Velikonoční solární motor: 7 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:25

Solární motor je obvod, který odebírá a ukládá elektrickou energii ze solárních článků, a když se nahromadí předem stanovené množství, zapne se k pohonu motoru nebo jiného pohonu. Solární motor není ve skutečnosti 'motor' sám o sobě, ale to je jeho jméno podle zavedeného používání. Poskytuje hybnou sílu a funguje v opakujícím se cyklu, takže název není úplné nesprávné pojmenování. Jeho ctností je, že poskytuje použitelnou mechanickou energii, když jsou přítomny pouze slabé nebo slabé úrovně slunečního světla nebo umělého osvětlení místnosti. Sklízí nebo shromažďuje, jakoby, hromady energie nízké kvality, dokud není dost na energii dávající jídlo pro motor. A když motor spotřebuje energii, obvod solárního motoru se vrátí do režimu shromažďování. Je to ideální způsob, jak přerušovaně napájet modely, hračky nebo jiné malé pomůcky při velmi nízké úrovni osvětlení. Je to skvělý nápad, který poprvé vymyslel a zredukoval na praxi jeden Mark Tilden, vědec z Národní laboratoře Los Alamos. Přišel s elegantně jednoduchým dvoutranzistorovým obvodem solárního motoru, který umožňoval malé roboty poháněné solární energií. Od té doby vymyslela řada nadšenců obvody solárních motorů s různými funkcemi a vylepšeními. Zde popsaný se osvědčil jako velmi univerzální a robustní. Je pojmenována po dni, kdy byl dokončen jeho obvodový diagram a vložen do autorského Workshop Notebooku, Velikonoční neděle 2001. Za ta léta autor vytvořil a otestoval několik desítek v různých aplikacích a nastaveních. Funguje dobře při slabém nebo vysokém osvětlení, s velkými nebo malými úložnými kondenzátory. A obvod používá pouze běžné diskrétní elektronické součástky: diody, tranzistory, odpory a kondenzátor. Tento Instructable popisuje základní obvod Easter Engine, jak funguje, konstrukční návrhy a ukazuje některé aplikace. Předpokládá se základní znalost elektroniky a pájení obvodů. Pokud jste nic takového neudělali, ale toužíte po tom, bylo by dobré nejprve řešit něco jednoduššího. Můžete zkusit solární motor FLED v Instructables nebo „Solar Powered Symet“popsaný v knize „Junkbots, Bugbots, & Bots on Wheels“, což je vynikající úvod do vytváření projektů, jako je tento.

Krok 1: Velikonoční motorový obvod

Toto je schematický diagram pro velikonoční motor spolu se seznamem elektronických součástek, které jej tvoří. Návrh obvodu byl inspirován „Micropower Solar Engine“od Kena Huntingtona a „Suneater I“od Stephena Bolta. Společně s nimi má velikonoční motor sekci se dvěma tranzistory spouště a západky, ale s propojením je má trochu jiná odporová síť. Tato část sama o sobě při aktivaci spotřebovává velmi málo energie, ale umožňuje odebrání dostatečného proudu pro pohon jednoho tranzistoru, který zapíná typické zatížení motoru. Zde je návod, jak funguje velikonoční motor. Solární článek SC pomalu nabíjí akumulační kondenzátor C1. Tranzistory Q1 a Q2 tvoří blokovací spoušť. Q1 se spustí, když napětí C1 dosáhne úrovně vodivosti prostřednictvím diodového řetězce D1-D3. Se dvěma diodami a jednou LED, jak je znázorněno na obrázku, je spouštěcí napětí přibližně 2,3 V, ale v případě potřeby lze vložit více diod pro zvýšení této úrovně. Když se Q1 zapne, základna Q2 se vytáhne nahoru přes R4 a také se zapne. Jakmile je zapnutý, udržuje základní proud přes R1 až Q1, aby zůstal zapnutý. Dva tranzistory jsou tedy zajištěny, dokud napájecí napětí z C1 neklesne na přibližně 1,3 nebo 1,4V. Když jsou Q1 i Q2 zajištěny, základna „výkonového“tranzistoru QP je stažena dolů přes R3 a zapíná se, aby poháněla motor M nebo jiné zátěžové zařízení. Rezistor R3 také omezuje základní proud přes QP, ale uvedená hodnota je dostatečná k tomu, aby zátěž byla dostatečně tvrdá pro většinu účelů. Pokud je požadován proud vyšší než řekněme 200mA k zátěži, může být R3 snížen a pro QP může být použit těžší tranzistor, například 2N2907. Hodnoty ostatních rezistorů v obvodu byly zvoleny (a testovány), aby se omezil proud používaný západkou na nízkou úroveň.

Krok 2: Stripboard Layout

Velmi kompaktní provedení velikonočního motoru lze zkonstruovat na běžné liště, jak je znázorněno na tomto obrázku. Toto je pohled ze strany součásti se stopami měděných pásků níže zobrazenými šedě. Deska má pouze 0,8 "x 1,0" a pouze čtyři stopy musí být oříznuty, jak ukazují bílé kruhy ve stopách. Zde zobrazený obvod má jednu zelenou LED D1 a dvě diody D2 a D3 ve spouštěcím řetězci pro spínací napětí asi 2,5V. Diody jsou umístěny svisle s katodovým koncem nahoru, to znamená orientováno směrem k zápornému sběrnicovému pásu na pravém okraji desky. Na místo zapojení můstku zobrazeného od D1 do D2 lze snadno nainstalovat další diodu, která naruší bod zapnutí. Vypínací napětí lze také zvýšit, jak je popsáno v dalším kroku. Samozřejmě lze použít i jiné formáty desek. Čtvrtá fotografie níže ukazuje velikonoční motor postavený na malém univerzálním prototypovém prkénku. Není to tak kompaktní a uspořádané jako uspořádání tabule, ale na druhou stranu to ponechává spoustu místa pro práci a prostor pro přidání diod nebo více úložných kondenzátorů. Dalo by se také použít obyčejnou perforovanou fenolickou desku s nezbytnými připojeními zapojenými a pájenými níže.

Krok 3: Spusťte napětí

Tato tabulka ukazuje přibližné zapínací napětí pro různé kombinace diod a LED, které byly vyzkoušeny ve spouštěcím řetězci různých velikonočních motorů. Všechny tyto spouštěcí kombinace lze vložit do rozvržení stripboardu v předchozím kroku, ale kombinace 4 diod a 1 LED by musela mít spoj mezi diodou a diodou pájený nad deskou. LED diody použité při měření v tabulce byly starší červené s nízkou intenzitou. Většina ostatních novějších červených LED, které byly vyzkoušeny, funguje přibližně stejně, s variacimi pouze asi plus nebo mínus 0,1 V v jejich spouštěcí úrovni. Barva má vliv: zelená dioda LED dala úroveň spouštění asi o 0,2 V vyšší než srovnatelná červená. Bílá LED bez diod v sérii poskytovala bod zapnutí 2,8 V. Blikající LED diody nejsou pro tento obvod motoru vhodné. Užitečnou funkcí velikonočního motoru je, že vypínací napětí lze zvýšit bez ovlivnění zapínací úrovně vložením jedné nebo více diod do série se základnou Q2. S jedinou diodou 1N914 připojenou ze spojení R4 a R5 k základně Q2 se obvod vypne, když napětí klesne na přibližně 1,9 nebo 2,0V. U dvou diod měřilo vypínací napětí přibližně 2,5V; se třemi diodami se vypnul asi na 3,1 V. Na rozvržení stripboardu může být dioda nebo diodový řetězec umístěn na místě propojky zobrazené nad odporem R5; druhý obrázek níže ukazuje jednu takto nainstalovanou diodu D0. Konec katody musí směřovat k základně Q2. Je tedy možné efektivně využít velikonoční motor s motory, které neběží dobře v blízkosti základního vypnutí přibližně 1,3 nebo 1,4V. Solární motor v hračkovém SUV na fotografiích byl vyroben tak, aby se zapínal na 3,2 V a vypínal na 2,0 V, protože v tomto rozsahu napětí má motor dobrý výkon.

Krok 4: Kondenzátory, motory a solární články

Kondenzátor použitý v hračkovém SUV je stejný jako kondenzátor zobrazený vlevo na obrázku níže. Jedná se o plný 1 Farad určený pro použití až do 5V. U lehčích aplikací nebo kratších běhů motoru poskytují menší kondenzátory kratší doby cyklu a samozřejmě kratší běhy. Napětí uvedené na kondenzátoru je maximální napětí, na které by mělo být nabito; překročení tohoto hodnocení zkracuje životnost kondenzátoru. Mnoho superkondenzátorů určených speciálně pro zálohování paměti má vyšší vnitřní odpor, a proto neuvolňují svou energii dostatečně rychle na pohon motoru. Solární motor, jako je velikonoční motor, je vhodný pro pohon motorů, které mají vnitřní statický odpor asi 10 ohmů nebo více. Nejběžnější paleta hračkových motorů má mnohem nižší vnitřní odpor (typické jsou 2 ohmy), a proto odčerpá veškerou energii z úložného kondenzátoru, než se motor skutečně rozběhne. Motory zobrazené na druhé fotografii níže fungují dobře. Často je lze najít jako přebytečné nebo nové od elektronických dodavatelů. Vhodné motory lze také nalézt v junked magnetofonech nebo videorekordérech. Obvykle je lze vyčlenit tak, že mají průměr větší než jeho délka. Vyberte si solární článek nebo články, které budou poskytovat napětí o něco vyšší než bod zapnutí vašeho motoru při úrovních světla, které vaše aplikace uvidí. Skutečná krása slunečního motoru spočívá v tom, že dokáže shromažďovat zjevně zbytečnou energii nízké kvality a poté ji uvolňovat v užitečných dávkách. Jsou nejpůsobivější, když z pouhého sezení na stole nebo konferenčním stolku nebo dokonce na podlaze najednou ožijí. Pokud chcete, aby váš motor pracoval uvnitř, v zatažených dnech nebo ve stínu i na volném prostranství, použijte články určené pro vnitřní použití. Tyto buňky jsou obvykle z amorfního tenkého filmu na skle. Při slabém osvětlení poskytují zdravé napětí a proud odpovídá úrovni osvětlení a jejich velikosti. Sluneční kalkulačky používají tento typ článků a můžete je vzít ze starých (nebo nových!) Kalkulaček, ale v dnešní době jsou poměrně malé, a proto je jejich aktuální výkon nízký. Napětí článků kalkulačky se pohybuje od 1,5 do 2,5 voltů při slabém osvětlení a asi o půl voltu více na slunci. Budete chtít několik z nich zapojených do série paralelně. Lepidlo na dráty je vynikající pro připevnění jemných vodičů k těmto skleněným buňkám. Některé solární dobíjecí klíčenky mají velký článek, který funguje dobře uvnitř se solárními motory. V současné době společnost Images SI Inc. nese nové vnitřní články o velikosti vhodné pro přímé pohánění solárního motoru z jednoho článku. Jejich „venkovní“solární článek stejného typu funguje docela dobře i uvnitř. Běžněji dostupný z mnoha zdrojů je krystalický nebo polykrystalický typ solárních článků. Tyto typy vydávají hodně proudu na slunci, ale jsou speciálně určeny pro život na slunci. Některým se ve slabém světle daří skromně, ale většina je v místnosti osvětlené flourescenty docela skličující.

Krok 5: Externí připojení

Pro připojení z desky plošných spojů ke solárnímu článku a motoru jsou velmi praktické kolíkové koncovky odebrané z řadových pásků. Kolíkové zásuvky lze snadno emancipovat z plastového nastavení, do kterého přicházejí, pečlivým používáním kleští. Po připájení kolíků v desce lze ocasy odstřihnout. Pevný 24 -metrový drát zapojuje do zdířek hezké a bezpečné, ale obvykle jsou externí připojeny pomocí flexibilního splétaného propojovacího drátu. Stejné zásuvky lze připájet na konce těchto vodičů, aby sloužily jako malé „zástrčky“, které krásně zapadnou do zásuvek na palubě. Mohou být také poskytnuty deskové zásuvky, do kterých lze zapojit úložný kondenzátor. Může být namontován přímo do zásuvek nebo může být vzdáleně umístěn a připojen pomocí drátových vodičů zapojených do desky. To umožňuje snadnou výměnu a zkoušení různých kondenzátorů, dokud není pro danou aplikaci a její průměrné světelné podmínky nalezen ten nejlepší. Poté, co je nalezena nejlepší hodnota C1, může být stále trvale připájena na místě, ale jen zřídka to bylo shledáno nezbytným, pokud jsou použity kvalitní zásuvky.

Krok 6: Aplikace

Snad naše oblíbená aplikace velikonočního motoru je v SUV Jeepster, které je znázorněno v kroku 3. Tenké dno z překližky bylo vyříznuto tak, aby odpovídalo karoserii, a velká pěnová kola byla vyrobena tak, aby měla vzhled „Monster Wheel“, ale v provozu byla je docela učenlivý. Spodní strana je zobrazena na fotografii níže. Nápravy jsou nastaveny tak, aby auto jelo v úzkém kruhu (protože máme malý obývací pokoj) a nastavení pohonu předních kol mu velmi pomáhá držet se zamýšlené kruhové dráhy. Převodovka byla převzata z komerční hobby motorové jednotky zobrazené na další fotografii, ale byla vybavena motorem 13 Ohm. Superkondenzátor 1 Farad dává vozu přibližně 10 sekund doby chodu v každém cyklu, což jej téměř úplně obejde kolem kruhu o průměru 3 stopy. Nabití v zatažených dnech nebo když auto zastaví na tmavém místě, chvíli trvá. Během dne je v našem obývacím pokoji obvykle 5 až 15 minut. Pokud zjistí, že do okna přichází přímé sluneční světlo, dobije se asi za dvě minuty. Prochází kolem rohu místnosti a od doby, kdy byl postaven v roce 2004, zaznamenal mnoho otáček. Další zábavnou aplikací velikonočního motoru je „Walker“, robot podobný tvor, který se kolébá pomocí dvou paží, nebo spíše nohou. Používá stejné nastavení motoru a soukolí jako Jeepster se stejným poměrem 76: 1. Jedna z jeho nohou je záměrně kratší než druhá, takže chodí v kruhu. Walker také nese blikající LED, takže víme, kde je na podlaze po setmění. Jednoduché použití solárního motoru je jako vlaječka nebo rozmetač. Ten, který je zobrazen na 5. fotografii níže, může sedět na stole nebo poličce a každou chvíli najednou a docela divoce roztočí malou kouli na provázku, čímž na sebe upoutá pozornost. Některá provedení těchto jednoduchých přadlen měla zvonek na struně. Jiní měli poblíž namontovaný nepohyblivý zvon, aby ho plácající koule praštila - ale to už po několika slunečných dnech začíná být otravné!

Krok 7: Velikonoční motor NPN

Velikonoční motor může být také vyroben v doplňkové nebo „dvojité“verzi se dvěma NPN tranzistory a jedním PNP. Kompletní schéma je ukázáno na první ilustraci zde. Uspořádání stripboardu může mít stejná umístění součástek a stejné výřezy jako první verze nebo verze „PNP“, přičemž zásadní změnou jsou přepínané typy tranzistorů a obrácená polarita solárního článku, akumulačního kondenzátoru, diod a LED diod. Uspořádání desky NPN je znázorněno na druhém obrázku a obsahuje další diodu D4 pro vyšší zapínací napětí a diodu D0 od základny tranzistoru Q2 ke spojení odporů R4 a R5 pro vyšší vypínací napětí jako studna.