Les condensateurs
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Edité le 02/01/2005. |
Dans ce chapitre ne seront traités que les condensateurs pour variateur, et non les condensateurs d'antiparasitage. |
DéfinitionUn condensateur est un dipôle constitué de deux armatures parallèles et séparées par un diélectrique ou isolant (air, papier, mica, etc.) |
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). |
Considérations purement empiriquesL'utilisation des condensateurs de forte capacité en entrée du variateur commence à dater d'un certain nombre d'années déjà. Il y a environ dix ans, les pilotes avaient commencé à en monter de 680µF. Contrairement à ce que certains peuvent croire, il ne s'agit donc pas d'un simple effet de mode, mais la suite logique d'une recherche de solutions qui se posaient suite à la progression très rapides des performances des voitures électriques, et donc des courants mis en jeu. |
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. |
Second constat plus récent, si l'on souhaite rouler en piste 1/12° quatre éléments sans pack de réception, monter un gros condensateur à faible impédance sur le variateur électronique (avec idéalement un condensateur sur le récepteur, de 0.1F par exemple) permet de rouler 30 secondes à 1 minute de plus (vérifié et validé par l'auteur de l'article), surtout avec un variateur qui préfère donner la priorité à la puissance plutôt qu'à l'alimentation du récepteur. Attention à la terminologie, on ne gagne pas en autonomie, mais en temps de roulage, car l'accu a toujours la même capacité et le système ne consomme pas moins... |
Utilité des condensateursPetit rappel sur le principe de fonctionnement d'un variateur électronique.
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. |
Choix du(es) condensateur(s)Lors du choix du (es) condensateur(s), il convient d'observer:
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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:
Soit un total qui au minimum tourne autour de 15 milliohms donc. |
Quand on installe des condensateurs en parallèle, on additionne les capacités, mais l'ESR change aussi. Dans le cas d'un couplage en parallèle d'impédances, l'impédance équivalente résulte de l'addition vectoriel (géométrique) de l'inverse des valeurs ohmiques de ces constituants. En simplifiant généreusement, on obtient: 1/Réq= 1/R1 + 1/R2 + ... + 1/Rn. |
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:
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. |
Montage du(es) condensateur(s)Les condensateurs utilisés pour cette application sont des composants avec une polarité. S'il n'y a pas de polarité indiqué sur le condensateur, la bande blanche indique le pôle moins. Le moins a également la patte la plus courte. Pour les raisons évoquées ci-dessus, ils doivent être montés au plus près du variateur, du côté batterie, le moins sur le moins et le plus sur le plus. Ils doivent également être montés avec du fil de bon diamètre pour être pleinement efficace (ou mieux, directement sur le variateur, au plus près, mais ce n'est pas toujours évident), contrairement au montage photographié ci-contre par exemple. Sur cette photo, les fils sont trop longs et trop fins. Ne pas hésiter à protéger les contacts du condensateur pour éviter tout risque de court-circuit. Les gros condensateurs ne doivent pas être laissés volants, mais doivent être fixés solidement, car ils sont lourds et leurs pattes risquent de casser. |
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:
Merci à WPV et CB de Select Models pour leur aide. |