Utilisation en toute sécurité des moteurs électriques

Le succès fulgurant de la propulsion électrique dans l'aéromodélisme se poursuit. Cela s'accompagne également d'une évolution des exigences en matière de sécurité. Chez Leomotion (www.leomotion.com), nous ne sommes pas seulement fournisseurs de moteurs électriques, mais nous fabriquons également, dans l'Oberland zurichois, des moteurs issus de notre propre production destinés à des applications dans les domaines du modélisme radiocommandé et de l'industrie.

Nous souhaitons ci-après mettre en lumière certains aspects afin de mieux faire comprendre le fonctionnement de la propulsion électrique et de contribuer ainsi à une utilisation en toute sécurité dans le domaine de l’aéromodélisme.

Règle d’or : dès que la batterie de vol est branchée, le moteur doit être considéré comme « sous tension » jusqu’à ce qu’elle soit débranchée, quelles que soient les mesures de sécurité mises en place. Si l’on s’attend à tout moment à un démarrage accidentel du moteur, on ne sera pas pris au dépourvu.

Le moteur électrique développe un couple élevé dès les bas régimes, ce qui peut entraîner des blessures graves allant de coupures à l'amputation de membres-

être ajoutées en grande quantité. Pour votre propre sécurité, nous vous recommandons vivement de retirer l’hélice lors des essais, du dépannage ou de tout autre travail sur le système de propulsion. N’oubliez jamais : dès que la batterie de propulsion est connectée, restez à l’écart de l’hélice – le système de propulsion doit toujours être considéré comme « sous tension ».

Les régulateurs de dernière génération sont déjà protégés en interne, de sorte

que le moteur ne démarre pas en l'absence d'un signal de gaz de ralenti valide. À titre de mesure de sécurité supplémentaire, des interrupteurs électroniques, également appelés interrupteurs magnétiques, peuvent être intégrés dans le câble d'alimentation. La programmation de la télécommande pour autoriser explicitement le canal des gaz via un interrupteur de la télécommande est également une méthode très répandue. Avant de brancher la batterie de vol, il est toujours recommandé de vérifier que la manette des gaz se trouve bien en position de ralenti.

Choisissez un système de connecteurs adapté au courant maximal prévu. Plus le courant est élevé, plus la section du connecteur et du câble doit être importante. Plus la section de la fiche est petite, plus sa résistance de contact est élevée. Les pertes au niveau de la fiche augmentent alors proportionnellement au carré de l'intensité. La fiche chauffe. Si celle-ci est sous-dimensionnée, elle devient si chaude que le point de soudure sur le câble se ramollit et que

la fiche elle-même se «dessoude». Une fiche protégée contre les inversions de polarité offre une protection supplémentaire contre un branchement incorrect de la batterie. Lorsque plusieurs packs de batteries sont montés en série pour former une batterie plus grande (par exemple, deux packs 6s sont assemblés pour former un pack 12s), il n’est pas rare que ce ne soit pas le pôle positif d’une batterie qui soit relié au pôle négatif d’une autre, mais que les batteries soient court-circuitées. Cela provoque des étincelles accompagnées de courants extrêmement élevés, qui non seulement endommagent définitivement le système de connexion, mais peuvent également entraîner de graves brûlures aux doigts.

Il convient donc de toujours faire preuve de concentration et de la prudence nécessaire lors du branchement de la batterie.

Le régulateur génère, à partir de la tension continue de la batterie, un champ tournant en courant alternatif destiné à commander le moteur. Ce champ tournant doit toujours être synchronisé avec la vitesse de rotation du moteur. Pour ce faire, les régulateurs actuels mesurent ce qu'on appelle le passage à zéro de la phase ouverte. Si un retard du passage à zéro est détecté, la fréquence du champ tournant généré est ajustée en conséquence. Si la fréquence du régulateur et la vitesse de rotation s'écartent trop l'une de l'autre, cela entraîne ce qu'on appelle une « erreur de commutation » : le régulateur se dérégle et le moteur se met à grincer ou à saccader.

La cause en est généralement une programmation inadaptée du régulateur (synchronisation erronée, fréquence PWM inappropriée) ou des soudures de mauvaise qualité, voire froides.

Il faut absolument éviter que le moteur émette des grincements ou des saccades. Ramenez immédiatement la manette des gaz en position de ralenti. Ceci

Les erreurs de commutation entraînent des pics de tension très élevés induits par le moteur et peuvent endommager durablement le pont triphasé du régulateur (FET de l'étage d'attaque), pouvant aller jusqu'à la destruction du régulateur. Le moteur doit répondre à l'accélération de manière fluide et sans délai sur toute la plage de régime.

Le calage détermine l'angle d'avance du passage par zéro mentionné ci-dessus. Ce phénomène est comparable à l'allumage anticipé

d'un moteur à combustion interne. Le calage permet également d'influencer le régime dans une plage limitée. Un calage plus élevé augmente la vitesse de rotation et donc la consommation de puissance. À partir d’un certain point, la vitesse de rotation ne continue plus d’augmenter, seule la consommation de puissance continue de croître : le rendement diminue et le moteur chauffe inutilement. Le courant le plus faible est atteint avec un calage de zéro degré. Le calage optimal dépend en grande partie du nombre de spires magnétiques et de l’impédance du moteur. En règle générale

pour les moteurs jusqu’à 14 pôles, un calage d’environ 1,5 fois le nombre de pôles a fait ses preuves. Pour les moteurs de plus de 14 pôles, un calage de 20 à 25° est généralement optimal. Vous pouvez obtenir des informations spécifiques auprès du fabricant du moteur.

Ne réglez pas le régulateur trop près de la limite et prévoyez une marge suffisante entre le courant prévu et la limite du régulateur. Le régulateur s'échauffe en raison de sa dissipation de puissance. Celle-ci augmente proportionnellement au carré du courant. La chaleur

doit pouvoir être dissipée vers l’environnement, sinon le régulateur continue de chauffer jusqu’à ce que la protection thermique se déclenche, voire qu’il prenne feu. La capacité de dissipation est améliorée par un courant d’air et un dissipateur thermique.

En raison de la nature même de la modulation de largeur d’impulsion (MLI), la dissipation thermique est nettement plus importante dans la plage supérieure de charge partielle qu’à pleine ouverture du régulateur. Tenez compte de ces points lors de votre conception spécifique et dimensionnez votre régulateur en conséquence. En règle générale, une marge de sécurité de 20 % est suffisante.

En raison de la modulation d'impulsions (PWM) du régulateur, même les câbles d'alimentation droits agissent comme des bobines. Il en résulte que, lors du front descendant de la PWM, une tension est induite qui est nettement supérieure à la tension de la batterie. L'amplitude de la tension induite augmente avec la longueur du câble d'alimentation et peut endommager les condensateurs du régulateur, ce qui entraîne la défaillance de ce dernier.

Si vous devez rallonger les câbles entre le régulateur et la batterie, il est impératif d'installer des condensateurs supplémentaires aussi près que possible de l'entrée du régulateur afin d'assurer une meilleure

Les fils du bobinage sont recouverts d'un vernis résistant à la chaleur à des fins d'isolation. La plupart du temps, ils sont amenés vers l'extérieur, étamés et servent de bornes de raccordement au moteur. Ne raccourcissez JAMAIS ces bornes, car seuls des produits chimiques spécifiques permettent d'éliminer le vernis des fils pour obtenir un étamage propre. Il n'est pas rare que le moteur soit irréparable. Pour un montage du régulateur peu encombrant, formez une boucle comme indiqué sur l'illustration. Ainsi, les câbles restent courts et les pertes faibles.

Un essai à vide à pleine tension de service ne prouve absolument rien et ne fait que faire chauffer le moteur. Lorsqu’on effectue un test à vide, c’est-à-dire un essai sans charge appliquée (par exemple une hélice), l’arbre du moteur ne délivre aucune puissance et la puissance mécanique transmise à l’arbre est de fait égale à 0 W. Par conséquent, le rendement est de 0 % et la

puissance électrique appliquée est transformée en puissance dissipée et en chaleur. Les moteurs présentant un courant à vide relativement élevé peuvent ainsi subir une surcharge thermique, même à vide, et être endommagés de manière irréversible.

Si un test à vide s'avère néanmoins nécessaire – par exemple pour vérifier que tout fonctionne normalement –, nous recommandons de choisir une tension de fonctionnement comprise entre 5 V et 10 V (par exemple, une batterie 2s ou 3s) afin de ne pas solliciter inutilement le moteur. Le test ne doit être que bref (moins de 10 secondes), avec un temps de refroidissement suffisant entre chaque essai.

Nous recommandons de toujours utiliser la fonction « Fail-Safe » de la télécommande

et de programmer la commande des gaz sur le ralenti en cas de perte de signal. Cela réduit le risque de blessure causé par l'hélice en cas de perte totale du signal du modèle.

Une alimentation exclusivement assurée par un BEC (Battery Eliminator Circuit) comporte un risque de perte de contrôle en cas de problèmes avec le régulateur. C'est pourquoi une alimentation de secours est vivement recommandée. Celle-ci peut être mise en place facilement et à moindre coût à l'aide d'une diode Schottky et d'une petite batterie de secours. On trouve également dans les magasins spécialisés des

(par exemple OptiPower ou SafeGuard), qui non seulement fournissent l'énergie nécessaire, mais rechargent également la batterie de secours à partir du BEC en état de marche et peuvent être facilement transférés d'un modèle à l'autre. La version haut de gamme consiste alors en un répartiteur de courant avec une batterie de secours supplémentaire.

Si le BEC du variateur n'est pas utilisé, il peut être facilement désactivé en retirant le contact du pôle positif de la fiche et en le rabattant. Fixez le contact ouvert au câble à l'aide d'un ruban adhésif et isolez-le.

Chez Leomotion, nous ne sommes pas seulement spécialisés dans les motorisations électriques, nous incarnons également cette philosophie selon la devise : « Impossible n'est pas français ».

Nous nous ferons un plaisir de vous conseiller sur votre problème de propulsion spécifique afin que vous puissiez profiter pleinement des performances de vol de votre nouveau modèle. www.leomotion.com

Reportage en français : https://www.modellflug.ch/FR/home

Rapport en italien : https://www.modellflug.ch/IT/home