Les condensateurs
pour variateur électronique
destinés aux moteurs électriques
à charbons.

Edité le 02/01/2005.
Réactualisé le 28/02/2005.
Textes et photos de Georges.

Dans ce chapitre ne seront traités que les condensateurs pour variateur, et non les condensateurs d'antiparasitage.
Les phénomènes expliqués sont assez complexes et l'auteur de cet article n'a pas forcément toutes les compétences requises pour tous les décrypter. En cas de commentaire(s) ou de critique(s) (constructives) pour faire évoluer cet article, une adresse: overrc@hotmail.com.

On pourrait comparer le condensateur à un réservoir qui se remplit et se vide. La capacité du condensateur, qui s'exprime en Farad (symbole F), est égale au quotient de U (tension à ses bornes) par Q (quantité d'électricité).
Un Farad correspond au stockage d'une charge électrique de 1 Coulomb sous une d.d.p. (différence de potentiel) de 1 Volt. Dans la pratique, on utilise plus souvent des sous-multiples du Farad: millifarad (mF), microfarad (µF), nanofarad (nF) et picofarad (pF).

Attention, passage ennuyeux! ;-) La (modeste) expérience de l'auteur repose à l'origine sur un constat purement empirique, qui date d'un certains nombre d'année. Celui-ci, sur la piste de son club, n'avait strictement aucun problème radio en training, même avec de nombreuses autos sur la piste. Or, en course, dès qu'il montait des moteurs au-delà d'une certaine puissance, la voiture, une Losi Street Weapon (on vous disait que c'était pas tout jeune comme histoire...), devenait folle juste au-dessus de la boucle de comptage, à un endroit qui impliquait une remise des gaz. La seule solution pour passer sans atterrir dans le gazon était de laisser l'auto en roue-libre, pas pratique pour aller vite... Or, il avait remarqué dans des magazines R/C que certains top pilotes montaient ces fameux condensateurs en entrée de variateur. Donc, trouvant l'idée amusante, il en monta durant une course, sans se préoccuper de ses caractéristiques, un condensateur, puis deux, puis trois. Au fur et à mesure, les tops radio diminuaient pour finalement disparaître totalement. Mais non seulement les tops avaient disparu, mais en plus le variateur (un Novak Cyclone de première génération) semblait avoir une réponse plus linéaire et plus agréable à piloter. Pourtant, après prise de renseignements, ces condensateurs, issus de récupération (à éviter) n'avaient pas vraiment les caractéristiques nécessaires pour remplir correctement leur office.

Expérience fût également faite sur d'autres variateurs, et force est de constater que les condensateurs apportaient un gros plus sur la linéarité des variateurs anciens ou bas-de-gamme et pour la résolution de certains types de problèmes radio.
Remarquez qu'il n'y a dans les précédents propos aucune spéculation sur un apport en pêche à l'accélération. Presqu'au contraire, on aurait plutôt tendance à dire que ces condensateurs rendent plus linéaires et progressifs certains variateurs trop brutaux.

Utilité des condensateurs

Petit rappel sur le principe de fonctionnement d'un variateur électronique.
Le variateur électronique est un système dit ''hacheur'' qui se comporte comme un interrupteur ouvert à l'arrêt, ouvert et fermé dans la phase de proportionnalité et fermé en permanence (du moins théoriquement) quand le manche des gaz est à fond. C'est principalement pendant la phase de découpage que les perturbations surviennent, car les changements d'état de l'interrupteur provoquent des variations importantes du courant dans le circuit de puissance. Or, lorsque le circuit est fermé, il forme une boucle avec une surface, qui génèrent des ondes électromagnétiques. Ce bruit électronique risque donc de perturber la réception.
Pour limiter cette perturbation, on peut limiter le courant (pas très pratique quand on cherche à rouler vite) ou réduire la surface générée par la boucle. C'est pour cela que:

• Premièrement, on conseille de réduire au maximum la longueur des fils de puissance (en plus, on minimise les pertes!) et de les torsader si possible.
• Deuxièmement, il est utile de monter un condensateur dit de découplage au plus près du variateur côté batterie pour limiter les variations de courant dans cette boucle. Plus simplement, les courants de commutation ne circulent plus dans les câbles, donc cela génère moins de parasites.

Cependant, ce condensateur n'aura d'effet que si son impédance (appelée ESR - Equivalent Series Resistance) est suffisamment faible, plus faible que celle du circuit éléments de la batterie / câblage, assez délicate à estimer.

Si le condensateur n'apporte pas de boost à l'accélération, ou du moins pas de manière perceptible, il peut, s'il est suffisamment dimensionné, maintenir la tension lors d'un appel de courant important où celle du pack va chuter, et ainsi éviter un top radio à l'accélération, surtout sur les variateurs qui ont tendance à privilégier la partie puissance à l'alimentation du récepteur.

Outre ce premier effet, les condensateurs contribuent à préserver le rendement du variateur, car ils fournissent de l'énergie pendant la commutation et rendent cette dernière plus franche. Comme elle est plus franche (car comme c'est le condensateur qui fournit l'énergie, la variation de courant est plus rapide), les transistors du variateur chauffent moins, donc le rendement est préservé, et le variateur est correctement alimenté (ainsi que toute la chaîne, récepteur, etc.)

Donc, paradoxalement, alors que les condensateurs semblent plutôt être une "mode" venue de la compétition, leurs effets seront surtout perceptibles sur des variateurs anciens et/ou bas-de-gamme.

Il est en général recommandé de prendre des condensateurs d'une impédance inférieure à 15 milliohms, ce qui est un très bonne valeur à l'heure actuelle. Ce chiffre de 15 milliohms ne tombe pas vraiment du ciel, car comme on l'a déjà dit, l'impédance du/des condensateur(s) doit être inférieure à la somme des résistances du pack, des câbles et des prises. Cette somme est délicate à apprécier sans appareil de mesure sophistiqué, néanmoins, on peut considérer que l'on a les données suivantes:

• les éléments ont une résistance interne en décharge sous fort courant comprise entre 2.1 (pour les tous meilleurs GP3300 disponibles sur le marché à la date de l'écriture de cet article) à 3.9 milliohms par élément pour des packs de loisir moyenne gamme. Soit de 12.6 à 23.4milliohms pour un pack de six éléments.
• le câblage, si soigné, sans prise, au plus court, peut être très bas, mais un cablâge "honnête" doit tourner autour de 5 milliohms.

Soit un total qui au minimum tourne autour de 15 milliohms donc.

Ceci signifie par exemple que si on met deux condensateurs dont l'ESR est égale à R, l'ESR équivalente sera égale à R/2. Si on en met trois, Réq = R/3, etc.

Donc, théoriquement, par exemple, il vaudrait mieux deux condensateurs de 2200µF avec une ESR égale à une valeur X qu'un seul 4700µF avec une ESR également égale à une valeur X. De plus, cela serait plus constant, car ils se répartiraient la charge en fonction de l'élévation de la température interne. Il faut en effet savoir que la ESR se dégrade avec la température (et le temps).

On comprend mieux alors pourquoi certains pilotes multiplient les condensateurs en parallèle sur leur variateur, car c'est tout bénéfice (dans une proportion raisonnable).

Plus la capacité du condensateur est élevée, plus la quantité d'énergie emmagasiné par celui-ci est grande. On peut la calculer en connaissant la différence de potentiel entre les armatures et la capacité du condensateur: W = 1/2*C*V² où W est l'énergie électrique emmagasinée en Joule (J), C la capacité en Farad (F) et V la différence de potentiel en Volt (V).

Exemple:

• Pour un condensateur de 2200µF, on aura environ W = 0.5 * 2200 * 10-6 * 7.22 = 0.057024J.
• Pour un condensateur de 8800µF, on aura environ W = 0.5 * 8800 * 10-6 * 7.22 = 0.228096J.

On voit donc qu'un condensateur de 8800µF stocke un peu moins de quatre fois plus d'énergie qu'un condensateur de 2200µF, et 0.2C commence à représenter une énergie non négligeable (capable de jolies étincelles lors du branchement du pack ;-)

Si les kits condensateurs et/ou diodes Schottky des fabricants de variateurs sont parfois assez coûteux, voir carrément prohibitifs, la plupart des magasins de modélisme spécialisés en électrique qui se prétendent sérieux revendent diodes Schottky et condensateurs "sans logo" à des prix tout-à-fait raisonnables. Donc, en cas de doute sur les références à prendre, mieux vaut s'adresser à un spécialiste.

Attention, comme les diodes Schottky, un gros condensateur monté à l'envers peut être assez dangeureux, car il explose fort avec de la bourre partout!!!

Il faut savoir aussi qu'un condensateur vieillit. On doit donc songer à le renouveller périodiquement. Cette périodicité est assez délicate à évaluer cependant. Par contre, si le condensateur a subit un dommage mécanique (bosse, gaine abîmée, etc.), il faudra le changer sans hésitation, car, au mieux il sera inefficace, au pire il risque de se mettre en court-circuit. En compétition, on conseille d'en mettre un neuf à chaque saison.

En savoir plus:

• Consensateurs et diodes Schottky des variateurs électroniques (ancienne version de l'article).
• http://www.schumacher.clara.net/powercap.htm.
• R/C Tech.
• Petit R/C.