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Moteurs - MESURES Ri, Kv, Io

MESURES Ri, Kv, Io et rendement

par Louis FOURDAN

1) Mesure de résistance interne (préliminaire statique)

Outillage :

    Alimentation VI rectangulaire (CV-CC), Voltmètre, Ampèremètre

Méthodologie

    En fonction de la puissance du moteur, donc de sa résistance interne et des instruments de mesure disponibles choisir un couple

    Courant max – Tension max, par exemple Imax 1 A et Vmax = 3 V

    Ne pas " tuer " le moteur par une intensité trop forte et inadaptée, baisser la tension / nominale !!

    Soient Ph1, Ph2 et Ph3 les trois fils (phases) du moteur brushless.

    Relier 2 phases aux bornes + et – (sens indifférent), mesurer la tension aux bornes.

    Le moteur brushless NE PEUT PAS TOURNER avec une seule phase !!

    INUTILE DE LE BLOQUER !! il peut juste grogner un coup et s’équilibrer en position.

    Faire 3 mesures phases 1-2, phases 1-3, phases 3-2. Calculer la moyenne.

Astuces

    Bien entendu on peut aussi avoir un courant " non à valeur ronde " et faire la division R = V/I, mais alors il y a deux lectures à faire. Ne pas oublier qu’il faut travailler dans une zone ou le milli-voltmètre est encore précis. Pour Ri = 20 milliohm, avec 1 ampère la tension est de seulement 20 millivolt. Donc plus le moteur est gros, plus il faut monter le courant, 1A .. 2A .. 20 A. Problème d’instruments de mesure et d’alimentation. Pensez à calculer la " puissance de la mesure V x I".

    Faire une mesure au vol, rapide par ON-OFF pour éviter de chauffer le bobinage. J’ai un montage avec douilles banane et gros interrupteur en série. Eviter de couper l’alimentation.

    Ainsi la résistance est mesurée à l’ambiante, plutôt qu’à une température inconnue !

    En fonction de la température la résistance du cuivre augmente

    Rappel : Ri = rho L/S

    rho = résistivité (resistivity) micro-ohm-cm et coefficient de température Ct /°C)

    Cu @ 20°C rho = 1.72 Ct = +0.0068 /°C

Reférences :

    Calculateur de Ri (données longueur et section) " Electrical conductivity "

    http://www.mogami-wire.co.jp/e/cad/wire-gauge.html

    http://www.allmeasures.com/Formulae/static/materials/12/electrical_conductivity.htm

    http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Tables/rstiv.html#c1

Exemple Moteur Brushless MEGA 16/7/17

    On ajuste Imax = 1 A , mesures " au vol " (Interrupteur) 2 par 2 phases

    on mesure Ph1-Ph2 V1/2 = 0.618 V , on calcule R1/2 = 0.618 ohm

    on mesure Ph1-Ph3 V1/3 = 0.620 V , on calcule R1/3 = 0.620 ohm

    on mesure Ph1-Ph2 V2/3 = 0.621 V , on calcule R2/3 = 0.621 ohm

    " Puissance de la mesure " 0.62 watt environ

    Remarque : MEGA donne 310 milliohm !! soit la moitié (montage étoile probable)

    MEGA donnerait la résistance d’une " section "

    Mesures fonction du temps : (on peut tracer la courbe sous EXCEL)

    minute

    0

    0.5

    1

    2

    4

    8

    10

    12

    14

    21

    30

    70

    R mΩ

    620

    626

    628

    631

    635

    641

    643

    645

    646

    648

    649

    649

    Déductions : élévation de T°C sous 0.63 W = 6.9°C

    Kth = 11°C/W

    Constante de temps thermique Cth environ 6 minutes

2) Mesures sans couple résistant (à vide)

Outillage :

    Alimentation VI rectangulaire, Voltmètre, Ampèremètre

    Contrôleur-variateur

    Emetteur Radio + récepteur ou Générateur de signal-servo (lecture pulse ms)

    Tachymètre optique

    Support moteur

    Fausse hélice pas nul (petite plaque époxy avec 2 réflecteurs " alu ")

Montage :

    Monter le moteur sur un support (fixation + étau), connecter le variateur 3ph

    Fixer la plaquette (fausse hélice " dummy ") sur l’axe

    Brancher radio, récepteur ou simulateur servo avec le variateur

    Tension – courant A L’ENTREE du controleur/variateur (courant continu)

    banc_moteur1.jpg

    Fausse hélice pour mesure " à vide " = Plaque époxy + 2 morceaux scotch alu

Méthodologie

    Régler la tension (variable dans un tableau)

    Manche en position stop, mesurer I (moteur arrêté)

    Manche au max (full) , mesurer Io et vitesse de rotation (rpmo en tour/minute)

    Faire un tableau V, rpmo et Io. Surveiller rpmo et les grognements du moteur en "montant" la tension progressivement. Ne pas dépasser la vitesse max du moteur, en particulier pour les moteurs à fort Kv.

    Calculer Kv par la formule Kv = rpmo / (V - Io x Rm)

Exemple

    ESC Model Motors 18e+3ph + fils avec moteur brushless MFLY (proto. à faible Kv)

    Radio Eclipse 7 + Hitec Rx Micro 555 72.250 MHz

    V

    rpm (full)

    mA(full)

    mA(stop)

    Kv

    6

    3000

    204

    37

    510.4

    7

    3520

    220

    37.5

    512.5

    8

    4040

    235

    38

    514

    9

    4540

    254

    38.5

    513

    10

    5040

    265

    39

    512

    11

    5545

    280

    39.5

    512

    12

    6075

    294

    40

    513.8

    Kv = 512 rpm/V

    Io = 265 mA (à 10 V)

3) Rendement du moteur en fonction du courant

    Paramètres de base : résistance Rm, courant à vide Io et tension V

    Avec ces 3 valeurs, on peut déduire la " courbe de rendement " Eta = f(Courant)

    Cette courbe a une forme en cloche et présente un maximum Etamax obtenu pour le courant Ietamax

    Les formules permettant de calculer cette courbe sont détaillées ici :

    Joachim BERGMEYER http://www.rcgroups.com/links/index.php?id=4068

    Ietamax = SQRT(Io x V / Rm) SQRT signifie racine carrée de

    Etamax% = 100 x (1 – SQRT(Io x Rm / V) )^2

    Rm = résistance (2 extrémités sur 3 pour un brushless) + résistance du contrôleur

    Io courant à vide pour la tension V aux bornes d’entrée du contrôleur

    Avec l’augmentation de température on peut corser le problème en utilisant Rm non pas à 20°C mais à la température atteinte par le moteur ou une estimation.

    Ce calcul peut être simulé par programmation (VB , Basic, Pascal, Delphi ou C ..) mais il faut connaître la résistance thermique Kth (°C/W) et la constante de temps de montée en température. En calculant la perte de puissance interne (puissance dissipée par le moteur) le calcul est relativement simple. Cependant les conditions de refroidissement (air calme ou air pulsé) modifie notablement la constante Kth.

4) Mesures sur hélices avion

Outillage :

Alimentation VI rectangulaire, Voltmètre, Ampèremètre

Contrôleur-variateur

Emetteur Radio + récepteur ou Simulateur de servo (lecture pulse ms)

Tachymètre optique

Support moteur

Hélices diverses et adaptateurs d’hélices (voir MP-Jet)

Méthodologie

Régler la tension

Manche au max (full) , mesurer I et vitesse de rotation (rpm ou tour/minute)

Mesurer la poussée sur un système " balance "

a- Support direct sur balance de ménage (mesure par différence de poids ON-OFF)

b- Plateau oscillant sur quatre suspentes (mesure d’angle et calcul trigonométrique)

    Voir http://www.legallou.com/Technique/Outils/Bancdemesure/banc.html

c- Bras rigide pivotant sur axe horizontal (mesure d’angle et calcul trigonométrique)

d- Peson genre KERN MH 5K5 ou MH10K10 (balance suspendue) http://www.kern-sohn.com

e- Cette dernière solution c) permet une transmission vers PC (par potentiomètre ou codeur angulaire)

Exemple

Hélice APC 9x6

V rpm mA g W (P_in)
10 4165 1980 160 19.8

Par tâtonnement (avec Astrobob.exe) on recherche le coefficient de poussée de la formule de Boucher,

(voir sur http://guide-aearv.modelisme.com)

pour trouver la même poussée (données rpm et dimensions hélice)

Ici on trouve environ 1.45

Le logiciel donne alors P_out = 16.6 W

D’où P_out / P_in :

rendement environ 84 %

Ce rendement INCLUT les pertes du variateur brushless

Mais la précision de cette méthode est tres aléatoire.

Préférer le calcul par les formules à partir de Rm, Io, V et Kv

Une autre mesure plus difficile sur banc spécifique permettrait d’obtenir le " couple "

Et d’en déduire la puissance hélice (P_out) par le produit " couple x vitesse ".

Eventuellement comparer à MOTOCALC si la base de données contient le moteur, sinon entrer les paramètres mesurés.

Variante:

Mesurer des trios de valeurs V, rpm, I pour 3 charges (à vide , 2 hélices) ou plus

Par regression d'un système d'équations on peut calculer Rm et Kv

V, rpmo, Io        V, rpm1, I1        V, rpm2, I2  ...  V, rpm3, I3

(utiliser un programme EXCEL)

5) Etalonnage d'une hélice - Courbe traction f(vitesse rpm)

Il est intéressant de bien connaitre son stock d'hélices.

Chaque hélice possède des paramètres dimensionnels:

  Diamètre - pas - alésage - poids - épaisseur du moyeu ..

Et donc un "montage" mécanique adéquat (prop-saver ou collet à pince ou à vis pointeau de blocage)

 

L'aspect aérodynamique est caractérisé par trois aspects

-  le coté puissance absorbée (paramètre n100W)

-  le coté traction statique

-  la vitesse limite (pitch speed)

 

On peut relever soit meme la courbe traction statique = f(rpm)

Il faut un moteur d'entrainement (brushed), une alimentation stabilisée, un tachymètre, une balance et un banc de montage.

En général la courbe est une parabole T = Kt rpm^2

Excel permet d'évaluer le coefficient Kt

6) Remarques sur la précision

Toutes les mesures sont entachées d’incertitudes liées à la classe de précision des appareils (V, I, tachymètre, balance). De plus certaines " fluctuations de mesure " diverses sont à " moyenner ".

Au cours d'une série de mesures, le moteur chauffe, sa résistance augmente et sa vitesse (rpm) a tendance à baisser.

Au total l’incertitude peut être facilement de l’ordre de ±5 %

LA METHODE COMPARATIVE DE PLUSIEURS MOTEURS SUR LA MEME HELICE EST PAR CONTRE TRES " JUSTE ".

7) Exemple de logiciel : AXI_Calc  (voir icone Téléchargements)

banc_moteur2.jpg

Courbe de rendement et point de fonctionnement hélice.


Date de création : 09/04/2005 @ 23:15
Dernière modification : 31/03/2006 @ 11:42
Catégorie : Moteurs
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react.gifRéactions à cet article


Réaction n°1 

par patdxfr le 10/04/2005 @ 01:48

> bonjour

> qui peux m'expliquer en quelque lignes a quoi correspond le KV et comment
il se calcule?
> je viens de recevoir un petit brushless APEX 300 a construire soit même acheté 16 euro pour un petit park flyer.
J'ai la possibilité de le bobiner de différentes manières en fonction de la traction voulue, ampèrage-consommation...
>salutations
>L.S.

le kv correspond à un nombre de tour/mn de ton moteur pour 1 volt plus le kv est élevé plus il sera utilise sur des racers (petite hélice pas = diamètre)ou alors en réduction pour entraîner une hélice de grand diamètre plus il est réduit plus tu peux entraîner une hélice de grand diamètre grâce au couple la différence dans ce cas se situe dans la conso en A

Pour un park flyer bobine en 0.3 mm en mettant le max de tour pour du li-po 2S ou une vingtaine de tour en 3S ( j'extrapole en partant de moteur de cd-rom que j'ai rebobiné )

@+ didier


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