Traduction d'un article d'un blog de l'ingénieur indien Amaldev V.
Ce projet a mûri dans ma tête pendant environ deux ans, et je ne pouvais toujours pas le faire. Il n'y a rien de compliqué ou de trop technologique dans le projet. Toute personne qui sait faire quelque chose avec ses mains devrait y faire face sans aucun problème. J'ai mis l'ensemble du projet en
accès libre , et vous devriez pouvoir commander toutes les pièces détachées et assembler votre appareil, en dépensant moins de 10 $.
Contexte
J'habite maintenant à Mumbai, dans un appartement donnant sur une route très fréquentée. Et depuis le moment de mon arrivée ici, j'ai eu du mal avec la poussière qui se dépose sur tout, je devrais ouvrir les fenêtres. Le nettoyage hebdomadaire de l'appartement demande beaucoup d'efforts. Et j'ai décidé d'acheter un purificateur d'air pour la pièce. Et puis j'ai pensé: à quel point sera-t-il difficile d'assembler le nettoyeur vous-même? J'ai mené une étude et j'ai décidé que je devais me fabriquer un ioniseur (au fait, un ioniseur et un nettoyant sont deux appareils différents, mais plus à ce sujet plus tard). Cependant, je me suis ensuite enterré dans les problèmes actuels et je ne l'ai jamais assemblé.
https://www.instagram.com/p/B6pRxfXJ_jU/Mais récemment, beaucoup m'ont demandé comment je conçois et fabrique des appareils, et j'ai décidé de donner ce projet relativement simple à titre d'exemple et de décrire sa création en détail comme une instruction
Faisons donc un ioniseur.
La recherche
Si vous voulez faire quelque chose vous-même, faites d'abord des recherches à l'aide de Google. Dans notre cas, découvrons ce qu'est un ioniseur et sur quel principe de base il fonctionne.
Un ioniseur d'air (ou un générateur d'ions négatifs ou un lustre Chizhevsky) est un appareil qui utilise la haute tension pour ioniser (charge électrique) les molécules d'air. Les ions négatifs, ou anions, sont des particules qui ont un ou plusieurs électrons supplémentaires, c'est pourquoi leur charge totale est négative.
Jusqu'à présent, cela semble simple. Les ioniseurs sont utilisés pour éliminer les particules de l'air en leur donnant une charge négative, après quoi ces particules sont attirées vers une surface chargée positivement (mur / sol). En conséquence, les particules se déposent beaucoup plus rapidement, laissant l'air propre. C'est exactement ce dont nous avons besoin - pour éliminer la poussière de l'air afin de ne pas l'inhaler.
Ainsi, après avoir cherché pendant seulement 5 minutes, nous savons déjà que nous devons faire un système avec une haute tension, qui donne une charge négative aux particules. Au début, j'étais un peu découragé, car je n'avais jamais fait de systèmes haute tension auparavant, et si vous jouez avec de tels systèmes avec négligence, tout peut mal se terminer.
Ensuite, nous allons chercher des appareils déjà disponibles sur le marché qui fonctionnent sur la base de cette technologie. Je fais cela afin de comprendre quel type de circuits les gens utilisaient pour créer de tels appareils. S'il existe un appareil doté de la même technologie sur le marché, apprenez-en.
Les gens ont passé beaucoup d'heures d'ingénieur sur l'appareil. Apprenez de leur exemple pour créer votre propre système, qui est au moins similaire au système fini, ou apprenez des erreurs des autres et améliorez le système.
À ces fins, Google vous aidera également au mieux. J'ai trouvé des preuves de ce que les ioniseurs faisaient dans les années 80. Si cette technologie est si ancienne, je peux regarder une description de la façon dont ces appareils sont démontés. Nous recherchons un "démontage ioniseur" dans Google, et nous trouvons un tas de vidéos qui montrent l'intérieur de l'appareil. Vidéos
hautement recommandées par
BigClive .
Sur la base de ces vidéos, j'ai réalisé qu'un système à haute tension peut être fabriqué en utilisant un multiplicateur de tension, et que ce n'est pas si difficile. Passons donc à la conception de l'électronique.
Conception électronique
Nous avons besoin d'
un multiplicateur de tension . Tout d'abord, apprenez tout ce que vous pouvez à partir du contenu gratuit. Ne faites jamais rien sans avoir d'abord appris tout ce que vous pouvez gratuitement. C'est très important.
Vous devez passer du temps à faire des recherches, sinon vous ferez les mêmes erreurs. J'ai passé quelques heures à étudier le dispositif des multiplicateurs de tension. Le plus souvent, la solution la plus simple est utilisée,
le générateur Cockcroft-Walton .
L'un des principes que j'essaie de respecter lors du développement de solutions complexes est
Keep IT Simple, Stupid . Ou tout simplement KISS.
Par conséquent, le générateur Cockcroft-Walton me convenait. Il a été développé en 1932 et a depuis été utilisé dans des centaines d'appareils. Par conséquent, c'est une option assez fiable pour la mise en œuvre. Un petit google, j'ai trouvé une
vidéo de Dave Jones expliquant comment ce circuit fonctionne. Je recommande de regarder la vidéo pour mieux comprendre cela.
En fait, le circuit est composé de deux diodes et de deux condensateurs connectés «dos à dos». Un courant alternatif avec une tension de crête Vp est appliqué à l'entrée. La première partie du circuit décale le signal d'entrée de sorte qu'un courant constant avec une tension de crête de 2 Vp soit obtenu à la sortie. En ajoutant une autre étape, nous obtenons 4Vp. Vous pourriez penser que la prochaine étape augmentera cette valeur à 8Vp, mais non - seulement à 6Vp.
En ajoutant des étapes, nous augmentons la tension de sortie. 2Vp, 4Vp, 6Vp, 8Vp, 10 Vp, 12Vp, etc., par rapport à l'entrée. Du moins théoriquement - en pratique, il y aura des pertes dans le circuit, et la sortie ne sera pas si grande, mais pour nos fins, elle ne devrait pas être extrêmement précise.
Revenons à notre système: nous voulons émettre un courant continu de haute tension (environ 6-7 kV). Pour simplifier le circuit, j'ai décidé de lui appliquer directement 230 V AC (telle est la tension du réseau électrique indien) [comme en russe / env. trad.]. Supposons que nous faisons un multiplicateur à 15 étapes, puis à la sortie, nous obtenons une tension continue de 230 V x 2 x 15 = 6900 V (théoriquement). Assez pour l'ionisation.
Je pouvais ajouter un transformateur à l'entrée et augmenter la tension de sortie en moins d'étapes, mais pour le premier prototype, je voulais tout rendre très simple. Par conséquent, nous laisserons 15 étapes et une tension d'entrée de 230 V.
Ensuite, nous devons sélectionner les composants. Le circuit est très simple - deux condensateurs et deux diodes par étage. Comment choisissons-nous leurs valeurs et leur puissance nominale?
Et ici, vous avez besoin d'une bonne compréhension du principe du circuit. On peut voir qu'à chaque étape la tension aux bornes des diodes ou du condensateur ne dépasse pas 2Vp. La différence de potentiel est toujours de 2 Vp, nous n'avons donc pas besoin de dépenser d'argent pour des diodes et des condensateurs haute tension. Puisque 230 V vient à l'entrée, tout condensateur évalué à 500 V ou plus sera suffisant. Sa capacité n'est pas importante, j'ai donc choisi un condensateur 0,1 uF et 630 V. J'ai choisi le montage en surface car j'avais l'habitude de souder de tels composants. J'ai choisi les diodes 1N4007 pour 1000 V. L'essentiel est prêt. La liste des documents peut être
téléchargée avec le schéma .
Conception de PCB
Après avoir sélectionné les composants importants, choisissons le reste. Nous devons brancher l'appareil dans une prise de courant, donc à la sortie, nous avons besoin d'une résistance avec une valeur suffisamment grande pour que rien ne se passe (par exemple, pour que si vous touchez accidentellement le circuit, aucun courant ne passe à travers vous). Je voudrais également réduire le courant au minimum afin que l'appareil consomme le moins d'énergie possible lorsqu'il est allumé. J'ai choisi deux résistances de 10 MΩ (0,25 W, tolérance 1%, cas 1026), et cela nous donnera des courants mesurés en microampères.
Pour acheter des composants, j'ai choisi la boutique
LCSC.com . C'est moins cher que Digikey ou Mouser. Une recherche par paramètres m'a donné une résistance
1206W4F1005T5E .
Je voudrais également installer un indicateur LED qui s'allume lorsque l'appareil est allumé. Le courant qui le traverse doit être très faible. J'ai utilisé
cette LED dans d'autres projets, elle brille assez bien à un courant de 2 mA. Pour limiter le courant, j'ai pris deux résistances de 51 kΩ (230 V / 2 mA donne 115 kΩ). Deux résistances dissipent la chaleur plus fortement (P = I
2 R: (2 mA)
2 x 51 kΩ = 0,2 W). J'ai donc choisi deux résistances de 51 kΩ et 0,5 W. Sur le LCSC, il s'agit du
CR1210J51K0P05Z .
Maintenant, nous devons comprendre quelle sera la sortie. De l'analyse des ioniseurs finis, il s'ensuit que pour le transfert des ions négatifs aux particules de poussière, nous avons besoin de quelque chose de pointu. J'ai décidé d'utiliser des aiguilles à coudre, en les soudant sur une grande surface à la sortie. J'ai choisi un ensemble d'aiguilles sur le marché local pour 30 roupies (0,4 $). En principe, tout matériau conducteur avec des extrémités pointues convient. La fibre de carbone à pointe pointue fonctionnera mieux. Plus les pointes sont pointues, plus il y a d'ionisation.
Avec tout cela à l'esprit, concevons la planche. Pour ce projet, j'utilise Eagle. J'ai obtenu le schéma suivant:
Il possède deux plates-formes d'entrée pour le courant alternatif, 15 étapes du multiplicateur, des résistances pour réduire le courant, une grande surface en sortie et un circuit pour un indicateur LED. Je vous recommande de toujours noter les numéros des composants que vous utilisez, afin qu'à l'avenir, il soit plus facile de les rechercher et de les commander. Tous les composants m'ont coûté 7,8 $, et la plupart sont allés aux condensateurs.
J'ai décidé d'allonger ce circuit. Pour monter la carte, j'ai placé les trous dans les coins, et j'utilise les trous pour les vis M3. Les dimensions de la carte sont de 145 x 40 mm, l'entrée est à gauche et une grande zone pour souder des aiguilles tranchantes est à droite. Assurez-vous que les directions de placement des diodes sont marquées, car il sera beaucoup plus facile d'assembler l'appareil.
Vous devez maintenant dessiner un tableau au format Gerber et l'envoyer au fabricant. Je collabore avec le JLCPCB à ces fins. Le coût des prototypes de cartes est très faible. Les frais vous coûteront 0,8 $ (hors livraison) pour l'achat de 10 pièces.
Si vous souhaitez supprimer mon nom, ma date et le nom du forum des fichiers, modifiez les fichiers Eagle Board. Voici à quoi ressemblera le tableau final:
Vous pouvez l'importer dans Fusion 360 et obtenir cette beauté:
J'ai combiné la commande d'une carte de JLCPCB et de composants avec LCSC. Lorsque vous commandez ensemble, il y a un rabais sur la livraison de 15 $. Le coût de la carte et des composants est d'environ 9 $ (hors frais de port). Tout m'est venu en une semaine et demie. JLC a un service d'assemblage de cartes, mais j'aime tout faire moi-même.
Assemblage et inspection
Voici la carte JLCPCB. J'ai choisi la finition ENIG-RoHS car elle est plus jolie. Mais la garniture HASL sera moins chère.
Le soudage de tous les composants SMD m'a pris environ une heure. Dans un magasin local, j'ai acheté 2 mètres de fil et une fiche pour la connexion à une prise. J'ai noué le nœud sur le fil pour que le fil ne sorte pas de la fiche.
La prochaine étape est facultative, mais je la recommande vivement. Je me suis tourné vers une entreprise où il y a découpe au laser, j'ai pris un morceau de Plexiglas d'une épaisseur de 3 mm et j'en ai découpé une housse de protection. Je recommande de le faire - lorsque j'ai testé la carte, j'ai ressenti plusieurs fois un choc électrique important lorsque j'ai touché accidentellement les condensateurs. Le fichier DXF pour la découpe est également inclus avec
tous les fichiers .
J'ai vissé le couvercle sur le circuit imprimé à l'aide de
vis en plastique M3 de 5 mm de long et j'ai fabriqué
des pieds en plastique de 20 mm de long.
J'ai soudé sept aiguilles au tampon de sortie. Plus c'est mieux. La différence de longueur n'a pas d'importance.
Il est temps de brancher l'appareil sur une prise de courant et de vérifier. La LED devrait s'allumer et, idéalement, l'appareil devrait fonctionner.
Vous pouvez rapidement vérifier les performances en levant vos paumes mouillées jusqu'aux aiguilles (ne les touchez pas!). Vous sentirez le mouvement de l'air froid provenant des aiguilles. C'est l'ionisation. Les ions négatifs repoussent et s'éloignent constamment du bout des aiguilles.
Pour prouver que l'appareil peut provoquer la précipitation de la fumée et de la poussière, j'ai préparé une cruche transparente, je l'ai remplie de fumée et j'ai mis l'appareil dedans avec des aiguilles. Après avoir allumé l'appareil, les particules de fumée se sont déposées très rapidement.
https://www.instagram.com/p/B6pRxfXJ_jU/Dans la vidéo, il semble que la fumée se soit dispersée à cause de l'air soufflé dans la verseuse. En fait, il n'y a pas de courant d'air - la verseuse est fermée. L'effet est dû à la répulsion des ions négatifs, et l'air commence très rapidement à circuler à travers la cruche.
Après m'être assuré que l'appareil fonctionne, je l'ai branché sur une prise de courant et je l'ai laissé fonctionner. Il devrait disperser la poussière autour d'elle sans aucun problème. Idéalement, installez-le à côté de la fenêtre où souffle le courant d'air, afin que l'appareil ionise toute la poussière qui passe. J'ai l'intention de le mettre et de le laisser.
Et la consommation d'énergie? C'est très petit. La LED consomme le plus. Il faut environ 2 mA. Pendant un an, l'appareil doit enrouler 230 V x 2 mA x 24 h 365 d = 4 kW * h. Pour nous, cela coûtera 4 roupies (0,05 $) par an. Pour économiser de l'argent, vous pouvez simplement retirer la LED du circuit, puis la consommation électrique sera 1000 fois inférieure, et il est peu probable que vous puissiez même la remarquer sur le compteur.
Et nous avons donc mis en place un ioniseur pour seulement 10 $. J'espère que cela aide à réduire la quantité de poussière déposée dans vos poumons.
Après avoir travaillé pendant quelques semaines, vous remarquerez que la poussière commence à s'accumuler autour de lui. C'est normal. Mieux vaut qu'elle s'y installe que vous l'inhalez.
Pour les États-Unis et les pays où la tension est de 110 V, la tension de sortie sera inférieure (théoriquement d'environ 3 kV), mais l'ioniseur devrait toujours fonctionner.
Quoi d'autre peut être amélioré dans l'appareil: remplacez les aiguilles par des brosses conductrices en fibre de carbone. Plus l'extrémité de l'appareil est pointue, meilleure est l'ionisation. Si vous distribuez les pointes sur une grande surface, les chances d'ioniser un plus grand volume d'air augmentent.
Postface
Après la publication de cet article, certaines personnes craignaient que l'appareil ne génère également de l'ozone. Cependant, le schéma de fonctionnement du générateur d'ozone est légèrement différent (bien que le principe de la décharge corona reste le même). Depuis quelques semaines que cet appareil fonctionne pour moi, il semble qu'il ne génère pas d'ozone (ou il est si petit que je ne le ressens pas).
En ce qui concerne également la différence entre les ioniseurs et les purificateurs d'air. L'ioniseur ne peut pas remplacer les
filtres HEPA installés dans les purificateurs. Les ioniseurs aident uniquement à déposer la poussière de l'air. Ces particules restent sur le sol. Il ne piège pas les particules de fumée, comme le fait un nettoyant pour filtre.
La sécurité
Si vous décidez d'assembler un tel appareil, soyez prudent. Prenez des mesures lorsque vous travaillez avec un courant alternatif haute tension à l'entrée et un courant continu à la sortie. Ne donnez pas l'appareil aux enfants.
Assurez-vous que les câbles AC sont bien soudés et qu'il n'y a pas de fils dénudés à l'extérieur de la carte.
Utilisez un couvercle en plastique; ne touchez pas les composants du circuit lorsqu'il est allumé. Déchargez les condensateurs en les court-circuitant avec un conducteur de poignée isolé,
Faites un nœud sur le câble d'alimentation où il s'adapte à la carte de sorte que personne ne le retire de la carte.