Velykų saulės variklis: 7 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:51

Saulės variklis yra grandinė, kuri paima ir kaupia elektros energiją iš saulės elementų, o kai susikaupia iš anksto nustatytas kiekis, ji įsijungia varyti variklį ar kitą pavarą. Saulės variklis iš tikrųjų nėra „variklis“, tačiau toks yra jo pavadinimas. Tai suteikia varomąją jėgą ir veikia pasikartojančiu ciklu, todėl pavadinimas nėra visiškas neteisingas pavadinimas. Jo dorybė yra ta, kad ji suteikia naudingos mechaninės energijos, kai yra tik menkas ar silpnas saulės spindulių arba dirbtinės kambario šviesos lygis. Jis renka arba surenka, kaip sakoma, žemos kokybės energijos ryšulius, kol variklio užtenka energiją duodančiam maistui. Ir kai variklis išeikvoja energiją, saulės variklio grandinė grįžta į savo surinkimo režimą. Tai idealus būdas su pertrūkiais maitinti modelius, žaislus ar kitus mažus prietaisus esant labai silpnam apšvietimui. Tai puiki idėja, kurią pirmą kartą sugalvojo ir praktiškai pritaikė vienas Markas Tildenas, Los Alamos nacionalinės laboratorijos mokslininkas. Jis sugalvojo elegantiškai paprastą dviejų tranzistorių saulės variklio grandinę, leidžiančią padaryti mažus saulės energija varomus robotus. Nuo to laiko daugelis entuziastų sugalvojo saulės variklių grandines su įvairiomis funkcijomis ir patobulinimais. Čia aprašytas pasirodė esąs labai universalus ir tvirtas. Jis pavadintas 2001 m. Velykų sekmadienį, pavadinus tą dieną, kai buvo užbaigta jo schema ir įvesta į autoriaus dirbtuvių sąsiuvinį. Per daugelį metų autorius sukūrė ir išbandė kelias dešimtis įvairių programų ir nustatymų. Jis gerai veikia esant silpnam apšvietimui arba esant dideliam apšvietimui, su dideliais arba mažais saugojimo kondensatoriais. Ir grandinėje naudojami tik įprasti atskiri elektroniniai komponentai: diodai, tranzistoriai, rezistoriai ir kondensatorius. Šioje instrukcijoje aprašoma pagrindinė Velykų variklio grandinė, kaip ji veikia, konstrukcijos pasiūlymai ir parodytos kai kurios programos. Daroma prielaida, kad gerai išmanote elektroniką ir litavimo grandines. Jei nieko panašaus nepadarėte, bet trokštate išbandyti, būtų gerai iš pradžių imtis kažko paprastesnio. Galite išbandyti „The FLED“saulės variklį „Instructables“arba „Saulės energija varomą simetą“, aprašytą knygoje „Junkbots, Bugbots & Bots on Wheels“, kuri yra puiki įžanga kuriant tokius projektus kaip šis.

1 žingsnis: Velykų variklio grandinė

Tai Velykų variklio schema kartu su jį sudarančių elektroninių komponentų sąrašu. Grandinės dizainą įkvėpė Keno Huntingtono „Mikroenergijos saulės variklis“ir Stepheno Bolto „Suneater I“. Kaip ir jie, Velykų variklis turi dviejų tranzistorių gaiduko ir fiksatoriaus sekciją, tačiau juos jungia šiek tiek kitoks rezistorių tinklas. Šis skyrius pats suvartoja labai mažai energijos, kai įjungiamas, tačiau leidžia išimti pakankamai srovės, kad būtų galima valdyti vieną tranzistorių, kuris įjungia tipinę variklio apkrovą. Štai kaip veikia Velykų variklis. Saulės elementas SC lėtai įkrauna saugojimo kondensatorių C1. Tranzistoriai Q1 ir Q2 sudaro fiksavimo gaiduką. Q1 įsijungia, kai C1 įtampa pasiekia laidumo lygį per diodų eilutę D1-D3. Naudojant du diodus ir vieną šviesos diodą, kaip parodyta diagramoje, trigerio įtampa yra apie 2,3 V, tačiau, jei pageidaujama, galima įdėti daugiau diodų. Kai Q1 įsijungia, Q2 pagrindas traukiamas aukštyn per R4, kad jis taip pat įjungtų. Kai jis įjungtas, jis palaiko bazinę srovę per R1 - Q1, kad ji būtų įjungta. Abu tranzistoriai yra įjungiami, kol maitinimo įtampa nuo C1 nukrenta iki maždaug 1,3 arba 1,4 V. Kai tiek Q1, tiek Q2 yra užfiksuoti, „galios“tranzistoriaus QP pagrindas traukiamas žemyn per R3, įjungiant jį, kad būtų varomas variklis M arba kitas apkrovos įtaisas. Rezistorius R3 taip pat riboja bazinę srovę per QP, tačiau nurodyta vertė yra pakankama, kad apkrova būtų pakankamai stipri daugeliui tikslų. Jei norima daugiau nei 200 mA srovė apkrovai, R3 gali būti sumažintas ir QP gali būti naudojamas sunkesnis tranzistorius, pvz., 2N2907. Kitų grandinės rezistorių vertės buvo pasirinktos (ir išbandytos), kad apribotų fiksatoriaus naudojamą srovę iki žemo lygio.

2 žingsnis: „Stripboard“išdėstymas

Labai kompaktiškas Velykų variklio įsikūnijimas gali būti pastatytas ant įprastos juostos, kaip parodyta šioje iliustracijoje. Tai vaizdas iš komponento pusės, o žemiau esantys vario juostos takeliai yra pilki. Lenta yra tik 0,8 "1,0", ir tik keturi takeliai turi būti supjaustyti, kaip parodyta baltuose apskritimuose takeliuose. Čia pavaizduota grandinė turi vieną žalią šviesos diodą D1 ir du diodus D2 ir D3 trigerio eilutėje, kad įjungimo įtampa būtų apie 2,5 V. Diodai yra vertikaliai, katodo galas aukštyn, tai yra nukreipta į neigiamą magistralės juostą dešiniajame plokštės krašte. Papildomas diodas gali būti lengvai sumontuotas vietoje jungiklio, parodyto nuo D1 iki D2, kad padidintų įjungimo tašką. Išjungimo įtampą taip pat galima padidinti, kaip aprašyta kitame žingsnyje. Žinoma, galima naudoti ir kitus lentos formatus. Žemiau esančioje ketvirtoje nuotraukoje pavaizduotas Velykų variklis, pastatytas ant nedidelės bendros paskirties prototipų plokštės. Jis nėra toks kompaktiškas ir tvarkingas kaip striptizo plokštės išdėstymas, tačiau, kita vertus, palieka daug erdvės darbui ir vietos diodams ar keliems saugojimo kondensatoriams pridėti. Taip pat galima naudoti paprastą perforuotą fenolinę plokštę su reikiamomis jungtimis, prijungtomis ir lituotomis žemiau.

3 žingsnis: įjungimo įtampa

Šioje lentelėje pateikiama apytikslė įvairių diodų ir šviesos diodų derinių įjungimo įtampa, kuri buvo išbandyta įvairių Velykų variklių trigerio eilutėje. Visi šie paleidimo deriniai gali būti pritaikyti ankstesnio žingsnio juostos išdėstymui, tačiau 4 diodų ir 1 šviesos diodų derinys turi turėti diodo ir diodo jungtį, lituotą virš plokštės. Šviesos diodai, naudojami matuojant stalą, buvo senesni mažo intensyvumo raudoni. Dauguma kitų naujesnių raudonų šviesos diodų, kurie buvo išbandyti, veikia maždaug taip pat, o jų trigerio lygis gali būti tik maždaug plius minus 0,1 V. Spalva turi įtakos: žalias šviesos diodas suveikė maždaug 0,2 V aukščiau nei raudona. Baltas šviesos diodas be diodų nuosekliai davė 2,8 V įjungimo tašką. Šviečiantys šviesos diodai netinka šiai variklio grandinei. Naudinga Velykų variklio savybė yra ta, kad išjungimo įtampą galima pakelti nepažeidžiant įjungimo lygio, įterpiant vieną ar kelis diodus nuosekliai su Q2 pagrindu. Kai vienas 1N914 diodas prijungtas nuo R4 ir R5 sankryžos prie Q2 pagrindo, grandinė išsijungia, kai įtampa nukrinta iki maždaug 1,9 arba 2,0 V. Su dviem diodais išjungimo įtampa buvo maždaug 2,5 V; su trimis diodais jis išsijungė esant maždaug 3,1 V įtampai. Juostos plokštės išdėstyme diodas arba diodo eilutė gali būti išdėstyta virš trumpiklio, pavaizduoto virš rezistoriaus R5; antroje iliustracijoje parodytas vienas taip sumontuotas diodas D0. Atminkite, kad katodo galas turi eiti į Q2 pagrindą. Taigi Velykų variklį galima efektyviai naudoti su varikliais, kurie neveikia gerai, esant pagrindiniam maždaug 1,3 arba 1,4 V išjungimui. Nuotraukose esantis žaislinis visureigis saulės variklis buvo įjungtas esant 3,2 V įtampai ir išjungtas esant 2,0 V įtampai, nes tame įtampos diapazone variklis turi gerą galią.

4 žingsnis: kondensatoriai, varikliai ir saulės elementai

Žaisliniame visureigyje naudojamas kondensatorius yra toks, kaip parodyta paveikslėlyje kairėje. Tai yra visas 1 Faradas, skirtas naudoti iki 5 V. Mažesnėms apkrovoms ar trumpesniam variklio veikimui mažesni kondensatoriai suteikia trumpesnį ciklo laiką ir, žinoma, trumpesnį važiavimą. Kondensatoriuje nurodyta įtampa yra didžiausia įtampa, iki kurios jis turėtų būti įkrautas; viršijus šią vertę, sutrumpėja kondensatoriaus tarnavimo laikas. Daugelis superkondensatorių, skirtų specialiai atminties atsarginėms kopijoms, turi didesnį vidinį pasipriešinimą ir todėl neišleidžia energijos pakankamai greitai, kad galėtų valdyti variklį. Saulės variklis, pvz., Velykų variklis, puikiai tinka varant variklius, kurių vidinė statinė varža yra apie 10 omų ar didesnė. Dažniausiai pasitaikančių žaislinių variklių vidinis pasipriešinimas yra daug mažesnis (būdingas 2 omai), todėl visa energija išeikvos iš kaupiamojo kondensatoriaus, kol variklis tikrai pradės veikti. Visi antroje nuotraukoje parodyti varikliai veikia gerai. Dažnai juos galima rasti kaip perteklių arba naujus iš elektroninių tiekėjų. Tinkamų variklių taip pat galima rasti šiukšlių magnetofonuose ar vaizdo grotuvuose. Paprastai juos galima išskirti kaip turinčius didesnį skersmenį nei jo ilgis. Pasirinkite saulės elementą ar elementus, kurių įtampa bus šiek tiek didesnė už jūsų variklio įjungimo tašką esant šviesos lygiui, kurį matys jūsų programa. Tikrasis saulės variklio grožis yra tas, kad jis gali surinkti žemos kokybės akivaizdžiai nenaudingą energiją ir tada ją išleisti naudingomis dozėmis. Jie įspūdingiausi, kai nuo tiesiog sėdėjimo ant rašomojo stalo ar žurnalinio staliuko ar net ant grindų jie staiga atgyja. Jei norite, kad jūsų variklis veiktų patalpose, debesuotomis dienomis arba pavėsyje, taip pat lauke, naudokite elementus, skirtus naudoti patalpose. Šios ląstelės dažniausiai yra amorfinės plonos plėvelės ant stiklo. Jie suteikia sveiką įtampą esant silpnam apšvietimui, o srovė atitinka apšvietimo lygį ir jų dydį. Saulės skaičiuotuvai naudoja tokio tipo elementus, ir jūs galite juos paimti iš senų (arba naujų!) Skaičiuotuvų, tačiau šiais laikais jie yra gana maži, todėl jų dabartinė galia yra maža. Skaičiuotuvo elementų įtampa esant silpnam apšvietimui svyruoja nuo 1,5 iki 2,5 volto, o saulėje - maždaug puse volto daugiau. Norite, kad daugelis jų būtų sujungti lygiagrečiai. Vielos klijai puikiai tinka prie šių stiklo elementų pritvirtinti plonus vielos laidus. Kai kuriuose saulės įkraunamuose raktų pakabukų žibintuvėliuose yra didelis elementas, kuris gerai veikia patalpose su saulės varikliais. Šiuo metu „Images SI Inc.“turi naujų patalpų elementų, kurių dydis tinka tiesiogiai varyti saulės variklį iš vieno elemento. Jų „lauko“to paties tipo saulės elementai gana gerai veikia ir patalpose. Dažniau prieinamas iš daugelio šaltinių yra kristalinis arba polikristalinis saulės elementų tipas. Šie tipai išleidžia daug srovės saulėje, tačiau yra specialiai skirti gyventi saulėje. Kai kuriems sekasi prastai esant silpnam apšvietimui, tačiau dauguma yra gana niūrūs patalpoje, apšviestoje liuminescencinėmis šviesomis.

5 žingsnis: išoriniai ryšiai

Norint sujungti iš plokštės su saulės elementu ir varikliu, labai patogu kaiščio uodegos lizdai, paimti iš vidinių juostų. Kištukinius lizdus galima lengvai atskirti nuo plastiko, kuriame jie yra, atsargiai naudojant žnyples. Uodegos gali būti nukirptos, kai smeigtukai yra lituojami lentoje. Tvirti 24 gabaritų vielos kištukai į lizdus yra gražūs ir saugūs, tačiau paprastai išoriniai elementai yra prijungti per lanksčią susukamą laidą. Tie patys lizdai gali būti lituojami prie šių laidų galų, kad jie tarnautų kaip maži „kištukai“, kurie gražiai telpa į laive esančius lizdus. Taip pat gali būti įrengti plokščių lizdai, į kuriuos galima prijungti laikymo kondensatorių. Jis gali būti montuojamas tiesiai į lizdus arba gali būti nutolęs ir prijungtas prie laidų, prijungtų prie plokštės. Tai leidžia lengvai pakeisti ir išbandyti skirtingus kondensatorius, kol bus rastas tinkamiausias pritaikymas ir vidutinės apšvietimo sąlygos. Nustačius geriausią C1 vertę, jis vis tiek gali būti visam laikui lituotas, tačiau retai tai buvo būtina, jei naudojami geros kokybės lizdai.

6 žingsnis: programos

Galbūt mūsų mėgstamiausias Velykų variklio pritaikymas yra žaisliniame visureigyje „Jeepster“, pavaizduotame 3 žingsnyje. Plonas faneros dugnas buvo supjaustytas taip, kad tilptų prie kėbulo, o dideli putplasčio ratai buvo pagaminti taip, kad suteiktų „Monster Wheel“išvaizdą, tačiau yra gana paklusnus. Apatinė pusė parodyta žemiau esančioje nuotraukoje. Ašys nustatytos taip, kad automobilis važiuotų siauru ratu (nes turime nedidelę svetainę), o priekinių ratų pavaros sąranka labai padeda jam laikytis numatyto apskrito kelio. Pavarų dėžė buvo paimta iš komercinio pomėgių variklio agregato, pavaizduoto kitoje nuotraukoje, tačiau jame buvo sumontuotas 13 omų variklis. 1 „Farad“super kondensatorius kiekvienam ciklui suteikia automobiliui maždaug 10 sekundžių veikimo laiko, o tai beveik visiškai užtrunka 3 pėdų skersmens apskritimą. Debesuotomis dienomis arba kai automobilis sustoja tamsoje vietoje, užtrunka šiek tiek laiko. Mūsų gyvenamajame kambaryje įprasta dieną nuo 5 iki 15 minučių. Jei į langą patenka tiesioginiai saulės spinduliai, jis įkraunamas maždaug per dvi minutes. Jis keliauja kambario kampe ir nuo to laiko, kai buvo pastatytas 2004 m., Užfiksavo daugybę apsisukimų. Kitas linksmas Velykų variklio pritaikymas yra „Walker“-į robotą panašus padaras, besiblaškantis dviem rankomis, tiksliau, kojomis.. Jis naudoja tą pačią variklio ir krumpliaračio sąranką kaip ir „Jeepster“su tuo pačiu santykiu 76: 1. Viena jo koja tyčia trumpesnė už kitą, todėl jis vaikšto ratu. Walkeris taip pat nešioja mirksintį šviesos diodą, kad žinotume, kur jis yra ant grindų sutemus. Paprastas saulės variklio naudojimas yra vėliavos svyravimas arba suktukas. Paveikslėlis, pavaizduotas žemiau esančioje 5 -oje nuotraukoje, gali sėdėti ant stalo ar lentynos ir kartkartėmis staiga ir gana pašėlusiai suks truputį rutulio ant virvelės ir taip pritrauks dėmesį. Kai kurie šių paprastų suktukų variantai ant stygos turėjo skambantį skambutį. Kiti netoliese sumontavo stacionarų varpą, kad jį sutrenktų besiplaikstantis kamuolys, tačiau po kelių saulėtų dienų jis tampa erzinantis!

7 žingsnis: NPN Velykų variklis

Velykų variklis taip pat gali būti pagamintas papildomoje arba „dviguboje“versijoje su dviem NPN tranzistoriais ir vienu PNP. Visa schema parodyta pirmoje iliustracijoje. Juostos plokštės išdėstymas gali turėti tas pačias komponentų vietas ir tuos pačius takelius, kaip ir pirmoji arba „PNP“versija, esminiai pakeitimai yra perjungiami tranzistorių tipai ir atvirkštinis saulės elementų, laikymo kondensatorių, diodų ir šviesos diodų poliškumas. NPN juostos išdėstymas parodytas antroje iliustracijoje ir jame yra papildomas diodas D4, skirtas aukštesnei įjungimo įtampai, ir diodas D0 nuo tranzistoriaus Q2 pagrindo iki rezistorių R4 ir R5 sandūros, kad būtų didesnė išjungimo įtampa, kaip gerai.