Les articles décrivant l'aspect théorique donnent les formules de calcul (Théorie du moteur électrique brushless ), j'ai voulu ici visualiser le résultat sous la forme de courbes

 

Le moteur caractérisé ici a les caractéristiques suivantes :

  •  Io = 1,6 Ampère
  • Kv = 1500 tours/mn/volt
  • Ri = 0,03 ohm

Dans un premier temps j'ai tracé les courbes dans le cas ou on est gaz à fond avec une tension d'entrée constante. Cela ne correspond pas du tout à ce qui se passe en réalité, mais c'est ce qui est généralement indiqué comme données de référence par les fabricants de moteur (qui ne donnent généralement pas la courbe mais la valeur de rendement maximum) ou la littérature. Dans le cas présent la tension est de 14 volts, ce qui correspond approximativement à la tension d'un pack lipo 4S sous 20 ampères.

 

rendement moteur

 

Le graphe de droite représente les courbes dans leur totalité.

- On voit que le rendement part de 0, pour une intensité nulle. Il reste nul jusqu'à ce que l'intensité atteigne Io. Puis il monte jusqu'à un maximum, et redescend ensuite jusqu'à devenir nul à un intensité qui correspond à l'intensité de blocage. Dans la pratique, en cas de blocage si le contrôleur n'est pas équipé d'une sécurité il est fort probable que le contrôleur comme le moteur subiront des dégâts irréversibles.

- La puissance monte également jusqu'à atteindre un maximum, puis redescend pour s'annuler lorsque l'intensité atteint l'intensité de blocage. On note que sur un modèle de type usuel cette puissance maximum ne sera jamais atteinte (coupure contrôleur ou dégradation irréversible de celui-ci et du moteur), l'intensité à puissance maximum étant de 250 ampères environ.

Il faut faire attention à 2 points particuliers quand on utilise ces courbes :

- tout d'abord, pour une chaine de propulsion donnée (moteur, tension d'alimentation) et une hélice donnée, un seul point de ces courbes est valide, correspondant à l'intensité consommée avec cette chaine de propulsion. La puissance, par exemple, ne va pas suivre la courbe de puissance au fur et à mesure que l'on augmente les gaz (et donc la tension), la courbe étant tracée pour une tension d'alimentation donnée. Il est bien entendu possible de tracer la courbe d'évolution de la puissance, avec une chaîne de propulsion donnée (moteur donné, hélice donnée), au fur et à mesure que l'on augmente les gaz, mais c'est un autre sujet ..

- dans la pratique un moteur est limité en intensité. En effet l'augmentation d'intensité se traduit par un échauffement du bobinage qui va avoir pour conséquence si elle est trop élevée une dégradation du fil de bobinage (le vernis brûle), des soudures, une démagnétisation des aimants etc ... Les moteurs que j'utilise sur mes avions en 4S acceptent des intensités de 50 à 70 degrés environ. On voit donc que si on monte sur le moteur étudié permettant d'atteindre la puissance maximum l'intensité va largement dépasser ce qu'il peut admettre. De même si on bloque l'axe du moteur l'intensité atteinte va rapidement dégrader le moteur de façon irréversible.

 

Dans le graphe de gauche on a un zoom sur la zone d'utilisation d'un trainer ou d'un hélico classe 500 ou d'un avion de moins de 3kg environ. J'ai tracé sur ce graphique la variation de la vitesse moteur, qui passe d'environ 17000 tours/mn pour I=0 (pas de charge) à 15000 tours/mn pour 50 ampères.

 

 

 
Ca ce sont les courbes théoriques avec une tension d'alimentation constante. Dans la réalité, si on augmente l'intensité la tension en entrée de contrôleur n'est pas constante. D'une part la tension de chaque élément baisse quand l'intensité augmente, et d'autre part il faut prendre en compte les pertes par effet joule dans les fils, les connecteurs 'y compris ceux entre éléments dans le pack), le contrôleur, etc.... Tout cela peut être simulé dans le calcul en prenant en compte une résistance globale égale à la somme de toutes les résistances de ces différents éléments.

J'ai estimé tout ça à environ 70 mohms, valeur confirmée par l'expérience. La tension sans charge est ici de 15,6 volts (pack déchargé à environ 50%). Elle évolue selon la loi U = E - R*I .

 

 

 rendement global

 

 

On voit que les courbes ont globalement la même forme. Toutefois :

  • l'intensité de blocage est cette fois-ci beaucoup plus faible (mais le blocage causera quand même des dégâts, non seulement au moteur mais aussi au pack).
  • L'intensité à puissance maximum est également beaucoup plus basse que lorsque on ne prenait en compte que le seul effet dû à la résistance du moteur. La puissance maximale est également très nettement plus faible.
  • Le rendement maximum est le même que dans le cas précédent. C'est normal, car il intervient aux environs de 20 ampères et la tension est égale à environ 14 volts (logique, j'avais pris dans le cas "tension constante" une tension réaliste correspondant à une intensité de 20 ampères : pour 20 ampères la chute de tension dans le pack et les fils est 0.07 * 20 = 1,4 volts et il reste donc 15,6 - 1,4 soit 14,2 volts)
  • La vitesse de rotation moteur chute beaucoup plus rapidement quand l'intensité augmente; elle est également plus élevée pour des intensités faibles (car la tension du pack est plus élevée quand l'intensité est faible que dans le cas "tension constante" décrit plus haut.

 

 

A venir : tableau donnant les valeurs numériques dans les deux cas de figure.

 

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