[2010/11/17-2014/08/07]

J'ai commencé à réaliser une armoire de labo sous forme de racks car j'en ai passablement marre du matos éparpillé
un peu partout qui prend de la place etc...

Le but est d'avoir tout ou quasiment tout pour alimenter/mesurer 99% des montages élec dont je me sert. L'armoire
comprendra un oscillo (Metrix OX722), un GBF (DIY à base de XR2206) et un fréquencemètre (DIY aussi) pour la partie
mesure, ainsi qu'un tas d'alims et un tableau élec 230V avec variateur etc... :D
L'intérêt des racks est de conserver la mobilité de l'appareil tout en ayant les avantages d'une armoire complète ;)

Il y'a tous les détails ici (du moins pour tout ce qui est alim,
le reste n'est pas détaillé): http://biduleohm.free.fr/fichiers/alim_labo.html (les racks sont numérotés de bas en haut)

Les racks sont tous alimentés par un connecteur IEC (comme ceux des pc et écrans quoi) parce qu'il sont fiables,
facile à trouver, tiennent 230V/10A et surtout permettent d'utiliser un cordon secteur standard sur un rack quand
il n'est pas dans l'armoire :)

Celle-ci sera ventilée car, même si les racks seront conçus pour ne pas avoir besoin d'une ventilation externe
lorsqu'ils fonctionneront hors de l'armoire, leur dissipation lorsqu'ils sont à l'intérieur s'aaccumulent et il y a
absolument besoin d'une ventilation. Elle se fera de bas en haut à travers tous les racks (faut un schéma pour
compendre car c'est un poil plus complexe que ça) par des ventilos montés sur la plaque du haut de l'armoire ;)

J'ai assemblé la base + les côtés du meuble en lui-même ainsi que les supports des 3 premiers racks (mais je n'ai pas
fait de tof pour ça encore). Pour les racks j'ai assemblé juste un rack pour avoir un modèle pour faire l'armoire,
le reste sera assemblé quand l'armoire sera fonctionnelle.

J'ai commencé à monter les transfos dans les racks (ils peuvent sembler bizarrement disposés mais c'est pour une
question de répartition du poids et de place pour les composants qui vont arriver par la suite) :

Une partie des transfos du rack N°2 :

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Une partie des transfos des autres alims :

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Une partie des composants divers que j'ai déjà (transfos pour les afficheurs, roulettes, etc...) :

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Les planches de base des racks, c'est de l'agglo de 18mm (oui je construis solide, voir juste en-dessous pourquoi...) :

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Le rack N°2 en cours de montage (mine de rien entre la planche et les transfos ça pèse hyper lourd, ~20Kg à vue de pif
et ça va doubler quand il sera terminé... bon heureusement y'aura qu'un ou 2 autres racks qui seront presque
aussi lourds, le reste sera beaucoup plus léger) :

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Le rack N°3 en cours de montage :

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Et le N°4 :

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Une partie des condos pour les alims (et ceux pour un coilgun...) :

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Bon, aujourd'hui j'ai continué le montage des racks. Je finirais l'armoire après pour des raisons logistiques :)

Ca c'est le rack de test qui me permet de faire l'armoire et de vérifier les côtes. Il est bien-sûr vide, il n'a pas
de face avant/arrière et le couvercle est provisoirement un morceau d'isorel pour garder la géométrie intacte :

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Les 2 racks que j'ai monté cet après-midi (en-dessous il y a le numéro de rack et la direction de la face avant)
vue de de devant/dessous :

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Vue de devant/dessus (les 2 petites flèches indiquent également la face avant de ce côté) :

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Les planches de côté restantes et les tasseaux (ils sont très dissymétriques, les marquages sont là
pour indiquer le sens de montage) :

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La visserie (les vis méca seront utilisées pour les bornes des alims, les vis agglo dans le même bac sont pour
les faces avant et les couvercles, les plus grandes vis dans les petits bacs sont pour les côtés, les faces arrières
et les tasseaux, le reste n'est pas utilisé ici)

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C'est assez long car il faut ajuster chaque élément, pré-percer et visser. Les racks n'ont pas encore de faces arrières
ni de couvercles car ils ne sont tout simplement pas encore découpés ;)

Pour info le rack GBF sera partagé en 2 (en 3 en fait, initialement il était déjà partagé en 2 avec une partie GBF
et une partie fréquence-mètre) car j'y rajoute une partie audio/vidéo avec ampli audio, HP, géné audio 20 Hz à 20 kHz,
mini écran vidéo, idéalement un géné de mire vidéo mais à moins que j'en trouve un pas cher ou que je trouve un schéma
pour en faire un en électro discrète (on trouve beaucoup de schémas qui utilisent un micro-contrôleur) y'en aura pas,
ce qui me permettra de tester un grand nombe d'équipement audio/vidéo sans avoir à utiliser (et donc risquer)
mon installation de tous les jours.

En passant voici le design que je compte utiliser pour la partie variable des alims: http://biduleohm.free.fr/fichiers/lab_psu/

Le topic du créateur avec un peu plus de détails mais très long et relativement en bazar :
http://forums.futura-sciences.com/projets-electroniques/169277-termine-alimentation-de-labo-un-design-de-reference.html#post1305254

Le .txt regroupe toutes les explications et détails importants/utiles qu'il y a sur le topic

J'ai pas réussi à trouver mieux que ça et c'est c'est déjà super bien. C'est de l'excellente alim de labo (mesure en
quasi 4 fils, corrections en fréquence des boucles, protection extrême de la charge branché à l'alim, faible delta
entre entrée et sortie de régu, [très] bonne réponse en dynamique, ...) mais ce qui est excellent c'est que ça n'utilise
que des composants très courants et que c'est très modulaire :D

Ce mec est génial, il a par ailleurs fait d'autres réalisations en sortant des sentiers battus (comprendre ici qu'il
ne copie pas ce qui se fait depuis la nuit des temps mais réfléchi au meilleur montage possible pour tel ou tel cas)
qui sont super bien pensées ;)

Nouvelles tofs, rien d'extraordinaire mais j'ai terminé le montage de tous les racks (sauf les couvercles et façades
que je ferais plus tard), j'ai monté les roulettes ainsi que quelques tasseaux pour les rails et butées des racks :D

Les roulettes avant et leur support; pour l'arrière c'est exactement pareil :

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L'armoire sur ses 4 roulettes, on voit aussi les tasseaux (30*30 mm) qui renforcent la fixation des flancs
(sapin de 18 mm) sur le socle (MDF de 20 mm) :

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Le haut de l'armoire. Les tasseaux (40*40 mm) de chaque côté servent de rails pour les racks, les tasseaux (30*30 mm)
sur le devant servent pour l'étanchéité (voir la ventilation plus bas) et ceux de derrière (40*40 mm) servent,
en plus de l'étanchéité, de butée pour les racks :

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Avec les racks :

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La ventilation: sur la photo il faut imaginer des trous sur les côtés et dans les couvercles des racks (il peut aussi
y en avoir sur les planches du bas des racks mais pour des raisons de solidité seuls les racks les plus légers en
auront). Chaque rack comportera ses propres ventilos de façon à être largement refroidi en autonome.

En principe les ventilos des racks suffisent lorsqu'ils sont dans l'armoire mais je préfère ajouter des ventilos tout
en haut de l'armoire (il y aura le même assemblage que celui du socle) à cause des pertes de charges supplémentaires
par rapport à lorsqu'ils sont hors de l'armoire. Il faut aussi prendre en compte le fait que plus le rack est haut
dans l'armoire plus l'air qu'il aspirera sera chaud à cause des racks inférieurs (c'est pour cela que plus on
descend dans l'armoire et plus les racks sont puissants, ça marche aussi au niveau du poids).

J'ai 7 cooler master de 70 mm qui viennent de rad de cpu AMD (donc ils doivent souffler pas mal), 5 noname neufs de
90 mm et 5-6 en 80 mm de différentes marques récupérés dans des alims de pc. je pense que ça suffira, au pire j'en
chercherai d'autres :)

Pour l'armoire j'ai 2 Papst 120 mm full métal direct en 230V (autant dire qu'ils ne font pas semblant de souffler...)
et 2 noname en 120 mm 12V avec entrée PWM (j'en parle ici: http://brigole.1fr1.net/t2207-bidouillage-d-un-ventilo).
Je ne sais pas si je ne met que les 2 premiers ou les 2 seconds ou la totalité et comment je vais les gérer au niveau
de la vitesse, etc... ça se déterminera en conditions réelles avec les alims à pleine charge.

Si on reprend la liste des racks, les puissances indiquées sont celles que devront dissiper les alims si on les met
en court-circuit (elles le supportent sans pb, mais elles dissipent alors le max). Si on exclu l'alim HT ça fait en
gros 2.5 kW de chaleur à sortir de l'armoire. Ce cas ne devrait jamais arriver mais bon, je préfère avoir un truc qui
fonctionne normalement dans les pires conditions qu'un truc tout juste dimensionné :D

J'ai pour contrainte de ne pas dépasser les 50°C à la sortie d'air en haut de l'armoire à pleine charge. Je ne sais pas
trop à quoi m'attendre mais je pense que ça ne va pas être super simple si je me réfère à ce que j'ai déjà dû dissiper,
on va dire que 60°C sera le grand maximum et sera déjà bien.

Ca veut dire que sur les 5 racks alim (l'alim HT et les 2 racks de mesure ne comptent pas) je devrais idéalement avoir en
moyenne un delta de 5°C entre entrée et sortie d'air d'un rack avec de l'air entrant à 40°C...





Suite de l'histoire : les racks étaient posé pile au mauvais endroit, la moitié d'entre eux n'a rien mais l'autre
moitié était dans une flaque fioul suite à un collier qui a lâché. Bien-sûr les 3 avec les transfos déjà montés font
parti de ces derniers (murphy, toussa...). Bien-sûr les racks étaient posés sur la face arrière donc s'ils ont pris
ben c'est les 4 planches qui ont pris. Bien-sûr je n'ai pas de quoi recommencer les rack sachant qu'il ont été fait
avec des chutes... L'agglo avec du fioul ça fait pas bon ménage. Et même si jamais par un miracle il ne gonfle pas
comme avec l'eau c'est irrécupérable d'un point de vue solidité et odeur...

Bon, en attendant j'ai fait quelques calculs de dissipation de chaleur pour voir si les dissipateurs demandés
n'étaient pas trop gros, etc

Pour info j'ai utilisé cette page: http://www.sonelec-musique.com/electronique_bases_radiateur_calcul.html
elle donne tout ce qu'il y a à savoir.

Autre page très intéressante: http://www.giacomazzi.fr/electron/radiateur/radiateur.htm ;)

Donc :

Rda = ((Tj - Ta) / Pd) - Rjc - Rcd

Soit pour le plus gros des racks :

- 8x 2N3773 comme transos ballast
- Tj = 200 °C (max constructeur)
- Ta = 60 °C (worstcase hyper worst... avec de l'air entrant à 60 °C y'a déjà un pb autre part mais bon)
- Pd = 1 kW + une marge de 10% soit 1100 W
- Rjc = 1.17 °C/W (constructeur)
- Rcd = 0.15 °C/W (selon wiki; j'ai aussi trouvé un tas d'autres valeurs (de 0.15 à 0.5) mais de source moins fiable)

Rda = (8 * (200 - 60) / 1100) - 1.17 - 0.15 (le 8 vient du fait qu'il y a 8 transistors, je calcule la résistance du
radiateur pour chaque transistor ce qui est plus simple pour la suite) soit Rda = -0.30 ... là j'ai comme un énorme
problème, un dissipateur avec une résistance négative ça n'existe pas xD

Donc soit je considère une température d'air plus faible en entrée (je fais le calcul juste en-dessous pour voir), soit
je multiplie le nombre de transistors (c'est le plus probable) soit je change de transistors, soit une combinaison
parmis ceci.

Imaginons une température d'entrée de 20°C ce qui est plus que très optimiste :
Rda = (8 * (200 - 20) / 1100) - 1.17 - 0.15 ce qui donne: -0.011 ce qui est toujours négatif...

En mettant 150% de transistors, soit 12, ça donne: Rda = (12 * (200 - 60) / 1100) - 1.17 - 0.15 --> 0.21 ce qui est
déjà bien mieux. Avec de l'air à 50°C au lieu de 60°C, ce qui est plus réaliste, ça donne 0.32 °C/W :D

Je vais voir la résistance thermique de différents dissipateurs mais je sais que 0.32 c'est assez bas ce qui ne présage
encore rien de très bon...

Pour le fun: la temp d'un dissipateur avec les paramètres juste au-dessus serait: Td = Ta + Rda * P / 12 ce qui
donne 80°C... vaut mieux éviter de mettre les doigts xD en fait c'est pas tant pour le fun que ça, ça me donne
une info importante: je sais qu'il faut que je règle ma sécu thermique à 80 °C grand max si je veux protéger
les transistors correctement :)





Bon, le modèle ML25 qui est classique pour les boitiers TO3 a une résistance de 2.4 °C/W en convection naturelle.
Je sais qu'en régime ventilé la résistance thermique peut être divisée par 10 sans trop de pb. Faut que je m'informe
plus mais là j'en ai un peu marre, je verrais plus tard, je sais que c'est de l'ordre du possible même si ça va
passer juste.

D'ailleurs pour des raisons thermiques je compte inverser la position des racks 4 et 5

Il y a un assez bon dossier sur le watercooling (qui au niveau des waterblocs fonctionne exactement comme avec de l'air,
il y a juste à modifier certaines variables) qui peut pas mal aider pour ce genre de calculs si on veut faire les choses
de A à Z: http://www.cooling-masters.com/articles-11-0.html

D'ailleurs j'y ai trouvé la formule que je cherchais pour calculer le delta de température entre l'air entrant et celui
sortant du dissipateur :

Tout - Tin = Q / (M x Cp) avec Q la puissance en W, M le débit en kg/s et Cp la capacité thermique massique de l'air
qui vaut 1006 disons 1000 pour simplifier et avoir une légère marge de sécu.

J'ai fait une moyenne du débit des ventilos de 80 mm qui se trouvent dans le commerce et il se trouve qu'elle est de
30 CFM maintenant sachant que 1 CFM = 1.7 m³/h on a donc 51 arrondi à 50 m³/h. D'après wiki 1 m³ d'air aux CNTP fait
1.2 kg donc on a un débit de 60 kg/h soit 0.017 kg/s

On peut déjà simplifier (M * Cp) --> 0.017 * 1000 = 17 :p

Donc avec le rack de 1 kW ça donne :

pour 1 ventilo:  Tout - Tin = 1100 / 17       --> 65 °C
pour 2 ventilos: Tout - Tin = 1100 / (17 * 2) --> 32 °C
pour 3 ventilos: Tout - Tin = 1100 / (17 * 3) --> 22 °C
pour 4 ventilos: Tout - Tin = 1100 / (17 * 4) --> 16 °C
pour 6 ventilos: Tout - Tin = 1100 / (17 * 6) --> 11 °C
pour 8 ventilos: Tout - Tin = 1100 / (17 * 8) -->  8 °C

Ce qui est moins pire que ce que je pensais/craignais :D

Si on fait la même chose pour les 2.5 kW du total (2.7 pour la marge de sécu) ça revient à un delta de 40 °C pour le
débit de 4 ventilos et 26 °C pour celui de 6 ventilos.

En hiver ça veut dire que l'air entre à 20 °C et sort à 60 °C ou 46 °C. En été c'est 35 °C en entrée et pour la sortie
75 et 61 °C.

Tout ceci veut dire que si je veux pouvoir marcher au max en plein été avec comme contrainte de l'air sortant à 50 °C
(que j'avais revu à 60 °C dans le pire des cas si je ne pouvais pas faire autrement) il va falloir au grand minimum
le débit de 6 ventilos de 30 CFM.

Les 2 Papst on un débit de 94 CFM, on va dire 90 par sécurité. Ca fait à peine le débit de 6 des ventilos dans l'exemple
ci-dessus, surtout si l'on rajoute les pertes de charge. Conclusion je vais devoir mettre les 2 ventilos de 12V en plus,
voir également le troisième en 230V (noname) pour être sûr de n'avoir aucun pb même en cas de panne d'un des ventilos.

Ce n'est pas un problème sachant que je les ai acheté pour ça mais il fallait connaitre les besoins.

On voit aussi qu'on a de l'air qui sort assez chaud avec un débit de plus de 500 m³/h ce qui veut dire par exemple que
pour une pièce de 20 m² standard, soit 40 m³ environ, on a réchauffé la totalité de l'air d'une vingtaine de degrés en
moins de 5 minutes...

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