Tout sur l'électrique: MOTEURS, CONTRÔLEURS, ACCUS, CÂBLES...

Notre ami Nicolas (Pilatus) m'a sollicité pour vous faire un exposé sur les moteurs électriques de nos avions et leur environnement
Ayant quelques connaissances mais n'étant pas professeur en la matière je vous demanderai de me faire part de mes erreurs si besoin
Comme le sujet est assez important je l'ai divisé en plusieurs parties à savoir:
1° Les bases électrique à connaitre
2° Le moteur Brushless et l'hélice
3° Le Contrôleur
4° Les Accus et les câbles

Pour aujourd'hui nous allons voir les bases électrique à connaître (rien de compliqué)

P La puissance exprimée en Watts (pour nos moteurs)
U La tension exprimée en Volts  (tension de nos accus)
I Le courant exprimé en Ampères (Amp)  (quantité de courant débité par les accus et passant dans les cables,controleurs)
R La résistance exprimée en Ohm (Je vais dire pratiquement pas utilisée chez nous mais bon à savoir)

Les 2 formules à retenir
1° P= U x I
d'ou I = P / U
U = P / I

2° U = R x I
d'ou I = U / R
R = U / I

Des exemples pour illuminer la formule P = U x I
1° On a un moteur de 180 Watts que l'on veut alimenter avec un accu 3S donc    11,1 volts
Combien va t'il consommer?
Nous prendrons la formule  I=P/U
Donc 180/11,1=16,2 Amp
Pour un moteur de 500 Watts que l'on veut alimenter avec un accu 5S donc 18,5 volts
On applique la même formule
Nous aurons donc: 500/18,5=27,03 Amp
Et si ce même moteur est alimenté avec un accu 3S (11,1 V
Nous aurons: 500/11,1=45,05 Amp

Nous pouvons dire que plus la tension d'alimentation d'un moteur est élevée moins le courant qui le traverse est important
2° Maintenant j'ai un accu 3S (11,1Volts) et un Contrôleur de 40 Amp
Quelle puissance de moteur maxi je peux avoir?
Je vous répondrai quand on aura vu les accus car la puissance délivrée par celui-ci dépend des ses caractéristiques

Un exemple pour illuminer la formule U = R x I

Nous avons dans un circuit une résistance qui peut être un moteur dans notre cas
On connaît la résistance du moteur 0,3 Ohm
Ce moteur est alimenté en 3S (11,1 V)
Le courant circulant dans ce moteur sera de:
       I = U / R
Soit  11,1 / 0,3 = 37 Amp

Retenez bien les 2 formules


LES MOTEURS
Tout d'abord il existe 2 sortes de moteur brushless les:
Inrunners (rotor interne)
Outrunners (à cage tournante)

Les inrunners
Ces moteurs pas utilisés dans notre asso sont caractérisés par un Kv élevé qui peut aller jusqu'à 10 000
Ils sont utilisés avec une hélice de petit diamètre
Ces moteurs ont les mêmes caractéristiques que les outrunners

Les outrunners
Ces moteurs sont dit à cage tournante (c'est l'extérieur qui tourne), c'est ceux-ci que l'on utilise

Caractéristiques de ces moteurs:
La puissance maxi en watts
le Kv
La tension d'utilisation (2S,3S,4S, etc…)
L'hélice qui sera définie par la tension d'alimentation

La puissance maxi est définie par le constructeur il ne faut pas la dépasser, le moteur va chauffer très fort et les bobinages seront HS

Le Kv C'est le nombre de tours par minute et par volt sans que l'hélice soit montée
Ex: pour un Kv de 1300 alimenté en 3S (11,1) le nbr de tours sera de:
1300 x 11,1 = 14430 tr/mn
Quand l'hélice est montée le régime du moteur descend au environ de 3/4, pour l'exemple ci dessus il sera de 10822 tr/mn

La tension d'utilisation Le fabricant donne avec le moteur une plage de tension, il faut donc choisir l'accu avec une tension comprise dans cette plage

l'hélice On ne monte pas n'importe quelle dimension d'hélice sur un moteur
La aussi le fabricant donne les dimensions d'hélice qui vont bien avec le moteur donné et la tension retenue

La règle dit quand on augmente le diamètre d'un pouce on doit diminuer le pas

Puissance du moteur nécessaire pour un avion:
Motoplaneur 150 W/Kg
Trainer 200 W/Kg
Voltige 250 W/Kg
Voltige 3D 300 W/Kg
Jet à turbine 400 W/Kg

Passage du thermique à l'électrique
Vol de loisir un 60 (10cc) = 60 x 15 = 900 W
Vol performant un 90(15cc)= 90 x 20 = 1800 W


LES HELICES
Sur les moteurs électriques ont monte des hélices pour moteur électrique et non pas des hélices pour moteur thermiques

Avant montage sur le moteur les hélices doivent être équilibrées sinon gare aux vibrations et les roulements du moteur ne vont pas apprécier
il existe des petits appareils pas cher pour cela
Papier de verre très fin pour retirer de la matière ou c'est trop lourd
Ou petit morceau de scotch si c'est pas assez lourd sur le bord d'attaque de l'hélice, et non pas sur le bord d'attaque de l'avion

Attention aussi au montage de l'hélice en traction (à l'avant) ou en propulsion (à l'arrière) de la monter dans le bon sens,
Vous allez rire ça m'est déjà arrivé de la monter à l'envers, résultat l'avion avance beaucoup moins vite

Les hélices sont caractérisées par leurs dimensions exprimées en pouces et en millimètres
Rappel: 1 pouce = 25,40mm
La première dimension est le diamètre extérieur
La seconde donnera le pas
Donc une hélice de 10 x 7 pouces aura une dimention de 254mm x 177,8mm

Ex:en prenant l'hélice de 10x7 et le moteur cité ci-dessus nous auront une vitesse de l'avion de:
10822 tr/mn x 0,1778 mètre = 1924 mètres / minute soit 115 Km/h

Pour le reste sur les hélices voir le super tuto que notre ami Nicolas nous à mis sur le site

LES CONTROLEURS
Nous ne pouvons pas utiliser un contrôleur sur les moteur à balais, ici il faudra utiliser un variateur (ceci date de la préhistoire)

Dans les avions à motorisation électrique le contrôleur remplace le servo des gaz des avions thermiques

Ces petits appareils ont en fait 2 circuits différents
L'un alimentera le récepteur et les servos
L'autre va transformer le courant de l'accu en courant (triphasé) pour alimenter le moteur et il fera varier la vitesse du moteur

Sur ces contrôleurs nous trouverons:
            2 fils en entrée, un rouge et un noir, le rouge se branche sur le fils rouge de la batterie et le fils noir sur le fil noir de la batterie

            Une nappe de 3 fils (noir, rouge, blanc) qui se branche sur la voie 3 du récepteur
Le fils rouge (5Volts) alimente le récepteur et les servos en courant celui-ci est limité à environ de 2 à 4 amp suivant la puissance du contrôleur
Le fils blanc est le retour du signal du récepteur vers le contrôleur pour faire varier la vitesse de rotation du moteur
           Le fils noir est la masse

3 fils souvent de couleur rouge seront raccordés au moteur, c'est par ces fils qu'est alimenté le moteur en triphasé

En inversant 2 de ces fils ont inverse le sens de rotation du moteur

Ils sont caractérisés par:
         Le courant maximum autorisé
         La plage de tension admissible (nbr de S de nos accus)
         La possibilité de les programmer avec une carte électronique spéciale à chaque marque

Nous pouvons programmer:
         La tension d'alimentation (1S,2S,3S etc…)
         Démarage: Doux / Moyen / Normal
         Le timing: Auto / Faible / Moyen / Fort  (ce qui correspond à l'avance sur le moteur de notre voiture)
        Seuil de coupure moteur: seuil de tension de l'accu ou le moteur ne sera plus alimenté
        Type de coupure moteur: Off / Limitation de puissance / Coupure
        Sens de rotation du moteur: Normal / Inverse
        Le frein: Off / Moyen / On
        Fréqence de découpage: 8 / 16 kHz

Nous trouverons 4 sortes de contrôleurs
BEC
S-BEC
U-BEC
OPTO

BEC
Partie du contrôleur servant à abaissé la tension de l'accu pour alimenter récepteur et servos

S-BEC Ces controleurs sont utilisés sur les avions électriques équipé d'une faible motorisation
De par leur conception ils ne peuvent alimenter que 4 petits servos (1 à 3 Amp disponibles suivant leur puissance)
Par le fait d'abaisser la tension de l'accu ces contrôleur dissipent de la chaleur (énergie perdue)

U-BEC
Contrairement au S-BEC le U-BEC ne dissipe pas de chaleur lorsque l'on alimente beaucoups de servos
L' U-BEC est utilisé dans les avions ou les servos demandent une intensité >3A sous 5 volts

OPTO
Je vous ai dit plus haut que les contrôleurs avaient 2 circuits différents et bien celui-ci ne comporte que le circuit qui alimente le moteur
Donc il n'est pas équipé pour alimenter le récepteur et les servos

On l'utilise pour les puissances à partir de 40A et à partir de 4S en LiPo

Avec un Opto, il faudra rajouter un régulateur qui abaissera la tension à (5/6/8 V) d'un autre accu et alimentera le récepteur et les servos
donc nous aurons toujours les gouvernes activent si l'accu de propulsion arrivait à une tension très basse
Avantages:
Sécurité de toujours pouvoir actionner les commandes (Profondeur,ailerons etc…)
Permet d'actionner beaucoups de servos a la fois
Inconvenients
Emport d' un accu en plus (plus de poids)


Choix du contrôleur
Il faut connaître la consommation maxi du moteur et mutiplier celle-ci entre 1,25 à 1,5
Soit pour un moteur consommant 30 Amp
30 x 1,25 = 37,5 A
30 x 1,5 =45 A
Donc nous prendrons un 40 A ou mieux un 45 A

Cablage entre contrôleur et moteur
Si vous devez allonger les 3 cables entre le contrôleur et le moteur je vous conseille de passer ces cables au diamètre supérieure
Pour éviter de perdre de la puissance

LES ACCUS ET LES CABLES
LES CABLES
LES FILS SILICONE
Tableau de correspondance entre courant et section
Section du              Diam      Courant
conducteur  AWG    extérieur    Maxi
0,33           22     1,20         10,4
0,50           20     1,50         20,5
0,80           18     1,95         26,2
1,30           16     3,00         31,3
2,00           14     3,70         40,0
3,30           12     4,70         55,0
5,30           10     5,20         73,2
8,00              8     5,90         99,8

Rappel
Dès que vous devez rallonger les cables je vous conseille de passer au diamètre supérieur pour éviter que ces fils chauffent et provoque une perte de puissance

LES BATTERIES
On parle d'accu on parle de batterie mais connaissez vous la différence?
Je suis sur que pour beaucoup d'entre vous c'est la même chose
Hé bien non!
Prenons par exemple le pack qui alimente notre émetteur, qui est composé suivant la marque d'un certain nombre d'éléments

Pour mon compte mon émetteur est composé de 8 éléments NiMh

Chaque élément NiMh de 1,2v est un ACCU
Le pack qui est composé de 8 accus en série de 1,2v soit 9,6v est une BATTERIE

Donc pour alimenter nos moteurs nous parlerons de batteries LiPo (lithium polymère)

Ces batteries sont composés d'un assemblage d'accus soit en parallèle ou en série
L'accu LiPo a une tension nominale de 3,7v donc par l'assemblage nous aurons des:
Batterie de 2 accus 2S ----> 7,4v
Batterie de 3 accus 3S ---->11,1v
Batterie de 4 accus 4S ---->14,8v
Batterie de 5 accus 5S ---->18,5v
Batterie de 6 accus 6S ---->22,2v
Et ainsi de suite

Pour un accu LiPo la tension maximale  à ne pas dépasser est de 4,2v et la tension minimale est de 3,6v
Au delà de ces valeurs vous avez beaucoup de chance de mettre fin à la vie de votre accu donc de la batterie

Pour éviter une décharge au delà des 3,6V vous devez régler le seuil de coupure moteur du controleur (voir programmation des contrôleurs)

Charge des batteries
Ne surtout pas prendre la chargeur de batterie de votre voiture
Les batteries LiPo se chargent sur des chargeurs spécifiques
Ces chargeurs se chargent de charger les batteries automatiquement ils sont réglés pour ne pas dépasser les 4,2v par éléments (accus)
La charge commence en leur appliquant la tension nominale
Ensuite se produit la charge d'équilibrage qui consiste à charger élément par élément sous un courant
plus faible que le courant nominal
Pour cela les 2 connecteurs doivent être branchés au chargeur

Stockage des batteries
Pendant la période de non utilisation les batteries devront être stockées aux environs de 40 à 50% maxi de leur capacité

Caractéristique d'une batterie LiPo:
Sa tension en volt
Sa puissance en mAh
Sa capacité maxi de courant en continu à ne pas dépasser ex:35C
Le courant de charge Maxi ex:5C

La tension
définie par le nombre d'accus (sera un multiple de 3,7v)
La puissance
définie par le fabricant, plus la puissance est élevée plus on pourra alimenter des moteurs plus puissants
en contrepartie la batterie sera plus lourde
Sa capacité maxi de courant
Valeur de courant maxi que l'on peut tirer en continu, ex: pour une batterie de 4000 mAh en 35C nous pourrons tirer 4A x 35 = 140A
Le courant de charge
Valeur de courant maxi pour charger la batterie ex:pour une batterie de 4000 mAh en 5C nous pourrons la charger à 4A x 5 = 20A
A éviter diminue la vie de la batterie

Pour préserver la vie de la batterie
Attendre si possible le refroidissement avant de la recharger
Eviter de tirer en continu la valeur maxi de courant, essayez de mettre une batterie de plus forte capacité
Préférez un courant de charge égal à la valeur de la capacité nominale

Sécurité
Ne jamais recharger une batterie dans l'habitacle d'une voiture
Lors de la charge éloigner tous produits et objets inflammables, posez la batterie sur un morceau de carrelage
Les stocker dans une valise en alu préalablement isolée par de la mousse pour éviter les court-circuits

Christian a écrit:Nous pouvons dire que plus la tension d'alimentation d'un moteur est élevée moins le courant qui le traverse est important

: Donc, pour un même moteur donné, nous pouvons dire que le moteur ET les câbles souffrent moins (surchauffe des câbles par exemple) si on les alimente par un accu 5S plutôt que par un 3S, c'est bien ça?

Oui mais
Un moteur qui doit être alimenté en 2S ou 3S ne pourra pas être alimenté en 4S ou plus
Sinon il va cramer
c'est comme ci tu alimentes l'aspirateur de ta femme en 380 Volts il va fumé et ta femme aussi

Salut Christian, moi qui suis en motorisation thermique sur l'ensemble de mes modèles, je suis très enthousiasmé par tes conseils et sur un éventuel passage en électrique (Pour un  nouveau modèle). J'ai maintenant certaines bases en aéromodélisme, et tes conseils sont à la fois très concrets et simples.
Merci Christian pour le partage de ton expérience, j'attend la suite avec Impatience ....

Christian a écrit:
OPTO
Je vous ai dit plus haut que les contrôleurs avaient 2 circuits différents et bien celui-ci ne comporte que le circuit qui alimente le moteur
Donc il n'est pas équipé pour alimenter le récepteur et les servos

On l'utilise pour les puissances à partir de 40A et à partir de 4S en LiPo

Avec un Opto, il faudra rajouter un régulateur qui abaissera la tension à (5/6/8 V) d'un autre accu et alimentera le récepteur et les servos
donc nous aurons toujours les gouvernes activent si l'accu de propulsion arrivait à une tension très basse

Ah oui en effet, sur mon Pilatus je suis équipé comme ça, un contrôleur + un régulateur:


Par contre sur le Slowpoke j'ai un contrôleur U-BEC (70A / 4A), donc pas de régulateur en plus:

Bonjour.
Suite a cette lecture sur le forum , j'ai cherché dans ma doc un article traitant du
sujet.
Et donc,j' ai retrouvé qqchose qui traite du sujet sur Modele Mag de décembre 2012
n° 735 .
Je vais le scanner si cela vous dit .
Salutatons

Ok Jean Pierre et merci

Bah t'as tout dis ou presque mon bon Christian ...
Juste 2 petites choses  : ne pas charger sa lipo à + de 92 ou 95 %
de sa charge maxi cela la préservera..
Secondo : si possible charger les Lipo en extérieur car un incendie est vite arrivé ( pour ma part un début d'incendie et ça fait drôle   ..) dû à une lipo abimée..
Ah oui une dernière petite astuce ! si vous devez rallonger des cables (entre votre contrôleur et votre moteur , en cas de moteur arrière par exemple ) il est conseillé d'envelopper ces cables dans du scotch "Aluminium" pour éviter les éventuels parasitage avec votre récepteur ( je n'invente rien ...)
Bons vols à tous..

Je me permets de rajouter à ce sujet ce lien vers le tableau complet des moteurs brushless Protronik A2pro avec lequel vous pourrez trouver:

- le moteur adapté à votre avion en fonction de son poids et du type de vol souhaité.
- les caractéristiques des moteurs: Kv, puissance, poids, dimensions.
- les LiPo conseillées pour votre moteur.
- les hélices conseillées pour chaque moteur.
- les contrôleurs conseillés pour chaque moteur.

Pour faire suite à ce sujet j'ai une question à qui saura répondre:
- Quand on mesure la puissance d'une propulsion électrique avec un Wattmètre, on le fait au sol en bloquant l'avion.
- Or en vol, l'avion avance et n'est pas retenu ou bloqué, cela doit avoir une incidence sur la puissance en W délivrée par le moteur.

Superbe TUTO très instructif ! Clair, net et précis    
Les posts suivants sont aussi très complémentaires...

Merci Christian et BRAVO !

P.S. qui n'a rien à voir avec le sujet : A la place d'une photo sur la page d'accueil, j'ai un texte en anglais sur fond gris foncé ! Vous aussi ?

Du coté page d'accueil elle est est comme d'habitude (photo du terrain)

Salut Ventillo 76..
Un petit bug je pense dû à un site malveillant..
Sur la page d'acceuil grise et en anglais fais un clic droit avec ta souris
et va sur "informations sur la page .
Puis tu devrais voir le nom d'un site et un carré à cocher pour refuser toutes images venants de ce site..coche ce carré et rafraichis ta page cela devrait revenir à la normale..

Salut Ventilo
C'est normal , le temps que tu as les messages c'est le principal .
Tu viens quand nous dire un petit bonjour afin que l'on te tienne au courant de l'évolution de l'association et du terrain
Amicalement
Phiphi

Nous serons au terrain demain , vendredi, samedi peut être
quand tu veux