Osobista elektrownia: 27 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:33

Personal powerPlant to przenośne urządzenie, które wykorzystuje energię elektryczną z ogniwa słonecznego i ręcznej korby do akumulatora NiMH. Urządzenie zawiera również wizualny multimetr, który monitoruje ilość zgromadzonej energii. Osobista elektrownia może być używana do zasilania aplikacji do 8V przy 70 mA. Projekt: Mouna Andraos, Jennifer Broutin, Carmen Trudell i Mike Dory @ Eyebeam na Warsztaty Alternatywnej Energii 06.23.07Eyeam********

Krok 1: Materiały

Elektronika Do obwodu PowerPlant1 - Silnik krokowy (Japan Servo KP4M4-029 12VDC)1 - Panel słoneczny (8V)1 - Akumulator NiMH (7,2V, 70mA)8 - 1N4001 Diody3 - Zaciski1 - 5-pinowe złącze męskie 18 lub pełny przewód 20G (czerwony, czarny, niebieski, zielony)Dla multimetru wizualnego1 - czerwona dioda LED, 1,5V1 - żółta dioda LED, 1,5V1 - zielona dioda LED, 1,5V1 - rezystor 100Ω1 - rezystor 150Ω1 - 1N4730 (3,9V) dioda Zenera1 - 1N4733 (5,1 V) dioda Zenera1 - 1N4737 (7,5V) dioda Zenera1 - chwilowy przełącznik Sprzęt 1 - płytka prototypowa PCB 2,5"x1,75"1 - drukowany schemat płytki (pobierz plik pdf poniżej)Schemat obwodu w celach informacyjnych (pobierz plik PDF poniżej) Szablon skrzynki na części (pobierz plik dwg/pdf poniżej)1 - Pudełko akrylowe 3,5"x3,5"x4,5"1 - Słupek do wiązania 3/16"x1" ze śrubą3 - Słupek do wiązania 3/16"x1/4" ze śrubą3 - Podkładka SAE #102 - śruby maszynowe nr 4 Szablon przekładni (opcjonalnie, pobierz plik dwg/pdf poniżej)1 - pleksi arkusz 4"x5"x1/8" do kół zębatych (opcjonalnie) Wyposażenie LutownicaLutowiecMultimetrŚciągacz do przewodówŚrubokręty (Phillips i Flatea) d) Exacto Knife and BladeMiejsca, w których można znaleźć materiały eksploatacyjne: Home DepotRadio ShackSklep z konteneramiElektronika Kopalnia złotaSolarboticsJameco Electronics

Krok 2: Schemat płytki drukowanej

Wydrukuj kopię schematu płytki drukowanej i wytnij. Umieść schemat z boku płytki prototypowej PCB bez miedzianych pierścieni lutowniczych. Schemat pokaże Ci, jak umieścić swoje komponenty z jednej strony, a z drugiej przylutujesz je do płytki prototypowej.

Krok 3: Prostownik cewki 1

Włóż 4 diody 1N4001 na miejsce, jak pokazano poniżej. Diody należy włożyć w kierunku wskazanym na schemacie płytki drukowanej; w przeciwnym razie nie będą działać prawidłowo. Umieszczając 4 diody, jak wskazano, prostujesz (zmieniając zasilanie z 2 faz 4-fazowego silnika krokowego z prądu przemiennego na prąd stały) Cewka 1.

Krok 4: Prostownik cewki 2

Włóż kolejne 4 diody 1N4001 na miejsce, jak pokazano poniżej. Umieszczając te 4 diody, jak wskazano, prostujesz (zmieniając zasilanie z 2 faz 4-fazowego silnika krokowego z prądu przemiennego na prąd stały) Cewka 2.

Krok 5: Przewody cewki 1 i 2 oraz nagłówek

Wytnij dwa kawałki drutu niebieskiego i dwa kawałki drutu zielonego za pomocą szczypiec do zdejmowania izolacji. Zdejmij każdy koniec każdego kawałka drutu. Włóż przewód na miejsce, jak pokazano.

Włóż 5-stykowe złącze męskie, jak pokazano, krótszą stroną styków skierowaną w dół do płytki prototypowej. To tutaj silnik zostanie podłączony do obwodu.

Krok 6: Lutowanie

Odwróć płytkę i zacznij lutować połączenia, jak pokazano na schemacie płytki drukowanej, za pomocą lutownicy i lutownicy. Łatwiej jest lutować, jeśli przewody zostaną wcześniej skrzyżowane. Upewnij się, że łączysz połączenia z dużą ilością lutu. Unikaj zimnych spoin (gdy lut wydaje się matowy).

Krok 7: Zakończ obwód silnika krokowego (generatora)

Po zakończeniu lutowania obwodu silnika krokowego (generatora) tył płytki prototypowej powinien wyglądać tak, jak pokazano.

Krok 8: Terminale

Włóż 2 zaciski, po jednym na każdym końcu płytki prototypowej w pokazanym kierunku. Jeśli perforacje są zbyt małe, użyj noża Exacto, aby powiększyć otwór. Wytnij dwa odcinki drutu o długości 3 cali (dowolnego koloru) i użyj narzędzia do zdejmowania izolacji, aby całkowicie zdjąć izolację z przewodów. Przewody te będą przebiegać po przeciwnej stronie płytki prototypowej (z miedzianymi pierścieniami lutowniczymi), od dodatniej do dodatniej strony każdego zacisku i od ujemnej do ujemną stronę każdego zacisku. Zacisk po lewej będzie używany do wprowadzania przewodów do akumulatora. Zacisk po prawej będzie używany do wprowadzania przewodów do panelu słonecznego.

Krok 9: Zaciski lutowane

Odwróć płytkę prototypową. Włóż pozbawione izolacji przewody do otworów, jak wskazano (patrz schemat płytki drukowanej z drugiej strony). Przewody można wkładać, a następnie ponownie wysuwać, aby zbliżyć się jak najbliżej zacisku i przytrzymać w miejscu, jak pokazano. Przylutuj dwa północne i dwa południowe węzły prostowników dla cewki 1 i 2 do otwartych przewodów biegnących od zacisku do zacisku. To łączy prostowniki z zaciskami, aby zakończyć obwód silnika krokowego (generatora). Pamiętaj, aby otwarte przewody trzymać z dala od innych połączeń.

Krok 10: Testowanie

Teraz jesteś gotowy do przetestowania obwodu za pomocą silnika krokowego, aby upewnić się, że wszystkie połączenia są prawidłowo przylutowane, a wszystkie komponenty są prawidłowo umieszczone.

Włóż przewody silnika krokowego do 5-pinowego złącza męskiego. Czarny przewód silnika krokowego powinien być umieszczony na bolcu, który nie jest oznaczony Cewka 1 lub Cewka 2. Za pomocą multimetru (ustawionego na napięcie prądu stałego) zmierz napięcie wytwarzane przez generator podczas obracania wału. Umieść dodatnią (czerwoną) sondę multimetru na dodatniej śrubie dowolnego zacisku, a ujemną (czarną) sondę na ujemnej śrubie tego samego zacisku. Ręczne obracanie wału powinno ustąpić w okolicach 4-8 woltów. Jeśli nie widzisz wyników, oto kilka wskazówek dotyczących rozwiązywania problemów: 1) Sprawdź wszystkie połączenia lutowane, aby upewnić się, że wszystko jest w pełni przylutowane i połączone ze sobą. I odwrotnie, upewnij się, że połączenia, które nie powinny się stykać, nie są ze sobą. 2) Upewnij się, że wszystkie diody są skierowane we właściwym kierunku, jak pokazano na schemacie płytki drukowanej. 3) Sprawdź, czy przewody silnika są prawidłowo włożone - czarny przewód z silnika nie powinien być umieszczony na żadnym ze styków cewki 1 i 2.

Krok 11: Multimetr wizualny

Wbudowany multimetr wizualny pozwoli Ci zobaczyć, ile energii jest magazynowane z alternatywnych źródeł energii bez konieczności korzystania z multimetru.

Włóż diody Zenera we właściwym kierunku, jak pokazano na schemacie płytki drukowanej i zgodnie z kluczem, jak pokazano na dole. Liczby w kluczu będą odpowiadały cyfrom wydrukowanym na diodach Zenera. Włóż rezystory w gniazda z odpowiednimi kolorami (w tym przypadku kierunek nie ma znaczenia). Wytnij jeden kawałek czarnego drutu i zdejmij oba końce, włóż obok rezystorów, jak pokazano. Następnie wstaw trzy diody w kolejności jak na wyświetlaczu: zielona, żółta, czerwona (pomarańczowa).

Krok 12: Lutowany multimetr wizualny

Odwróć płytkę prototypową i przylutuj wizualny multimetr we wskazanym miejscu. Zapoznaj się ze schematem płytki drukowanej na odwrocie. Krzyżuj przewody, aby utrzymać je na miejscu i ułatwić lutowanie. Unikaj zimnych (matowych) połączeń. Pamiętaj, aby rozdzielić połączenia, które nie powinny być razem, ponieważ ten obszar jest ciasno zorganizowany.

Krok 13: Testowanie multimetru wizualnego

Przetestuj multimetr wizualny, aby upewnić się, że działa.

Umieść przewody silnika krokowego na męskiej głowicy. Obróć wał silnika krokowego (generatora) i zobacz, jak diody LED odpowiednio się zaświecą. Zielone światło wskazuje napięcie do ~5,6, żółte światło wskazuje napięcie do ~6,8. Obie diody LED mierzą napięcie w zależności od ich jasności. Na przykład, jeśli bateria utrzymuje napięcie 6,1 V, zielone światło będzie jasne, a żółte będzie słabe. Czerwona (pokazana tutaj na pomarańczowo) dioda LED zaświeci się tylko powyżej ~9,2 wolta. Do tego zastosowania używana jest bateria 7,2 V i 70 mA. Jeśli zaświeci się czerwona dioda LED, bateria jest w pełni naładowana. Nie kontynuuj ładowania akumulatora, gdy świeci się czerwona dioda, w przeciwnym razie może dojść do przeładowania i awarii. Jeśli nie widzisz wyników, oto kilka wskazówek dotyczących rozwiązywania problemów: 1) Sprawdź wszystkie połączenia lutowane, aby upewnić się, że wszystko jest w pełni przylutowane i połączone ze sobą. I odwrotnie, upewnij się, że połączenia, które nie powinny się stykać, nie są ze sobą. 2) Upewnij się, że wszystkie diody Zenera są skierowane we właściwym kierunku, jak pokazano na schemacie płytki drukowanej. 3) Sprawdź liczby na diodach Zenera, aby upewnić się, że są w odpowiedniej kolejności, jak pokazano na schemacie płytki drukowanej. *Na tym obrazku dodaliśmy przełącznik i wcześnie podłączyliśmy baterię (a następnie ją usunęliśmy), aby zobaczyć, jak to działa. Nie jest to konieczne, ale jest fajnie.

Krok 14: Chwilowy przełącznik lutowania i terminal

Wytnij 2 długie odcinki czerwonego drutu i dwa długie odcinki czarnego drutu. Zdejmij oba końce każdego przewodu. Owiń jeden koniec czerwonego przewodu i jeden koniec czarnego przewodu na przewody przełącznika chwilowego. Owiń jeden koniec czerwonego przewodu i jeden koniec czarnego przewodu na wyprowadzeniach terminala. Przylutuj 4 przewody do wyprowadzeń. Przełącznik chwilowy włączy multimetr wizualny, a terminal będzie używany jako wyjście dla osobistej elektrowni.

Krok 15: Przylutuj panel słoneczny

Wytnij 2 długie odcinki drutu, jeden czerwony i jeden czarny. Zdejmij oba końce każdego przewodu za pomocą szczypiec do zdejmowania izolacji. Przylutuj jeden koniec czarnego przewodu do ujemnego przewodu na panelu słonecznym (powinien być oznaczony na panelu jako "-"). Przylutuj jeden koniec czerwonego przewodu do dodatniego przewodu na panelu słonecznym (powinien być oznaczony na panelu znakiem „+”).

Krok 16: Sprawa: Otwory

Użyj dostarczonego szablonu sprawy (do pobrania w kroku 1), aby określić i wyciąć otwory niezbędne dla komponentów. Użyliśmy wycinarki laserowej, aby naciąć otwory pod kątem dokładności (ponieważ ten rodzaj akrylu nie lubi przecinać się na wycinarce laserowej), a następnie odpowiednio wywierciliśmy otwory.

Krok 17: Koła zębate (opcjonalnie)

Ten krok nie jest konieczny, ale jest miłym dodatkiem do osobistej mocy. Koła zębate wspomagają szybszy obrót wału silnika krokowego, zapewniając większą moc.

Użyj dostarczonego szablonu koła zębatego (pobierz w kroku 1), aby wyciąć małe i duże koło zębate na arkusz pleksi o wymiarach 4"x5"x1/8". Użyliśmy wycinarki laserowej, ponieważ jest to znacznie dokładniejsze. Ponieważ te koła zębate mają małe kół zębatych, nie zalecamy docinania ręcznego Alternatywą dla tego zestawu jest zakup gotowych kół zębatych.

Krok 18: Sprawa: Silnik krokowy i mały sprzęt

Włóż silnik krokowy do obudowy, jak pokazano, ze śrubami silnika skierowanymi na zewnątrz pudełka. Przymocuj śruby do obudowy za pomocą 2 śrub maszynowych #4. Umieść podkładkę nr 10 na wale silnika wychodzącym z pudełka, a następnie umieść małe koło zębate (opcjonalne) na górze, jak wskazano.

Krok 19: Etui: Duży sprzęt (opcjonalnie)

Włóż słupek śruby mocującej 3/16"x1" między obudowę a dużą zębatkę do otworu na krawędzi dużego zębatki, jak pokazano. Wkręć śrubę w słupek. To będzie rączka do obracania biegu.

Następnie włóż słupek śruby mocującej 3/16"x1/4" do wnętrza pudełka i przez otwór, jak pokazano. Umieść jedną podkładkę SAE #10 na słupku, a następnie umieść duże koło zębate na górze. Zakończ wkręcając śrubę w słupek. Przetestuj sprzęt za pomocą uchwytu, aby zobaczyć, jak płynnie działa!

Krok 20: Sprawa: Panel słoneczny

Włóż panel słoneczny do pudełka, jak pokazano, stroną ogniwa skierowaną na zewnątrz. Zdejmij słupki z dwóch śrub łączących 3/16"x1/4" i nałóż na każdą podkładkę #10 SAE. Umieść słupki wewnątrz obudowy i przesuń je przez otwory po obu stronach panelu słonecznego. Wkręć śruby w odpowiednie słupki.

Krok 21: Sprawa: przełącznik i terminal

Włóż wyłącznik chwilowy i zacisk do otworów, jak pokazano. Wyprowadzenia powinny znajdować się wewnątrz obudowy.

Krok 22: Sprawa: płytka prototypowa i bateria

Umieść swoją płytkę prototypową z gotowymi obwodami wewnątrz pudełka, jak wskazano. Taśma piankowa może być użyta do zabezpieczenia obwodu wewnątrz obudowy po podłączeniu przewodów z akumulatora, ogniwa słonecznego, silnika krokowego i zacisku wyjściowego. Upewnij się, że nie zaklejasz żadnych lutowanych połączeń.

Umieść baterię na spodzie obudowy, obok silnika krokowego, jak wskazano. Zabezpiecz taśmą piankową po podłączeniu przewodów do obwodu.

Krok 23: Zacisk wyjściowy lutowania

Weź dodatnie (czerwone) i ujemne (czarne) przewody zacisku wyjściowego i włóż je do płytki prototypowej w odpowiednich gniazdach, jak wskazano. Przylutuj przewody do zacisku akumulatora na odwrocie.

Krok 24: Przełącznik lutowania

Włóż przewody z przełącznika do gniazd, jak pokazano (środek obrazu). Zauważ, że pozytywne i negatywne umiejscowienie nie ma znaczenia dla przełącznika.

Pamiętaj, aby przylutować przewody zgodnie ze schematem płytki drukowanej.

Krok 25: Podłącz panel słoneczny

Poluzuj śruby na zacisku panelu słonecznego. Włóż przewody z panelu słonecznego do otworów terminala z dodatnim i ujemnym położeniem, jak wskazano. Dokręć śruby i sprawdź, czy przewody są dobrze zamocowane.

Krok 26: Podłącz akumulator NiMH

Poluzuj śruby na zacisku akumulatora NiMH. Włóż przewody z akumulatora NiMH do otworów terminala z dodatnim i ujemnym położeniem, jak pokazano. Dokręć śruby i sprawdź, czy przewody są dobrze zamocowane.

Krok 27: Koniec

Przetestuj swoją osobistą elektrownię, aby zobaczyć, jak to działa!

Obróć korbę na chwilę, a następnie naciśnij przycisk na przełączniku i obserwuj, jak wizualny multimetr wyświetla ilość energii w baterii. Ustaw swoją elektrownię na słońcu i monitoruj, ile energii gromadzi. Następnie użyj swojej elektrowni do zasilania urządzeń. Zasilaliśmy nasze mini arduino z powerPlant, zobacz, co możesz zasilić! Dostosuj swoją elektrownię do swoich potrzeb. John O'Malley wymienił przerzutki na platformę w swoim rowerze (patrz zdjęcia poniżej). Baw się dobrze!