Uskršnji solarni motor: 7 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:10

Solarni motor je krug koji uzima i skladišti električnu energiju iz solarnih ćelija, a kada se akumulira unaprijed određena količina, uključuje se za pogon motora ili drugog aktuatora. Solarni motor nije sam po sebi 'motor', ali to je njegovo ime prema ustaljenoj upotrebi. Pruža pokretačku snagu i radi u ponavljajućem se ciklusu, pa naziv nije potpuni pogrešan naziv. Njegova vrlina je u tome što daje upotrebljivu mehaničku energiju kada su prisutni samo oskudni ili slabi nivoi sunčeve svjetlosti ili umjetna sobna svjetlost. Sakuplja ili skuplja, takoreći, gomile niske energije sve dok ne bude dovoljno za obrok koji daje energiju za motor. A kada motor potroši opsluživanje 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, naučnik iz Nacionalne laboratorije Los Alamos. Došao je do elegantno jednostavnog kruga solarnih motora s dva tranzistora koji je omogućio male robote na solarni pogon. Od tada su brojni entuzijasti smislili krugove solarnih motora s različitim značajkama i poboljšanjima. Ovaj koji je ovdje opisan pokazao se kao vrlo svestran i robustan. Ime je dobila po danu kada je njegova shema kola finalizirana i unesena u bilježnicu autorske radionice, Uskrsna nedjelja 2001. Autor je godinama od tada napravio i testirao nekoliko desetina u različitim aplikacijama i postavkama. Dobro radi pri slabom ili visokom svjetlu, s velikim ili malim kondenzatorima za pohranu. I kolo koristi samo uobičajene diskretne elektroničke komponente: diode, tranzistore, otpornike i kondenzator. Ovaj Instructable opisuje osnovni krug Uskršnjeg motora, kako radi, prijedloge za izgradnju i prikazuje neke aplikacije. Pretpostavlja se osnovno poznavanje elektronike i lemljenja kola. Ako niste učinili ništa slično, ali ste željni pokušaja, bilo bi dobro da se prvo pozabavite nečim jednostavnijim. Možete isprobati The FLED Solar Engine in Instructables ili "Somet Powered Symet" opisane u knjizi "Junkbots, Bugbots & Bots on Wheels", što je odličan 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 kruga inspiriran je "Micropower solarnim motorom" Kena Huntingtona i "Suneater I" Stephena Bolta. Zajedno s njima, Uskršnji motor ima dva tranzistorska okidača i zasuna, ali s nešto drugačijom mrežom otpornika 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 uskršnji motor radi. Solarna ćelija SC polako puni skladišni kondenzator C1. Tranzistori Q1 i Q2 tvore okidač. Q1 se aktivira kada napon C1 dosegne razinu vodljivosti kroz niz dioda D1-D3. S dvije diode i jednom LED diodom, kako je prikazano na dijagramu, napon okidanja je oko 2,3 V, ali se po želji može ubaciti još dioda za podizanje ovog nivoa. Kada se Q1 uključi, baza Q2 se povlači prema gore kroz R4 kako bi se i on uključio. Nakon što je uključen, održava baznu struju preko R1 do Q1 kako bi ga zadržao. 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 zaključani, baza "napajanja" tranzistora QP povučena je prema dolje kroz R3, uključivajući 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 niski nivo.

Korak 2: Raspored trakaste ploče

Vrlo kompaktna izvedba uskršnjeg motora može se konstruirati na običnoj kartonskoj ploči kako je prikazano na ovoj ilustraciji. Ovo je pogled sa sastavne strane, a bakrene trake ispod prikazane su sivom bojom. Ploča je samo 0,8 "x 1,0", a samo četiri pjesme moraju biti izrezane kako je prikazano bijelim krugovima u tragovima. Ovdje prikazano kolo 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 desnoj ivici ploče. Dodatna dioda može se lako instalirati umjesto kratkospojnika prikazanog od D1 do D2 kako bi se povećala tačka uključivanja. Isključni napon se također može povećati kako je opisano u sljedećem koraku. Naravno, mogu se koristiti i drugi formati ploča. Četvrta fotografija ispod prikazuje uskršnji motor izgrađen na maloj ploči za izradu prototipova opće namjene. Nije tako kompaktan i uredan kao trakasta traka, ali s druge strane ostavlja puno prostora za rad i prostor za dodavanje dioda ili više kondenzatora za pohranu. Moglo bi se koristiti i obična perforirana fenolna ploča sa potrebnim vezama ožičenim i lemljenim ispod.

Korak 3: Napajanje okidača

Ova tablica prikazuje približne napone pri uključivanju 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 za mjerenje tablice 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 nivo okidača za oko 0,2 V veći od usporedive crvene boje. Bijela LED dioda bez dioda dala je tačku uključivanja od 2,8V. Trepereće LED diode nisu prikladne za ovaj krug motora. Korisna karakteristika uskršnjeg motora je ta što se napon isključivanja može povećati bez utjecaja na nivo uključivanja umetanjem jedne ili više dioda u seriju 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 2,0 V. S dvije diode, napon isključivanja mjeren je približno 2,5 V; sa tri diode, isključio se na oko 3,1 V. Na izgledu trake, dioda ili diodni niz mogu se nalaziti na mjestu kratkospojnika 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 s lijeve strane 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 maksimalni napon na koji ga treba napuniti; prekoračenje te vrijednosti skraćuje vijek trajanja kondenzatora. Mnogi super kondenzatori namijenjeni posebno za sigurnosnu kopiju memorije imaju veći unutarnji otpor pa ne oslobađaju energiju dovoljno brzo da pokreću motor. Solarni motor, poput Uskršnjeg motora, pogodan je za pogon motora koji imaju unutrašnji statički otpor od oko 10 Ohma ili više. Najčešći motori igračaka imaju mnogo manji unutarnji otpor (tipično 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. Odgovarajući motori se također mogu naći u magnetofonima ili videorekorderima. Obično se mogu izdvojiti da imaju promjer veći od njegove dužine. 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, ili u oblačnim danima, ili u hladu, kao i na otvorenom, koristite ćelije namijenjene za unutrašnju upotrebu. Ove ćelije su obično od amorfnog tankog filma na staklu. Oni daju zdrav napon pri slabom svjetlu, 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 nekoliko bude povezano paralelno. Žičano ljepilo odlično je za pričvršćivanje žica od fine žice 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 zatvorene ćelije veličine prikladne za direktno pokretanje 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 fluorescentnim svjetlima.

Korak 5: Vanjske veze

Za povezivanje sa pločice sa solarnom ćelijom i motorom, vrlo su prikladne utične utičnice izvučene iz umetnutih traka. Utičnice za iglice lako se mogu emancipovati iz plastičnog okruženja u koje dolaze pažljivom upotrebom štipaljki. Repovi se mogu odrezati nakon što su igle zalemljene u ploču. Čvrsti utikači od 24 kabela u utičnice su lijepi i sigurni, ali obično su vanjski spojevi povezani fleksibilnom žicom za spajanje. Iste utičnice mogu se zalemiti na krajeve ovih žica kako bi služile kao mali "utikači" koji se lijepo uklapaju u utičnice na ploči. Takođe se mogu predvideti utičnice na ploči u koje se može priključiti kondenzator za skladištenje. 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 je naša omiljena primjena uskršnjeg motora igračka Jeepster SUV prikazana u koraku 3. Tanko dno od šperploče izrezano je kako bi pristajalo uz tijelo, a napravljeni su veliki kotačići od pjene koji su mu dali izgled "Monster Wheel", ali u radu je je prilično poslušan. Donja strana je prikazana 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. 1 Farad super kondenzator 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 tokom dana od 5 do 15 minuta. Ako zatekne direktnu 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, ili bolje rečeno, noge. Koristi istu postavku motora i zupčanika kao Jeepster u istom omjeru 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 okretača imale su zvono na žici. Drugi su imali stacionarno zvono u blizini kako bi ga udarila lopta koja udara - ali to postaje neugodno nakon nekoliko sunčanih dana!

Korak 7: NPN Uskršnji motor

Uskršnji motor može se napraviti i u komplementarnoj ili 'dvostrukoj' verziji, s dva NPN tranzistora i jednim PNP -om. Kompletna shema prikazana je na prvoj ilustraciji ovdje. Raspored trakaste trake može imati iste lokacije komponenti i iste presjeke kolosijeka kao 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.