Tu es un peu lent à comprendre ?

En général, tout est clair : le moteur tout à l'avant, puis le variateur de vitesse (ESC), et la batterie un peu plus en arrière. Sur les modèles classiques, cette « disposition » convient et, par conséquent, la longueur de câble prévue est généralement suffisante. Mais que faire lorsqu'un modèle présente une configuration très différente, peut-être parce qu'il comporte plusieurs moteurs ou que la batterie doit être placée ailleurs pour des raisons de centre de gravité ? Dans presque tous ces cas, il faut au moins rallonger les câbles.

C'est là que commence le parcours semé d'incertitudes gênantes : quel est l'effet d'une telle rallonge de câble ? Consomme-t-elle beaucoup d'énergie ? Nuit-elle aux fonctions de commande à distance ? Est-ce que cela a de l'importance que les câbles soient rallongés avant ou après le variateur de vitesse ? Sur les avions multimoteurs, on en arrive tôt ou tard à se demander s’il faut acheter un

ESC. Et s’il s’agit de variateurs BEC : les alimentations intégrées peuvent-elles être combinées sans problème ? Bon, prenons les choses dans l’ordre.

La batterie fournit une tension continue. Celle-ci permet de faire incandescence des fils et de faire briller des

cristaux semi-conducteurs, mais les moteurs ne font au mieux qu’un petit bond. Pour les maintenir en marche de manière continue, il faut une inversion de polarité au bon moment (commutation). C’est l’une des nombreuses tâches du contrôleur. Et comme l’

modélisme utilise aujourd’hui presque exclusivement des moteurs à commande triphasée, la tension continue de la batterie doit d’abord être convertie en impulsions de champ tournant. Cela signifie que la tension d’entrée fournie par les câbles plus/moins est répartie sur trois câbles à la sortie de l’ESC.

Cela ne signifie pas pour autant que les trois fils, désormais, soient constamment alimentés avec seulement les deux tiers de l'intensité fournie. Au contraire, côté sortie, il n'y a toujours que deux câbles qui transportent alternativement le positif et le négatif, mais de manière cyclique et en alternance dans le temps. La fréquence de ces commutations reste d’ailleurs, dans nos applications de modélisme, dans une fourchette très raisonnable. Un moteur bipolaire effectue à peine 200 cycles de commutation à 12 000 tours par minute (tr/min). Cependant, comme les moteurs ne sont pas censés fonctionner en permanence à plein « gaz », les trains de tension alternés sont interrompus par des pauses plus ou moins longues. On parle ici de modulation de largeur d’impulsion (PWM). Le rapport impulsion/pause donne l’impression que la tension varie (régulation de la vitesse de rotation). Ce processus est nettement plus rapide que la commutation, puisqu’il s’effectue généralement à 8 kilohertz (kHz). Les moteurs à faible inductance nécessitent même 16 ou 32 kHz,

afin de pouvoir fonctionner efficacement à un régime réduit.

Le problème des harmoniques : la commutation, tout comme la modulation d’impulsions en largeur (PWM), implique toutefois que la tension soit activée ou commutée de manière brusque. Cela génère des harmoniques qui peuvent atteindre plusieurs fois la fréquence fondamentale et pénètrent ainsi dans la bande des ondes radio. À l’époque où les systèmes RC fonctionnaient encore dans la bande des ondes courtes (27, 35 ou 40 MHz), cela pouvait constituer une source de perturbations. À l’ère des systèmes à 2,4 GHz, ce problème s’est nettement atténué

. Il est néanmoins toujours recommandé de faire passer les trois fils reliant l’ESC au moteur très près les uns des autres, afin que les champs magnétiques générés s’annulent mutuellement. Le moyen le plus simple d’y parvenir est de les torsader légèrement (!) entre eux. Cependant, il ne faut pas non plus voir trop grand. Si la longueur de câble entre le variateur et le moteur est trop importante, les informations de commutation peuvent « se brouiller ». C’est pourquoi, ici aussi, il ne faut pas dépasser des longueurs de câble d’environ 70 cm. D’un point de vue énergétique, il est absurde que certains

variateurs soient équipés de câbles plus fins côté sortie qu’à l’entrée (batterie). En effet, comme déjà mentionné, le courant circulant dans les câbles vers le moteur n’est pas moindre ; il peut même augmenter en « mi-régime », car un courant de roue libre généré par la modulation PWM vient s’y ajouter. Or, les pertes (Pv) sur les câbles augmentent proportionnellement au carré de l’intensité instantanée du courant (I), de sorte qu’il est absurde d’augmenter encore la résistance (R) en utilisant des câbles plus fins (Pv = I² * R). Certes, le courant moyen dans le temps est plus faible (car l'un des trois câbles est régulièrement

(quand il est « à l'arrêt »), mais cela n'est pas déterminant ici. Cela aurait du sens si la densité de courant dans les câbles atteignait des valeurs si élevées qu'il y aurait lieu de craindre une fusion de l'isolation. Mais nous en sommes encore loin dans le domaine de l'aviation électrique. Par souci d’exhaustivité, précisons que le fil qui n’est pas sous tension n’est pas pour autant totalement inutile, car c’est par lui que transite le signal nécessaire à la commutation, qui indique à l’ESC la position du rotor et donc le moment précis de la commutation. D’un point de vue énergétique, cette transmission de signal ne joue toutefois aucun rôle.

Il est donc désormais clair que la rallonge de câble entre l'ESC et le moteur brushless ne doit pas être réalisée à l'aide de fils fins destinés à réduire le poids, d'autant plus que trois câbles sont nécessaires de ce côté-là au lieu de deux. Le potentiel parasite généré par les harmoniques est certes généralement filtré par les récepteurs modernes de 2,4 GHz, mais dans des cas extrêmes, il peut provoquer des interférences au niveau d’autres composants du système embarqué. C’est pourquoi les câbles du moteur ne doivent pas être

longs en parallèle et surtout pas dans le même faisceau que les câbles de connexion RC.

Tout semble donc plaider en faveur d’une rallonge – si nécessaire – du faisceau de câbles entre la batterie et l’ESC. Mais comme toujours, lorsqu’une solution trop simple se profile, la physique se plaît à nous mettre des bâtons dans les roues. Dans ce cas précis, cela s’explique par le fait que la tension sur le câble de la batterie n’est plus une tension continue pure, car une tension alternative vient s’y superposer en raison des activités de « hachage » du variateur de vitesse mentionnées précédemment. Il s'agit de pics de tension qui ne font pas forcément le bonheur de l'électronique. Leur

est principalement le rôle de la batterie, qui, soit dit en passant, fait également office de condensateur de taille apparente. Comme son raccordement via des câbles plus ou moins longs et des connecteurs pas toujours optimaux soulève des interrogations, chaque variateur de vitesse est équipé, côté entrée, de condensateurs qui soulagent la batterie en courant alternatif. Si, en raison de câbles de batterie longs, cette répartition de la charge devient de plus en plus déséquilibrée au détriment de ces condensateurs, ceux-ci peuvent être surchargés. Il est donc nécessaire, lorsque les longueurs de câble augmentent, de les soulager à l’aide de condensateurs d’appoint montés en parallèle. Il est judicieux de souder les condensateurs supplémentaires directement au point de rallonge, là où il faut de toute façon souder. Il est recommandé d’utiliser environ 220 µF par 10 centimètres de rallonge. Il est souvent conseillé de veiller à utiliser des condensateurs électrolytiques dits « résistants à la commutation » (à faible valeur ESR). Pour un particulier, il n’est toutefois pas toujours facile de se procurer les fiches techniques correspondantes. C’est pourquoi voici un conseil : deux petits condensateurs montés en parallèle sont souvent préférables à un seul grand (2 × 220 µF au lieu de 470 µF). Les variateurs de vitesse courants sont d’ailleurs équipés de cette manière. Il va sans dire que les condensateurs doivent appartenir à la bonne classe de tension.

En cas de rallongement du câble de connexion de la batterie, même sur les modèles multimoteurs, il est possible de placer l’ESC à proximité immédiate du moteur, ce qui améliore généralement les conditions de refroidissement.

Les variateurs de vitesse sont souvent plus chers que les moteurs qu'ils commandent. C'est pourquoi, dans les systèmes à plusieurs moteurs, on se demande souvent si un seul variateur ne pourrait pas « commander » plusieurs moteurs à la fois. Oui, c'est possible, à condition que... ! Avec les moteurs sans balais, toutefois, seul le montage en parallèle fonctionne. La consommation de courant plus élevée du système multiple constitue ici le moindre des problèmes, à condition bien sûr que l'ESC puisse supporter le courant total (majoré d'une petite marge de sécurité). Le véritable défi réside dans la ligne de commande, c’est-à-dire le fil parmi les trois qui transmet précisément les informations de commutation. Tous les moteurs doivent délivrer le même signal simultanément. Il en résulte inévitablement que tous les moteurs tournent de manière absolument synchrone… ou pas du tout. Pour qu’ils fonctionnent de manière relativement efficace en synchronisation, ils doivent tous présenter, dans la mesure du possible, exactement la même vitesse de rotation spécifique (k_v ou n_spéc) (y croire, c’est bien, vérifier, c’est mieux !) et, bien sûr, être équipés d’hélices de mêmes dimensions. Même sur un appareil à trois moteurs (Ju 52), ce principe a fonctionné à la perfection.

La plupart des ESC disponibles dans le commerce, destinés à une utilisation courante avec des batteries LiPo de 2s à 6s, sont équipés d'une alimentation intégrée pour le récepteur, connue sous l'abréviation BEC (Battery Eliminator Circuit). Celui-ci fournit une tension constante d’environ 5 V (des valeurs plus élevées, allant jusqu’à 8,5 V, sont parfois réglables) pour le fonctionnement du système de réception. En y mettant un peu plus, on peut également se procurer des variateurs équipés d’un BEC haute tension (HV-BEC), qui fonctionnent avec des batteries allant jusqu’à 12s. La recommandation courante est la suivante : n’utiliser qu’un seul BEC et désactiver l’autre en coupant le fil positif ! Cela revient à gaspiller des ressources. Il n’est donc pas incorrect d’utiliser les deux systèmes en découplant les fils positifs à l’aide de diodes Schottky en boucle, car cela empêche le courant de circuler d’un côté à l’autre. Malheureusement, cette solution n’est pas non plus tout à fait irréprochable, car les servomoteurs ne se contentent pas de consommer du courant : dans des conditions bien précises, ils en génèrent également. Ces impulsions de courant de retour, qui ne peuvent plus s’écouler en raison de l’effet de clapet des diodes, peuvent provoquer le démarrage et le redémarrage des récepteurs RC commandés par processeur, ce qui, comme cela se produit en plein vol,

n'est pas soumis à la taxe sur les divertissements. Mais pas de panique, là encore, « un condensateur de 2 à 3 fois 220 µF à 470 µF/10 V permet de sortir d'affaire ».

Et, pour une fois, l'exception confirme la règle : plus il y en a, mieux c'est !

Par ailleurs, les condensateurs tampons dans le circuit du récepteur ont déjà souvent fait leurs preuves, y compris face à d’autres sources de perturbation.

Il est audacieux, mais nullement téméraire, de relier simplement les deux pôles positifs du BEC directement entre eux. Condition préalable : les deux systèmes doivent être mis sous tension et hors tension simultanément et fournir

à environ 10 millivolts (mV) près (par exemple 5,42 et 5,43 V), ce qui n'est pas inhabituel sur les séries récentes. Un

condensateur supplémentaire ne fait pas de mal ici non plus.

Texte et photos :
Ludwig Retzbach