Analyse du VIC de Meyer (Part 2)

Bonjour,

Dans la première partie, nous avons démontré que le montage décrit sur la première figure ne peut pas fonctionner correctement.

Dans cette seconde partie, nous essayons de fiabiliser ce montage. Pour cela nous allons le modifier pour le transformer en un montage de type "Forward".

Cette modification consiste à ajouter un enroulement supplémentaire au transfo, qui va permettre de récupérer l'énergie non utilisée pendant le temps OFF du MOSFET.

Ce type de montage est utilisé sur les alimentations à découpage d'ordinateur, son rendement peut atteindre une valeur supérieure à 85%.

Le nouveau schéma:



V1 : L'alimentation 12 volts (batterie par exemple).
V2 : Le générateur 10kHz (valeur choisie arbitrairement) rapport cyclique 50%.

D2 : Diode d'alimentation du WFC.

L1 ( valeur "optimisée" )
L2 = L1 * n^2 (n = rapport de transformation, ici n = 3)
L3 = L1 / 2 (valeur conseillée)
K = 1 (couplage entre les 3 enroulements du transformateur)

CWFC : Le condensateur équivalent au WFC (idem Part 1).
RWFC : La résistance équivalente au WFC (idem Part 1).

D1 + L3 + C1 : Le circuit qui récupère l'énergie du primaire pendant le temps OFF du MOSFET.
M1 : Le MOSFET qui sert d'interrupteur.

Les composants sont générique ou "ideaux" (D1, D2, M1 possèdent qque éléments (resistance, capa) parasites).

Simulation en régime établi dans le domaine temporel.

- Simulation:

- Résultat côté primaire:



En bleu : La tension de commande du MOSFET (5V temps ON, 0V temps OFF).
En Rouge : La tension Drain du MOSFET.
En Vert : Le courant dans le primaire (L1) du transfo.

Pendant le temps ON du MOSFET: Charge en courant du primaire du transfo, on constate qu'il n'y a plus de croissance infinie du courant primaire (courant crête stable vers 6.5A, c'est toujours mieux que les plus de 50A du montage d'origine). D2 conduit.

Pendant le temps OFF du MOSFET: La diode D1 et l'enroulement L3 recyclent le courant de charge du transfo, le trop d'énergie est récupérée dans la capacité C1, ce qui va contribué à une forte augmentation du rendement. D2 est bloquée.

- Le circuit de récupération d'énergie:



En vert : Le courant dans le primaire (L1) du transfo.
En bleu foncé : Le courant dans L3.
En rouge : Le courant dans C1.
En bleu clair : Le courant de la batterie V1.

Pendant le temps ON du MOSFET: Charge en courant du primaire du transfo. C1 restitue une partie de l'énergie. On a I(L1) = I(MOS-FET) = I(C1) + I(V1).

Pendant le temps OFF du MOSFET: L3 restitue le trop plein d'énergie du transfo dans la capa C1 par l'intermédiaire de la diode D1 (les courbes en bleu et rouge sont quasi supperposées)

- Résultat côté secondaire:



En rouge: La tension aux bornes du WFC (celle-ci est de 36Vcrête = 3 x 12V).
En vert: Le courant dans D2 = courant dans le secondaire du transfo.

Pendant le temps ON du MOSFET: on observe une impulsion de tension correspondant à la variation du courant primaire, une partie de l'énergie est stockée dans la capa du WFC (pic de courant I(D2) en vert), l'autre va dans la résistance du WFC (palier de courant I(D2) en vert, ici #40mA).

Pendant le temps OFF du MOSFET: la capa du WFC se décharge dans la résistance du WFC.

- Répartition du courant secondaire:



En bleu: Le courant dans D2.
En vert: Le courant dans la capa du WFC.
En rouge: Le courant dans la résistance du WFC (celui qui va contribuer au bullage).

Pendant le temps ON du MOSFET: charge très rapide de la capa du WFC (quasi supperposition de l'impulsion en bleu et en vert), puis on voit le palier de courant dans la résistance du WFC (quasi supperposition des paliers bleu et rouge)

Pendant le temps OFF du MOSFET: Le courant dans la capa du WFC s'inverse (en vert -30mA), la capa se décharge dans la résistance du WFC (cette énergie récupérée va aussi servir au bullage).

En augmentant la fréquence (ou en modifiant le rapport cyclique), on peut atteindre un fonctionnement plus optimum, ou le temps de décharge de la capa du WFC sera égal au temps OFF du MOSFET.

Ma conclusion:

Ce montage possède un rendement énergétique correct. Il peut servir de base de départ pour de nombreux essais.

Il utilise des composants classiques: par exemple, pour M1: un MOS-FET 50V 20A, pour D1 et D2: des diodes rapides 50V 30A (suivant le courant demandé en sortie).

L'amplitude de la tension au secondaire ne permet pas de se sortir du mode de fonctionnement "Electrolyse de Faraday".

Evolution possible:

Une évolution possible de ce montage, pourait être de modifier la valeur de L2 pour diminuer la tension de sortie actuelle de 36V crête (rapport de transformation donné par M. Meyer) vers 2V crête qui correspond au fonctionnement optimal pour une électrolyse de type Faraday. Soit: N = 5:1 , L2 = 0.004 mH, en passant la valeur de R(WFC) à 0.1 Ohms (bon dopage electrolytique), on obtient:



avec un courant d'électrolyse de 15A crête dans la cellule, on a alors un courant d'environ 2A moyen dans la batterie.

L'énergie accumulée dans C(WFC) se décharge ici très vite dans R(WFC), c'est pourquoi l'électrolyse pulsée n'apporte rien par rapport à l'électrolyse en courant continu.

Dans le cas présent, en tenant compte du rapport cyclique de 50%, on peut espérer une production de gaz oxy-hydrogène de 673 * 15 / 2 = 5047 mL / h (soit 5L/h de gaz OH avec 2A batterie). Si je ne trompe pas dans mon calcul.

Pour la suite:

Ici, on reste toujours dans une électrolyse basse tension, donc de type "Faraday", la prochaine étape (Part 3) sera la production de plus haute tension.

Cordialement

JCV

Je vais être direct avec toi, si je puis me permettre JCV : ton travail est magnifique mais il manque de concept. Je m'explique.

Meyer a pondu tout ce qu'il avait à dire, le reste n'est que pure réalisation technique.

Il résume l'ensemble en un certain nombre d'étapes, avant d'arriver au final, la séparation.

C'est ça qu'il faut arriver à réaliser à mon point de vue, voilà. C'était il y a 30 ans, maintenant nous avons forcément d'autres outils à notre disposition pour faire aussi bien avec d'autre matériel éventuellement.

Comprendre => Réaliser et non "Réaliser puis comprendre".

Je ne te jette absolument pas la pierre, JCV, je fais une remarque. J'étudie bien son principe avant de voir ce que fait son circuit.

Bien cordialement.

Bonjour JCV,

Il faut reconnaitre que tu fais du bon boulot!
Dans tes simulations, pourrais tu prendre en compte les valeurs des tubes (capa), que nous avons trouvées et voir ce que cela donne?
Tout est là:
https://generation-hydrogene.forumpro.fr/essais-pratiques-f39/version-10-schematique-et-releves-des-mesures-t400.htm
A+

Bonsoir Sril,

Je pense que c'est exactement ce que je fais, d'abord comprendre avant de réaliser quoi que ce soit.

J'ai donc commencé par analyser les schémas de M. Meyer, et essayer d'en retrouver toutes les erreurs ou omissions.

Faire des simulations avec des modèles mathématiques, ne coûte rien, et en général permet de réduire les étapes de prototypage et le nombre d'essais pratiques.

Cordialement

JCV

Bonsoir fc89,

Je vais essayer de voir cela. A partir des dimensions physique, je peux calculer la capa de la cellule. Pour le comportement de la partie résistive, je vais voir comment je peux la calculer.

En principe, la capa bouge surtout en fonction du bullage qui fait varier la constante diélectrique.

La resistance varie elle aussi en fonction du bullage, mais apparement aussi en fonction du courant.

Cordialement

JCV

Re,

A savoir, quant on met la cellule sous tension, l'ampérage grimpe et finit par rescendre un peu, ensuite, si la fréquence est stable, le bullage ne change pas trop les données!
Tu dis:

Citation :

La resistance varie elle aussi en fonction du bullage, mais apparement aussi en fonction du courant.

Avec un testeur de conductibilité, il n'y avait que la tension qui changeait la résistivité de la cellule!
A+

certain critères ne pouront etre pris en compte dans la simulation, comme par exemple "l'accord harmonique des tubes".
Mais je pense que la simulation est tres utile et peut nous faire gagner du temps (et de l'argent)
Enfin JCV, ton travail est precieu pour nous tous...;)

fc89 a écrit:

Avec un testeur de conductibilité, il n'y avait que la tension qui changeait la résistivité de la cellule!

Interressant, il y aurait un phénomène de non-linéarité de la conductibilité de l'eau en fonction de la tension.

A+

JCV

Bonsoir tom,

Si j'ai bien compris: l'accord harmonique des tubes sert à égaliser le dimensionnement des deux tubes pour qu'il résonnent sur la même fréquence.

A+

JCV

Re,

L'accord harmonique des deux tubes se situe à environ 6750Hz.
Deux autres fréquences , ont donné de meilleurs résultats, 2500 et 5500Hz.
A+

Re,

fc89 a écrit:

Tout est là:
https://generation-hydrogene.forumpro.fr/essais-pratiques-f39/version-10-schematique-et-releves-des-mesures-t400.htm
A+

Pour la valeur de la capa CWFC, un calcul a partir des dimensions de la cellule donne:

Données:

Lg tubes : 22 cm
Diam. int. du tube ext. : 22 mm
Diam. ext. du tube int. : 20 mm

Ce qui donne une surface d'échange de :

S = pi * D * H = 138 cm-carré

D'où une capa équivalente dans l'air de :

C = 8.854E-12 * 138E-4 / 1E-3 = 122 pF

Si on prends une valeur moyenne de 80 pour la constante diélectrique de l'eau, on obtient :

C equi. dans l'eau = 122 * 80 = 9.76 nF

CWFC = 9.76 nF

( sous réserve d'erreurs de calcul )

Cordialement

JCV

Re,

Comme tu peux le constater, on est loin de la coupe aux lèvres!
La valeur la plus relevée, 52µf !
A+

Oui, très curieux, il faudra voir cela de plus près.

Les mesures ont été faites à 50 Hz

A+

Re,

Oui, à 50Hz.
A+

Bonjour fc89,

Après analyse du document (je me suis basé sur le tableau M01-0), je trouve ceci:

- en prenant CWFC = 9.76 nF, son impédance à 50 Hz est de 326 k-ohms, donc très supérieure à la résistance RWFC, d'où Zc = RWFC).

- La résistance interne du transfo (et son alimentation) Rs = 1.4 ohms (valeur moyenne).

- La résistance équivalente à RWFC en eau froide = 48 ohms (valeur moyenne).

- La résistance équivalente à RWFC en eau chaude = 29 Ohms (valeur moyenne)

Cordialement

JCV

Bonsoir JCV,

Merci pour ton analyse!
Tu dis:

Citation :

en prenant CWFC = 9.76 nF, son impédance à 50 Hz est de 326 k-ohms, donc très supérieure à la résistance RWFC, d'où Zc = RWFC).

Je ne pense pas que la valeur de 326Kohms, soit réaliste.
Avec une telle valeur l'on ne pourait avoir autant d'ampères, non?
Quand penses-tu?
As-tu refais tes simulations avec les valeurs des tubes?
A+

Re,

Le courant circule dans la résistance RWFC, qui est faible, c'est elle qui faut prendre en compte pour le calcul du courant.

Cette résistance est celle de l'eau contenue dans l'espace entre les électrodes.

Pour la simulation, je referais cela peut être ce Week-end.

A+

JCV

Bonjour JCV,

tu dis:

Citation :

Le courant circule dans la résistance RWFC, qui est faible, c'est elle qui faut prendre en compte pour le calcul du courant.

Le courant n'est pas si faible, et pour moi la résistance que tu as trouvée est trop forte!!!
Si je place une résistance de + de 300Kohms je ne pense pas que l'on ait une telle consommation?
A+

Bonsoir fc89,

Non, la résistance n'est pas si forte:

- RWFC en eau froide = 48 ohms.

- RWFC en eau chaude = 29 Ohms.

Ne pas confondre: d'une part l'impédance de la capa des plaques (CWFC) qui est élevée et n'intervient pas dans le courant, et d'autre part la résistance équivalente de l'eau (RWFC) qui intervient principalement dans le courant.

A+

JCV

Bonsoir,

Un petit dessin vaut mieux qu'un grand discours:

Dans l'eau froide, le schéma équivalent du WFC peut être représenté de la façon suivante :



Le courant qui circule entre les électrodes A et B se divise en deux.

l'impédance équivalente entre ces deux électrodes et celle de deux impédances en //

soit : Zequ = Z(Cwfc) // Z (Rwfc) = ( Z(Cwfc) * Z (Rwfc) ) / ( Z(Cwfc) + Z (Rwfc) )

- A 50 Hz on a donc :

comme :

|Z(Cwfc)| = 1 / ( 2 * PI * 50 * 9.76E-9 ) = 326137 ohms

et

Z(Rwfc) = RWFC = 48

on obtient :

Zequ #( 326137 * 48 ) / ( 326137 + 48 ) = 47.99 ohms

On peut donc considérer qu'à 50 Hz, le courant circule principalement dans la partie résistive de la cellule, et que la partie capacitive n'intervient pas.

- A 50 kHz on aurait :

|Z(Cwfc)| = 1 / ( 2 * PI * 50E3 * 9.76E-9 ) = 326 ohms

et

Z(Rwfc) = RWFC = 48

L'impédance de la capa diminue, et une partie du courant va être dérivé dans celle-ci.

On peut conclure: que plus on va monter en fréquence, plus il y aura de courant dérivé dans la capa, et moins de courant dans la résistance. Comme le bullage est produit par la part du courant qui passe dans la résistance (ce qui est entre les plaques), donc: plus on va monter en fréquence, moins il y aura de bulles .

Cordialement

JCV

Bonjour JCV,

Oui, et nous allons pouvoir constater en effet tout cela.

En ce moment, avec Francis nous mettons en place une méthode (oh, toute simple) de la mesure du courant pour que nos analyses qui suivent nos tests puissent vouloir dire quelque chose car actuellement ce n'est pas du tout le cas.

A ce sujet, si tu as besoin, pour la suite de tes tests, que nous testions en pratique tel ou tel montage, dans le but de valider ou d'invalider tel ou tel point, nous sommes bien sûr dispos à 100% (mais était-il nécessaire de le préciser ?).

Très très prochainement, nous allons passer aux essais réels (je veux dire recherche de bulles - Enfin !!!).
Et c'est là que nous allons pouvoir comparer les résultats avec le travail que tu as effectué, théorique c'est vrai, mais justement en le prenant comme base.
Voir les différences et découvrir, peut être, de nouveaux paramètres à devoir prendre en compte.

@++

JCV a écrit:

C equi. dans l'eau = 122 * 80 = 9.76 nF
CWFC = 9.76 nF
( sous réserve d'erreurs de calcul )
Cordialement
JCV

Avec the vrai formule de deux fois pi fois epsilon zéro fois epsilon relatif fois longueur sur ln de ( rayon1 sur rayon2), j'obtients la même chose, à un pouillième près 9,38nF, je crois. L'ordre de grandeur est là en tout cas.

Je pense que le calcul n'a pas d'erreur !

Bien cordialement.
Sril

Bonsoir Sril,

Merci pour la vérification.

Cordialement

JCV