Pääsiäisen aurinkomoottori: 7 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:04

Aurinkomoottori on piiri, joka ottaa vastaan ja tallentaa aurinkokennojen sähköä, ja kun ennalta määrätty määrä on kertynyt, se kytkeytyy päälle moottorin tai muun toimilaitteen käyttämiseksi. Aurinkomoottori ei oikeastaan ole "moottori" itsessään, mutta se on sen nimi vakiintuneen käytön mukaan. Se tarjoaa liikkeellepanevaa voimaa ja toimii toistuvasti, joten nimi ei ole täydellinen harhaanjohtavuus. Sen hyve on se, että se tarjoaa käyttökelpoista mekaanista energiaa, kun läsnä on vain niukka tai heikko auringonvalo tai keinotekoinen huonevalo. Se kerää tai kerää ikään kuin huonolaatuista energiaa, kunnes se riittää moottorin energiaa antavaan ateriaan. Ja kun moottori on käyttänyt energiaa, aurinkokonepiiri palaa keräystilaan. Se on ihanteellinen tapa virrata ajoittain malleja, leluja tai muita pieniä laitteita hyvin heikossa valaistuksessa. Se on loistava idea, jonka yksi Los Alamosin kansallisen laboratorion tutkija Mark Tilden ajatteli ja toteutti käytännössä. Hän keksi tyylikkäästi yksinkertaisen kahden transistorin aurinkomoottoripiirin, joka mahdollisti pienet aurinkokäyttöiset robotit. Siitä lähtien monet harrastajat ovat kehittäneet aurinkokonepiirejä, joissa on erilaisia ominaisuuksia ja parannuksia. Tässä kuvattu on osoittautunut erittäin monipuoliseksi ja kestäväksi. Se on nimetty sen päivän mukaan, jolloin sen piirikaavio viimeistettiin ja syötettiin kirjailijan työpajan muistikirjaan, pääsiäissunnuntai 2001. Vuosien saatossa kirjoittaja on tehnyt ja testannut useita kymmeniä eri sovelluksissa ja asetuksissa. Se toimii hyvin hämärässä tai korkealla, suurilla tai pienillä tallennuskondensaattoreilla. Ja piiri käyttää vain yleisiä erillisiä elektronisia komponentteja: diodit, transistorit, vastukset ja kondensaattori. Tässä ohjeessa kuvataan pääsiäisen moottorin peruspiiri, sen toiminta, rakennusehdotukset ja esitetään joitain sovelluksia. Oletetaan elektroniikan ja juotospiirien perimmäinen tuntemus. Jos et ole tehnyt mitään tällaista, mutta olet innokas kokeilemaan, olisi hyvä ensin ryhtyä johonkin yksinkertaisempaan. Voit kokeilla FLED -aurinkomoottoria Instructablesissa tai "Solar Powered Symet" -kirjassa kuvattua "Junkbots, Bugbots & Bots on Wheels", joka on erinomainen johdanto tämän kaltaisten projektien tekemiseen.

Vaihe 1: Pääsiäisen moottoripiiri

Tämä on pääsiäismoottorin kaavio ja luettelo sen muodostavista elektronisista komponenteista. Piirin suunnittelun innoittivat Ken Huntingtonin "Micropower Solar Engine" ja Stephen Boltin "Suneater I". Pääsiäismoottorissa on yhteinen kahden transistorin liipaisimen ja salvan osa, mutta hieman erilainen vastusverkko, joka yhdistää ne. Tämä osa kuluttaa itsessään hyvin vähän virtaa, kun se aktivoidaan, mutta mahdollistaa riittävän virran ottamisen yksittäisen transistorin käyttämiseksi, joka kytkee päälle tyypillisen moottorikuorman. Näin pääsiäismoottori toimii. Aurinkokenno SC lataa hitaasti varauskondensaattorin C1. Transistorit Q1 ja Q2 muodostavat lukitusliipaisimen. Q1 käynnistyy, kun C1-jännite saavuttaa johtavuustason diodijonon D1-D3 kautta. Kahdella diodilla ja yhdellä LEDillä, kuten kaaviossa on esitetty, liipaisimen jännite on noin 2,3 V, mutta halutessasi voit lisätä lisää diodeja tämän tason nostamiseksi. Kun Q1 käynnistyy, Q2: n pohja vedetään ylös R4: n kautta, jotta se myös käynnistyy. Kun se on päällä, se ylläpitää kantavirtaa R1 - Q1 kautta pitääkseen sen päällä. Kaksi transistoria lukitaan siten, kunnes syöttöjännite C1: sta laskee noin 1,3 tai 1,4 V: iin. Kun sekä Q1 että Q2 on lukittu, "tehotransistorin QP kanta vedetään alas R3: n kautta, kytkemällä se päälle moottorin M tai muun kuormituslaitteen käyttämiseksi. Vastus R3 rajoittaa myös perusvirtaa QP: n kautta, mutta näytetty arvo on riittävä kääntämään kuorman tarpeeksi kovaksi useimpiin tarkoituksiin. Jos halutaan yli 200 mA: n virta kuormitukseen, R3 voidaan pienentää ja raskaampaa transistoria voidaan käyttää QP: hen, kuten 2N2907. Piirin muiden vastuksien arvot valittiin (ja testattiin) salvan käyttämän virran rajoittamiseksi alhaiselle tasolle.

Vaihe 2: Stripboard -asettelu

Erittäin kompakti pääsiäismoottorin suoritusmuoto voidaan rakentaa tavalliseen nauhalevyyn tämän kuvan mukaisesti. Tämä on näkymä komponentin puolelta, ja alla olevat kuparinauharaidat näkyvät harmaina. Taulu on vain 0,8 " - 1,0", ja vain neljä raitaa on leikattava raitojen valkoisten ympyröiden osoittamalla tavalla. Tässä kuvatussa piirissä on yksi vihreä LED D1 ja kaksi diodia D2 ja D3 liipaisinjonossa noin 2,5 V: n käynnistysjännitteelle. Diodit on sijoitettu pystyasentoon siten, että katodipää on ylöspäin, eli ne on suunnattu negatiiviseen väyläliuskaan levyn oikealla reunalla. Ylimääräinen diodi voidaan helposti asentaa D1: stä D2: een osoittavan hyppyjohtimen tilalle, jotta se nousee päälle. Sammutusjännitettä voidaan myös nostaa seuraavassa vaiheessa kuvatulla tavalla. Tietysti voidaan käyttää muita levyformaatteja. Neljäs kuva alla näyttää pääsiäismoottorin, joka on rakennettu pienelle yleiskäyttöiselle prototyyppikortille. Se ei ole niin kompakti ja järjestetty kuin stripboard -asettelu, mutta toisaalta se jättää paljon tilaa työskentelylle ja tilaa diodien tai useiden tallennuskondensaattoreiden lisäämiselle. Voitaisiin käyttää myös pelkkää rei'itettyä fenolilevyä tarvittavilla liitoksilla langallisesti ja juotettuna alla.

Vaihe 3: Liipaisujännitteet

Tämä taulukko näyttää likimääräiset käynnistysjännitteet erilaisille diodi- ja LED-yhdistelmille, joita on kokeiltu eri pääsiäismoottoreiden laukaisusarjassa. Kaikki nämä liipaisinyhdistelmät voidaan sovittaa edellisen vaiheen liuskalevyasetteluun, mutta 4-diodi- ja 1-LED-yhdistelmässä on oltava diodi-diodi-liitos, joka on juotettu levyn yläpuolelle. Taulukon mittauksissa käytetyt LEDit olivat vanhempia matalan intensiteetin punaisia. Useimmat muut kokeillut uudemmat punaiset LED -valot toimivat suunnilleen samalla tavalla, ja niiden laukaisutason vaihtelu voi olla vain noin plus tai miinus 0,1 V. Väri vaikuttaa: vihreä LED antoi laukaisutason noin 0,2 V korkeammaksi kuin vastaava punainen. Valkoinen LED-sarja, jossa ei ollut diodeja, antoi 2,8 V: n käynnistyspisteen. Vilkuvat LEDit eivät sovellu tähän moottoripiiriin. Pääsiäismoottorin hyödyllinen ominaisuus on se, että katkaisujännitettä voidaan nostaa vaikuttamatta käynnistystasoon lisäämällä yksi tai useampi diodi sarjaan Q2: n pohjan kanssa. Kun yksi 1N914 -diodi on kytketty R4: n ja R5: n risteyksestä Q2: n pohjaan, piiri sammuu, kun jännite putoaa noin 1,9 tai 2,0 V. Kahdella diodilla katkaisujännite mitattiin noin 2,5 V; kolmen diodin kanssa se sammui noin 3,1 voltin jännitteellä. Stripboard -asettelussa diodi tai diodijono voidaan sijoittaa vastuksen R5 yläpuolella olevan hyppyjohtimen tilalle; toinen kuva alla esittää yhtä asennettua diodia D0. Huomaa, että katodin pään on mentävä Q2: n pohjaan. Näin on mahdollista käyttää pääsiäismoottoria tehokkaasti moottoreilla, jotka eivät toimi hyvin lähellä 1,3 tai 1,4 V: n peruskatkaisua. Kuvissa olevan lelu -katumaasturin aurinkomoottori käynnistettiin 3,2 V: n virralla ja sammui 2,0 V: n jännitteellä, koska moottorilla on tällä jännitealueella hyvä teho.

Vaihe 4: Kondensaattorit, moottorit ja aurinkokennot

Lelumaasturissa käytetty kondensaattori on samanlainen kuin alla olevassa kuvassa vasemmalla. Se on täysin 1 Farad -luokiteltu käytettäväksi jopa 5 V: n jännitteellä. Kevyempiin käyttötarkoituksiin tai lyhyempiin moottorikäynteihin pienemmät kondensaattorit antavat lyhyemmät jaksoajat ja tietysti lyhyemmät ajot. Kondensaattorissa mainittu jännite on suurin jännite, johon se tulisi ladata; tämän arvon ylittäminen lyhentää kondensaattorin käyttöikää. Monilla erityisesti muistin varmuuskopiointiin tarkoitetuilla superkondensaattoreilla on suurempi sisäinen vastus, joten ne eivät vapauta energiaa tarpeeksi nopeasti moottorin käyttämiseen. Aurinkomoottori, kuten pääsiäismotori, soveltuu hyvin sellaisten moottoreiden ajamiseen, joiden sisäinen staattinen vastus on noin 10 ohmia tai enemmän. Yleisimmillä lelumoottoreilla on paljon pienempi sisäinen vastus (2 ohmia on tyypillistä), joten ne kuluttavat kaiken energian varastointikondensaattorista ennen kuin moottori todella pääsee käyntiin. Toisessa kuvassa näkyvät moottorit toimivat kaikki hyvin. Ne löytyvät usein ylijäämäisistä tai uusista sähköisistä toimittajista. Sopivia moottoreita löytyy myös roskanauhoittimista tai videonauhureista. Ne voidaan yleensä erottaa siten, että niiden halkaisija on suurempi kuin sen pituus. Valitse aurinkokenno tai -kennot, jotka tuottavat jonkin verran korkeamman jännitteen kuin moottorisi käynnistyspiste sovelluksesi näkevillä valotasoilla. Aurinkomoottorin todellinen kauneus on se, että se voi kerätä huonolaatuista näennäisesti hyödytöntä energiaa ja vapauttaa sen sitten hyödyllisinä annoksina. Ne ovat vaikuttavimpia, kun ne vain heräävät pöydän tai sohvapöydän ääreen tai jopa lattialle, ja ne yhtäkkiä heräävät henkiin. Jos haluat moottorin toimivan sisätiloissa, pilvisenä päivänä tai varjossa tai ulkona, käytä sisäkäyttöön suunniteltuja kennoja. Nämä solut ovat yleensä amorfista ohutta kalvoa lasilajikkeella. Ne antavat terveen jännitteen hämärässä ja virta vastaa valaistustasoa ja niiden kokoa. Aurinkolaskimet käyttävät tällaista solua, ja voit ottaa ne vanhoista (tai uusista!) Laskimista, mutta ne ovat nykyään melko pieniä, joten niiden nykyinen teho on alhainen. Laskimen kennojen jännite vaihtelee 1,5 - 2,5 voltin hämärässä ja noin puoli volttia enemmän auringossa. Haluat, että useat niistä on kytketty sarjaan rinnakkain. Wire Glue soveltuu erinomaisesti hienojen lankajohtojen kiinnittämiseen näihin lasikennoihin. Joissakin ladattavissa olevissa avaimenperäisissä taskulampuissa on suuri kenno, joka toimii hyvin sisätiloissa aurinkomoottorien kanssa. Tällä hetkellä Images SI Inc.:ssä on uusia sisäkennoja, joiden koko on sopiva suoraan aurinkomoottorin ohjaamiseen yhdestä kennosta. Heidän samantyyppinen "ulkokäyttöinen" aurinkokenno toimii melko hyvin myös sisätiloissa. Yleisemmin saatavilla monista lähteistä on kiteinen tai monikiteinen aurinkokennotyyppi. Nämä tyypit tuottavat paljon virtaa auringonpaisteessa, mutta ne on erityisesti tarkoitettu elämään auringossa. Jotkut pärjäävät vaatimattomasti heikossa valaistuksessa, mutta useimmat ovat melko surkeita loisteputkien valaisemassa huoneessa.

Vaihe 5: Ulkoiset liitännät

Liitäntöjen tekemiseksi piirilevystä aurinkokennoon ja moottoriin, inline -nauhoista otetut tappipistokkeet ovat erittäin käteviä. Tappipistokkeet voidaan helposti irrottaa muovista, jossa ne tulevat, käyttämällä tangot huolellisesti. Hännät voidaan katkaista, kun tapit on juotettu lautaan. Kiinteät 24 -mittaiset johdinpistokkeet pistorasioihin mukavasti ja turvallisesti, mutta yleensä ulkoiset liitännät on kytketty joustavan monisäikeisen kytkentäjohdon kautta. Samat pistorasiat voidaan juottaa näiden johtojen päihin pieniksi "pistokkeiksi", jotka sopivat kauniisti aluksen pistorasioihin. Laitteessa voi olla myös pistorasioita, joihin tallennuskondensaattori voidaan kytkeä. Se voidaan asentaa suoraan pistorasioihin tai se voidaan sijoittaa etänä ja liittää piirilevyyn kytkettyjen johtojohtojen kautta. Tämän ansiosta eri kondensaattoreita on helppo vaihtaa ja kokeilla, kunnes sovellukselle ja sen keskimääräisille valaistusolosuhteille löytyy paras. Kun paras C1 -arvo on löydetty, se voidaan edelleen juottaa pysyvästi paikalleen, mutta harvoin tämä on todettu tarpeelliseksi, jos käytetään hyvälaatuisia pistorasioita.

Vaihe 6: Sovellukset

Ehkä suosikkisovelluksemme pääsiäismoottorista on vaiheessa 3 kuvatussa lelu Jeepster -katumaasturissa. Ohut vaneripohja leikattiin rungon mukaiseksi ja suuret vaahtopyörät valmistettiin antamaan sille "hirviöpyörä", mutta käytössä on varsin oppivainen. Alaosa näkyy alla olevassa kuvassa. Akselit on asetettu niin, että auto ajaa tiukassa ympyrässä (koska meillä on pieni olohuone), ja etupyöräveto auttaa suuresti pysymään suunnitellussa pyöreässä polussa. Vaihteisto otettiin kaupallisesta harrastusmoottoriyksiköstä, joka näkyy seuraavassa kuvassa, mutta se varustettiin 13 ohmin moottorilla. 1 Farad -superkondensaattori antaa autolle noin 10 sekunnin käyntiajan jokaista sykliä kohden, mikä vie sen lähes kokonaan 3 jalan halkaisijan ympyrän ympäri. Lataaminen kestää jonkin aikaa pilvisenä päivänä tai kun auto sattuu pysähtymään pimeässä paikassa. Missä tahansa 5–15 minuuttia on tavallista päiväsaikaan olohuoneessamme. Jos se havaitsee ikkunasta suoraa auringonvaloa, se latautuu noin kahdessa minuutissa. Se kulkee huoneen nurkassa ja on kirjoittanut monia kierroksia sen rakentamisen jälkeen vuonna 2004. Toinen pääsiäismoottorin hauska sovellus on "Walker", robotin kaltainen olento, joka vaeltaa pitkin kahden käsivarren tai pikemminkin jalkojen avulla.. Hän käyttää samaa moottori- ja vaihdelaitteistoa kuin Jeepster samalla 76: 1 -suhteella. Toinen hänen jaloistaan on tarkoituksella lyhyempi kuin toinen, joten hän kävelee ympyrässä. Walkerissa on myös vilkkuva LED, jotta tiedämme, missä hän on lattialla pimeän tullen. Yksinkertainen käyttö aurinkomoottorille on lipun heiluttaja tai kehruu. Alla olevassa viidennessä kuvassa näkyvä voi istua pöydän tai hyllyn päällä ja silloin tällöin se yhtäkkiä ja melko villisti pyörii pienen pallon ympärillä narussa ja kiinnittää siten huomiota itseensä. Joissakin näiden yksinkertaisten spinnerien suoritusmuodoissa oli jousikello merkkijonossa. Toisilla oli kiinteä kello, joka oli asennettu lähelle, jotta heiluva pallo iskisi siihen - mutta siitä tulee ärsyttävää muutaman aurinkoisen päivän jälkeen!

Vaihe 7: NPN Easter Engine

Pääsiäismoottori voidaan valmistaa myös täydentävänä tai kaksoisversiona, jossa on kaksi NPN -transistoria ja yksi PNP. Koko kaavio on esitetty tässä ensimmäisessä kuvassa. Rivilevyasettelussa voi olla samat komponenttien sijainnit ja samat raideväliä kuin ensimmäisessä tai PNP -versiossa, olennaiset muutokset ovat kytkettyjä transistorityyppejä ja aurinkokennon, varauskondensaattorin, diodien ja LED -valojen napaisuus. NPN-nauhalevyasettelu on esitetty toisessa kuvassa, ja se sisältää ylimääräisen diodin D4 korkeammalle käynnistysjännitteelle ja diodin D0 transistorin Q2 pohjalta vastuksen R4 ja R5 risteykseen korkeamman katkaisujännitteen saavuttamiseksi. hyvin.