Lihavõttepüha päikeseenergia mootor: 7 sammu (koos piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:51

Päikeseenergia mootor on vooluring, mis võtab päikesepatareide elektrienergiat sisse ja salvestab selle ning kui etteantud kogus on kogunenud, lülitub see mootori või muu täiturmehhanismi juhtimiseks sisse. Päikeseenergia mootor pole iseenesest tegelikult „mootor”, kuid see on selle nimi väljakujunenud kasutuse järgi. See annab tõukejõudu ja töötab korduva tsükliga, nii et nimi ei ole täielik vale. Selle vooruseks on see, et see annab kasutatavat mehaanilist energiat, kui seal on ainult napp või nõrk päikesevalgus või kunstlik toavalgus. See kogub või kogub justkui madala energiaallikaga kobaraid, kuni mootorile energiat jagub. Ja kui mootor on energia ära kulutanud, läheb päikeseenergia ahel tagasi kogumisrežiimi. See on ideaalne viis mudelite, mänguasjade või muude väikeste vidinate vahelduvaks toiteks väga vähese valguse korral. See on suurepärane idee, mille mõtles välja ja viis ellu praktikas üks Los Alamose riikliku labori teadlane Mark Tilden. Ta pakkus välja elegantselt lihtsa kahe transistoriga päikeseenergia ahela, mis tegi võimalikuks pisikesed päikeseenergial töötavad robotid. Sellest ajast alates on mitmed entusiastid välja mõelnud päikeseenergia ahelad, millel on erinevad funktsioonid ja täiustused. Siin kirjeldatu on osutunud väga mitmekülgseks ja vastupidavaks. See on oma nime saanud päeva järgi, mil selle skeem valmis viidi ja sisestati autori töökoja märkmikku, ülestõusmispüha, 2001. Aastate jooksul on autor teinud ja testinud mitukümmend erinevat rakendust ja seadistust. See töötab hästi hämaras või kõrgel, suurte või väikeste mälukondensaatoritega. Ja vooluahel kasutab ainult tavalisi diskreetseid elektroonilisi komponente: dioode, transistore, takistid ja kondensaatorit. Selles juhendis kirjeldatakse lihavõttemootori põhiahelat, selle toimimist, ehitussoovitusi ja näidatakse mõningaid rakendusi. Eeldatakse elektroonika ja vooluahelate jootmise põhiteadmisi. Kui te pole midagi sellist teinud, kuid olete valmis proovima, oleks hea kõigepealt tegeleda millegi lihtsamaga. Võite proovida The FLED päikeseenergia mootorit juhendis või raamatus "Junkbots, Bugbots & Bots on Wheels" kirjeldatud päikeseenergial töötavat sümmeetrit, mis on suurepärane sissejuhatus selliste projektide tegemisse nagu see.

1. samm: lihavõttemootori ahel

See on ülestõusmispühade mootori skemaatiline diagramm koos selle moodustavate elektrooniliste komponentide loendiga. Ringkonnakujunduse inspiratsiooniks olid Ken Huntingtoni "Mikroenergia päikeseenergia mootor" ja Stephen Bolti "Suneater I". Nendega sarnaselt on lihavõttemootoril kahetransistoriline päästiku- ja riiviosa, kuid neid ühendav veidi erinev takisti võrk. See sektsioon tarbib aktiveerimisel iseenesest väga vähe energiat, kuid võimaldab välja võtta piisavalt voolu ühe transistori juhtimiseks, mis lülitab sisse tüüpilise mootorikoormuse. Siin on lihavõttepühade mootori tööpõhimõte. Päikesepatarei SC laeb aeglaselt mälukondensaatorit C1. Transistorid Q1 ja Q2 moodustavad fikseeriva päästiku. Q1 käivitub, kui C1 pinge saavutab dioodi D1-D3 kaudu juhtivuse taseme. Kahe dioodi ja ühe valgusdioodiga, nagu diagrammil näidatud, on päästiku pinge umbes 2,3 V, kuid soovi korral saab selle taseme tõstmiseks sisestada rohkem dioode. Kui Q1 lülitub sisse, tõmmatakse Q2 alus R4 kaudu üles, et ka see sisse lülitada. Kui see on sisse lülitatud, säilitab see baasvoolu R1 kuni Q1 kaudu, et seda sisse lülitada. Mõlemad transistorid on seega kinni, kuni toitepinge C1 -st langeb umbes 1,3 või 1,4 V -ni. Kui nii Q1 kui ka Q2 on lukustatud, tõmmatakse "toite" transistori QP alus R3 kaudu alla, lülitades selle mootori M või muu koormusseadme juhtimiseks sisse. Takisti R3 piirab ka baasvoolu QP kaudu, kuid näidatud väärtus on piisav, et koormust enamikul eesmärkidel piisavalt tugevaks muuta. Kui soovitakse koormusele rohkem kui 200 mA voolu, saab R3 vähendada ja QP jaoks kasutada suurema koormusega transistorit, näiteks 2N2907. Ahela teiste takistite väärtused valiti (ja testiti), et piirata riivi kasutatavat voolu madalale tasemele.

2. toiming: ribalaua paigutus

Lihavõttemootori väga kompaktse teostuse saab konstrueerida tavalisele ribalauale, nagu on näidatud sellel joonisel. See on vaade komponendi poolelt, kus vaskriba rajad on hallid. Tahvel on vaid 0,8 "kuni 1,0" ja ainult neli rada tuleb lõigata, nagu on näidatud radade valgete ringidega. Siin kujutatud vooluahelal on üks roheline LED D1 ja kaks dioodi D2 ja D3 käivitusnööris umbes 2,5 V sisselülituspinge jaoks. Dioodid asetatakse püsti, katoodi ots ülespoole, see tähendab, et need on suunatud tahvli paremas servas oleva negatiivse siinilindi poole. D1 kuni D2 näidatud hüppaja asemele saab hõlpsasti paigaldada täiendava dioodi, et sisselülituspunkti üles tõsta. Väljalülituspinget saab tõsta ka järgmises etapis kirjeldatud viisil. Loomulikult saab kasutada ka teisi tahvlivorminguid. Alloleval neljandal fotol on ülestõusmispühade mootor, mis on ehitatud väikesele üldotstarbelisele prototüüpimisplaadile. See ei ole nii kompaktne ja korrastatud kui ribalaua paigutus, kuid teisest küljest jätab see palju ruumi tööks ja ruumi dioodide või mitme salvestuskondensaatori lisamiseks. Võib kasutada ka lihtsalt perforeeritud fenoolplaati koos vajalike ühendustega juhtmetega ja jootmisega allpool.

Samm: käivitage pinged

See tabel näitab ligikaudseid sisselülituspingeid erinevate dioodide ja valgusdioodide kombinatsioonide puhul, mida on proovitud erinevate lihavõttemootorite käivitusnööris. Kõiki neid päästikukombinatsioone saab sobitada eelmise sammu ribalaua paigutusega, kuid 4-dioodilise ja 1-valgusdioodilise kombinatsiooni puhul peab plaadi kohal olema joodetud diood-dioodühendus. Tabelimõõtmistes kasutatud LED -id olid vanemad madala intensiivsusega punased. Enamik teisi uuemaid punaseid LED -e, mida on proovitud, töötavad umbes samamoodi, võib -olla on nende käivitusnivoo varieeruvus ainult umbes pluss või miinus 0,1 V. Värv mõjutab: roheline LED andis päästiku taseme umbes 0,2 V kõrgemale kui võrreldav punane. Valge LED, millel ei ole järjestikku dioode, andis sisselülituspunkti 2,8 V. Vilkuvad LED -id ei sobi selle mootoriringluse jaoks. Lihavõttepühade mootori kasulik omadus on see, et väljalülituspinget saab tõsta ilma sisselülitustaset mõjutamata, sisestades Q2 alusega järjestikku ühe või mitu dioodi. Kui üks 1N914 diood on ühendatud R4 ja R5 ristmikust Q2 alusega, lülitub vooluring välja, kui pinge langeb ligikaudu 1,9 või 2,0 V -ni. Kahe dioodiga mõõdeti väljalülituspinge umbes 2,5 V; kolme dioodiga lülitati see välja umbes 3,1 V juures. Striplaua paigutusel võib dioodi või dioodi stringi paigutada takisti R5 kohal näidatud hüppaja asemele; teine illustratsioon allpool näitab ühte nii paigaldatud dioodi D0. Pange tähele, et katoodi ots peab minema Q2 alusele. Seega on võimalik lihavõttemootorit tõhusalt kasutada mootoritega, mis ei tööta hästi umbes 1,3 või 1,4 V põhilülituse lähedal. Fotodel oleva mänguasja maasturi päikeseenergia mootor lülitati sisse 3,2 V ja 2,0 V juures, sest selles pingevahemikus on mootoril hea võimsus.

Samm: kondensaatorid, mootorid ja päikesepatareid

Mänguasjade linnamaasturites kasutatav kondensaator on sarnane alloleval joonisel vasakul näidatuga. See on täis 1 Farad, mis on mõeldud kasutamiseks kuni 5 V pingel. Kergemate töövõimaluste või lühemate mootorikäikude korral annavad väiksemad kondensaatorid lühemaid tsükliaegu ja loomulikult lühemaid käike. Kondensaatoril loetletud pinge on maksimaalne pinge, milleni seda tuleks laadida; selle väärtuse ületamine lühendab kondensaatori eluiga. Paljudel spetsiaalselt mälu varundamiseks mõeldud superkondensaatoritel on suurem sisetakistus ja nad ei vabasta seega oma energiat mootori käivitamiseks piisavalt kiiresti. Päikeseenergia mootor, näiteks lihavõttemootor, sobib hästi mootorite juhtimiseks, mille sisemine staatiline takistus on umbes 10 oomi või rohkem. Kõige tavalisematel mänguasjamootoritel on palju väiksem sisetakistus (tüüpiline on 2 oomi) ja see tühjendab kogu energia mälukondensaatorist enne, kui mootor päriselt tööle hakkab. Allpool teisel fotol näidatud mootorid töötavad hästi. Neid võib sageli leida ülejäägina või uutena elektroonikatarnijatelt. Sobivaid mootoreid võib leida ka rämpsmagnetofonidest või videomakkidest. Tavaliselt võib neid välja tuua, kui nende läbimõõt on suurem kui nende pikkus. Valige päikesepatarei või -elemendid, mis annavad teie rakenduse nähtava valguse korral pinge mõnevõrra kõrgemale kui teie mootori sisselülituspunkt. Päikesemootori tõeline ilu on see, et see võib koguda madala kvaliteediga ilmselt kasutut energiat ja seejärel vabastada selle kasulikes annustes. Need on kõige muljetavaldavamad siis, kui nad lihtsalt lauale või kohvilauale või isegi põrandale istudes äratavad äkki ellu. Kui soovite, et teie mootor töötaks siseruumides või pilvistel päevadel või varjus või vabas õhus, kasutage siseruumides kasutamiseks mõeldud elemente. Need rakud on tavaliselt klaasist amorfse õhukese kilega. Need annavad hämaras valguses terve pinge ning vool vastab valgustustasemele ja nende suurusele. Päikesekalkulaatorid kasutavad seda tüüpi elemente ja neid saab võtta vanadest (või uutest!) Kalkulaatoritest, kuid need on tänapäeval üsna väikesed ja seega on nende praegune väljund madal. Kalkulaatori elementide pinge on vähese valguse korral vahemikus 1,5 kuni 2,5 volti ja päikese käes umbes pool volti rohkem. Soovite, et paljud neist oleksid ühendatud paralleelselt. Traadiliim sobib suurepäraselt peente traatjuhtmete kinnitamiseks nendele klaasist elementidele. Mõnel päikeseenergia laetaval võtmehoidja taskulambil on suur element, mis toimib hästi siseruumides päikeseenergia mootoritega. Praegu kannab Images SI Inc. uusi siseruumides kasutatavaid elemente, mille suurus on sobilik päikeseenergiamootori otsejuhtimiseks ühest elemendist. Nende sama tüüpi "välistingimustes" päikesepatareid töötavad üsna hästi ka siseruumides. Paljudest allikatest on sagedamini saadaval kristalliline või polükristalne päikesepatareide tüüp. Need tüübid eraldavad päikese käes palju voolu, kuid on spetsiaalselt ette nähtud päikese käes viibimiseks. Mõnel läheb hämaras valguses tagasihoidlikult hästi, kuid enamik on luminofooridega valgustatud ruumis üsna sünge.

Samm: välisühendused

Ühenduste tegemiseks trükkplaadilt päikesepatarei ja mootoriga on väga mugav kasutada inline ribadelt võetud tihvtide sabapistikuid. Nööpnõelte pistikupesasid saab kergesti vabastada plastikust, milles need on, kasutades tangide hoolikat kasutamist. Saba saab ära lõigata pärast seda, kui tihvtid on laual joodetud. Tugevad 24 -mõõtmelised juhtmepistikud pistikupesadesse on kenad ja kindlad, kuid tavaliselt ühendatakse välispind painduva keermeühendusjuhtme kaudu. Nende juhtmete otstesse saab joota samad pistikupesad, et need oleksid väikesed "pistikud", mis sobivad ilusti pardal olevatesse pistikupesadesse. Samuti võib olla tahvlipesasid, millesse saab salvestuskondensaatori ühendada. Seda saab paigaldada otse pistikupesadesse või eemalt paigutada ja ühendada plaadiga ühendatud juhtmete kaudu. See võimaldab hõlpsalt vahetada ja proovida erinevaid kondensaatoreid, kuni rakenduse ja selle keskmiste valgustingimuste jaoks on leitud parim. Pärast C1 parima väärtuse leidmist saab selle siiski püsivalt jootma, kuid harva on see osutunud vajalikuks, kui kasutatakse kvaliteetseid pistikupesasid.

6. samm: rakendused

Võib -olla on meie lihavõttepühade mootori lemmikrakendus mänguasjas Jeepster maastur, mida on näidatud 3. sammus. Õhuke vineerist põhi lõigati kerega sobivaks ja tehti suured vahtrattad, et anda sellele "Monster Wheel" välimus, kuid töökorras on üsna kuulekas. Alumine külg on näidatud alloleval fotol. Teljed on seatud nii, et auto sõidaks kitsas ringis (kuna meil on väike elutuba) ja esivedu aitab suurel määral kinni hoida ettenähtud ringikujulisel teel. Käigukast võeti järgmisel fotol näidatud kaubanduslikust hobimootorist, kuid see oli varustatud 13 -oomise mootoriga. 1 Faradi superkondensaator annab autole iga tsükli jaoks umbes 10 sekundit tööaega, mis viib selle peaaegu täielikult umbes 3 jala läbimõõduga ringi. Pilvistel päevadel või kui auto juhtub pimedas kohas peatuma, võtab laadimine aega. Kõikjal 5 kuni 15 minutit on meie elutoas päeva jooksul tavaline. Kui ta leiab aknast otsest päikesevalgust, laeb see umbes kahe minutiga. See rändab ringi toanurgas ja on pärast selle ehitamist 2004. aastal teinud palju pöördeid. Teine lõbusa lihavõttemootori rakendus on "Walker", robotilaadne olend, kes liigub kahe käe või õigemini jalgade abil.. Ta kasutab sama mootori ja hammasrataste seadistust nagu Jeepster sama suhtega 76: 1. Üks tema jalgadest on tahtlikult lühem kui teine, nii et ta kõnnib ringis. Walkeril on ka vilkuv LED, nii et me teame, kus ta pärast pimedat põrandal asub. Lihtne kasutada päikeseenergiamootorit on lipuvabastaja või vurr. Alloleval viiendal fotol näidatud võib istuda lauale või riiulile ja aeg -ajalt keerutab see äkki ja üsna metsikult nööri ümber väikese palli, meelitades sellega endale tähelepanu. Nende lihtsate keerutajate mõnes teostuses oli nööril helin. Teistel oli lähedusse paigaldatud statsionaarne kelluke, nii et see lehviva palli vastu lööks - kuid see kipub mõne päikesepaistelise päeva järel tüütuks muutuma!

Samm: NPN lihavõttemootor

Lihavõttepühade mootorit saab valmistada ka täiendavas või kahekordses versioonis, millel on kaks NPN -transistorit ja üks PNP. Kogu skeem on näidatud siin esimesel joonisel. Lintplaadi paigutus võib sisaldada samu komponentide asukohti ja samu rajalõike nagu esimesel või PNP -versioonil, kusjuures olulised muudatused on lülitatud transistoritüübid ja päikesepatarei, mälukondensaatori, dioodide ja valgusdioodide vastupidine polaarsus. NPN ribalaua paigutus on näidatud teisel joonisel ja see sisaldab lisadioodi D4 kõrgema sisselülituspinge jaoks ning dioodi D0 transistori Q2 alusest kuni takistite R4 ja R5 ristmikuni kõrgema väljalülituspinge jaoks. hästi.