Při současném způsobu měření a při uvažování dosažitelných přesností měřících přístrojů není možné dosáhnout požadované přesnosti měření. Jak bylo během analýzy ukázáno, nejistota měření vnitřního odporu smyčky se pro tento idealizovaný a i poměrně přívětivý případ může pohybovat až okolo ±0.5 mΩ. Možné řešení vidím v drobném doplnění pravidel F3B o toleranci 23 mΩ ±0.5 mΩ.

V některých případech z praxe se s oblibou využívá i následující možný způsob určení nejistoty měření. Pokud je počet opakování měření menších než deset a není možné učinit kvalifikovaný odhad na základě zkušeností, určí se nejistota měření pomocí tzv. koeficientu rozšíření. Postup je jednoduchý. Ze souboru tří hodnot vnitřního odporu smyčky se vypočítá střední kvadratická odchylka (rozptyl), která se násobí koeficientem rozšíření 2.3 (pro případ tří opakovaných měření).

Cílem tohoto příspěvku nemělo být v žádném případě hanění pravidel kategorie F3B, leč jsem chtěl pouze upozornit na jisté "nedostatky" ve formulaci a způsobu měření výkonů navijáků. Pokud se bude při měření navijáků upřednostňovat presumpce neviny, i naviják s vnitřním odporem smyčky nepatrně menším než 23 mΩ může plně vyhovovat pravidlům F3B a odchylky mohou být způsobeny chybou měření. Ostatně případný nárůst výkonu je v tomto případě zanedbatelný. Pokud by se však mezi soutěžícími našlo individuum, které by chtělo tímto způsobem podvádět, určitě půjde s hodnotou odporu o dosti níže, aby byl nárůst výkonu markantní. Na druhou stranu si za případné komplikace (penalizace) mohou soutěžící sami, protože si často neuvědomují, že hodnota vnitřního odporu smyčky závisí na mnoha okolnostech a v závislosti na čase se může i dosti výrazně měnit. Teď už je jen otázkou času, jak se k tomu všemu postaví široká komunita královské kategorie F3B....
Zdeněk Kincl | 1.11.2011
Bleskovky
30.9.2021 V sobotu 2.10. se pokusíme odlétat odložené svahové soutěže. V sobotu po soutěži rozhodneme, zda budeme závodit i v neděli.

15.4.2021 Kvůli vládním nařízením jsme nuceni odložit naši jarní svahovou novoměstskou soutěž č. 524 na dobu, kdy bude možné oficiálně pořádat soutěže. S ohledem na vlastníky luk a plánovaným senosečím to patrně bude až na podzim.

29.9.2019 Výsledkovka z MČR F3F 2019 ve výsledkových listinách + fotky od Tomáše.

29.9.2019 Záznam z NATO Days sobota a neděle.

23.9.2019 Propozice na MČR F3F 2019.

19.9.2019 Obě odložené soutěže č. 512/513 se překládají na tuto neděli 22.9.2019.

13.9.2019 Kvůli nepříznivé předpovědi rušíme sobotní soutěž č. 605.

10.9.2019 Propozice na víkendové svahové soutěže v Novém Městě.

29.3.2019 Richard kvůli špatné předpovědi počasí překládá soutěž č. 512 na nový termín 1.5.2019.

3.10.2018 Mistrovství světa v kategorii F3F se blíží, předzávod začíná již 6.10., mistrovství pak trvá až do 13.10. Přímý přenos ze svahu by měl dostupný na oficiální stránkách. České barvy budou hájit Dan, Jirka a Radek, tak držme palce!

19.4.2018 Kvůli nepříznivé předpovědi počasí pořadatelé překládají soutěže č. 524 a 528 na termíny 5. a 6. 5.

16.4.2018 Fotky ze sobotní soutěže LMK Louny u Rogera.

29.10.2017 Fotoreportáž z poslední soutěže F3F 2017 si můžete přečíst u Honzy Fíly.

13.10.2017 Míra Trsek kvůli špatné předpovědi ruší víkendovou soutěž v Liberci.

6.10.2017 Pár postřehů a fotek z MČR F3F si můžete přečíst a prohlédnout u Honzy Fíly.

25.9.2017 Výsledkovka z MČR F3F 2017. Fotky u Rogera.

26.8.2017 Propozice na sobotní soutěž v Novém Městě.

15.8.2017 Reportáž z ME v letecké akrobacii v Chotěboři najdete na airzone.tv.

14.8.2017 Pár slov z MS F3B 2017 létané v Jeseníku si můžete přečíst na lomcovak.cz. Fotky u Tomáše.

11.8.2017 Richard Kohl překládá metujskou soutěž F3F č. 550 na neděli 3.9.

20.4.2017 Propozice na naši novoměstskou soutěž najdete zde.

20.4.2017 Richard Kohl (MK Česká Metuje) plánuje odlétat soutěž č.480 v Ústí nad Orlicí na svahu u Černovíru (propozice).

18.10.2016 Reportáž z poslední letoštní soutěže F3F v Liberci na F3F.cz.

21.9.2016 Propozice na MČR F3F 2016 na Rané od Jirky.

5.9.2016 Propozice na sobotní soutěž v Novém Městě.

1.9.2016 Richard láká na nedělní soutěž na Řetové.

30.8.2016 Pár fotek z 22. ročníku JETI model meetingu.

23.6.2016 Report ze soutěže na Řetové na Kopcoletech.

25.5.2016 Reportáž o úspěchu českých svahařů ve Francii na oprášených Kopcoletech.

25.5.2016 Petr Lokvenc zve na soutěž v Úpici. Pozor na změnu místa srazu.

24.5.2016 V sobotu na Rané 5 kol, v neděli 4 kola. Reportáž u Jirky.

21.4.2016 Reportáže z víkendových soutěží na Rané u Jirky Bačinského.

20.4.2016 Doplněny výsledky z víkendových soutěží.

21.2.2016 Doplněn kalendář soutěží F3F na rok 2016.

10.10.2015 Pár řádků z MČR F3F 2015 naleznete u Jirky, fotky u Tomáše a výsledkovou listinu zde.

7.10.2015 Richard Kohl přichází s nabídkou kvalitní F3F soutěže v Polici nad Metují.

6.10.2015 Soutěže č. 569 a 570 (Litomyšl, Ústí nad Orlicí) se z organizačních důvodů překládají na nový termín 24. a 25. 10.

23.9.2015 Propozice na MČR F3F 2015

14.9.2015 Jan Fíla oznamuje, že v neděli 20.9.2015 se koná na Rané u Loun svahová soutěž F3F O Pohár ČSA (v kalendáři nenajdete). Sraz v 8:30 u Skleníku.

7.9.2015 Pozvánka na sobotní soutěž F3F v Novém Městě na Moravě.

3.9.2015 Podzimní soutěž na Větrníku ve dne 12.9.2015 se z organizačních důvodů ruší.

3.9.2015 Richard Kohl posílá pozvánku na sobotní soutěž.

18.8.2015 Již tento víkend EXFC 2015. Opět po dvou letech jedinečná akrobatická sešlost u Znojma.

18.6.2015 Richard Kohl zve na sobotní soutěž, která se bude létat netradičně v Ústí nad Orlicí (propozice).

12.4.2015 Fotografie ze soutěže Raná Open 2015 od Tomáše Wiklera.

10.4.2015 Propozice na sobotní soutěž F3F v Novém Městě na Moravě.

1.2.2015 Doplněn kalendář soutěží F3F na rok 2015.

1.10.2014 Reportáž z letošního MČR F3F si můžete přečíst na f3f.cz. Fotky pak naleznete u Tomáše Winklera.

8.9.2014 Pozvánka na 53. ročník Podzimního svahu v Novém Městě na Moravě.

1.9.2014 Propozice na letošní MČR F3F od Jirky Bačinského.
Počasí

Všechna práva vyhrazena www.svah.jecool.net
2005-200x