Velikonočni sončni motor: 7 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:09

Solarni motor je vezje, ki sprejema in shranjuje električno energijo iz sončnih celic, in ko se nabere vnaprej določena količina, se vklopi za pogon motorja ali drugega aktuatorja. Sončni motor v resnici ni sam po sebi 'motor', vendar se tako imenuje po ustaljeni rabi. Zagotavlja gonilno silo in deluje v ponavljajočem se ciklu, zato ime ni popolna napačna oznaka. Njegova vrlina je, da zagotavlja uporabno mehansko energijo, kadar so prisotne le skromne ali šibke ravni sončne svetlobe ali umetne sobne svetlobe. Tako nabira ali nabira grozde nizke energije, dokler ni dovolj za obrok, ki daje energijo za motor. In ko motor porabi porabo energije, se vezje sončnega motorja vrne v način zbiranja. To je idealen način za občasno napajanje modelov, igrač ali drugih majhnih pripomočkov pri zelo nizki svetlobi. To je odlična ideja, ki jo je prvi zamislil in zmanjšal v prakso Mark Tilden, znanstvenik iz nacionalnega laboratorija Los Alamos. Pripravil je elegantno preprosto dvo-tranzistorsko vezje sončnega motorja, ki je omogočilo drobne robote na sončno energijo. Od takrat so številni navdušenci izumili vezja sončnih motorjev z različnimi funkcijami in izboljšavami. Tu opisani se je izkazal za zelo vsestranskega in robustnega. Ime je dobila po dnevu, ko je bila njegova shema vezja dokončana in vnesena v avtorski zvezek delavnice, velikonočna nedelja, 2001. V preteklih letih je avtor izdelal in preizkusil več deset v različnih aplikacijah in nastavitvah. Dobro deluje pri šibki ali visoki svetlobi, z velikimi ali majhnimi kondenzatorji za shranjevanje. In vezje uporablja le običajne diskretne elektronske komponente: diode, tranzistorje, upore in kondenzator. Ta navodila opisujejo osnovno vezje velikonočnega motorja, njegovo delovanje, predloge za gradnjo in prikazujejo nekatere aplikacije. Predpostavlja se osnovno poznavanje elektronike in spajkanja vezij. Če niste storili česa takega, a ste željni poskusiti, bi bilo dobro, da se najprej lotite nečesa preprostejšega. Lahko poskusite s solarnim motorjem FLED in Instructables ali "Solar Powered Symet", opisanim v knjigi "Junkbots, Bugbots & Bots on Wheels", ki je odličen uvod v ustvarjanje takšnih projektov.

1. korak: vezje velikonočnega motorja

To je shematski diagram za velikonočni motor skupaj s seznamom elektronskih komponent, ki ga sestavljajo. Oblikovanje vezja sta navdihnila "Micropower Solar Engine" Kena Huntingtona in "Suneater I" Stephen Bolt. Skupno z njimi ima velikonočni motor dva tranzistorska sprožilca in zapaha, vendar z nekoliko drugačnim uporovnim omrežjem, ki ju povezuje. Ta odsek porabi zelo malo energije, ko je aktiviran, vendar omogoča izločanje dovolj toka za pogon enega tranzistorja, ki vklopi tipično obremenitev motorja. Takole deluje velikonočni motor. Sončna celica SC počasi napolni shranjevalni kondenzator C1. Tranzistorja Q1 in Q2 tvorita zapah. Q1 se sproži, ko napetost C1 doseže niz prevodnosti skozi niz diod D1-D3. Z dvema diodama in eno LED, kot je prikazano na diagramu, je sprožilna napetost približno 2,3 V, vendar lahko po želji vstavite več diod, da dvignete to raven. Ko se Q1 vklopi, se podnožje Q2 potegne navzgor skozi R4, da ga tudi vklopi. Ko je vklopljen, vzdržuje osnovni tok preko R1 do Q1, da ostane vklopljen. Oba tranzistorja sta tako pritrjena, dokler napajalna napetost iz C1 ne pade na okoli 1,3 ali 1,4 V. Ko sta Q1 in Q2 pritrjena, se osnova "napajalnega" tranzistorja QP potegne navzdol skozi R3 in ga vklopi za pogon motorja M ali druge obremenitvene naprave. Upor R3 tudi omejuje osnovni tok skozi QP, vendar je prikazana vrednost ustrezna, da za večino namenov dovolj močno vklopi obremenitev. Če je za obremenitev potreben tok večji od 200 mA, lahko R3 zmanjšamo in za QP uporabimo težji tranzistor, na primer 2N2907. Vrednosti drugih uporov v vezju so bile izbrane (in preizkušene), da omejijo tok, ki ga uporablja zapah, na nizko raven.

2. korak: postavitev traku

Zelo kompaktna izvedba velikonočnega motorja je lahko izdelana na navadni leseni plošči, kot je prikazano na tej sliki. To je pogled s komponente, spodnji trakovi bakrenih trakov pa so prikazani v sivi barvi. Plošča je le 0,8 "x 1,0", le štiri skladbe pa je treba izrezati, kot kažejo beli krogi v skladbah. Tu prikazano vezje ima eno zeleno LED D1 in dve diodi D2 in D3 v sprožilnem nizu za vklopno napetost približno 2,5 V. Diode so postavljene pokonci s katodnim koncem navzgor, to je usmerjeno proti negativnemu vodilu na desnem robu plošče. Namesto mostička, prikazanega od D1 do D2, lahko preprosto namestite dodatno diodo, da povečate vklopno točko. Izklopno napetost lahko dvignete, kot je opisano v naslednjem koraku. Seveda lahko uporabite druge formate plošč. Četrta fotografija spodaj prikazuje velikonočni motor, zgrajen na majhni prototipni plošči za splošno uporabo. Ni tako kompakten in urejen kot postavitev traku, po drugi strani pa pušča veliko prostora za delo in prostor za dodajanje diod ali več shranjevalnih kondenzatorjev. Lahko bi uporabili tudi navadno perforirano fenolno ploščo s potrebnimi priključki, ožičenimi in spajkanimi spodaj.

3. korak: Sprožilne napetosti

Ta tabela prikazuje približne napetosti vklopa za različne kombinacije diod in LED, ki so bile preizkušene v sprožilnem nizu različnih velikonočnih motorjev. Vse te kombinacije sprožilcev se lahko prilegajo postavitvi traku v prejšnjem koraku, vendar bi morala kombinacija 4 diode in 1 LED imeti stik dioda-dioda, spajkana nad ploščo. Pri meritvah tabele so bile uporabljene starejše LED rdeče barve z nizko intenzivnostjo. Večina drugih novejših rdečih LED -diod, ki so bile preizkušene, deluje približno enako, pri čemer je morda stopnja sprožilca le približno plus ali minus 0,1 V. Barva vpliva: zelena LED dioda je sprožilna stopnja za približno 0,2 V višja od primerljive rdeče. Bela LED brez zaporednih diod je dala vklopno točko 2,8 V. Utripajoče LED niso primerne za to vezje motorja. Koristna značilnost velikonočnega motorja je, da lahko izklopno napetost dvignete, ne da bi to vplivalo na stopnjo vklopa, tako da vstavite eno ali več diod zapored z bazo Q2. Z eno samo diodo 1N914, priključeno od stika R4 in R5 do podnožja Q2, se vezje izklopi, ko napetost pade na okoli 1,9 ali 2,0 V. Pri dveh diodah je izklopna napetost merila približno 2,5 V; s tremi diodami se je izklopil pri približno 3,1 V. Na postavitvi traku je lahko dioda ali diodni niz namesto mostička, prikazanega nad uporom R5; druga spodnja slika prikazuje eno tako nameščeno diodo D0. Upoštevajte, da mora konec katode iti na dno Q2. Tako je mogoče učinkovito uporabiti velikonočni motor z motorji, ki ne delujejo dobro v bližini osnovnega izklopa približno 1,3 ali 1,4 V. Sončni motor v športnem terencu za igrače na fotografijah je bil vklopljen pri 3.2V in izklopljen pri 2.0V, ker ima v tem napetostnem območju motor dobro moč.

4. korak: Kondenzatorji, motorji in sončne celice

Kondenzator, uporabljen v športnem terencu za igrače, je tak, kot je prikazan na levi na spodnji sliki. Je polni 1 Farad, ocenjen za uporabo pri do 5V. Za manjše obremenitve ali krajše obratovanje motorja manjši kondenzatorji omogočajo krajši čas cikla in seveda krajši čas delovanja. Napetost, navedena na kondenzatorju, je največja napetost, na katero ga je treba napolniti; preseganje te vrednosti skrajša življenjsko dobo kondenzatorja. Mnogi super kondenzatorji, namenjeni posebej za varnostno kopiranje pomnilnika, imajo večji notranji upor in zato ne sproščajo energije dovolj hitro, da bi poganjali motor. Sončni motor, kot je velikonočni motor, je primeren za vožnjo motorjev, ki imajo notranji statični upor približno 10 Ohmov ali več. Najpogostejša različica motorjev za igrače ima veliko nižji notranji upor (tipično 2 Ohma) in bo tako izpraznila vso energijo iz kondenzatorja za shranjevanje, preden se motor resnično zažene. Motorji, prikazani na drugi fotografiji spodaj, delujejo v redu. Od dobaviteljev elektronike jih pogosto lahko najdemo kot presežek ali kot novo. Primerne motorje lahko najdete tudi v snemanih snemalnikih ali videorekorderjih. Običajno jih lahko izpostavimo kot premer, ki je večji od njegove dolžine. Izberite sončno celico ali celice, ki bodo zagotavljale napetost nekoliko višjo od točke vklopa vašega motorja pod stopnjami svetlobe, ki jih bo videla vaša aplikacija. Resnična lepota sončnega motorja je v tem, da lahko zbere nizko kakovostno očitno neuporabno energijo in jo nato sprosti v uporabnih odmerkih. Najbolj impresivni so, ko od sedenja na mizo ali mizico ali celo na tla nenadoma oživijo. Če želite, da vaš motor deluje v zaprtih prostorih, v oblačnih dneh ali v senci in na prostem, uporabite celice, namenjene za notranjo uporabo. Te celice so običajno iz amorfnega tankega filma na steklu. Pri slabi svetlobi dajejo zdravo napetost, tok pa ustreza ravni osvetlitve in njihovi velikosti. Solarni kalkulatorji uporabljajo to vrsto celice in jih lahko vzamete iz starih (ali novih!) Kalkulatorjev, ki pa so v teh dneh precej majhni, zato je njihova trenutna moč nizka. Napetost celic kalkulatorja se giblje od 1,5 do 2,5 voltov pri šibki svetlobi in približno pol volta več na soncu. Želeli boste, da jih je več zaporedno povezanih. Wire Lepilo je odlično za pritrditev žic iz fine žice na te steklene celice. Nekatere svetilke za ključe s sončno energijo za ponovno polnjenje imajo veliko celico, ki dobro deluje v zaprtih prostorih s sončnimi motorji. Trenutno ima Image SI Inc. nove notranje celice velikosti, primerne za neposredno pogon sončnega motorja iz ene celice. Njihova "zunanja" sončna celica iste vrste deluje zelo dobro tudi v zaprtih prostorih. Iz številnih virov je bolj pogosto na voljo kristalni ali polikristalni tip sončne celice. Te vrste na soncu oddajajo veliko toka, vendar so posebej namenjene življenju na soncu. Nekaterim je pri šibki svetlobi skromno dobro, večina pa je precej mračna v prostoru, osvetljenem z fluorescencami.

5. korak: Zunanje povezave

Za povezavo s tiskanega vezja s sončno celico in motorjem so zelo primerne vtičnice z vtičnicami iz vgrajenih trakov. Vtičnice za pin lahko enostavno odstranite iz plastične nastavitve, v katero prihajajo, s previdno uporabo ščipalk. Repe lahko odrežete, potem ko so zatiči spajkani v deski. Trdna 24 merilna žica se lepo in varno vtakne v vtičnice, običajno pa so zunanji priključeni prek fleksibilne navezane priključne žice. Iste vtičnice lahko spajate na konce teh žic, da služijo kot majhni "vtiči", ki se lepo prilegajo vtičnicam na krovu. Na voljo so tudi vtičnice za plošče, v katere je mogoče priključiti kondenzator za shranjevanje. Lahko se montira neposredno v vtičnice ali pa se na daljavo nahaja in poveže preko žičnih vodnikov, priključenih na ploščo. To omogoča enostavno menjavo in preizkušanje različnih kondenzatorjev, dokler se ne najde najboljši za uporabo in njene povprečne svetlobne razmere. Ko se najde najboljša vrednost C1, ga je mogoče še vedno trajno spajkati, vendar je to le redko ugotovljeno, če se uporabljajo kakovostne vtičnice.

6. korak: Aplikacije

Morda je naša najljubša uporaba velikonočnega motorja v športnem terencu Jeepster, ki je ponazorjen v 3. koraku. Tanko dno vezanega lesa je bilo razrezano, da se prilega telesu, velika kolesa iz pene pa so mu dala videz "Monster Wheel", vendar je med delovanjem je precej miren. Spodnja stran je prikazana na spodnji fotografiji. Osi so nastavljene tako, da avto teče v ozkem krogu (ker imamo majhno dnevno sobo), nastavitev pogona na sprednja kolesa pa mu močno pomaga, da se drži predvidene krožne poti. Zobniški pogon je bil vzet iz komercialne motorne enote, prikazane na naslednji fotografiji, vendar je bil opremljen z motorjem 13 Ohmov. Super -kondenzator 1 Farad daje avtomobilu približno 10 sekund časa delovanja v vsakem ciklu, kar skoraj v celoti traja okoli kroga s premerom 3 čevljev. Polnjenje traja v oblačnih dneh ali ko se avto ustavi na temnem mestu. V naši dnevni sobi je čez dan običajno od 5 do 15 minut. Če v oknu zaide neposredna sončna svetloba, se napolni v približno dveh minutah. Potuje v kotu sobe in beleži številne revolucije, odkar je bil zgrajen leta 2004. Druga zabavna uporaba velikonočnega motorja je "Walker", robotu podobno bitje, ki se potegne skupaj z dvema rokama ali bolje rečeno nogami. Uporablja isto nastavitev motorja in gonila kot Jeepster z istim razmerjem 76: 1. Ena od njegovih nog je namenoma krajša od druge, tako da hodi v krogu. Walker nosi tudi utripajočo LED, tako da vemo, kje je po tleh na tleh. Preprosta uporaba sončnega motorja je kot mahanje zastave ali vrtenje. Tista, prikazana na 5. fotografiji spodaj, lahko sedi na mizi ali polici in vsake toliko se bo nenadoma in precej divje vrtela okoli kroglice na vrvici in tako pritegnila pozornost nase. Nekatere izvedbe teh preprostih predil so imele na vrvici zvončico. Drugi so imeli v bližini nameščen stacionarni zvon, da bi ga udarila žoga - vendar to po nekaj sončnih dneh postane nadležno!

7. korak: NPN Velikonočni motor

Velikonočni motor je lahko izdelan tudi v komplementarni ali 'dvojni' različici z dvema tranzistorjema NPN in enim PNP. Celotna shema je prikazana na prvi sliki tukaj. Postavitev traku ima lahko enake lokacije komponent in enake reze sledi kot prva ali različica „PNP“, bistvene spremembe pa so preklopljene vrste tranzistorjev in obrnjena polarnost sončne celice, kondenzatorja za shranjevanje, diod in LED. Postavitev traku NPN je prikazana na drugi sliki in vključuje dodatno diodo D4 za višjo vklopno napetost in diodo D0 od osnove tranzistorja Q2 do stičišča uporov R4 in R5 za višjo izklopno napetost kot no.