Uskršnji solarni motor: 7 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:39

Solarni motor je krug koji preuzima i skladišti električnu energiju iz solarnih ćelija, a kad se nakupi unaprijed određena količina, uključuje se za pogon motora ili drugog aktuatora. Solarni motor zapravo nije 'motor' sam po sebi, ali to je njegovo ime prema ustaljenoj upotrebi. On daje pokretačku snagu i radi u ponavljajućem se ciklusu, pa naziv nije potpuni pogrešan naziv. Njegova vrlina je u tome što daje iskoristivu mehaničku energiju kada su prisutne samo oskudne ili slabe razine sunčeve svjetlosti ili umjetna sobna svjetlost. Bere ili skuplja, takoreći, hrpe niske energije sve dok nema dovoljno za obrok koji daje energiju za motor. A kad motor potroši posluživanje energije, krug solarnog motora vraća se u način prikupljanja. To je idealan način za povremeno napajanje modela, igračaka ili drugih malih naprava na vrlo niskim razinama osvjetljenja. To je sjajna ideja koju je prvi smislio i sveo u praksu jedan Mark Tilden, znanstvenik iz Nacionalnog laboratorija Los Alamos. Došao je do elegantno jednostavnog kruga solarnih motora s dva tranzistora koji je omogućio malene robote na solarni pogon. Od tada su brojni entuzijasti smislili krugove solarnih motora s različitim značajkama i poboljšanjima. Onaj koji je ovdje opisan pokazao se kao vrlo svestran i robustan. Naziv je dobio po danu na koji je njegova shema kola finalizirana i unesena u bilježnicu autorske radionice, Uskrsna nedjelja, 2001. Tijekom godina od tada je autor napravio i testirao nekoliko desetaka u raznim aplikacijama i postavkama. Dobro radi pri slabom ili visokom svjetlu, s velikim ili malim kondenzatorima za pohranu. Krug koristi samo uobičajene diskretne elektroničke komponente: diode, tranzistore, otpornike i kondenzator. Ovaj Instructable opisuje osnovni krug Uskršnjeg motora, njegov rad, prijedloge za izgradnju i prikazuje neke primjene. Pretpostavlja se osnovno poznavanje elektronike i lemljenja sklopova. Ako niste učinili ništa slično, ali želite isprobati, bilo bi dobro da se prvo pozabavite nečim jednostavnijim. Možete isprobati The FLED Solar Engine in Instructables ili "Somet Powered Symet" opisan u knjizi "Junkbots, Bugbots & Bots on Wheels", što je izvrstan uvod u izradu projekata poput ovog.

Korak 1: Krug uskršnjeg motora

Ovo je shematski dijagram uskršnjeg motora zajedno s popisom elektroničkih komponenti koje ga čine. Dizajn sklopa inspiriran je "Micropower Solar Engineom" Kena Huntingtona i "Suneater I" Stephenom Boltom. Zajedno s njima, uskršnji motor ima dva tranzistorska okidača i zasuna, ali s nešto drugačijom otporničkom mrežom koja ih povezuje. Ovaj odjeljak troši vrlo malo energije sam po sebi kada se aktivira, ali dopušta izvlačenje dovoljno struje za pogon jednog tranzistora koji uključuje tipično opterećenje motora. Evo kako radi uskršnji motor. Solarna ćelija SC polako puni skladišni kondenzator C1. Tranzistori Q1 i Q2 tvore okidač za zaključavanje. Q1 se aktivira kada napon C1 dosegne razinu vodljivosti kroz diodni niz D1-D3. S dvije diode i jednom LED diodom, kao što je prikazano na dijagramu, napon okidača je oko 2,3 V, ali se po želji može umetnuti više dioda za podizanje ove razine. Kad se Q1 uključi, baza Q2 se povlači prema gore za uključivanje. Nakon što je uključen, održava baznu struju preko R1 do Q1 kako bi ostao uključen. Dva tranzistora su tako spojena sve dok napon napajanja iz C1 ne padne na oko 1,3 ili 1,4 V. Kad su Q1 i Q2 spojeni, baza "napajanja" tranzistora QP povučena je prema dolje kroz R3, uključivši je za pogon motora M ili drugog uređaja za opterećenje. Otpornik R3 također ograničava baznu struju kroz QP, ali prikazana vrijednost je dovoljna da uključi opterećenje dovoljno jako za većinu namjena. Ako je potrebna struja veća od recimo 200mA opterećenja, R3 se može smanjiti i za QP se može koristiti tranzistor težih opterećenja, poput 2N2907. Vrijednosti ostalih otpornika u krugu odabrane su (i ispitane) da ograniče struju koju zasun koristi na nisku razinu.

Korak 2: Izgled trake

Vrlo kompaktno utjelovljenje uskršnjeg motora može se konstruirati na običnoj traci kao što je prikazano na ovoj ilustraciji. Ovo je pogled sa sastavne strane, a dolje su bakrene trake prikazane sivom bojom. Ploča je samo 0,8 "x 1,0", a samo četiri pjesme moraju biti izrezane kako pokazuju bijeli krugovi u tragovima. Ovdje prikazani krug ima jednu zelenu LED D1 i dvije diode D2 i D3 u nizu okidača za napon uključivanja od oko 2,5V. Diode su postavljene uspravno s katodnim krajem prema gore, odnosno orijentirane prema negativnoj sabirnici na desnom rubu ploče. Na mjesto kratkospojnika prikazanog od D1 do D2 može se jednostavno instalirati dodatna dioda za povećanje točke uključivanja. Napon isključivanja također se može povisiti kako je opisano u sljedećem koraku. Naravno, mogu se koristiti i drugi formati ploča. Četvrta fotografija u nastavku prikazuje uskršnji motor izgrađen na maloj ploči za izradu prototipa opće namjene. Nije tako kompaktan i uredan kao izgled trake, ali s druge strane ostavlja mnogo prostora za rad i prostora za dodavanje dioda ili više kondenzatora za pohranu. Moglo bi se koristiti i obična perforirana fenolna ploča s potrebnim spojevima ožičenim i lemljenim ispod.

Korak 3: Napajanje okidača

Ova tablica prikazuje približne napone uključivanja za različite kombinacije dioda i LED-a koje su isprobane u nizu okidača različitih uskršnjih motora. Sve ove kombinacije okidača mogu se uklopiti u izgled trake iz prethodnog koraka, ali 4-diodna i 1 LED kombinacija morale bi imati spoj dioda-dioda lemljen iznad ploče. LED diode korištene u tabličnim mjerenjima bile su starije crvene boje niskog intenziteta. Većina drugih novijih crvenih LED dioda koje su isprobane rade otprilike isto, s možda varijacijom od samo oko plus ili minus 0,1 V u razini okidača. Boja ima utjecaj: zelena LED dioda dala je razinu okidača za oko 0,2 V višu od usporedive crvene boje. Bijela LED dioda bez dioda dala je uključenje od 2,8 V. Trepereće LED diode nisu prikladne za ovaj krug motora. Korisna značajka uskršnjeg motora je ta što se napon isključenja može povećati bez utjecaja na razinu uključivanja umetanjem jedne ili više dioda u nizu s bazom Q2. S jednom 1N914 diodom spojenom od spoja R4 i R5 do baze Q2, krug se isključuje kad napon padne na oko 1,9 ili 2,0V. S dvije diode, napon isključivanja mjeren je približno 2,5 V; s tri diode, ugasio se na oko 3,1V. Na izgledu trake, dioda ili diodni niz mogu se nalaziti na mjestu skakača prikazanog iznad otpornika R5; druga ilustracija ispod prikazuje jednu diodu D0 tako instaliranu. Imajte na umu da kraj katode mora ići do baze Q2. Tako je moguće učinkovito koristiti uskršnji motor s motorima koji ne rade dobro u blizini osnovnog isključenja od oko 1,3 ili 1,4 V. Solarni motor u igračkom SUV -u na fotografijama napravljen je tako da se uključi na 3,2 V i isključi na 2,0 V jer u tom rasponu napona motor ima dobru snagu.

Korak 4: Kondenzatori, motori i solarne ćelije

Kondenzator koji se koristi u igračkama SUV sličan je onom prikazanom slijeva na donjoj slici. To je puni 1 Farad ocijenjen za upotrebu na do 5V. Za lakše primjene ili kraće radnje motora, manji kondenzatori daju kraće vrijeme ciklusa i, naravno, kraće radnje. Napon naveden na kondenzatoru je najveći napon na koji ga treba napuniti; prekoračenje te vrijednosti skraćuje vijek trajanja kondenzatora. Mnogi super kondenzatori namijenjeni posebno za backup memorije imaju veći unutarnji otpor pa ne oslobađaju energiju dovoljno brzo da pokreću motor. Solarni motor, poput Uskrsnog motora, pogodan je za pogon motora koji imaju unutarnji statički otpor od oko 10 Ohma ili više. Najčešća raznolikost motora s igračkama ima mnogo manji unutarnji otpor (tipično je 2 Ohma) pa će iscrpiti svu energiju iz kondenzatora za skladištenje prije nego što motor zaista počne raditi. Svi motori prikazani na drugoj fotografiji ispod rade dobro. Često se mogu naći kao višak ili kao novi od dobavljača elektroničkih proizvoda. Prikladni motori mogu se pronaći i u spojenim magnetofonima ili videorekorderima. Obično se mogu izdvojiti da imaju promjer veći od njegove duljine. Odaberite solarnu ćeliju ili ćelije koje će osigurati napon nešto veći od točke uključivanja vašeg motora pod razinama svjetla koje će vaša aplikacija vidjeti. Prava ljepota solarnog motora je u tome što može prikupiti naizgled beskorisnu energiju niske kvalitete, a zatim je osloboditi u korisnim dozama. Najupečatljiviji su kada, od samo sjedenja na stolu ili stoliću za kavu ili čak na podu, iznenada ožive. Ako želite da vaš motor radi u zatvorenom prostoru, u oblačnim danima ili u hladu, kao i na otvorenom, upotrijebite ćelije namijenjene za unutarnju upotrebu. Ove su stanice obično od amorfnog tankog filma na staklu. Daju zdrav napon pri slabom osvjetljenju, a struja odgovara razini osvjetljenja i njihovoj veličini. Solarni kalkulatori koriste ovu vrstu ćelija i možete ih uzeti iz starih (ili novih!) Kalkulatora, ali oni su ovih dana prilično mali pa je njihov trenutni izlaz nizak. Napon ćelija kalkulatora kreće se od 1,5 do 2,5 volta pri slabom osvjetljenju, a oko pola volta više na suncu. Želite da ih je niz spojeno paralelno. Žičano ljepilo izvrsno je za pričvršćivanje žica s finom žicom na ove staklene ćelije. Neke solarne baterijske lampe za ključeve imaju veliku ćeliju koja dobro radi u zatvorenim prostorima sa solarnim motorima. U ovom trenutku, Images SI Inc. nosi nove unutarnje ćelije veličine prikladne za izravni pogon solarnog motora iz jedne ćelije. Njihova "vanjska" solarna ćelija istog tipa prilično dobro radi i u zatvorenom prostoru. Češće dostupan iz mnogih izvora je kristalni ili polikristalni tip solarne ćelije. Ove vrste ispuštaju veliku struju na suncu, ali su posebno namijenjene životu na suncu. Neki se umjereno dobro snalaze pri slabijem osvjetljenju, ali većina je prilično mračna u prostoriji osvijetljenoj flourescentnim svjetlima.

Korak 5: Vanjske veze

Za povezivanje ploče s solarnom ćelijom i motorom vrlo su prikladne utične utičnice iz umetnutih traka. Utičnice za iglice lako se mogu emancipirati iz plastične postavke u koju dolaze pažljivom upotrebom štipaljki. Repovi se mogu odrezati nakon što su igle zalemljene u ploču. Čvrsti i čvrsti utikači od 24 kabela priključeni su u utičnice lijepo i sigurno, ali obično su vanjski spojevi povezani fleksibilnom žicom za spajanje. Iste utičnice mogu se zalemiti na krajeve ovih žica kako bi poslužile kao mali "utikači" koji se lijepo uklapaju u utičnice na ploči. Mogu se osigurati i utičnice na ploči u koje se može priključiti skladišni kondenzator. Može se montirati izravno u utičnice ili biti udaljeno lociran i povezan putem žica priključenih na ploču. To omogućuje jednostavnu promjenu i isprobavanje različitih kondenzatora sve dok se ne pronađe najbolji za primjenu i prosječne uvjete osvjetljenja. Nakon što se pronađe najbolja vrijednost C1, on se i dalje može trajno lemiti na mjestu, ali rijetko je to bilo potrebno ako se koriste kvalitetne utičnice.

Korak 6: Aplikacije

Možda nam je omiljena primjena uskršnjeg motora igračka Jeepster SUV prikazana u koraku 3. Tanko dno od šperploče izrezano je kako bi pristajalo uz tijelo, a izrađeni su i veliki kotači od pjene koji mu daju izgled "Monster Wheel", ali u radu je prilično je poslušan. Donja strana prikazana je na donjoj fotografiji. Osi su postavljene tako da automobil vozi u uskom krugu (jer imamo mali dnevni boravak), a pogon na prednje kotače uvelike mu pomaže da se drži predviđene kružne staze. Zupčanik je preuzet iz komercijalne hobi motorne jedinice prikazane na sljedećoj fotografiji, ali je opremljen motorom od 13 Ohma. Superfanderski kondenzator od 1 Farad daje automobilu otprilike 10 sekundi vremena rada svakog ciklusa, što mu zauzima gotovo potpuno krug promjera 3 stope. Punjenje traje neko vrijeme u oblačnim danima ili kada se automobil zaustavi na tamnom mjestu. U našem dnevnom boravku uobičajeno je tijekom dana od 5 do 15 minuta. Ako zatekne izravnu sunčevu svjetlost koja dolazi kroz prozor, puni se za otprilike dvije minute. Putuje u kutu prostorije i zabilježio je mnoge revolucije od izgradnje 2004. Još jedna zabavna primjena uskršnjeg motora je "Walker", stvorenje nalik robotu koje se petlja po dvije ruke, točnije noge. Koristi iste postavke motora i zupčanika kao Jeepster s istim omjerom 76: 1. Jedna mu je noga namjerno kraća od druge tako da hoda u krugu. Walker također nosi LED koji treperi pa znamo gdje se nalazi na podu nakon mraka. Jednostavna upotreba solarnog motora je mahanje zastavicom ili spinner. Ona prikazana na petoj fotografiji ispod može sjediti na stolu ili polici i s vremena na vrijeme će iznenada, i prilično divlje, zavrtjeti malu kuglu oko žice i tako privući pažnju na sebe. Neke izvedbe ovih jednostavnih predilica imale su zvono na žici. Drugi su imali stacionarno zvono u blizini kako bi ga udarila udarna lopta - ali to postaje neugodno nakon nekoliko sunčanih dana!

Korak 7: NPN Uskršnji motor

Uskrsni motor također se može izraditi u komplementarnoj ili 'dualnoj' verziji, s dva NPN tranzistora i jednim PNP -om. Cjelovita shema prikazana je na prvoj ilustraciji ovdje. Raspored trakaste trake može imati ista mjesta sastavljanja i iste presjeke kolosijeka kao i prva ili 'PNP' verzija, a bitne promjene su izmjenjeni tipovi tranzistora i obrnuti polaritet solarne ćelije, kondenzatora za skladištenje, dioda i LED dioda. Raspored NPN trake prikazan je na drugoj ilustraciji i uključuje dodatnu diodu D4 za veći napon uključivanja i diodu D0 od baze tranzistora Q2 do spoja otpornika R4 i R5 za veći napon isključivanja kao dobro.