
Texte et photos: Laurent Schmitz
Les moteurs et contrôleurs brushless
(BESC) occupent désormais une place incontournable dans l'arsenal
des modélistes. De plus en plus puissants, abordables, fiables...
mais aussi complexes. Car il ne suffit plus de faire tourner le moteur,
on peut maintenant paramétrer une foule d'options allant du frein-moteur
à la mélodie de mise en route ! Et comme souvent le mode
d'emploi est truffé d'abréviations obscures, il est parfois
bien difficile de s'y retrouver...
Les moteurs à balais de l'antiquité pouvaient
parfaitement être connectés directement à la batterie.
Ils tournaient alors à fond. Pour faire passer plus ou moins
de courant et modifier le régime du moteur on utilisait un "variateur".
Cet accessoire jouait en fait le rôle d'une grosse résistance
variable.
Les moteurs "brushless" (littéralement "sans balais")
ont par contre absolument besoin d'être pilotés par un
contrôleur. Brancher les fils d'un brushless directement à
un accu ne sert qu'à produire une intense odeur de bobinages
fondus... L'indispensable contrôleur se charge d'envoyer le courant
qu'il faut au bon moment sur les trois fils du moteur afin que celui-ci
tourne selon les ordres du pilote (voir l'explication
en encadré).
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L'apparition du moteur et des
contrôleurs brushless puissants et bons marché ont
ouvert la propulsion électrique aux modèles de toutes
tailles et tous genres. |
Pour faire tourner un moteur brushless
à l'envers, il suffit d'intervertir deux des trois fils le
reliant au contrôleur. N'importe lesquels, au choix. C'est
d'ailleurs la raison pour laquelle ces fils n'ont pas de couleur
standard : ils peuvent être connectés dans n'importe
quel ordre. En revanche, il ne faut JAMAIS intervertir les deux
fils noir et rouge d'alimentation du contrôleur. Le résultat
de cette bourde est la destruction rapide des circuits internes...
Beaucoup de contrôleurs possèdent une option afin de
changer le sens de rotation par la programmation, sans manipuler
les fils. Cela peut être très utile si vous avez soudé
les câbles sans tester le moteur au préalable... Cependant,
il est tout de même plus pratique d'équiper le moteur
et le contrôleur de connecteurs sérieux. Par convention
et pour éviter les courts-circuits, on soude trois connecteurs
mâles aux fils du moteur et trois femelles aux fils du contrôleur.
Ces connecteurs devront serrer suffisamment pour ne pas se détacher
tout seuls. Au besoin, assurez-les d'un tour de scotch. |
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Pour les multi-moteurs,
il faut un contrôleur par brushless. Pour changer
le sens de rotation, il suffit d'intervertir deux des trois
fils menant au contrôleur. |
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BEC : retirez le fil rouge ! |
La fonction "Battery Eliminator
Circuit" (BEC) permet d'alimenter le récepteur par
la batterie de propulsion. Sachez que le courant disponible pour
les servos est alors limité. Cela correspond de deux à
cinq servos selon leur consommation et l'usage que vous en faites.
Par ailleurs, le BEC diminue le voltage au prix d'une élévation
de température importante. Si la batterie de propulsion
dépasse trois éléments lipo, les composants
risquent de surchauffer, causant la perte du modèle. Enfin,
les récepteurs alimentés par le contrôleur
sont davantage susceptibles aux interférences et autres
"tops radio".
Dans ce cas, il est préférable de ne pas utiliser
la fonction BEC. On dit alors que le contrôleur est en mode
"OPTO" (comme les contrôleurs ne possédant
pas de BEC). L'alimentation de la radio se fait par une petite
batterie ou (mieux encore) un circuit "UBEC" séparé.
Il faut alors IMPERATIVEMENT retirer le fil central de la nappe
(le rouge) reliant le contrôleur au récepteur. Sans
quoi, la batterie de réception se décharge brutalement
dans les circuits du contrôleur, qui risque bien de partir
en fumée... |
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En cas d'utilisation d'un
accu de réception (ou UBEC) séparé,
le fil rouge de la nappe reliant le contrôleur au
récepteur doit être déconnecté. |
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Sur la fiche "Uni" allant dans le récepteur,
soulevez le verrou en plastique de la borne centrale à l'aide
d'une aiguille et retirez le connecteur en tirant sur le fil. Repliez
celui-ci sur quelques centimètres et isolez d'un tour de
scotch transparent.
Pour résumer, le BEC s'utilise uniquement sur les petits
modèles légers alimentés en deux ou trois éléments
lipos : motoplaneurs, avions en mousse, micro-hélicoptères.
Pour tous les autres : passez en OPTO et déconnectez le fil
rouge !
Notez que les contrôleurs les plus récents intègrent
un "UBEC" assez puissant pour alimenter sans danger les
servos. Vérifiez donc le mode d'emploi. |
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Le BEC intégré au
contrôleur permet de se passer d'un accu de réception
sur les petits modèles. |
Programmez vos contrôleurs |
Les contrôleurs modernes offrent presque tous
des options paramétrables par l'utilisateur. Au minimum, le frein
moteur peut être activé ou désactivé à
l'aide d'un cavalier, d'un interrupteur ou de la position du manche
des watts lors du branchement. Mais il est désormais standard
de pouvoir régler bien d'autres fonctions. La programmation peut
se faire de trois façons différentes. La plus conviviale
est l'interface USB qui permet de relier le contrôleur à
un PC. Après avoir téléchargé le programme
sur le site du fabriquant, on peut paramétrer très facilement
toutes les options. Une autre façon de modifier la programmation
est d'utiliser une carte ou une boîte de programmation, sur laquelle
on règle les paramètres avant de la connecter brièvement
au contrôleur. Mais la méthode la plus courante est l'utilisation
du manche des watts, qu'il faut déplacer quand le moteur émet
un certain signal sonore. Cette procédure est souvent utilisable
même quand une carte ou une interface USB sont disponibles.
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Les interfaces USB,
cartes et autres "boîtes" de programmation facilitent
les réglages mais alourdissent la facture... |
Chaque façon de faire a ses inconvénients.
La programmation par stick n'est pas vraiment difficile, mais longue
et fastidieuse. Heureusement, on ne programme pas son contrôleur
tous les jours, donc l'inconfort est finalement très relatif.
Mais gare au distrait qui aurait égaré le mode d'emploi
! Il se retrouverait condamné à utiliser son contrôleur
tel quel, sans pouvoir le reprogrammer.
La carte ou le boîtier sont des accessoires pratiques qui permettent
de visualiser toutes les options d'un coup d'œil. Mais ils alourdissent
la facture et c'est toujours quand on en a besoin qu'on ne les retrouve
pas. L'interface USB est quant à elle encore plus chère,
mais elle permet d'accéder à des réglages bien
plus fins. Par exemple, au lieu de régler le frein «On/Off»,
on peut choisir n'importe quelle valeur de freinage entre 0 et 100%.
Au rang des inconvénients, le plus évident est qu'on dispose
rarement d'un PC sur le terrain. En outre, le logiciel est rarement
mis à jour et il risque fort de ne plus marcher correctement
avec les versions plus modernes de Windows. Quant aux heureux propriétaires
de PC Mac ou Linux, tant pis pour eux ! Mais ils ont l'habitude...
Ajoutons que les modes d'emplois sont rarement en français, ce
qui ne facilite pas les choses. D'ailleurs, même si vous lisez
l'anglais, l'origine asiatique de l'auteur est souvent perceptible.
C'est parfois très rigolo, mais pas pratique du tout...
Enfin, si vous optez pour un contrôleur qui se programme à
l'aide d'un outil externe, vérifiez qu'il soit aussi programmable
par le manche des watts et conservez le mode d'emploi précieusement.
En cas de panne ou de perte du «gadget», il vous restera
un recours...
Frein moteur : quand le manche est
au minimum, le moteur est freiné, ce qui évite qu'il continue
à tourner sous l'effet du vent relatif. Ainsi, les hélices
des planeurs peuvent se replier le long du fuselage. Les valeurs sont
toujours "On/Off", parfois "Soft, Medium, Hard, etc.".
Le frein peut être "passif" ou "actif". Dans
le premier cas (le plus fréquent), le contrôleur court-circuite
deux fils du moteur, ce qui «freine» magnétiquement
la rotation. Cette solution n'est parfois pas suffisante sur les planeurs
rapides munis de grandes hélices. Celles-ci ne ralentissent pas
assez pour se replier et agissent alors comme un énorme aérofrein.
Un mode de frein "actif" est alors préférable
car le contrôleur va s'opposer à la rotation en envoyant
du courant "à contresens". Notez que dans ce mode,
le contrôleur consomme du courant même avec l'hélice
arrêtée ! Cela dit, une fois que les pales sont repliées,
cette consommation est quasi-nulle. Il ne faut donc pas utiliser ce
mode avec une hélice non repliable.
Le frein moteur ne s'utilise normalement que sur les planeurs. Sur les
avions, l'effet d'aérofrein causé par la rotation de l'hélice
est au contraire avantageux.
Avance (Timing) : ce réglage
détermine l'avance avec laquelle l'attraction magnétique
se fait, un peu comme l'avance à l'allumage d'un moteur thermique.
Une valeur élevée permet d'obtenir une puissance maximale.
Une faible valeur donne par contre un meilleur rendement. Les options
courantes vont de 4° à 32°. Sachez que les moteurs à
cage tournante préfèrent les valeurs élevées,
sauf indication contraire du fabriquant. On choisira donc 16° ou
32°. Les brushless à rotation interne demandent souvent une
valeur plus basse : 4° ou 8°.
PWM(D) (Pulse Width Modulation)
: cette abréviation effrayante désigne
la fréquence à laquelle le contrôleur pilote
le moteur. Les valeurs courantes sont "8KHz, 16KHz et 32KHz".
Les moteurs à cage tournante possédant de nombreux
pôles (12, 14 ou 16) fonctionnent théoriquement mieux
avec une valeur élevée, au prix d'une possible perte
de performances. Les moteurs à cage interne à 2
pôles marchent déjà à la valeur la
plus basse. Dans la pratique, je n'ai jamais constaté aucune
différence en vol. Il semblerait que ce ne soit vraiment
important que pour les moteurs à cage tournante à
très haute vitesse de rotation (turbines, hélicos,
etc.). En principe, on règle donc cette option à
la plus faible valeur qui permet un fonctionnement fluide du moteur.
Notez que le réglage du PWM peut avoir une influence sur
le sifflement qu'émettent certains brushless. Intéressant
si votre triplan de 14-18 "sonne" comme un turboprop...
Les plus anciens contrôleurs (comme les MGM par exemple)
n'arrivent pas à piloter les moteurs à cage tournante
au-delà d'un certain régime car leur PWM est trop
bas. Malheureusement, ces contrôleurs sont aussi trop vieux
pour être programmables... |
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Certains anciens contrôleurs,
comme ce MGM, sont incapables de piloter les moteurs à
cage tournante car leur PWM est trop bas. |
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Démarrage progressif : quand
le manche est poussé à fond d'un coup, le moteur peut
démarrer instantanément ou progressivement. Les valeurs
courantes sont "Hard, Soft, Medium". C'est très intéressant
pour les moteurs entraînant un réducteur, une turbine ou
une hélice très lourde ou très grande, ou tout
simplement pour limiter l'effet de couple qui fait "déraper"
certains avions lors d'une remise brutale des watts. Le seul inconvénient
est que la pleine puissance n'est pas disponible immédiatement.
Courbe des gaz : linéaire ou
logarithmique, voire même «customisée» via
le PC. Eventuellement intéressant pour les hélicos, peu
d'intérêt pour les autres modèles.
Tension de BEC : Vous pouvez choisir
la tension d'alimentation du récepteur: 5 ou 6 volts. Attention,
en 5 volts le circuit BEC chauffera un peu plus qu'en 6 volts.
Tension de coupure : la tension de
coupure moteur est adaptée au nombre et au type d'éléments.
Les valeurs les plus courantes sont "Off, Nixx, 2Lipo, 3Lipo, 4Lipo,
Auto", etc. En mode "Off", l'accu peut être vidé
complètement. En mode "Nixx" et "Auto", le
contrôleur coupe quand la tension a chuté de ±20%
par rapport à la tension de départ. En mode "nLipo",
la coupure se fait à un voltage parfois réglable : 2,7
ou 3 volts par élément. Par expérience j'ai pu
constater qu'à 3 volts, le contrôleur coupe prématurément
alors qu'à 2,7 volts il coupe trop tard. Il vaut bien mieux ne
pas s'y fier et poser le modèle après un certain temps
de vol, en gardant une confortable réserve, comme on le faisait
«dans le temps» avec les moteurs thermiques. On utilise
alors le mode "Nixx".
Type de coupure : quand la tension
descend trop, le moteur peut s'arrêter brutalement, ou perdre
progressivement ses tours, voire même avoir un fonctionnement
«pulsé» qui s'entend du sol. Les valeurs courantes
sont "Hard", "Soft", "Progressive", etc.
Dans le premier cas, on peut remettre le moteur en route en abaissant
un instant le manche des watts au minimum. Dans le second cas, la puissance
sera réduite de façon à ce que la tension ne descende
pas sous le seuil réglé au point précédent.
Quoi qu'il en soit, si cela vous arrive, posez-vous immédiatement
car il ne vous reste que quelques secondes de moteur. La courbe de décharge
des accus modernes est tellement raide en fin de vol qu'il est rarement
possible de faire un circuit d'approche complet.
Régime constant : (On/Off)
dans ce mode, le contrôleur va tenter de maintenir un nombre de
tours constant, quelle que soit la résistance appliquée
sur l'hélice. Cela peut être intéressant pour un
hélico ou un avion à hélice à pas variable.
Sens de rotation : (Normal/Inverse)
permet de changer le sens de rotation du moteur sans toucher au câblage.
Mélodie d'accueil : Et oui,
beaucoup de contrôleurs jouent une petite musique au branchement.
Celle-ci peut être informative (différente en fonction
des paramètres réglés) ou seulement décorative.
Les valeurs courantes sont "Off, Gingle Bells, Happy Birthday",
etc. Bientôt on pourra peut-être "uploader" son
propre MP3 
Notez encore que presque tous les contrôleurs
sont protégés contre la surchauffe et la surconsommation,
mais rarement contre les inversions de polarité. En cas de "mise
en alerte" du contrôleur ou de son circuit BEC, l'électronique
est protégée... mais le modèle perd son moteur
et peut-être même sa radio... Et à défaut
d'aération adéquate, achetez donc un contrôleur
un peu plus gros que nécessaire, par exemple un 60 A pour un
modèle consommant 40 A à fond et au sol.
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Beaucoup de contrôleurs
intègrent des fonctions pour hélicoptères,
comme le mode "gouverneur". |
Vous l'aurez certainement remarqué, il y a
"contrôleur 40A" et "contrôleur 40A".
Le premier coûte 65 euros, le second 35 euros, voire 15 euros
sur Internet. Parfois, ils sont curieusement identiques, à l'étiquette
près... Alors, le plus cher est-il véritablement plus
performant ? Pour en avoir essayé beaucoup, je peux dire qu'au
niveau des performances, ils se valent généralement. Les
contrôleurs "Flash" Electronic Model, par exemple, sont
conformes aux "Jeti" clonés (à moins que ce
ne soit l'inverse...) par d'autres marques aussi diverses qu'asiatiques:
"Pulso", "OemRC", "Emax", "XPower",
etc. Il paraît que leur logiciel est différent et que les
moteurs d'Electronic Model gagnent quelques pourcents de rendement quand
ils sont branchés aux contrôleurs de la marque. Franchement,
je n'ai absolument rien remarqué en vol. Par contre, je pense
qu'il y a une différence au niveau du contrôle de qualité,
inexistant sur les contrôleurs à bas prix. Cela signifie
que de temps en temps on tombe sur le "contrôleur du lundi",
qui refuse tout service ou grille après trois vols. C'est alors
le service après-vente qui fait la différence, et là
aussi, le plus cher n'est pas toujours le meilleur...
Cage tournante ou rotor interne, un moteur brushless est
toujours constitué d'électro-aimants (bobines)
fixes et d'aimants en rotation. Quand un aimant approche d'une
bobine, le contrôleur la magnétise, ce qui attire
l'aimant et fait accélérer le moteur. Dès
que l'aimant est assez proche de la bobine, le contrôleur
la désactive. L'aimant la dépasse sur sa lancée
pour être attiré par la bobine suivante qui est
alors activée, et ainsi de suite. Mais comment "sait"
le contrôleur quand il doit alimenter ou couper la bobine
?
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Pendant la période "désactivée"
de la bobine, le mouvement de l'aimant induit un courant dans
les fils de cuivre, comme une dynamo de vélo. Le contrôleur
mesure ce courant des milliers de fois par seconde, ce qui lui
permet de «savoir» à quelle "distance"
se trouve l'aimant. Quand l'angle entre aimant et bobine correspond
au «timing» programmé, le contrôleur
active la bobine.
Pour que cela marche, il faut qu'il y ait un mouvement entre les
bobines et les aimants. Au démarrage, le contrôleur
va donc alimenter brièvement les bobines, juste pour lancer
le moteur. Dès qu'il "perçoit" le mouvement,
il peut synchroniser son pilotage, et inverser la rotation si
nécessaire. C'est la raison pour laquelle certains moteurs
semblent "hésiter" au démarrage.
Pour changer le régime d'un brushless, le contrôleur
pilote la vitesse de rotation du champ magnétique dans
le moteur et la durée d'activation des bobines. Les moteurs
les plus simples ont trois bobines et deux aimants, mais les plus
complexes ont 16 pôles, voire plus encore ! Un tel moteur
tournant à 20.000 t/mn (dans une turbine par exemple) voit
ses bobines s'allumer et s'éteindre des milliers de fois
par seconde. Pendant chaque période "éteinte",
le contrôleur doit avoir le temps de faire assez de mesures
pour déterminer la position des aimants. S'il ne parvient
pas à suivre (le PWM est trop bas), le moteur surchauffe,
"cogne", vibre, émet des bruits inquiétants
et peut même s'arrêter brutalement. Un peu comme un
moteur thermique quand l'allumage se fait au mauvais moment... |
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L'utilisation
du frein moteur permet de replier les pales d'hélices sur
les motoplaneurs. |
Contact : laurent.schmitz@jivaro-models.org