A húsvéti napelemes motor: 7 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:44

A szolármotor olyan áramkör, amely a napelemekből származó elektromos energiát veszi fel és tárolja, és ha egy előre meghatározott mennyiség felhalmozódott, akkor bekapcsol motor vagy más hajtómű meghajtására. A napelemes motor valójában nem „motor”, de a szokásos használat szerint ez a neve. Motiváló erőt biztosít, és ismétlődő ciklusban működik, így a név nem teljes félreértés. Erénye, hogy használható mechanikai energiát biztosít, ha csak csekély vagy gyenge napfény, vagy mesterséges szobafény van jelen. Gyűjti vagy gyűjti az alacsony energiafogyasztású csokrokat, amíg elegendő nem lesz a motor energiát adó étkezéséhez. És amikor a motor elhasználta az energiaadagolást, a szolármotor áramköre visszatér gyűjtési módjába. Ez ideális módja a modellek, játékok vagy egyéb apró eszközök időnkénti áramellátásának nagyon gyenge fényviszonyok mellett. Ez egy nagyszerű ötlet, amelyet először Mark Tilden, a Los Alamos Nemzeti Laboratórium tudósa gondolt ki és valósított meg. Elegánsan egyszerű, két tranzisztoros szolármotor-áramkört hozott létre, amely lehetővé tette az apró napenergiával működő robotok létrehozását. Azóta számos rajongó különféle funkciókkal és fejlesztésekkel kitalálta a napelemes motor áramköröket. Az itt leírtak sokoldalúnak és robusztusnak bizonyultak. Nevét arról a napról kapta, amikor a kapcsolási rajzát véglegesítették és beírták a szerző műhelyfüzetébe, 2001. húsvét vasárnapja. Az azóta eltelt évek során a szerző több tucatot készített és tesztelt különböző alkalmazásokban és beállításokban. Jól működik gyenge vagy magas fényviszonyok között, nagy vagy kicsi tároló kondenzátorokkal. És az áramkör csak közös diszkrét elektronikus alkatrészeket használ: diódákat, tranzisztorokat, ellenállásokat és kondenzátort. Ez az útmutató leírja a húsvéti motor alapvető áramkörét, működését, építési javaslatait és bemutat néhány alkalmazást. Alapvető ismeretekkel rendelkeznek az elektronikában és az áramkörök forrasztásában. Ha még nem csinált ilyesmit, de szívesen kipróbálná, akkor jó lenne először valami egyszerűbbel foglalkozni. Kipróbálhatja a The FLED Solar Engine -t az Instructables -ben vagy a "Solar Powered Symet" -t, amelyet a "Junkbots, Bugbots & Bots on Wheels" című könyvben írtak le, ami kiváló bevezető az ehhez hasonló projektekhez.

1. lépés: Húsvéti motor áramkör

Ez a húsvéti motor vázlatos rajza, valamint az azt alkotó elektronikus alkatrészek listája. Az áramkör kialakítását Ken Huntington "Micropower Solar Engine" és Stephen Bolt "Suneater I" ihlette. Velük közösen a húsvéti motor két tranzisztoros kioldó- és reteszszakasszal rendelkezik, de egy kicsit más ellenálláshálózat köti össze őket. Ez a szakasz önmagában nagyon kevés energiát fogyaszt, ha aktiválva van, de lehetővé teszi, hogy elegendő áramot vegyen ki egyetlen tranzisztor meghajtásához, amely bekapcsol egy tipikus motorterhelést. Így működik a húsvéti motor. Az SC napelem lassan tölti fel a C1 tároló kondenzátort. A Q1 és Q2 tranzisztorok reteszelő trigger -t képeznek. A Q1 akkor aktiválódik, amikor a C1 feszültsége eléri a vezetőképességi szintet a D1-D3 diódán keresztül. Az ábrán látható két dióda és egy LED esetén a triggerfeszültség körülbelül 2,3 V, de szükség esetén több diódát is be lehet helyezni, hogy ezt a szintet emeljék. Amikor a Q1 bekapcsol, a Q2 alapját felhúzzák az R4 -en keresztül, hogy bekapcsolja azt is. Miután be van kapcsolva, fenntartja az alapáramot R1 -Q1 -en keresztül, hogy bekapcsolva maradjon. A két tranzisztor így reteszelve van, amíg a C1 tápfeszültsége 1,3 vagy 1,4 V körülire csökken. Amikor mind a Q1, mind a Q2 rögzítve van, a "teljesítmény" tranzisztor QP alapja lehúzódik az R3 -on keresztül, bekapcsolva, hogy meghajtja az M motort vagy más terhelési eszközt. Az R3 ellenállás a QP -n keresztül is korlátozza az alapáramot, de a feltüntetett érték elegendő ahhoz, hogy a legtöbb célra elég erősen bekapcsolja a terhelést. Ha a terhelésre 200 mA -nél nagyobb áramot kívánunk, az R3 csökkenthető, és a QP -hez nagyobb igénybevételű tranzisztor, például 2N2907 használható. Az áramkör többi ellenállásának értékeit úgy választották ki (és tesztelték), hogy a retesz által használt áramot alacsony szintre korlátozzák.

2. lépés: Stripboard elrendezés

A húsvéti motor egy nagyon kompakt kiviteli alakja készíthető közönséges szalaglemezre, amint ez az ábrán látható. Ez az alkatrész oldaláról nézve, az alábbi rézszalagpályák szürkén láthatók. A tábla csak 0,8 "és 1,0" méretű, és csak négy sávot kell vágni, ahogy azt a sávokban lévő fehér körök mutatják. Az itt ábrázolt áramkörben egy zöld LED D1 és két D2 és D3 dióda található a trigger karakterláncban, körülbelül 2,5 V bekapcsolási feszültséghez. A diódákat függőlegesen kell elhelyezni, a katód végével felfelé, vagyis a tábla jobb szélén lévő negatív buszsáv felé. A D1-től D2-ig látható áthidaló helyére egy további dióda is könnyen felszerelhető, hogy felfelé ugorjon a bekapcsolási pont. A kikapcsolási feszültség a következő lépésben leírtak szerint is emelhető. Természetesen más táblaformátumok is használhatók. Az alábbi negyedik fotó egy kicsi, általános célú prototípus -táblára épített húsvéti motort mutat. Ez nem olyan kompakt és rendezett, mint a szalagpanel elrendezése, de másrészt sok teret hagy a munkához, és helyet a diódák vagy több tároló kondenzátor hozzáadásához. Használhatunk sima perforált fenolos táblát is, a szükséges csatlakozásokat alul vezetékezve és forrasztva.

3. lépés: Trigger feszültségek

Ez a táblázat a különböző húsvéti motorok indító karakterláncában kipróbált diódák és LED-ek különböző kombinációinak hozzávetőleges bekapcsolási feszültségét mutatja. Mindezek a trigger kombinációk illeszkedhetnek az előző lépés szalaglemez-elrendezéséhez, de a 4-dióda és 1 LED-kombinációnak rendelkeznie kell egy dióda-dióda kötéssel a lap fölött. Az asztali mérések során használt LED -ek régebbi alacsony intenzitású vörösek voltak. A legtöbb új, kipróbált piros LED nagyjából ugyanígy működik, talán csak plusz vagy mínusz 0,1 V eltéréssel az indítási szintjükben. A szín befolyásolja: a zöld LED körülbelül 0,2 V -kal magasabb ravaszt adott, mint egy hasonló piros. A fehér LED diódák nélkül sorba kapcsolva 2,8 V bekapcsolási pontot adott. A villogó LED -ek nem megfelelőek ehhez a motorkörhöz. A húsvéti motor hasznos tulajdonsága, hogy a kikapcsolási feszültséget a bekapcsolási szint befolyásolása nélkül lehet növelni, ha egy vagy több diódát sorba helyeznek a Q2 alappal. Egyetlen 1N914 dióda csatlakoztatva az R4 és R5 találkozásából a Q2 bázishoz, az áramkör kikapcsol, amikor a feszültség 1,9 vagy 2,0 V körülire csökken. Két dióda esetén a kikapcsolási feszültség körülbelül 2,5 V volt; három diódával kb 3.1V -nál kikapcsolt. A szalagpanel elrendezésénél a dióda vagy dióda húzható az R5 ellenállás fölött látható áthidaló helyett; az alábbi második ábra az egyik D0 diódát mutatja be. Vegye figyelembe, hogy a katódvégnek a Q2 alapjához kell mennie. Így hatékonyan használható a húsvéti motor olyan motorokkal, amelyek nem működnek jól az 1,3 vagy 1,4 V-os alapkapcsolás közelében. A fényképeken szereplő játék SUV napelemmotorját úgy készítették el, hogy 3,2 V -nál kapcsoljon be és 2,0 V -on, mert ezen a feszültségtartományon a motor jó teljesítményű.

4. lépés: Kondenzátorok, motorok és napelemek

A játék SUV -ban használt kondenzátor olyan, mint a bal oldali ábra. Ez egy teljes 1 Farad névleges érték, akár 5 V feszültségig. Könnyebb alkalmazásokhoz vagy rövidebb motor futásokhoz a kisebb kondenzátorok rövidebb ciklusidőt és természetesen rövidebb futást biztosítanak. A kondenzátoron feltüntetett feszültség a maximális feszültség, amelyre fel kell tölteni; a névleges érték túllépése lerövidíti a kondenzátor élettartamát. A kifejezetten memóriamentésre szánt szuperkondenzátorok közül soknak nagyobb a belső ellenállása, és így nem szabadítja fel energiáját elég gyorsan egy motor meghajtásához. A napelemes motor, mint például a húsvéti motor, alkalmas olyan motorok meghajtására, amelyek belső statikus ellenállása körülbelül 10 ohm vagy annál nagyobb. A játékmotorok legelterjedtebb változatai sokkal alacsonyabb belső ellenállással rendelkeznek (jellemzően 2 Ohm), és így minden energiát elvezetnek a tároló kondenzátorból, mielőtt a motor valóban elindulna. Az alábbi második képen látható motorok jól működnek. Gyakran többletként vagy újként találhatók meg az elektronikus beszállítóktól. Megfelelő motorok megtalálhatók a szemetes magnóban vagy a videomagnóban is. Általában ki lehet emelni, hogy átmérőjük nagyobb, mint a hossza. Válasszon egy napelemet vagy cellákat, amelyek a motor bekapcsolási pontjánál valamivel magasabb feszültséget biztosítanak az alkalmazás által látott fényszintek alatt. A szolármotor igazi szépsége az, hogy képes gyenge minőségű, látszólag haszontalan energiát gyűjteni, majd hasznos adagokban felszabadítani. A leglenyűgözőbbek akkor, amikor az asztalon vagy dohányzóasztalon vagy akár a földön ülve hirtelen életre kelnek. Ha azt szeretné, hogy motorja beltéren, felhős napokon, vagy árnyékban vagy szabadban működjön, használjon beltéri használatra tervezett cellákat. Ezek a sejtek általában amorf vékonyrétegűek, üvegfajták. Egészséges feszültséget adnak gyenge fényviszonyok mellett, és az áram megfelel a megvilágítási szintnek és méretüknek. A napelemes számológépek ezt a cellafajtát használják, és régi (vagy új!) Számológépekből veheti őket, de manapság meglehetősen kicsik, és így a jelenlegi teljesítményük alacsony. A számológép celláinak feszültsége gyenge fényviszonyok között 1,5-2,5 volt között van, a napon pedig körülbelül fél voltos feszültséggel. Szükség van arra, hogy néhányat sorba párhuzamosan kapcsoljon. A huzalragasztó kiválóan alkalmas finom huzalvezetékek rögzítésére ezekhez az üvegcellákhoz. Néhány napelemes újratölthető kulcstartó zseblámpa nagy cellával rendelkezik, amely jól működik beltérben napelemes motorokkal. Jelenleg az Images SI Inc. új beltéri cellákat szállít, amelyek mérete alkalmas napelemmotor közvetlen meghajtására egyetlen cellából. Az azonos típusú "kültéri" napelemük elég jól működik beltéren is. Sok forrásból általánosan elérhető a kristályos vagy polikristályos típusú napelem. Ezek a típusok nagy áramot bocsátanak ki a napsütésben, de kifejezetten a napsütéses életre szolgálnak. Vannak, akik gyengébb fényviszonyok mellett szerényen teljesítenek, de legtöbbjük elég rosszul áll a fénycsövekkel megvilágított szobában.

5. lépés: Külső kapcsolatok

Az áramköri kártya és a napelem és a motor közötti összeköttetések kialakításához nagyon kényelmesek az inline csíkokból vett tűs farokfoglalatok. A tűs foglalatok könnyen eltávolíthatók a műanyagból, amelyben vannak, a fogógombák gondos használatával. A farok levágható, miután a csapokat a táblába forrasztották. Szilárd 24 gageres drótdugók az aljzatokba szép és biztonságos, de általában a külső részeket rugalmas, sodrott csatlakozóvezetékkel csatlakoztatják. Ugyanazok az aljzatok forraszthatók ezen vezetékek végére, hogy kis „dugóként” szolgálhassanak, amelyek szépen illeszkednek a fedélzeten lévő foglalatokba. Táblás foglalatok is rendelkezésre állnak, amelyekbe a tároló kondenzátor csatlakoztatható. Közvetlenül az aljzatokba szerelhető, vagy távolról elhelyezhető, és a kártyához csatlakoztatott vezetékeken keresztül csatlakoztatható. Ez lehetővé teszi a különböző kondenzátorok egyszerű cseréjét és kipróbálását mindaddig, amíg meg nem találja a megfelelőt az alkalmazáshoz és az átlagos fényviszonyokhoz. Miután megtalálta a C1 legjobb értékét, továbbra is tartósan forrasztható a helyére, de ritkán találták ezt szükségesnek, ha jó minőségű foglalatokat használnak.

6. lépés: Alkalmazások

Talán a húsvéti motorok kedvenc alkalmazása a Jeepster SUV játékban, amelyet a 3. lépésben szemléltetünk. Egy vékony rétegelt lemez alját vágták le, hogy illeszkedjen a karosszériához, és nagy habkerekeket készítettek, hogy "szörnykerék" megjelenést kölcsönözzenek, de működés közben elég engedelmes. Az alsó oldal az alábbi képen látható. A tengelyek úgy vannak beállítva, hogy az autó szűk körben haladjon (mivel van egy kicsi nappalink), és az elsőkerék -meghajtás nagyban segít abban, hogy ragaszkodjon a tervezett körpályához. A hajtóművet a következő fotón látható kereskedelmi hobbi motor egységből vették, de 13 ohmos motorral szerelték fel. Az 1 Farad szuperkondenzátor minden ciklusban körülbelül 10 másodperc üzemidőt biztosít az autónak, ami majdnem teljesen egy 3 láb átmérőjű kör körül veszi. Felhős napokon, vagy amikor az autó megáll egy sötét helyen, egy ideig tart a töltés. Nappal bárhol 5-15 perc szokott lenni a nappalinkban. Ha közvetlen napfényt lát az ablakon, akkor körülbelül két perc alatt újratöltődik. A szoba egyik sarkában jár, és 2004-es felépítése óta sok forradalmat jegyzett fel. A húsvéti motor másik szórakoztató alkalmazása a "Walker", egy robotszerű lény, amely két kar, vagy inkább lábak segítségével járkál.. Ugyanazt a motor- és hajtóműszerelvényt használja, mint a Jeepster, ugyanazzal a 76: 1 aránnyal. Az egyik lába szándékosan rövidebb, mint a másik, így körben jár. Walker villogó LED -et is hordoz, így sötétedés után tudjuk, hol van a padlón. A napelemes motorok egyszerű használata zászlós hullámzóként vagy fonóként. Az alábbi 5. képen látható személy leülhet egy asztalra vagy polcra, és hébe -hóba hirtelen és meglehetősen vadul pörgethet egy kis golyót egy húron, ezáltal magára vonva a figyelmet. Ezen egyszerű pörgetők néhány kiviteli alakján csengőcsengő volt a húron. Mások a közelben egy rögzített csengőt szereltek fel, hogy a csapkodó golyó becsapja - de ez néhány napsütéses nap után bosszantóvá válik!

7. lépés: NPN húsvéti motor

A húsvéti motor elkészíthető kiegészítő vagy „kettős” változatban is, két NPN tranzisztorral és egy PNP -vel. A teljes vázlat az első ábrán látható. A szalagpanel elrendezése ugyanazokkal az alkatrészekkel és vágányszakaszokkal rendelkezhet, mint az első vagy a „PNP” változat, a lényeges változások a kapcsolt tranzisztor típusok és a napelem, a tároló kondenzátor, a diódák és a LED -ek fordított polaritása. Az NPN szalaglemez elrendezés a második ábrán látható, és tartalmaz egy extra D4 diódát a nagyobb bekapcsolási feszültséghez, valamint egy D0 diódát a Q2 tranzisztor aljától az R4 és R5 ellenállások csomópontjáig a nagyobb kikapcsolási feszültség érdekében jól.