Calculateur de déclassement thermique BLDC

Ce calculateur modélise l'élévation de température moteur BLDCà l'aide d'un réseau de résistance thermiquepour vérifier que les températures des enroulements restent dans les limites de la classe d'isolation. Les concepteurs de moteurs, les constructeurs de drones et les intégrateurs industriels l'utilisent pour déterminer les courants nominaux continus et le refroidissement requis pour leur environnement d'exploitation.

Le modèle thermique en régime permanent suit une analogie électrique : le flux de chaleur (watts) à travers la résistance thermique (C/W) produit une différence de température (C). Selon le modèle thermique de Mellor (IEE Proc. 1991), la voie principale est bobinage -> fer statorique -> boîtier -> température ambiante, avec $T_{winding} = T_{ambient} + P_{total} \times (R_{\theta,wc} + R_{\theta,ca})$, où $R_{\theta,wc}$ est bobinage-boîtier et $R_{\theta,ca}$ est la résistance thermique cas-air ambiant.

La classe d'isolation définit la température d'enroulement maximale autorisée selon la norme IEC 60085 : classe B (130 °C), classe F (155 °C) et classe H (180 °C). La plupart des moteurs BLDC Hobby utilisent un fil émaillé de classe B ou F. Dépasser la valeur nominale de 10 °C réduit de moitié la durée de vie de l'isolation selon la règle d'Arrhenius : la marge thermique n'est pas facultative.

La résistance du cuivre augmente avec la température : $R(T) = R_{25} \times (1 + \alpha (T - 25))$ où $\alpha = 0.00393$ /C pour le cuivre. Cela crée une rétroaction thermique positive : les enroulements les plus chauds ont une résistance plus élevée, ce qui entraîne une perte de $I^2R$ plus importante, ce qui augmente encore la température. La température d'équilibre doit être résolue de manière itérative ou via la forme fermée : $T_{eq} = T_{amb} + I^2 R(T_{amb}) \times R_{\theta,total} / (1 - \alpha \times I^2 R_{25} \times R_{\theta,total})$ (maxon). Le calculateur utilise cette forme fermée, avec $I$ le courant d'alimentation et $R_{25}$ la résistance aux bornes entre deux fils à 25C, que ce courant traverse en commutation par blocs. Lorsque $\alpha \times I^2 R_{25} \times R_{\theta,total} \geq 1$, il n'existe aucun équilibre (emballement thermique), et le calculateur n'en indique aucun.

La constante de temps thermique du premier ordre $\tau = R_{\theta} \times C_{th}$ (où $C_{th}$ est la capacité thermique en J/C) détermine la rapidité avec laquelle le moteur chauffe. Les petits moteurs de drones ($\tau$ = 10-30 s) atteignent 63 % de la température finale en moins de 30 secondes. Cela signifie que les courants nominaux de rafale ne sont sûrs que pour des durées bien inférieures à $\tau$.