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MESURES électriques...
Pat et Manu
Quand on veut voler avec des électrons...
...il est nécessaire et prudent de savoir faire quelques mesures électriques afin de ne pas risquer une motorisation déséquilibrée... qui risquerait de détruire un élément ou bien de rendre impossible le vol tant espéré...
Le groupe de motorisation comporte plusieurs éléments:
1 bloc accus
1 controleur
1 moteur
1 hélice
le tout géré par les ordres reçus via le récepteur.
En équipement matériel de mesure, nous avons besoin de:
1 voltmètre pour mesurer la tension (en volt V) des accus avant, pendant et après l'usage du moteur
1 ampèremètre pour mesurer l'intensité (en ampère A) débité par les accus quand le moteur est "plein pot"
1 tachymètre/compte tour afin de savoir la vitesse de rotation de l'hélice atteint au sol au décollage
à la limite, un thermomètre à infrarouge peut aussi être utile...
1 bloc accus
1 controleur
1 moteur
1 hélice
le tout géré par les ordres reçus via le récepteur.
En équipement matériel de mesure, nous avons besoin de:
1 voltmètre pour mesurer la tension (en volt V) des accus avant, pendant et après l'usage du moteur
1 ampèremètre pour mesurer l'intensité (en ampère A) débité par les accus quand le moteur est "plein pot"
1 tachymètre/compte tour afin de savoir la vitesse de rotation de l'hélice atteint au sol au décollage
à la limite, un thermomètre à infrarouge peut aussi être utile...
Le voltmètre permet de mesurer la tension "v"... aux bornes de l'accu (pas possible aux bornes du moteur car les brushless tournent en triphasé). Cela nous donne un jugement sur la possibilité de l'accu à produire le travail qu'on lui demande.
Explication:
un élément NiMh ou NiCd de 3 ou 4A de "qualité" de peut débiter plus de 1volt lorsqu'on lui tire son maximum de 30 ou 50ampères...
Au repos l'accu pleine charge indiquera 1.35v voire 1.40v... mais dès que le moteur va entrainer l'hélice cette tension va chuter. Elle ne doit pas descendre en dessous de 1v .
(certains accus "boostés" de compétition peuvent délivrer 60 ou 80A en descendant à 0.8v... mais le prix et la durée de vie ne sont pas compatibles avec nos moyens...)
Pour les "lipo" c'est pareil... sauf qu'un élément chargé indique 4.15/4.2v et qu'en "travail" il ne devrait pas descendre sous 3.3v en début de décharge... et ne pas dépasser les 3v en fin de travail (la théorie donne 2.5v... mais l'expérience nous a montré que cela se faisait au détriment de leur durée de vie!)
Donc pour résumer: si j'ai un pack de 10NiCd/NiMh... en mesurant la tension aux bornes de l'accus, avec mon moteur "plein pot" au sol (bien faire attention à l'hélice, et bien tenir l'avion!!!), on ne doit pas descendre en dessous de 10V.
Si on descend en dessous... soit l'accu est trop faible pour la motorisation souhaitée... soit l'hélice est trop grande et demande trop de travail à notre accus.
Idem pour un pack lipo en 3S qui donne 12.5v pleine charge... on ne devrait pas descendre en dessous de 10v pendant l'essai au sol (phase de décollage)
Il faut savoir que ce qui caractérise la qualité d'un accu à supporter de forte décharge, est sa "résistance interne" (la "Ri"). Pour un élément NiCd ou NiMh top-qualité on varie entre 3 et 6 milli-ohm
(genre GP2200 ou 3300 en nimh ou Sanyo 2400 en NiCd.)
Pour les lipos c'est pareil, sauf que les fabricants ne vous indiquent pas la "Ri" de leurs éléments, mais les qualifient par les mentions "10C"..."20C"..."30C"...
Dans la pratique cela signifie que pour un bon usage raisonnable, pour un lipo de capacité 3A dit de "20C"... on ne devra pas tirer plus de 20x3=60A pendant 30 secondes! (utilisable sur un planeur qui atteind son niveau de vol en moins de 30s...). Par contre pour des vols continus (avions voltige ou trainer) on ne devrait pas dépasser les "10C" (donc la moitié) soit 10x3=30A pendant le vol. Les 60A seront réservés à la phase de décollage uniquement.
Evidemment tout cela est modulable... selon l'aménagement de la ventilation qui arrive sur le pack d'accus...
De toute façon, un bon "truc" pour savoir si vous abusez de votre accus pendant un vol:
dès l'atterrissage, mesurez sa température: elle ne devrait pas dépasser les 60°C ! Au delà... sa durée de vie sera sérieusement écourtée. En général, on doit pouvoir tenir "dans la main" le pack d'accus sans se bruler.
Explication:
un élément NiMh ou NiCd de 3 ou 4A de "qualité" de peut débiter plus de 1volt lorsqu'on lui tire son maximum de 30 ou 50ampères...
Au repos l'accu pleine charge indiquera 1.35v voire 1.40v... mais dès que le moteur va entrainer l'hélice cette tension va chuter. Elle ne doit pas descendre en dessous de 1v .
(certains accus "boostés" de compétition peuvent délivrer 60 ou 80A en descendant à 0.8v... mais le prix et la durée de vie ne sont pas compatibles avec nos moyens...)
Pour les "lipo" c'est pareil... sauf qu'un élément chargé indique 4.15/4.2v et qu'en "travail" il ne devrait pas descendre sous 3.3v en début de décharge... et ne pas dépasser les 3v en fin de travail (la théorie donne 2.5v... mais l'expérience nous a montré que cela se faisait au détriment de leur durée de vie!)
Donc pour résumer: si j'ai un pack de 10NiCd/NiMh... en mesurant la tension aux bornes de l'accus, avec mon moteur "plein pot" au sol (bien faire attention à l'hélice, et bien tenir l'avion!!!), on ne doit pas descendre en dessous de 10V.
Si on descend en dessous... soit l'accu est trop faible pour la motorisation souhaitée... soit l'hélice est trop grande et demande trop de travail à notre accus.
Idem pour un pack lipo en 3S qui donne 12.5v pleine charge... on ne devrait pas descendre en dessous de 10v pendant l'essai au sol (phase de décollage)
Il faut savoir que ce qui caractérise la qualité d'un accu à supporter de forte décharge, est sa "résistance interne" (la "Ri"). Pour un élément NiCd ou NiMh top-qualité on varie entre 3 et 6 milli-ohm
(genre GP2200 ou 3300 en nimh ou Sanyo 2400 en NiCd.)
Pour les lipos c'est pareil, sauf que les fabricants ne vous indiquent pas la "Ri" de leurs éléments, mais les qualifient par les mentions "10C"..."20C"..."30C"...
Dans la pratique cela signifie que pour un bon usage raisonnable, pour un lipo de capacité 3A dit de "20C"... on ne devra pas tirer plus de 20x3=60A pendant 30 secondes! (utilisable sur un planeur qui atteind son niveau de vol en moins de 30s...). Par contre pour des vols continus (avions voltige ou trainer) on ne devrait pas dépasser les "10C" (donc la moitié) soit 10x3=30A pendant le vol. Les 60A seront réservés à la phase de décollage uniquement.
Evidemment tout cela est modulable... selon l'aménagement de la ventilation qui arrive sur le pack d'accus...
De toute façon, un bon "truc" pour savoir si vous abusez de votre accus pendant un vol:
dès l'atterrissage, mesurez sa température: elle ne devrait pas dépasser les 60°C ! Au delà... sa durée de vie sera sérieusement écourtée. En général, on doit pouvoir tenir "dans la main" le pack d'accus sans se bruler.
L'ampèremètre lui, mesure l'intensité en "ampère" que débite l'accu vers le controleur et le moteur.
Etant donné les intensités que nous utilisons pour nos avions (10 à 60A), les ampèremètre en série ne sont pas utilisables. Nous choisirons plutot une "pince ampèremètrique" qui supporte facilement jusqu'à 200 voire 600A.
Attention toutefois au choix de la pince: elle doit être compatible avec nos courants "continus" (DC) débités par nos accus. La plupart des pinces bon-marché ne sont généralement compatibles qu'avec les courants "alternatifs" (AC).
Son usage est très simple: après un calage rapide du "zéro", il suffit d'insérer un des 2 cables de l'accu en ouvrant les mâchoires de la pince, et de lire à l'écran l'intensité débitée...
La mesure donnée est plus explicite que le voltage pour voir si nous sommes compatibles avec notre accu (la fameuse limite des 10C ou 20C...)
Mais cette intensité débitée mesurée, nous permet aussi de savoir si nous sommes compatibles avec le contrôleur et le moteur.
N'oubliez pas que par sécurité un contrôleur doit être évalué à +30% de la conso max que l'on pense utiliser. Soit un 40A si on pense utiliser 30A max au décollage.
Pour le moteur, l'info du courant maxi supporté est généralement donné par le fabricant.
Sinon, le teste de température est toujours utile comme pour les accus: l'idéale est qu'à l'atterrissage, le moteur ne brule pas les doigts. Mais à la limite, un moteur peut monter jusque 80/90°C. Au delà, les aimants du moteur risquent de perdre leur magnétisme....
Etant donné les intensités que nous utilisons pour nos avions (10 à 60A), les ampèremètre en série ne sont pas utilisables. Nous choisirons plutot une "pince ampèremètrique" qui supporte facilement jusqu'à 200 voire 600A.
Attention toutefois au choix de la pince: elle doit être compatible avec nos courants "continus" (DC) débités par nos accus. La plupart des pinces bon-marché ne sont généralement compatibles qu'avec les courants "alternatifs" (AC).
Son usage est très simple: après un calage rapide du "zéro", il suffit d'insérer un des 2 cables de l'accu en ouvrant les mâchoires de la pince, et de lire à l'écran l'intensité débitée...
La mesure donnée est plus explicite que le voltage pour voir si nous sommes compatibles avec notre accu (la fameuse limite des 10C ou 20C...)
Mais cette intensité débitée mesurée, nous permet aussi de savoir si nous sommes compatibles avec le contrôleur et le moteur.
N'oubliez pas que par sécurité un contrôleur doit être évalué à +30% de la conso max que l'on pense utiliser. Soit un 40A si on pense utiliser 30A max au décollage.
Pour le moteur, l'info du courant maxi supporté est généralement donné par le fabricant.
Sinon, le teste de température est toujours utile comme pour les accus: l'idéale est qu'à l'atterrissage, le moteur ne brule pas les doigts. Mais à la limite, un moteur peut monter jusque 80/90°C. Au delà, les aimants du moteur risquent de perdre leur magnétisme....
En passant, une petite info sur une donnée essentielle des moteurs: leur "résistance interne" ("Ri").
Comme pour les accus, plus elle est basse (pour 2 moteurs similaires que l'on veut comparer)... meilleur est la capacité du moteur à supporter de fortes intensité sous un meilleur rendement.
Encore une autre info sur nos moteurs à "électrons": pour un moteur donné à 400watts par exemple, son rendement sera bien meilleur avec un accus délivrant 18v (lipo 5S) sous 22A qu'un pack utilisé sous 10v (pack 3S) à 40A.
Mais ne criez pas victoire trop vite!... ce n'est pas si simple de trouver "la" bonne motorisation.
En effet, si on reprend l'exemple ci dessus, avec un moteur dont le "Kv" (=nombre de tour de l'arbre d'hélice par volt consommé) est égal à 1000... cela va nous donner 1000x18v= 18000tmn pour le pack 5S et 1000x10= 10000tmn pour le pack 3S.
L'hélice ne va pas forcément aimer ces 18000tmn (même s'ils sont en réalité ramenés à 15000 faute aux diverses pertes -20%- de rendement). Et les 10000tmn (en gros 8000 en réalité) sont bien plus correctes pour une hélice "électrique" (plus légère qu'une hélice pour thermique).
D'où l'importance également du "Kv" du moteur!
Avec le pack 5S/18v en travail.... un Kv de 600tmn nous donnerait la bonne vitesse d'hélice = (18x600)-20%de perte = 8600tmn environ.
Concernant les hélices, voici quelques formules vous donnant leur vitesse maximum à ne pas dépasser (vitesse supersonique en bout de pale):
Hélice APC glow et elect. = 190.000 / Diamètre "inch" exemple pour une 12" = 190000/12= 15800tmn
Hélice APC slow = 65.000 / Diamètre"inch" exemple pour une 12" = 65000/12= 5400tmn !
Helice Aeronaut cam-carbon pliable = 142.000/D.inch exemple 12" = 142000/12= 11800tmn
Comme pour les accus, plus elle est basse (pour 2 moteurs similaires que l'on veut comparer)... meilleur est la capacité du moteur à supporter de fortes intensité sous un meilleur rendement.
Encore une autre info sur nos moteurs à "électrons": pour un moteur donné à 400watts par exemple, son rendement sera bien meilleur avec un accus délivrant 18v (lipo 5S) sous 22A qu'un pack utilisé sous 10v (pack 3S) à 40A.
Mais ne criez pas victoire trop vite!... ce n'est pas si simple de trouver "la" bonne motorisation.
En effet, si on reprend l'exemple ci dessus, avec un moteur dont le "Kv" (=nombre de tour de l'arbre d'hélice par volt consommé) est égal à 1000... cela va nous donner 1000x18v= 18000tmn pour le pack 5S et 1000x10= 10000tmn pour le pack 3S.
L'hélice ne va pas forcément aimer ces 18000tmn (même s'ils sont en réalité ramenés à 15000 faute aux diverses pertes -20%- de rendement). Et les 10000tmn (en gros 8000 en réalité) sont bien plus correctes pour une hélice "électrique" (plus légère qu'une hélice pour thermique).
D'où l'importance également du "Kv" du moteur!
Avec le pack 5S/18v en travail.... un Kv de 600tmn nous donnerait la bonne vitesse d'hélice = (18x600)-20%de perte = 8600tmn environ.
Concernant les hélices, voici quelques formules vous donnant leur vitesse maximum à ne pas dépasser (vitesse supersonique en bout de pale):
Hélice APC glow et elect. = 190.000 / Diamètre "inch" exemple pour une 12" = 190000/12= 15800tmn
Hélice APC slow = 65.000 / Diamètre"inch" exemple pour une 12" = 65000/12= 5400tmn !
Helice Aeronaut cam-carbon pliable = 142.000/D.inch exemple 12" = 142000/12= 11800tmn
Enfin le tachymètre nous permet de mesurer la vitesse de rotation de l'hélice.
Il en existe deux versions:
-les plus simples et les plus utilisés, se servent d'une cellule photo-électrique qui mesure l'alternance de lumière entre les pales qui tournent. Leur prix est proportionnel avec la sensibilité de ces cellules.
-sinon, il existe le tachymètre opto-laser qui n'a pas besoin de lumière ambiante mais qui nécessite par contre l'utilisation d'une pastille reflechissante à coller sur l'hélice à mesurer...
Savez vous que connaitre la vitesse de rotation de votre hélice, vous donne approximativement la vitesse maxi à laquelle votre avion volera... formule:
pas-helice en pouce x millier tours/mn x (0.85à1.2) = vitesse de vol en km/h
(coef. 0.85 pour gros profile de parkflyer, 1.2 pour le profile fin d'un voltigeur)
Exemple, pour un MPX Easy-Star: soit helice 5*4 à 10.000tmn
=> 4x10*0.85(petit avion)= 34km/h et divisé par 3.6 = 9.4ms
Si cela vous intéresse, je pourrai vous indiquer une méthode pour mesurer vous même le Ri de vos moteurs brushless, et une autre pour mesurer la force de traction au sol de vos hélices.
Mais c'est déjà un peu plus compliqué et pas indispensable... sauf pour les fans de technique...
Pat
Il en existe deux versions:
-les plus simples et les plus utilisés, se servent d'une cellule photo-électrique qui mesure l'alternance de lumière entre les pales qui tournent. Leur prix est proportionnel avec la sensibilité de ces cellules.
-sinon, il existe le tachymètre opto-laser qui n'a pas besoin de lumière ambiante mais qui nécessite par contre l'utilisation d'une pastille reflechissante à coller sur l'hélice à mesurer...
Savez vous que connaitre la vitesse de rotation de votre hélice, vous donne approximativement la vitesse maxi à laquelle votre avion volera... formule:
pas-helice en pouce x millier tours/mn x (0.85à1.2) = vitesse de vol en km/h
(coef. 0.85 pour gros profile de parkflyer, 1.2 pour le profile fin d'un voltigeur)
Exemple, pour un MPX Easy-Star: soit helice 5*4 à 10.000tmn
=> 4x10*0.85(petit avion)= 34km/h et divisé par 3.6 = 9.4ms
Si cela vous intéresse, je pourrai vous indiquer une méthode pour mesurer vous même le Ri de vos moteurs brushless, et une autre pour mesurer la force de traction au sol de vos hélices.
Mais c'est déjà un peu plus compliqué et pas indispensable... sauf pour les fans de technique...
Pat
23/02/2008
Commentaires (2)
Pat et Manu


