Quand mes leds n'en font qu'à leur tête, illumination "anormale" sur rotor

[ProJéthée]

Drôle de titre j’en conviens, mais je suis tombé par hasard sur un truc bizarre ; j’ai par deux fois, sous une forme légèrement différente fait passer la consommation de led d’un facteur de 1 à presque 16 (de 3.30 à 52 mA) des leds au sein d’un système tournant, avec une corrélation certaine entre la vitesse de rotation minimum du rotor et l’apparition du phénomène.
La première fois, 4 leds en série étaient directement reliées à une alimentation de disque dur externe délivrant 12.05V.
La seconde fois, une seule led en série avec une résistance de 470 O était reliée à la même alimentation.
Étant donné que cela a démarré de façon imprévue sur un montage en cours d’élaboration, il m’est très difficile de cerner exactement les paramètres à la source de cette anomalie. C’en est même au point que je galère parfois des heures pour reproduire la chose.
Mais il serait bon que je donne quelques précisions sur la genèse du truc ; mon idée de départ consistait à tester la bobine que j’ai décrite dernièrement sur le fil de la machine homo polaire. Ne voulant pas commander de composants spécifiques pour me construire un circuit de détection et ronger mon frein en attendant leur livraison, j’ai envisagé que si une tension apparaissait aux bornes de la dite bobine, elle pourrait en l’introduisant dans le circuit de mes leds influer sur leur éclairement. Me voilà donc à enfiler mes leds sur un morceau de plaque pastillée en les reliant par de simple fils torsadés pour éviter de souder inutilement. Le rotor est constitué de deux bouts de plexiglas, monté sur deux demi axes qui ne se touchent pas et qui permettent l’alimentation électrique par contact simple (boucle de fil qui tourne dessus). L’un de ces demi axes tourne (lié au rotor) alors que l’autre non. Ensuite, un petit aimant, en s’accrochant à l’une des vis de construction du rotor me permet grâce à une bobine externe de mesurer le nombre de tours par seconde. Dernier détail (mais peut-être pas des moindres), le rotor ayant tendance à se déplacer quelque peu dans le sens transversal et à faire grincer les pignons de transmission, un aimant collé sur le demi axe non rotatif est sensé empêcher la dérive de l’axe.
Ayant logé grossièrement la plaquette aux leds dans le rotor (leds disposées sur une ligne radiale), je mets en marche le moteur. Constatant que l’illumination semble correcte et à peu près constante, j’approche ma main de l’interrupteur lorsque je remarque du coin de l’œil que l’illumination paraît avoir augmenté. Bloquant mon geste, il ne faudra que qu’une seconde au système pour franchir la vitesse critique et provoquer une très nette augmentation de luminosité. J’ai joué un petit moment avec le phénomène, coupant le moteur pour ralentir le rotor jusqu‘au retour à l’illumination « normale », et le rallumant pour recréer l’anomalie. Décidant de mesurer le courant qui passe dans les leds, je coupe tout et réarrange les fils de façon adéquate. Et là, la galère commence. Il me faudra de nombreuses tentatives pour pouvoir reproduire la chose, mesurer ce fameux courant, et surtout filmer la scène (désolé pour la piètre qualité des vidéos mais au moins je les garantis sans trucage). Il m’arrivera à un moment de provoquer le phénomène non pas en jouant sur la vitesse mais en approchant l’aimant qui maintenait la position de l’axe de ce dernier (j’avais entre temps pallié au problème de translation d’une autre façon).
(Première vidéo, qui montre la différence d’éclairage lorsque je pince l’axe pour ralentir le rotor)
Vidéo (alt + y)
(Seconde vidéo, qui montre juste la relation entre éclairement variable et Tr/s)
Vidéo (alt + y)
Conscient des risques que je fais prendre à 4 leds simultanément, je décide de n’en connecter qu’une en la mettant en série avec une résistance. Là encore, je ne réussi pas du premier coup mais la vidéo que j’en ai faite est encore plus parlante. Au tout début, seul le premier moteur de récup du ventilateur PC (3W) entraîne le rotor d’où les 4.2 Hz. L’illumination de la led est « normal » avec une couleur blanc/bleu sur la vidéo. L’enclenchement du second moteur augmente le nombre de tours sans changer la consommation de la led ou son éclairement. Enfin, vient le franchissement de la vitesse limite qui voit la consommation de la led faire bondir en butée l’aiguille de l’ampère mètre en même temps que la led se met à cracher une violente lumière qui tire sur le vert. Elle ne résistera d’ailleurs pas longtemps à cette torture et rendra l’âme après quelques cycles accélération / décélération, éclairage normal / éclairage hors norme.
(Troisième vidéo, qui montre l’éclairement, l’aiguille de l’ampère mètre, et le nombre de Tr/s)
Vidéo (alt + y)
S’agissant de trouver une explication, je suis bien dans la mouise ; j’ai pensé au début que la vitesse et/ou une magnétisation pouvait agir directement sur les jonctions des 4 leds du début qui auto régulent le courant les traversant, mais cette explication ne tient pas pour celle toute seule, en série avec la résistance qui aurait du limiter ce courant. Et même si je ne contrôlais pas la tension en même temps, difficile d’imaginer que quelque chose ait pu jouer sur elle d’une telle manière (X par 16 ?).
Si quelqu’un a déjà rencontré ce genre de chose ou a une explication à proposer, je suis toute ouïe.

[ProJéthée]

Résumons un peu : on a donc 4 leds en série avec aucune résistance dans le circuit qui consomment en dehors du rotor (direct sur alimentation) 3.25mA. Elles consomment, toujours sur la même alimentation, 3.30mA, montées sur le rotor à l’arrêt, puis la conso fluctue entre 3.26 et 3.32 en dessous de 800 Tr/mn. Et puis elle bondit à 50mA en une fraction de seconde, passé cette vitesse.
Pour la led seule avec une résistance de 470 Ohm sensée limiter sa consommation on a respectivement 15.18 en direct sur l’alim, 15.26 sur le rotor à l’arrêt pour fluctuer entre 15.20 et 15.29 en dessous de la vitesse limite. Pour le au-dessus, je n’ai que l’aiguille partie en butée comme estimation (minimum 3 à 4 fois la mesure d’origine, ou encore plus, ce qui commence à faire beaucoup).
Un même phénomène a donc agit avec un facteur 16 dans la première expérience et un facteur 3 au mini dans la seconde, soit pour augmenter la tension, soit pour baisser la résistivité globale du circuit. Je ne crois pas trop à la première hypothèse puisque dans ce cas, le moteur de ventilo de PC relié à la même alimentation pour donner un coup de main à l’autre aurait certainement claqué (son jumeau ne s’est pas remis d’un traitement à 19.5V pourtant de courte durée) et une augmentation de la vitesse aurait été perçue. Je peux donc être catégorique et conclure que la tension n’a pas bougé. Par contre, mon Voltcraft m’indique une composante résiduelle de 50 Hz, puisqu’il allume sa détection de phase lorsque je promène les sondes sur les demi axes (même éteint) si l’alimentation 12V est reliée au montage. Je vais être obligé de squatter celle de mon écran PC qui n’est pas affectée par ce défaut. Je ne détecte une telle résiduelle sur le moteur principal qu’en touchant la carcasse mais elle ne se transmet pas à l’axe du rotor, même en marche, que la phase soit sur un fil ou sur l’autre. De plus, sa distance minimale par rapport aux éléments en cause dépassant 4 cm, je l’exclue de la liste des suspects. Je n’en ferais pas autant de la bobine de détection que j’ai utilisé systématiquement pour calculer la vitesse de rotation, qui elle se trouvait constamment à proximité. De là à faire la relation de cause à effet…

En dehors de cette piste, ne reste plus que la seconde.
Si je me réfère à mes souvenirs, l’éclairement dit anormal dans la deuxième expérience cesse lorsque la vitesse redescend en dessous de 8.9 Hz ou 530 Tr/mn, ce qui indique une hystérésis certaine, plus marquée que dans la première. On piste un phénomène non linéaire. Je peux aussi dire que la vitesse critique de la première expérience (13.18 Hz ou 790 Tr/mn) est un peu plus élevée que celle de la seconde (11.9 Hz ou 714 Tr/mn), ce qui voudrait dire que l’ampérage initial joue aussi un rôle.

Dans l’état actuel, difficile d’aller plus loin ; le montage est mécaniquement trop sensible et sa vitesse max varie d’une session à l’autre et s’écroule dès que la masse globale du rotor augmente pour ne plus atteindre la vitesse critique. Mes prochains travaux vont donc porter sur la motorisation. L’idéal étant de maîtriser la vitesse par un variateur et de l’afficher constamment et en direct. Ce n’est qu’une fois libéré de ce souci que je reprendrais là où je me suis arrêté.
Fort heureusement, un aspirateur de 1000W vient de me faire un don d’organe. Son moteur branché sur un transfo adéquat tourne à 6000 Tr/mn avec un couple pas trop dégueulasse et j’ai de quoi démultiplier par cinq. Voilà qui va donner.