Principe de commande des moteurs sans balais

La commande d'un moteur permet de contrôler sa rotation, son arrêt et sa vitesse de rotation. Cette commande est également appelée variateur de vitesse électronique (ESC). Le réglage électrique s'effectue en fonction du type de moteur utilisé, notamment pour les moteurs sans balais et les moteurs à balais.

L'aimant permanent du moteur à balais est fixe, la bobine est enroulée autour du rotor et la direction du champ magnétique est modifiée par un contact discontinu entre le balai et le collecteur pour maintenir la rotation continue du rotor.

moteur sans balaisComme son nom l'indique, ce type de moteur ne possède ni balais ni collecteur. Son rotor est un aimant permanent, tandis que sa bobine est fixe. Il est directement alimenté par une source d'alimentation externe.

En réalité, le moteur sans balais nécessite également un régulateur électronique, qui est en fait un système de commande du moteur. Ce dernier inverse le sens du courant dans la bobine fixe à tout moment, afin de garantir que la force entre celle-ci et l'aimant permanent soit répulsive et que la rotation continue puisse se poursuivre.

Un moteur sans balais peut fonctionner sans réglage électrique ; une alimentation électrique directe suffit, mais la vitesse du moteur ne peut être contrôlée. Un moteur sans balais nécessite un réglage électrique pour tourner. Le courant continu doit être converti en courant alternatif triphasé par un régulateur de courant.

Le premier système de réglage électrique est différent du système actuel ; il s’agissait d’un réglage électrique à balais. Ceci étant dit, vous pourriez vous demander : qu’est-ce qu’un réglage électrique à balais, et quelle est la différence avec le réglage électrique sans balais actuel ?

En réalité, la principale différence entre un moteur brushless et un moteur brushless réside dans le type de moteur. Le rotor, la partie mobile du moteur brushless, est constitué d'un bloc magnétique, tandis que la bobine, ou stator, est immobile, puisqu'il ne comporte pas de balais en carbone. C'est le moteur brushless.

Et un moteur à balais, comme son nom l'indique, est un moteur à balais utilisant des balais de carbone ; c'est le genre de moteur avec lequel les enfants jouent généralement à la télécommande.

Selon les deux types de machines électriques et le nom des moteurs à balais et sans balais, la régulation électrique est la suivante : d'un point de vue professionnel, un moteur à balais produit un courant continu, tandis qu'un moteur sans balais produit un courant alternatif triphasé.

Le courant continu est l'électricité stockée dans nos batteries, qui peut être divisée en pôles positif et négatif. L'alimentation électrique de nos maisons en 220 V, utilisée pour les chargeurs de téléphones portables ou les ordinateurs, est du courant alternatif. Le courant alternatif a une certaine fréquence ; en termes généraux, il s'agit d'une ligne avec un pôle positif et un pôle négatif qui s'inversent. Un courant continu possède un pôle positif et un pôle négatif.

Maintenant que les notions de courant alternatif et de courant continu sont claires, qu'est-ce que l'électricité triphasée ? Selon la théorie, le courant alternatif triphasé est une forme de transmission d'électricité, appelée électricité triphasée, composée de trois potentiels alternatifs de même fréquence, de même amplitude et déphasés de 120 degrés successivement.

D'une manière générale, notre courant domestique est triphasé, à l'exception de la tension, de la fréquence et de l'angle d'attaque, qui sont différents, mais le reste est identique ; nous comprenons maintenant le fonctionnement de l'électricité triphasée et du courant continu.

Sans balais, l'entrée est en courant continu, stabilisé par un condensateur de filtrage. Le circuit se divise ensuite en deux voies : la première utilise un BEC (composant électronique de buse) pour la commande électrique du récepteur et d'un microcontrôleur (MCU) pour l'alimentation ; la sortie vers le récepteur est constituée des fils rouge et noir du câble d'alimentation ; la seconde utilise un transistor MOS. Dans ce cas, le SCM (module de commande du circuit intégré) est alimenté, ce qui provoque la vibration du transistor MOS et produit un bruit de goutte à goutte du moteur.

Certains systèmes de réglage électrique sont équipés d'une fonction d'étalonnage de l'accélérateur. Avant la mise en veille, le système vérifie la position de l'accélérateur (haute, basse ou moyenne). Si l'accélérateur est en position haute, il lance le processus d'étalonnage.

Lorsque tout est prêt, le microprocesseur monopuce de réglage électrique détermine la tension et la fréquence de sortie, ainsi que le sens de rotation et l'angle d'entrée, afin de faire tourner le moteur en fonction du signal sur la ligne de signal PWM. C'est le principe de l'électromodulation sans balais.

Lorsque le moteur d'entraînement est en marche, trois groupes de transistors MOS fonctionnent en modulation électrique, deux par groupe. Un transistor contrôle la sortie positive, l'autre la sortie négative. Lorsque la sortie est positive, la sortie négative, et inversement, la sortie est à son maximum, générant ainsi un courant alternatif. Pour ce faire, les trois groupes de transistors fonctionnent à une fréquence de 8000 Hz. De ce fait, la régulation électrique sans balais est équivalente à celle d'un moteur d'usine utilisant un convertisseur de fréquence ou un régulateur.

L'entrée est en courant continu, généralement alimentée par des batteries au lithium. La sortie est en courant alternatif triphasé, ce qui permet d'entraîner directement le moteur.

De plus, le régulateur électronique sans balais pour modèles réduits d'avions possède également trois lignes d'entrée de signal, un signal PWM d'entrée, utilisé pour contrôler la vitesse du moteur. Pour les modèles réduits d'avions, en particulier pour les modèles réduits à quatre axes, des modèles spéciaux sont nécessaires en raison de leurs particularités.

Alors pourquoi un réglage électrique spécial est-il nécessaire sur le quad ? Qu'a-t-il de si particulier ?

Le quad possède quatre rames, et deux d'entre elles sont relativement croisées. La rotation avant et arrière de la pagaie permet de compenser les problèmes de rotation causés par la rotation d'une seule pale.

Le diamètre de chaque rame est petit, et la force centrifuge est dispersée lorsque les quatre rames tournent. Contrairement à une pagaie droite, il n'y a qu'une seule force centrifuge d'inertie qui génère une force centrifuge concentrée qui crée une propriété gyroscopique, empêchant le fuselage de se retourner rapidement.

Par conséquent, la fréquence de mise à jour du signal de commande de la direction est très faible.

Pour une réponse rapide aux changements de posture causés par la dérive, un système à quatre axes nécessite un réglage électrique à grande vitesse. La vitesse de renouvellement d'un PPM conventionnel à commande électrique n'est que d'environ 50 Hz, ce qui ne répond pas aux besoins de contrôle de la vitesse. Le microcontrôleur PID intégré au PPM permet des variations de vitesse fluides, contrairement aux modèles réduits d'avions conventionnels. Ce système à quatre axes n'est pas adapté, car les variations de vitesse des moteurs à quatre axes nécessitent une réaction rapide.

Grâce à un système de réglage électrique spécial à haute vitesse et à un signal de commande de transmission via l'interface de bus IIC, il est possible d'atteindre des centaines de milliers de changements de vitesse du moteur par seconde, permettant ainsi de maintenir un moment d'attitude stable en vol quadri-axes. Même en cas d'impact soudain de forces extérieures, le système reste intact.

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