Carte Électronique Basique

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Carte Basique
Carte Basique assemblée

Ce n'est pas tout de produire de l’électricité, il faut aussi pouvoir l'utiliser ! Le courant produit par l'éolienne est alternatif : en fonction de la position des aimants, il va être positif ou négatif. De plus il est composé de trois signaux différents, qui se ressemble mais sont décalé dans le temps. C'est les différentes phases. On dit que le courant est triphasé. Il faut donc récupéré tout ça et le transformer en courant continu : un courant bien droit tout simple comme le produirait une pile.

Tu trouveras ici toutes les informations nécessaire pour comprendre le fonctionnement et l'assemblage de la carte électronique.

Fonctionnement[modifier]

Schéma de la Carte Basique

En plus des connecteurs en entrée et en sortie, la carte comporte trois partie :

  • Un pont de diodes triphasé
  • Une protection contre les surtensions (diode Zener)
  • Un filtre (condensateur)


Montage triphasé[modifier]

L'éolienne doit être câblée avec un montage triphasé "en étoile". Sur le schéma ci-contre, on observe que lorsqu’un pôle nord est en face de la bobine 1, l’autre pôle nord est en face de la bobine 4. Les bobines 1 et 4 sont donc «en phase» : la tension à leurs bornes évoluera de la même manière en même temps. On peut dire la même chose entre les bobines 2 et 5, ainsi que les bobines 3 et 6. Tripalium propose une animation d'un alternateur d'éolienne sur leur site (pour 9 bobines et 12 aimants !).

Montage Triphasé en étoile

Le pont de diode[modifier]

Le redressement du courant : les parties négatives deviennent positives

Nous avons à présent trois fils sortants de notre éolienne, trois «phases» décalées les unes par rapport aux autres. À cette étape, nous allons «redresser» la tension afin d’obtenir une tension continu, à l’aide d’un pont de diodes. Un pont de diodes permet de convertir toutes les partie négatives d’un courant en courant positif.

Dans notre montage triphasé, si on redresse la partie négative et qu’on assemble les trois phases, on obtient un signal quasi continu :

Redressement du courant par un pont de diode triphasé

Mais en détail, comment ça marche ? Pour comprendre le fonctionnement d'un pont de diode, il faut comprendre ce qu'est une diode. Pour faire simple, la diode est un composant électronique qui ne laisse passer le courant que dans un seul sens. En connectant des diodes dans un sens différents à un même signal alternatif, pour que le courant puisse toujours passer quelque part, on peut donc récupérer un signal toujours positif.

Passage du courant dans un pont de diode pour un courant alternatif "simple"

La protection contre les surtensions[modifier]

Caractéristique idéale de la diode zener et sa zone de claquage

L'éolienne produit des tensions variables, en fonction notamment de la vitesse à laquelle elle tourne. Avec un super bobinage, des supers aimants, et une éolienne qui tourne très vite, on pourrait endommager ce que l'on branche en sorti du circuit : une ampoule, un moteur, un autre circuit... Pour protéger le circuit contre les "surtensions" on a ajouté une diode particulière appelée diode zener.

Tout comme les diodes du pont de diode, elle bloque le courant quand elle est branchée dans le "mauvais sens". C'est ce qu'elle fait la plupart du temps dans notre circuit, et comme elle est banchée en parallèle, elle n'a donc aucune influence sur le circuit si il n'y a pas de surtensions.

Cependant, quand une tension trop forte qui traverse le circuit, on atteint la zone de "claquage" de la diode : elle devient passante. Elle empêche alors le courant de monter au dessus de cette tension seuil, réglée à 5.1V sur notre circuit.

Le filtre à condensateur[modifier]

On remarque qu'en sortie du pont de diode, le signal continu à faire des légères vagues. Pour obtenir un signal bien droit, on utilise un condensateur. Un condensateur est un composant électronique qui fonctionne comme une petite batterie : elle va accumulé l'énergie quand il y en a, et en rejeter quand il en manque. Elle permet donc de lisser les vagues du signal, pour obtenir en sorti un signal quasiment rectiligne.

La diode électroluminescente et sa résistance[modifier]

Diodes éléctroluminescentes de 3 couleurs différentes

Pour visualiser quand de l’électricité est produite, on ajoute une diode électroluminescente (souvent appelée LED), qui produira de la lumière quand l'on dépasse une certaine tension électrique, appelée la tension seuil. Cette tension seuil dépend de sa couleur, mais est située aux alentours de 2V. Comme son nom l'indique, la diode électroluminescente est une diode, et laisse donc passer le courant que dans un seul sens. Son bord plat correspond au -, et sa patte du coté + est normalement plus longue.

On ajoute une résistance en série de cette LED pour limiter et dissiper tout le courant électrique passant dans la led. Pour une tension donnée (U), plus la résistance (R) est grande, plus le courant (I) est petit. C'est la fameuse relation :

donnée par la loi d'Ohm.

Pour notre éolienne, on aura une tension maximale de 5V, et on choisit une résistance de l'ordre de 1 kOhm pour limiter le courant à 5 mA.

Assemblage de la carte[modifier]

Composants[modifier]

Soudure diode Schottky CMS (Composant Monté en Surface)

Tous les composants électronique sont fourni dans le kit. Si tu n'as pas exactement la même référence de composant, pas de panique, cela doit fonctionner quand même. Pièces :

  • 6x diode Schottky (STPS1S30U)
  • 1x diode Zener 5.1V (1SMB5918BT3G)
  • 1x condensateur 1mF 10V
  • 1x résistance (1 k Ohm environ)
  • 1x LED
  • 5x connecteur

Normalement tu as donc plus de diodes Schottky que de diodes Zener. Pour les différencier tu peux lire à la loupe ou au zoom de ton téléphone ce qui est écrit dessus. Le pole - des diodes est celui indiqué par un trait blanc. Sur la carte du kit, il doit donc être toujours en haut.

Les diodes fournis sont des composants montés en surface (CMS), tandis que la résistance et la diode ont des broches qui passent au travers de la carte. C'est plus facile pour souder, mais dans l'industrie, on utilise surtout des CMS car c'est plus petit.

Soudure[modifier]

Pour souder les composants, il te faut un fer à souder et une petite bobine d'étain. On va faire fondre un peu d'étain pour lier le composant aux petites parties métalliques de la carte.

Quelques conseils :

  • Pour les composants CMS (diodes), tu peux déposer un peu d'étain en fusion sur la carte, posé le composant dessus, puis refaire fondre l'étain en appuyant sur le composant. Il faudra ensuite souder l'autre coté du composant.
  • Pour la LED, le condensateur, et la résistance, tu peux faire passer les broches à travers la carte, et venir les souder de l'autre coté de la carte.
  • Pour faciliter la soudure, nettoie bien le bout du fer en le frottant à une éponge humide. Tu peux "mouiller" le fer en mettant un peu d'étain dessus pour faciliter la soudure ensuite.
  • Il faut toujours rajouter un peu d'étain quand tu refais fondre une soudure déjà commencé. Si il y en a trop, tu peux utiliser de la tresse à dessouder pour en enlever.
  • Une bonne soudure doit tenir, et ressembler à un petit volcan aplatit à sa base , et surtout pas à une boule : cela voudrait dire que le contact entre la carte est l'étain n'est peut être pas bon. Quand cela arrive, c'est parfois que la surface sur laquelle on soude (la carte ou le composant) n'est pas assez chaud. Tu peux coller ton fer à la surface en question avant de recommencer la soudure.

Encore une fois, fait bien attention au sens des composants ! Les traits des diodes vers le haut, le - du condensateur vers le bas, et la partie plate de la LED vers le bas. Pour la résistance, cela n'a pas d'importance.

Pour un tutoriel plus complet sur la soudure, tu peux regarder ici.

Ancienne version de la carte[modifier]

Ancienne version de la Carte Basique

La carte éolécole a un peu évolué. Voici donc son ancienne version. Le fonctionnement est le même, elle est juste un peu moins complète ! Liste des composants de la première version carte basique :