Lieldienu saules dzinējs: 7 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 11:00

Saules dzinējs ir ķēde, kas uzņem un uzglabā elektroenerģiju no saules baterijām, un, kad ir uzkrāts iepriekš noteikts daudzums, tas ieslēdzas, lai darbinātu motoru vai citu izpildmehānismu. Saules dzinējs pats par sevi nav “dzinējs”, bet tas ir tā nosaukums pēc noteiktas lietošanas. Tas nodrošina dzinējspēku un darbojas atkārtotā ciklā, tāpēc nosaukums nav pilnīgs nepareizs nosaukums. Tās priekšrocība ir tā, ka tā nodrošina izmantojamu mehānisko enerģiju, ja ir tikai niecīgs vai vājš saules gaismas līmenis vai mākslīga telpas gaisma. Tas novāc vai savāc, it kā, zemas kvalitātes enerģijas ķekarus, līdz motoram pietiek enerģijas devu. Un, kad motors ir iztērējis enerģiju, saules dzinēja ķēde atgriežas savākšanas režīmā. Tas ir ideāls veids, kā periodiski barot modeļus, rotaļlietas vai citus mazus sīkrīkus ļoti vājā apgaismojumā. Tā ir lieliska ideja, kuru vispirms izdomāja un praktiski realizēja viens Marks Tildens, Los Alamos Nacionālās laboratorijas zinātnieks. Viņš nāca klajā ar eleganti vienkāršu divu tranzistoru saules dzinēja ķēdi, kas padarīja iespējamus mazus ar saules enerģiju darbināmus robotus. Kopš tā laika vairāki entuziasti ir izdomājuši saules dzinēju ķēdes ar dažādām funkcijām un uzlabojumiem. Šeit aprakstītais ir izrādījies ļoti universāls un izturīgs. Tas ir nosaukts pēc dienas, kad tās shēma tika pabeigta un ievadīta autora darbnīcas piezīmju grāmatiņā, Lieldienu svētdiena, 2001. gads. Kopš tā laika autors ir izveidojis un pārbaudījis vairākus desmitus dažādās lietojumprogrammās un iestatījumos. Tas labi darbojas vājā apgaismojumā vai lielā, ar lieliem vai maziem uzglabāšanas kondensatoriem. Un shēmā tiek izmantoti tikai kopīgi diskrēti elektroniskie komponenti: diodes, tranzistori, rezistori un kondensators. Šajā pamācībā ir aprakstīta Lieldienu dzinēja pamata ķēde, kā tā darbojas, būvniecības ieteikumi un parādīti daži lietojumi. Tiek pieņemts, ka ir pamatzināšanas par elektroniku un ķēžu lodēšanu. Ja neesat izdarījis neko līdzīgu, bet vēlaties to izmēģināt, vispirms būtu jārisina kaut kas vienkāršāks. Jūs varētu izmēģināt The FLED saules dzinēju instrukcijās vai “Solar Powered Symet”, kas aprakstīts grāmatā “Junkbots, Bugbots & Bots on Wheels”, kas ir lielisks ievads tādu projektu veidošanā kā šis.

1. solis: Lieldienu dzinēja ķēde

Šī ir Lieldienu dzinēja shematiskā diagramma kopā ar to veidojošo elektronisko komponentu sarakstu. Ķēdes dizainu iedvesmoja Kena Hantingtona "Mikroenerģijas saules dzinējs" un Stīvena Bolta "Suneater I". Kopīgi ar tiem Lieldienu dzinējam ir divu tranzistoru sprūda un aizbīdņa sadaļa, bet ar nedaudz atšķirīgu rezistoru tīklu, kas tos savieno. Šī sadaļa pati par sevi patērē ļoti maz enerģijas, kad tā tiek aktivizēta, taču ļauj izņemt pietiekami daudz strāvas, lai vadītu vienu tranzistoru, kas ieslēdz tipisku motora slodzi. Lūk, kā darbojas Lieldienu dzinējs. Saules baterijas SC lēnām uzlādē uzglabāšanas kondensatoru C1. Tranzistori Q1 un Q2 veido fiksatoru. Q1 tiek aktivizēts, kad C1 spriegums caur diodes virkni D1-D3 sasniedz vadītspējas līmeni. Ar divām diodēm un vienu gaismas diodi, kā parādīts diagrammā, sprūda spriegums ir aptuveni 2,3 V, bet, ja vēlaties, šī līmeņa paaugstināšanai var ievietot vairāk diodes. Kad Q1 ieslēdzas, Q2 pamatne tiek izvilkta caur R4, lai to ieslēgtu. Kad tas ir ieslēgts, tas uztur bāzes strāvu caur R1 līdz Q1, lai to saglabātu. Abi tranzistori tiek ieslēgti, līdz barošanas spriegums no C1 samazinās līdz aptuveni 1,3 vai 1,4 V. Kad tiek pieslēgts gan Q1, gan Q2, "jaudas" tranzistora QP pamatne tiek izvilkta caur R3, ieslēdzot to, lai darbinātu motoru M vai citu slodzes ierīci. Rezistors R3 arī ierobežo bāzes strāvu, izmantojot QP, taču norādītā vērtība ir pietiekama, lai pārslēgtu slodzi pietiekami stingri lielākajai daļai mērķu. Ja slodzei ir nepieciešama vairāk nekā 200 mA strāva, R3 var samazināt un QP var izmantot lielākas slodzes tranzistoru, piemēram, 2N2907. Pārējo ķēdes rezistoru vērtības tika izvēlētas (un pārbaudītas), lai ierobežotu aizbīdņa izmantoto strāvu līdz zemam līmenim.

2. darbība. Stripboard izkārtojums

Ļoti kompaktu Lieldienu dzinēja iemiesojumu var uzbūvēt uz parasta sloksnes, kā parādīts šajā attēlā. Šis ir skats no detaļas puses, un zemāk esošās vara sloksnes sliedes ir parādītas pelēkā krāsā. Dēlis ir tikai 0,8 "līdz 1,0", un tikai četras no sliedēm ir jāizgriež, kā parādīts baltajos apļos. Šeit attēlotajai ķēdei ir viena zaļa gaismas diode D1 un divas diodes D2 un D3 sprūda virknē, lai ieslēgšanās spriegums būtu aptuveni 2,5 V. Diodes ir novietotas vertikāli ar katoda galu uz augšu, tas ir, vērstas pret negatīvo kopnes sloksni plāksnes labajā malā. Papildu diodi var viegli uzstādīt džempera vietā, kas parādīta no D1 līdz D2, lai palielinātu ieslēgšanās punktu. Izslēgšanas spriegumu var arī paaugstināt, kā aprakstīts nākamajā darbībā. Protams, var izmantot citus dēļu formātus. Ceturtajā fotoattēlā ir redzams Lieldienu dzinējs, kas uzbūvēts uz nelielas vispārējas nozīmes prototipēšanas plates. Tas nav tik kompakts un sakārtots kā sloksnes paneļa izkārtojums, bet, no otras puses, tas atstāj daudz vietas darbam un vietas diodes vai vairāku uzglabāšanas kondensatoru pievienošanai. Var izmantot arī vienkāršu perforētu fenola plāksni ar nepieciešamajiem savienojumiem ar vadu un lodēšanu zemāk.

3. solis: sprūda spriegums

Šajā tabulā ir parādīts aptuvenais ieslēgšanās spriegums dažādām diodes un gaismas diodes kombinācijām, kuras ir izmēģinātas dažādu Lieldienu dzinēju sprūda virknē. Visas šīs sprūda kombinācijas var iekļaut iepriekšējā posma sloksnes izkārtojumā, bet 4-diodes un 1 LED kombinācijai virs plāksnes jābūt lodētam ar diodes-diode savienojumu. Gaismas diodes, ko izmantoja galda mērījumos, bija vecākas zemas intensitātes sarkanās. Lielākā daļa citu izmēģināto jaunāko sarkano gaismas diodes darbojas aptuveni tāpat, un to sprūda līmenis var atšķirties tikai aptuveni plus vai mīnus 0,1 V robežās. Krāsa ietekmē: zaļa gaismas diode izraisīja aptuveni 0,2 V augstāku sprūda līmeni nekā salīdzināms sarkans. Balta LED bez sērijveida diodēm iedeva ieslēgšanās punktu 2,8V. Mirgojošas gaismas diodes nav piemērotas šai motora ķēdei. Lieldienu motora noderīga iezīme ir tā, ka izslēgšanas spriegumu var paaugstināt, neietekmējot ieslēgšanās līmeni, ievietojot vienu vai vairākas diodes sērijveidā ar Q2 pamatni. Ar vienu 1N914 diodi, kas savienota no R4 un R5 krustojuma līdz Q2 pamatnei, ķēde izslēdzas, kad spriegums nokrītas līdz aptuveni 1,9 vai 2,0 V. Ar divām diodēm izslēgšanas spriegums bija aptuveni 2,5 V; ar trim diodēm tas izslēdzās pie aptuveni 3.1V. Stripboard izkārtojumā diode vai diodes virkne var atrasties džempera vietā, kas parādīta virs rezistora R5; otrajā attēlā parādīts viens šādi uzstādīts diode D0. Ņemiet vērā, ka katoda galam ir jāiet uz Q2 pamatni. Tādējādi ir iespējams efektīvi izmantot Lieldienu motoru ar motoriem, kas nedarbojas labi aptuveni 1,3 vai 1,4 V pamata izslēgšanās tuvumā. Fotoattēlos redzamais SUV rotaļlietu saules motors tika ieslēgts pie 3,2 V un izslēgts pie 2,0 V, jo šajā sprieguma diapazonā motoram ir laba jauda.

4. solis: kondensatori, motori un saules baterijas

Rotaļlietu SUV izmantotais kondensators ir tāds pats kā attēlā, kas parādīts kreisajā pusē. Tas ir pilns 1 Farad, kas paredzēts lietošanai līdz 5 V. Vieglākām darbībām vai īsākiem motora darbiem mazāki kondensatori nodrošina īsāku cikla laiku un, protams, īsāku darbību. Spriegums, kas norādīts kondensatorā, ir maksimālais spriegums, līdz kuram tas jāuzlādē; šī rādītāja pārsniegšana saīsina kondensatora kalpošanas laiku. Daudziem superkondensatoriem, kas īpaši paredzēti atmiņas dublēšanai, ir lielāka iekšējā pretestība, tāpēc tie neatbrīvo enerģiju pietiekami ātri, lai darbinātu motoru. Saules motors, piemēram, Lieldienu dzinējs, ir piemērots dzinēju vadīšanai, kuru iekšējā statiskā pretestība ir aptuveni 10 omi vai lielāka. Visbiežāk sastopamajiem rotaļlietu motoriem ir daudz zemāka iekšējā pretestība (tipiski ir 2 omi), un tāpēc viss motors tiks izvadīts no uzglabāšanas kondensatora, pirms motors patiešām var darboties. Motori, kas parādīti otrajā fotoattēlā, darbojas labi. Tos bieži var atrast kā pārpalikumu vai jaunus no elektroniskajiem piegādātājiem. Piemērotus motorus var atrast arī nevēlamos magnetofonos vai videomagnetofonos. Parasti tos var izdalīt kā diametru, kas ir lielāks par tā garumu. Izvēlieties saules bateriju vai elementus, kas nodrošinās spriegumu, kas ir nedaudz augstāks par jūsu motora ieslēgšanās punktu apgaismojumā, ko redzēs jūsu lietojumprogramma. Saules dzinēja patiesais skaistums ir tas, ka tas var savākt zemas kvalitātes šķietami bezjēdzīgu enerģiju un pēc tam atbrīvot to lietderīgās devās. Tie ir visiespaidīgākie, kad, vienkārši sēžot uz galda vai kafijas galdiņa vai pat uz grīdas, viņi pēkšņi atdzīvojas. Ja vēlaties, lai jūsu dzinējs darbotos iekštelpās, mākoņainās dienās vai ēnā, kā arī atklātā vietā, izmantojiet šūnas, kas paredzētas lietošanai iekštelpās. Šīs šūnas parasti ir no amorfas plānas plēves uz stikla šķirnes. Tie nodrošina veselīgu spriegumu vājā apgaismojumā, un strāva atbilst apgaismojuma līmenim un to lielumam. Saules kalkulatori izmanto šāda veida šūnas, un jūs varat tos ņemt no veciem (vai jauniem!) Kalkulatoriem, taču mūsdienās tie ir diezgan mazi, un tāpēc to pašreizējā jauda ir zema. Kalkulatora elementu spriegums vājā apgaismojumā svārstās no 1,5 līdz 2,5 voltiem un saulē - par aptuveni pusvoltu vairāk. Jūs vēlaties, lai vairāki no tiem būtu savienoti virknē paralēli. Stiepļu līme ir lieliski piemērota smalku vadu vadu piestiprināšanai pie šīm stikla šūnām. Dažiem saules uzlādējamiem atslēgu piekariņa lukturīšiem ir liela šūna, kas labi darbojas iekštelpās ar saules dzinējiem. Pašlaik Images SI Inc. piedāvā jaunas iekštelpu šūnas, kuru izmērs ir piemērots tieši saules dzinēja darbināšanai no vienas šūnas. Viņu tāda paša tipa "āra" saules baterija darbojas diezgan labi arī telpās. No daudziem avotiem biežāk ir pieejams kristālisks vai polikristālisks saules bateriju veids. Šie veidi izceļ lielu strāvu saulē, bet ir īpaši paredzēti dzīvei saulē. Dažiem tas ir pieticīgi labi vājākā apgaismojumā, bet lielākā daļa ir diezgan drūmi telpā, ko apgaismo dienasgaismas.

5. darbība: ārējie savienojumi

Lai izveidotu savienojumus no shēmas plates ar saules bateriju un motoru, ir ļoti ērti piespraust astes ligzdas, kas ņemtas no iekšējām sloksnēm. Piespraudes ligzdas var viegli atbrīvot no plastmasas, kurā tās atrodas, rūpīgi izmantojot knaibles. Astes var noraut pēc tam, kad tapas ir pielodētas dēlī. Cietie 24 gabarītu vadu spraudņi kontaktligzdās ir jauki un droši, bet parasti ārējie ir savienoti, izmantojot elastīgu vītņotu savienojuma vadu. Tādas pašas kontaktligzdas var pielodēt pie šo vadu galiem, lai tās kalpotu kā mazi "aizbāžņi", kas skaisti iekļaujas klāja ligzdās. Var tikt nodrošinātas arī plates kontaktligzdas, kurās var ievietot uzglabāšanas kondensatoru. To var uzstādīt tieši kontaktligzdās vai attālināti novietot un savienot, izmantojot vadu vadus, kas pievienoti plāksnei. Tas ļauj viegli nomainīt un izmēģināt dažādus kondensatorus, līdz tiek atrasts piemērotākais lietojumam un tā vidējiem apgaismojuma apstākļiem. Pēc tam, kad ir atrasta vislabākā C1 vērtība, to joprojām var pastāvīgi pielodēt, bet reti tiek konstatēts, ka tas ir nepieciešams, ja tiek izmantotas labas kvalitātes kontaktligzdas.

6. darbība: lietojumprogrammas

Iespējams, mūsu mīļākais Lieldienu dzinēja pielietojums ir rotaļlietā Jeepster SUV, kas parādīts 3. solī. Plāns saplākšņa dibens tika sagriezts tā, lai tas atbilstu virsbūvei, un tika izgatavoti lieli putu riteņi, lai tas iegūtu "Monster Wheel" izskatu, taču tas darbojās ir diezgan paklausīgs. Apakšdaļa ir parādīta zemāk esošajā fotoattēlā. Asis ir iestatītas tā, lai automašīna darbotos šaurā lokā (jo mums ir neliela dzīvojamā istaba), un priekšējo riteņu piedziņas iestatīšana ievērojami palīdz tai pieturēties pie paredzētā apļveida ceļa. Pārnesumkārba tika ņemta no komerciāla hobija motora agregāta, kas parādīts nākamajā fotoattēlā, bet tas bija aprīkots ar 13 omu motoru. 1 Farad super kondensators dod automašīnai aptuveni 10 sekunžu darbības laiku katrā ciklā, kas gandrīz pilnībā paņem ap 3 pēdu diametra apli. Lai uzlādētos mākoņainās dienās vai kad automašīna apstājas tumšā vietā, ir vajadzīgs laiks. Dienas laikā mūsu viesistabā parasti ir no 5 līdz 15 minūtēm. Ja logā tiek atklāta tieša saules gaisma, tas tiek uzlādēts apmēram divu minūšu laikā. Tā ceļo pa istabas stūri un kopš tā uzcelšanas 2004. gadā ir reģistrējusi daudz apgriezienu. Vēl viens jautrs Lieldienu dzinēja pielietojums ir "Walker"-robotam līdzīga būtne, kas brien garām ar divām rokām vai, drīzāk, kājām.. Viņš izmanto to pašu motoru un pārnesumu sastāvu kā Jeepster ar tādu pašu attiecību 76: 1. Viena no viņa kājām ir apzināti īsāka par otru, tāpēc viņš staigā pa apli. Walker nes arī mirgojošu gaismas diodi, lai mēs zinātu, kur viņš atrodas uz grīdas pēc tumsas iestāšanās. Vienkāršs saules dzinēja lietojums ir karoga svārstītājs vai vērpējs. Tālāk redzamajā 5. fotoattēlā redzamais var sēdēt uz galda vai plaukta, un šad un tad tas pēkšņi un diezgan mežonīgi griezīsies pa bumbiņu pa auklu, tādējādi piesaistot sev uzmanību. Dažiem šo vienkāršo vērpēju iemiesojumiem uz auklas bija džunglis. Citiem tuvumā bija uzstādīts stacionārs zvans, lai to satricinātu plīvojošā bumba, bet tas pēc dažām saulainām dienām mēdz kļūt kaitinošs!

7. solis: NPN Lieldienu dzinējs

Lieldienu dzinēju var izgatavot arī papildinošā vai “dubultā” versijā ar diviem NPN tranzistoriem un vienu PNP. Pilnīga shēma ir parādīta šeit pirmajā ilustrācijā. Sloksnes paneļa izkārtojumam var būt tādas pašas detaļu atrašanās vietas un tie paši sliežu ceļa izcirtņi kā pirmajai vai “PNP” versijai, būtiskas izmaiņas ir pārslēgtie tranzistoru tipi un apgriezta saules baterijas, uzglabāšanas kondensatora, diodes un gaismas diodes polaritāte. NPN sloksnes izkārtojums ir parādīts otrajā ilustrācijā, un tajā ir papildu diode D4 augstākam ieslēgšanās spriegumam, un diode D0 no tranzistora Q2 pamatnes līdz rezistoru R4 un R5 savienojumam, lai iegūtu lielāku izslēgšanās spriegumu kā labi.