Великденският слънчев двигател: 7 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:56

Слънчевият двигател е верига, която приема и съхранява електрическа енергия от слънчеви клетки и когато се натрупа предварително определено количество, той се включва, за да задвижва мотор или друг задвижващ механизъм. Слънчевият двигател всъщност не е „двигател“сам по себе си, но това е името му според установената употреба. Той осигурява двигателна сила и работи в повтарящ се цикъл, така че името не е пълно погрешно наименование. Неговото достойнство е, че осигурява използваема механична енергия, когато присъстват само оскъдни или слаби нива на слънчева светлина или изкуствена стайна светлина. Той събира или събира, така или иначе, купчини нискокачествена енергия, докато има достатъчно за хранене, даващо енергия за мотор. И когато моторът е изразходвал енергията, веригата на слънчевия двигател се връща в своя режим на събиране. Това е идеален начин за периодично захранване на модели, играчки или други малки приспособления при много ниски нива на осветеност. Това е страхотна идея, която за първи път е измислена и сведена до практика от един Марк Тилден, учен от Националната лаборатория в Лос Аламос. Той измисли елегантно проста схема с два транзистора на соларен двигател, която направи възможни малки роботизирани на слънчева енергия роботи. Оттогава редица ентусиасти са измислили схеми на слънчеви двигатели с различни функции и подобрения. Този, описан тук, се доказа като много гъвкав и здрав. Тя е кръстена на деня, в който схемата му е финализирана и въведена в бележника на работилницата на автора, Великденска неделя, 2001. През годините оттогава авторът е направил и тествал няколко десетки в различни приложения и настройки. Работи добре при слаба или висока светлина, с големи кондензатори за съхранение или малки. А схемата използва само обикновени дискретни електронни компоненти: диоди, транзистори, резистори и кондензатор. Тази инструкция описва основната схема на Великденския двигател, как работи, предложения за строителство и показва някои приложения. Предполага се основно познаване на електрониката и запояване на вериги. Ако не сте правили нещо подобно, но сте нетърпеливи да опитате, би било добре първо да се заемете с нещо по -просто. Можете да опитате слънчевия двигател FLED в Instructables или „Solar Powered Symet“, описан в книгата „Junkbots, Bugbots & Bots on Wheels“, което е отлично въведение в създаването на проекти като този.

Стъпка 1: Великденска верига на двигателя

Това е схематичната диаграма за великденския двигател заедно със списък на електронните компоненти, които го съставят. Дизайнът на веригата е вдъхновен от "Micropower Solar Engine" на Кен Хънтингтън и "Suneater I" от Stephen Bolt. Както и при тях, Великденският двигател има секция за задействане и затваряне с два транзистора, но с малко по-различна резисторна мрежа, която ги свързва. Тази секция консумира много малко енергия сама по себе си, когато е активирана, но позволява да се изведе достатъчно ток за задвижване на един транзистор, който включва типично натоварване на двигателя. Ето как работи Великденският двигател. Слънчевата клетка SC бавно зарежда кондензатора за съхранение C1. Транзисторите Q1 и Q2 образуват блокиращ спусък. Q1 се задейства, когато напрежението на C1 достигне нивото на проводимост през диодния низ D1-D3. С два диода и един светодиод, както е показано на диаграмата, напрежението на задействане е около 2,3 V, но могат да се вмъкнат още диоди, за да се повиши това ниво, ако желаете. Когато Q1 се включи, основата на Q2 се изтегля през R4, за да се включи и тя. След като е включен, той поддържа базовия ток през R1 до Q1, за да го поддържа включен. По този начин двата транзистора са фиксирани, докато захранващото напрежение от C1 падне до около 1,3 или 1,4V. Когато и Q1, и Q2 са фиксирани, основата на "захранващия" транзистор QP се изтегля надолу през R3, като го включва, за да задвижва двигателя M или друго устройство за натоварване. Резисторът R3 също ограничава базовия ток през QP, но показаната стойност е достатъчна, за да включи товара достатъчно силно за повечето цели. Ако е необходим ток над 200mA към товара, R3 може да бъде намален и за QP може да се използва по -тежък транзистор, като например 2N2907. Стойностите на другите резистори във веригата бяха избрани (и тествани), за да се ограничи използваният от ключалката ток до ниско ниво.

Стъпка 2: Оформление на лентата

Много компактно изпълнение на великденския двигател може да бъде конструирано върху обикновена лента, както е показано на тази илюстрация. Това е изглед от страната на компонентите, като следите от медни ленти по -долу са показани в сиво. Таблото е само 0,8 "на 1,0" и само четири от песните трябва да бъдат изрязани, както е показано от белите кръгове в песните. Изобразената тук схема има един зелен светодиод D1 и два диода D2 и D3 в задействащия низ за напрежение при включване от около 2.5V. Диодите са позиционирани изправени с катодния край нагоре, тоест ориентирани към отрицателната шина на шината от десния край на платката. Допълнителен диод може лесно да бъде инсталиран на мястото на джъмпера, показан от D1 до D2, за да се повиши точката на включване. Изключващото напрежение също може да бъде повишено, както е описано в следващата стъпка. Разбира се, могат да се използват и други формати на платки. Четвъртата снимка по -долу показва великденски двигател, построен върху малка прототипна дъска с общо предназначение. Той не е толкова компактен и подреден, колкото оформлението на лентата, но от друга страна оставя много място за работа и място за добавяне на диоди или множество кондензатори за съхранение. Може да се използва и обикновена перфорирана фенолна дъска с необходимите връзки, окабелени и запоени по -долу.

Стъпка 3: Задействайте напреженията

Тази таблица показва приблизителните напрежения на включване за различни комбинации от диоди и светодиоди, които са били изпробвани в спусъка на различни великденски двигатели. Всички тези комбинации от задействания могат да се поставят върху лентата на лентата от предишната стъпка, но комбинацията от 4 диода и 1 LED трябва да има спойка диод към диод, запоена над платката. Светодиодите, използвани при измерванията на таблицата, бяха по -стари червени с ниска интензивност. Повечето други по -нови червени светодиоди, които са били изпробвани, работят приблизително по същия начин, с може би вариация от само около плюс или минус 0.1V в тяхното ниво на задействане. Цветът оказва влияние: зеленият светодиод дава ниво на задействане с около 0.2V по -високо от сравнимото червено. Бял светодиод без последователни диоди дава точка на включване 2.8V. Мигащите светодиоди не са подходящи за тази верига на двигателя. Полезна характеристика на Великденския двигател е, че изключващото напрежение може да се повиши, без да се засяга нивото на включване, чрез поставяне на един или повече диоди последователно с основата на Q2. С един диод 1N914, свързан от кръстовището на R4 и R5 към основата на Q2, веригата се изключва, когато напрежението падне до около 1.9 или 2.0V. При два диода напрежението за изключване е измерено приблизително 2.5V; с три диода, той се изключи на около 3.1V. При оформлението на лентата, диодът или диодната струна могат да бъдат разположени на мястото на джъмпера, показан над резистора R5; втората илюстрация по -долу показва един така инсталиран диод D0. Обърнете внимание, че катодният край трябва да отиде в основата на Q2. По този начин е възможно ефективно да се използва Великденският двигател с двигатели, които не работят добре в близост до основното изключване от около 1,3 или 1,4 V. Слънчевият двигател в играчката SUV на снимките е направен да се включи при 3.2V и да се изключи при 2.0V, защото в този диапазон на напрежение двигателят има добра мощност.

Стъпка 4: Кондензатори, двигатели и слънчеви клетки

Кондензаторът, използван в играчката SUV, е като този, показан вляво на илюстрацията по -долу. Това е пълен 1 Farad, оценен за използване при до 5V. За по -леки приложения или по -къси обороти на двигателя, по -малките кондензатори дават по -кратки времена на цикъла и, разбира се, по -кратки пробеги. Напрежението, посочено на кондензатор, е максималното напрежение, до което трябва да се зареди; превишаването на този рейтинг съкращава живота на кондензатора. Много от суперкондензаторите, предназначени специално за архивиране на памет, имат по -високо вътрешно съпротивление и затова не освобождават енергията си достатъчно бързо, за да задвижват мотор. Слънчев двигател като Великденския двигател е подходящ за задвижване на двигатели, които имат вътрешно статично съпротивление от около 10 ома или повече. Най -често срещаното разнообразие от двигатели за играчки имат много по -ниско вътрешно съпротивление (2 ома са типични) и така ще източат цялата енергия от кондензатора за съхранение, преди двигателят наистина да може да заработи. Всички двигатели, показани на втората снимка по -долу, работят добре. Те често могат да бъдат намерени като излишък или нови от доставчици на електронни продукти. Подходящи двигатели могат да бъдат намерени и в разглобени магнетофони или видеомагнитофони. Обикновено те могат да бъдат отделени като с диаметър, по -голям от дължината му. Изберете слънчева клетка или клетки, които ще осигурят напрежение малко по-високо от точката на включване на вашия двигател при нивата на осветеност, които вашето приложение ще види. Истинската красота на слънчевия двигател е, че той може да събира нискокачествена явно безполезна енергия и след това да я освобождава в полезни дози. Те са най -впечатляващи, когато просто седнали на бюро или масичка за кафе или дори на пода, внезапно оживяват. Ако искате вашият двигател да работи на закрито, в облачни дни или на сянка, както и на открито, използвайте клетки, предназначени за вътрешна употреба. Тези клетки обикновено са от аморфния тънък филм върху стъклото. Те дават здравословно напрежение при слаба светлина, а токът съответства на нивото на осветеност и техния размер. Слънчевите калкулатори използват този вид клетки и можете да ги вземете от стари (или нови!) Калкулатори, но те са доста малки в наши дни и затова текущата им мощност е ниска. Напрежението на клетките на калкулатора варира от 1,5 до 2,5 волта при слаба светлина и около половин волта повече на слънце. Искате няколко от тях да са свързани последователно паралелно. Wire Lepilo е отлично за закрепване на фини проводници към тези стъклени клетки. Някои слънчеви акумулаторни фенерчета за ключодържатели имат голяма клетка, която работи добре на закрито със слънчеви двигатели. Понастоящем Images SI Inc. носи нови вътрешни клетки с размер, подходящ за директно задвижване на слънчев двигател от една клетка. Тяхната "външна" слънчева клетка от същия тип работи доста добре и на закрито. По -често достъпен от много източници е кристалният или поликристален тип слънчева клетка. Тези видове излъчват много ток на слънце, но са специално предназначени за живот на слънце. Някои се справят умерено при слаба светлина, но повечето са доста мрачни в стая, осветена от флуоресцентни лампи.

Стъпка 5: Външни връзки

За да осъществите връзките от печатната платка към слънчевата клетка и мотора, гнездата за щифтове, взети от вградените ленти, са много удобни. Гнездата за щифтове могат лесно да бъдат еманципирани от пластмасовата настройка, в която се намират, чрез внимателно използване на щипки. Опашките могат да бъдат отрязани, след като щифтовете са запоени в дъската. Твърдият 24 габаритен проводник се включва в гнездата добре и сигурно, но обикновено външните са свързани чрез гъвкав многожилен свързващ проводник. Същите гнезда могат да бъдат запоени към краищата на тези проводници, за да служат като малки "щепсели", които се вписват красиво в гнездата на борда. Могат да бъдат предвидени и гнезда за платки, към които може да се включи кондензаторът за съхранение. Той може да се монтира директно в гнездата или да бъде отдалечено разположен и свързан чрез кабелни кабели, включени към платката. Това дава възможност лесно да се сменят и изпробват различни кондензатори, докато се намери най -добрият за приложението и средните му условия на осветление. След като бъде намерена най -добрата стойност на C1, той все още може да бъде запоен за постоянно, но рядко това се налага, ако се използват гнезда с добро качество.

Стъпка 6: Приложения

Може би любимото ни приложение на великденски двигател е в играчката Jeepter SUV, илюстрирана в Стъпка 3. Тънко дъно от шперплат е изрязано, за да пасне на тялото, и големи колела от пяна са направени, за да му придадат вид „Monster Wheel“, но в експлоатация той е доста послушен. Долната страна е показана на снимката по -долу. Осите са настроени да карат колата да се движи в тесен кръг (тъй като имаме малка всекидневна), а настройката на предното задвижване значително й помага да се придържа към предвидената кръгова пътека. Редукторът е взет от търговски хоби двигател, показан на следващата снимка, но е оборудван с мотор от 13 ома. Супер кондензатор 1 Farad дава на колата около 10 секунди време на работа на всеки цикъл, което я отнема почти изцяло около кръг с диаметър 3 фута. Зареждането отнема известно време в облачни дни или когато колата спре на тъмно място. Навсякъде от 5 до 15 минути е обичайно през деня в хола ни. Ако открие, че в прозореца идва директна слънчева светлина, той се зарежда за около две минути. Той пътува из ъгъла на стаята и е регистрирал много обороти, откакто е построен през 2004 г. Друго забавно приложение на великденския двигател е „Уокър“, създание, подобно на робот, което се разхожда с две ръце или по-скоро с крака. Той използва същата настройка на мотор и зъбно колело като Jeepter със същото съотношение 76: 1. Един от краката му е нарочно по -къс от другия, така че да ходи в кръг. Уокър също носи мигащ светодиод, за да знаем къде е на пода след тъмно. Една проста употреба за слънчев двигател е като размахване на знаме или въртене. Този, показан на 5 -та снимка по -долу, може да седи на бюро или рафт и от време на време внезапно и доста диво ще завърти малко топче около връв, като по този начин привлича вниманието към себе си. Някои изпълнения на тези прости въртящи се устройства имаха звънене на камбаната. Други имаха стационарна камбана, монтирана наблизо, така че да се удари от размахващата се топка - но това има тенденция да става досадно след няколко слънчеви дни!

Стъпка 7: NPN Easter Engine

Великденският двигател може да бъде направен и в допълваща се или „двойна“версия, с два NPN транзистора и един PNP. Пълната схема е показана в първата илюстрация тук. Оформлението на лентата може да има същите местоположения на компоненти и същите разфасовки като първата или „PNP“версия, като съществените промени са превключени типове транзистори и обърната полярност на слънчевата клетка, кондензатора за съхранение, диодите и светодиодите. Оформлението на NPN лентата е показано на втората илюстрация и включва допълнителен диод D4 за по-високо напрежение при включване и диод D0 от основата на транзистора Q2 до кръстовището на резистори R4 и R5 за по-високо напрежение на изключване като добре.