Centrale électrique personnelle : 27 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:10

Le powerPlant personnel est un appareil portable qui capte l'électricité via une cellule solaire et un générateur à manivelle, dans une batterie NiMH. L'appareil comprend également un multimètre visuel qui surveille la quantité d'énergie stockée. Le powerPlant personnel peut être utilisé pour alimenter des applications jusqu'à 8 V à 70 mA. Conçu par: Mouna Andraos, Jennifer Broutin, Carmen Trudell avec Mike Dory @ Eyebeam pour l'atelier sur l'énergie alternative 06.23.07eyebeam ********

Étape 1: Matériaux

Électronique Pour le circuit électrique1 - Moteur pas à pas (Japan Servo KP4M4-029 12VDC)1 - Panneau solaire (8V)1 - Batterie NiMH (7,2V, 70 mA)8 - Diodes 1N40013 - Bornes1 - Embase mâle 5 broches Fil solide de calibre 18 ou 20 (rouge, noir, bleu, vert)Pour le multimètre visuel1 - LED rouge, 1,5V1 - LED jaune, 1,5 V1 - LED verte, 1,5 V1 - résistance 100 Ohm1 - résistance 150 Ohm1 - 1N4730 (3,9V) diode zener1 - 1N4733 (5.1V) diode zener1 - 1N4737 (7,5V) diode zener1 - interrupteur momentané Matériel 1 - Carte de prototypage PCB 2,5"x1,75"1 - Schéma de la carte imprimée (télécharger le pdf ci-dessous)Schéma de circuit pour référence (télécharger le pdf ci-dessous) Modèle de boîtier de pièces (télécharger dwg/pdf ci-dessous)1 - Boîte en acrylique 3,5"x3,5"x4,5"1 - Poteau de reliure 3/16"x1" avec vis3 - Poteau de reliure 3/16"x1/4" avec vis3 - Rondelle 10 SAE2 - Boulons à vis n° 4 Gabarit d'engrenage (facultatif, téléchargez dwg/pdf ci-dessous) 1 - Feuille de plexiglas 4"x5"x1/8" pour les engrenages (facultatif) Équipement Fer à souderSoudureMultimètreDénudeur de filTournevis (Phillips et Flathea d)Exacto Knife and BladeEndroits pour trouver des fournitures:Home DepotRadio ShackContainer StoreElectronics GoldmineSolarboticsJameco Electronics

Étape 2: Diagramme de la carte imprimée

Imprimez une copie du schéma du tableau imprimé et découpez-le. Placez le schéma sur le côté de la carte de prototypage PCB sans bagues de soudure en cuivre. Le schéma vous montrera comment placer vos composants d'un côté et de l'autre vous souderez vos composants à la carte de prototypage.

Étape 3: Redresseur de la bobine 1

Insérez 4 des diodes 1N4001 en place comme indiqué ci-dessous. Les diodes doivent être insérées dans le sens indiqué sur le schéma de la carte imprimée; sinon ils ne fonctionneront pas correctement. En plaçant les 4 diodes comme indiqué, vous rectifiez (en transformant la puissance de 2 phases du moteur pas à pas 4 phases du courant alternatif au courant continu) Bobine 1.

Étape 4: Redresseur de la bobine 2

Insérez 4 autres diodes 1N4001 en place comme indiqué ci-dessous. En plaçant ces 4 diodes comme indiqué, vous rectifiez (en faisant passer la puissance de 2 phases d'un moteur pas à pas à 4 phases du courant alternatif au courant continu) la bobine 2.

Étape 5: bobiner les fils 1 et 2 et l'en-tête

Coupez deux morceaux de fil bleu et deux morceaux de fil vert avec les pinces à dénuder. Dénudez chaque extrémité de chaque morceau de fil. Insérez le fil en place comme indiqué.

Insérez l'embase mâle à 5 broches comme indiqué, avec le côté court des broches vers le bas dans la carte de prototypage. C'est là que le moteur sera attaché au circuit.

Étape 6: Souder

Retournez la carte et commencez à souder les connexions comme indiqué sur le schéma de la carte imprimée avec votre fer à souder et à souder. Il est plus facile de souder si les fils sont croisés au préalable. Assurez-vous de joindre les connexions avec une bonne quantité de soudure. Évitez les joints froids (lorsque la soudure semble mate).

Étape 7: Terminer le circuit du moteur pas à pas (générateur)

Lorsque vous avez terminé de souder le circuit du moteur pas à pas (générateur), l'arrière de votre carte de prototypage doit apparaître comme indiqué.

Étape 8: Terminaux

Insérez 2 bornes, une à chaque extrémité de la carte de prototypage dans le sens indiqué. Si les perforations sont trop petites, utilisez votre couteau Exacto pour agrandir le trou. Coupez deux longueurs de fil de 3 (n'importe quelle couleur) et utilisez des pinces à dénuder pour dénuder complètement les fils. Ces fils passeront du côté opposé de la carte de prototypage (avec des bagues de soudure en cuivre), du côté positif au côté positif de chaque borne et du côté négatif à côté négatif de chaque borne. La borne de gauche sera utilisée pour l'entrée des fils pour la batterie. La borne de droite sera utilisée pour l'entrée des fils pour le panneau solaire.

Étape 9: Bornes à souder

Retournez la carte de prototypage. Insérez les fils dénudés dans les trous comme indiqué (reportez-vous au schéma de la carte imprimée de l'autre côté). Les fils peuvent s'enfiler puis se dévisser pour se rapprocher le plus possible de la borne et rester en place comme illustré. Soudez les deux nœuds nord et les deux nœuds sud des redresseurs pour les bobines 1 et 2 aux fils ouverts allant de borne à borne. Cela relie les redresseurs aux bornes pour compléter le circuit du moteur pas à pas (générateur). Assurez-vous de garder les fils ouverts loin des autres connexions.

Étape 10: Tester

Vous êtes maintenant prêt à tester le circuit avec le moteur pas à pas pour vous assurer que toutes vos connexions sont correctement soudées et que tous les composants sont placés correctement.

Insérez les fils du moteur pas à pas sur l'embase mâle à 5 broches. Le fil noir du moteur pas à pas doit être placé sur la broche qui n'est pas étiquetée Bobine 1 ou Bobine 2. Utilisez votre multimètre (réglé sur tension continue) pour mesurer la tension que le générateur produit lorsque vous tournez l'arbre. Placez la sonde positive (rouge) du multimètre sur la vis positive de l'une des bornes et la sonde négative (noire) sur la vis négative de la même borne. Tourner l'arbre à la main devrait donner environ 4 à 8 volts. Si vous ne voyez pas de résultats, voici quelques conseils de dépannage: 1) Vérifiez toutes les connexions de soudure pour vous assurer que tout est entièrement soudé et connecté les uns aux autres. Inversement, assurez-vous que les connexions qui ne devraient pas se toucher ne sont pas ensemble. 2) Assurez-vous que toutes les diodes sont pointées dans la bonne direction, comme indiqué sur le schéma de la carte imprimée. 3) Vérifiez que les fils du moteur sont correctement insérés - le fil noir du moteur ne doit pas être placé sur l'une des broches de la bobine 1 et 2.

Étape 11: Multimètre visuel

Le multimètre visuel intégré vous permettra de voir combien d'énergie est stockée à partir des sources d'énergie alternatives sans avoir à utiliser un multimètre.

Insérez les diodes Zener dans le bon sens comme indiqué sur le schéma de la carte imprimée, et selon la clé comme indiqué en bas. Les chiffres de la clé correspondront aux chiffres imprimés sur les diodes Zener. Insérez les résistances dans les fentes aux couleurs correspondantes (dans ce cas, le sens n'a pas d'importance). Coupez un morceau de fil noir et dénudez les deux extrémités, insérez à côté des résistances comme indiqué. Insérez ensuite les trois LED dans l'ordre affiché: vert, jaune, rouge (orange).

Étape 12: Souder le multimètre visuel

Retournez la carte de prototypage et soudez le multimètre visuel en place comme indiqué. Reportez-vous au schéma de la carte imprimée au verso. Croisez les fils pour tenir en place et faciliter la soudure. Évitez les connexions froides (d'apparence mate). Assurez-vous de garder les connexions séparées qui ne devraient pas être ensemble, car cette zone est bien organisée.

Étape 13: Tester le multimètre visuel

Testez le multimètre visuel pour vous assurer qu'il fonctionne.

Placez les fils du moteur pas à pas sur l'embase mâle. Tournez l'arbre du moteur pas à pas (générateur) et voyez les LED s'allumer en conséquence. Le voyant vert indique une tension allant jusqu'à ~5,6, le voyant jaune indique une tension allant jusqu'à ~6,8. Les deux LED mesurent la tension en fonction de leur luminosité. Par exemple, si la batterie contient 6,1 V, la lumière verte sera brillante et la lumière jaune sera faible. La LED rouge (indiquée en orange ici) ne s'allumera qu'au-dessus d'environ 9,2 volts. Pour cette application, la batterie utilisée est de 7,2 volts et 70 mA. Si la LED rouge s'allume, la batterie est à pleine capacité. Ne continuez pas à charger la batterie avec la LED rouge allumée, sinon elle peut surcharger et mal fonctionner. Si vous ne voyez pas de résultats, voici quelques conseils de dépannage: 1) Vérifiez toutes les connexions de soudure pour vous assurer que tout est entièrement soudé et connecté les uns aux autres. Inversement, assurez-vous que les connexions qui ne doivent pas se toucher ne sont pas ensemble. 2) Assurez-vous que toutes les diodes Zener sont pointées dans la bonne direction, comme indiqué sur le schéma de la carte imprimée. 3) Vérifiez les numéros sur les diodes Zener pour vous assurer qu'ils sont dans le bon ordre, comme indiqué sur le schéma de la carte imprimée. * Dans cette image, nous avons ajouté un interrupteur et attaché la batterie au début (puis les avons retirées) pour voir comment cela fonctionnait. Ce n'est pas nécessaire, mais c'est amusant.

Étape 14: Souder le commutateur momentané et la borne

Coupez 2 longues longueurs de fil rouge et deux longues longueurs de fil noir. Dénudez les deux extrémités de chaque fil. Enroulez une extrémité d'un fil rouge et une extrémité d'un fil noir sur les fils de l'interrupteur momentané. Enroulez une extrémité d'un fil rouge et une extrémité d'un fil noir sur les fils de la borne. Soudez les 4 fils aux fils. L'interrupteur momentané allumera le multimètre visuel et le terminal sera utilisé comme sortie pour la centrale électrique personnelle.

Étape 15: Souder le panneau solaire

Coupez 2 longues longueurs de fil, un rouge et un noir. Dénudez les deux extrémités de chaque fil avec les pinces à dénuder. Soudez l'extrémité du fil noir au fil négatif sur le panneau solaire (doit être indiqué sur le panneau avec "-"). Soudez une extrémité du fil rouge au fil positif sur le panneau solaire (doit être indiqué sur le panneau avec "+").

Étape 16: Cas: Ouvertures

Utilisez le modèle de boîtier fourni (téléchargeable à l'étape 1) pour déterminer et découper les trous nécessaires pour les composants. Nous avons utilisé un cutter laser pour marquer les trous pour plus de précision (car ce type d'acrylique n'aime pas être coupé sur le cutter laser), puis nous avons percé les trous en conséquence.

Étape 17: Engrenages (facultatif)

Cette étape n'est pas nécessaire, mais constitue un bel ajout à la centrale électrique personnelle. Les engrenages permettent une rotation plus rapide de l'arbre du moteur pas à pas, ce qui donne plus de puissance.

Utilisez le gabarit d'engrenage fourni (télécharger à l'étape 1) pour couper un petit et un grand engrenage dans une feuille de plexiglas de 4 "x5" x 1/8". pignons, nous ne recommandons pas de couper à la main. Une alternative à ce jeu d'engrenages est d'acheter des engrenages prêts à l'emploi.

Étape 18: Cas: Moteur pas à pas et petit engrenage

Insérez le moteur pas à pas dans le boîtier comme indiqué avec les vis du moteur tournées vers l'extérieur de la boîte. Fixez les vis au boîtier avec 2 boulons à métaux #4. Placez une rondelle #10 sur l'arbre du moteur sortant de la boîte, puis placez le petit engrenage (optionnel) sur le dessus comme indiqué.

Étape 19: Étui: Grand équipement (facultatif)

Insérez la tige de la vis de serrage 3/16"x1" entre le boîtier et le grand engrenage dans le trou sur le bord du grand engrenage comme illustré. Enroulez la vis dans le poteau. Ce sera la poignée pour tourner l'engrenage.

Ensuite, insérez le poteau d'une vis de fixation 3/16"x1/4" à l'intérieur de la boîte et à travers le trou comme indiqué. Placez une rondelle SAE #10 sur le poteau, puis placez le grand engrenage sur le dessus. Terminez en enroulant la vis dans le poteau. Testez l'engrenage avec la poignée pour voir à quel point ils fonctionnent bien !

Étape 20: Cas: Panneau solaire

Insérez le panneau solaire à l'intérieur de la boîte comme indiqué avec le côté de la cellule vers l'extérieur. Prenez les poteaux de deux vis de reliure 3/16"x1/4" et glissez une rondelle #10 SAE sur chacun. Mettez les poteaux à l'intérieur du boîtier et faites-les glisser à travers les trous de chaque côté du panneau solaire. Enroulez les vis dans leurs poteaux respectifs.

Étape 21: Cas: Switch et Terminal

Insérez l'interrupteur momentané et la borne dans les ouvertures comme indiqué. Les fils doivent être à l'intérieur du boîtier.

Étape 22: Boîtier: Carte de prototypage et batterie

Placez votre carte de prototypage avec les circuits finis à l'intérieur de la boîte comme indiqué. Du ruban mousse peut être utilisé pour fixer le circuit à l'intérieur du boîtier une fois que les fils de la batterie, de la cellule solaire, du moteur pas à pas et de la borne de sortie sont connectés. Assurez-vous de ne pas coller de ruban adhésif sur les connexions soudées.

Placez la batterie sur le fond du boîtier, à côté du moteur pas à pas comme indiqué. Fixez avec du ruban mousse une fois que les fils sont attachés au circuit.

Étape 23: Borne de sortie à souder

Prenez les fils positif (rouge) et négatif (noir) de la borne de sortie et insérez-les dans la carte de prototypage dans leurs emplacements respectifs comme indiqué. Soudez les fils à la borne de la batterie à l'envers.

Étape 24: commutateur de soudure

Insérez les fils du commutateur dans les fentes comme indiqué (centre de l'image). Notez que le placement positif et négatif n'a pas d'importance pour le commutateur.

Assurez-vous de souder les fils comme indiqué sur le schéma de la carte imprimée.

Étape 25: Fixez le panneau solaire

Desserrez les vis sur la borne du panneau solaire. Insérez les fils du panneau solaire dans les ouvertures du terminal avec un placement positif et négatif comme indiqué. Serrez les vis et vérifiez que les fils sont bien maintenus.

Étape 26: Fixez la batterie NiMH

Desserrez les vis sur la borne de la batterie NiMH. Insérez les fils de la batterie NiMH dans les ouvertures de la borne avec un placement positif et négatif comme indiqué. Serrez les vis et vérifiez que les fils sont bien maintenus.

Étape 27: Terminé

Testez votre centrale électrique personnelle pour voir comment elle fonctionne !

Tournez la manivelle pendant un petit moment, puis appuyez sur le bouton de l'interrupteur et regardez le multimètre visuel afficher la quantité d'énergie de la batterie. Placez votre centrale électrique au soleil et surveillez la quantité d'énergie qu'elle collecte. Ensuite, utilisez votre powerPlant pour alimenter les appareils. Nous avons alimenté notre mini arduino avec le powerPlant, voyez ce que vous pouvez alimenter ! Modifiez votre centrale électrique en fonction de vos besoins. John O'Malley a changé les vitesses pour une plate-forme sur son vélo (voir les images ci-dessous). S'amuser!