Paskalya Güneş Motoru: 7 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:22

Güneş Motoru, güneş pillerinden elektrik enerjisini alan ve depolayan ve önceden belirlenmiş bir miktar biriktiğinde, bir motoru veya başka bir aktüatörü çalıştırmak için devreye giren bir devredir. Bir güneş motoru aslında kendi başına bir 'motor' değildir, ancak yerleşik kullanımdaki adı budur. Harekete geçirici güç sağlar ve tekrar eden bir döngüde çalışır, bu nedenle isim tam bir yanlış isim değildir. Onun erdemi, yalnızca yetersiz veya zayıf düzeyde güneş ışığı veya yapay oda ışığı mevcut olduğunda kullanılabilir mekanik enerji sağlamasıdır. Bir motor için bir enerji veren öğün için yeterli olana kadar, deyim yerindeyse, düşük dereceli enerji demetlerini hasat eder veya toplar. Ve motor enerji hizmetini tükettiğinde, güneş motoru devresi toplama moduna geri döner. Modelleri, oyuncakları veya diğer küçük cihazları çok düşük ışık seviyelerinde aralıklı olarak çalıştırmak için ideal bir yoldur. Los Alamos Ulusal Laboratuvarı'nda bilim adamı olan Mark Tilden tarafından ilk kez düşünülen ve uygulamaya dönüştürülen harika bir fikir. Güneş enerjisiyle çalışan küçük robotları mümkün kılan zarif ve basit iki transistörlü bir güneş motoru devresi buldu. O zamandan beri, bir dizi meraklı, çeşitli özelliklere ve iyileştirmelere sahip güneş motoru devrelerini düşündü. Burada açıklanan, çok yönlü ve sağlam olduğunu kanıtlamıştır. Adını devre şemasının tamamlandığı ve yazarın Atölye Defterine, Paskalya Pazarı, 2001'e girdiği günden almıştır. O zamandan beri yazar, çeşitli uygulamalar ve ayarlarda birkaç düzine yapmış ve test etmiştir. Düşük ışıkta veya yüksek, büyük veya küçük depolama kapasitörleriyle iyi çalışır. Ve devre sadece ortak ayrı elektronik bileşenleri kullanır: diyotlar, transistörler, dirençler ve bir kapasitör. Bu Eğitilebilir Tablo, temel Paskalya Motoru devresini, nasıl çalıştığını, yapım önerilerini açıklar ve bazı uygulamaları gösterir. Elektronik ve lehimleme devreleri ile temel bir aşinalık olduğu varsayılmaktadır. Böyle bir şey yapmadıysanız ama denemeye hevesliyseniz, önce daha basit bir şeyle uğraşmanız iyi olur. Instructables'taki FLED Solar Engine'i veya bunun gibi projeler yapmak için mükemmel bir giriş olan "Junkbots, Bugbots, & Bots on Wheels" kitabında açıklanan "Solar Powered Symet"i deneyebilirsiniz.

Adım 1: Paskalya Motoru Devresi

Bu, Paskalya motorunun şematik diyagramı ve onu oluşturan elektronik bileşenlerin bir listesidir. Devrenin tasarımı, Ken Huntington'ın "Micropower Solar Engine" ve Stephen Bolt'un "Suneater I" den esinlenmiştir. Onlarla ortak olarak, Paskalya motorunda iki transistörlü bir tetik ve mandal bölümü vardır, ancak bunları birbirine bağlayan biraz farklı bir direnç ağı vardır. Bu bölüm etkinleştirildiğinde kendi içinde çok az güç tüketir, ancak tipik bir motor yükünü açan tek bir transistörü sürmek için yeterli akımın alınmasına izin verir. Paskalya motorunun nasıl çalıştığı aşağıda açıklanmıştır. Güneş pili SC, depolama kondansatörü C1'i yavaşça şarj eder. Transistörler Q1 ve Q2, bir kilitleme tetikleyicisi oluşturur. C1'in voltajı D1-D3 diyot dizisi aracılığıyla iletkenlik seviyesine ulaştığında Q1 tetiklenir. Şemada gösterildiği gibi iki diyot ve bir LED ile tetik voltajı yaklaşık 2.3V'dur, ancak istenirse bu seviyeyi yükseltmek için daha fazla diyot eklenebilir. Q1 açıldığında, Q2'nin tabanı da açmak için R4 üzerinden yukarı çekilir. Bir kez açıldığında, onu açık tutmak için R1'den Q1'e kadar temel akımı korur. Böylece iki transistör, C1'den gelen besleme voltajı yaklaşık 1,3 veya 1,4 V'a düşene kadar kilitlenir. Hem Q1 hem de Q2 kilitlendiğinde, "güç" transistör QP'nin tabanı R3 üzerinden aşağı çekilir ve motor M'yi veya başka bir yük cihazını sürmek için açılır. Direnç R3 ayrıca QP'ye rağmen temel akımı sınırlar, ancak gösterilen değer, çoğu amaç için yükü yeterince güçlü bir şekilde açmak için yeterlidir. Yüke 200mA'dan daha fazla bir akım isteniyorsa, R3 azaltılabilir ve QP için 2N2907 gibi daha ağır hizmet tipi bir transistör kullanılabilir. Devredeki diğer dirençlerin değerleri, mandal tarafından kullanılan akımı düşük bir seviyeye sınırlamak için seçildi (ve test edildi).

2. Adım: Stripboard Düzeni

Paskalya motorunun çok kompakt bir düzenlemesi, bu resimde gösterildiği gibi sıradan bir şerit tahtası üzerine inşa edilebilir. Bu, aşağıda gri renkle gösterilen bakır şerit izleriyle bileşen tarafından bir görünümdür. Tahta sadece 0.8" x 1.0" boyutundadır ve raylardaki beyaz dairelerde gösterildiği gibi raylardan sadece dördü kesilmelidir. Burada gösterilen devre, yaklaşık 2,5 V'luk bir açma gerilimi için tetik dizisinde bir yeşil LED D1 ve iki diyot D2 ve D3'e sahiptir. Diyotlar, katot ucu yukarı, yani kartın sağ kenarındaki negatif veriyolu şeridine doğru yönlendirilmiş şekilde dik olarak konumlandırılır. Açma noktasını yükseltmek için D1'den D2'ye gösterilen jumper'ın yerine ek bir diyot kolayca takılabilir. Kapatma voltajı da bir sonraki adımda açıklandığı gibi yükseltilebilir. Tabii ki, diğer pano biçimleri kullanılabilir. Aşağıdaki dördüncü fotoğraf, küçük bir genel amaçlı prototipleme panosu üzerine inşa edilmiş bir Paskalya motorunu göstermektedir. Stripboard düzeni kadar kompakt ve düzenli değildir, ancak diğer yandan çalışmak için çok fazla alan ve diyotlar veya çoklu depolama kapasitörleri eklemek için alan bırakır. Ayrıca, aşağıda gerekli bağlantıları kablolanmış ve lehimlenmiş olan sadece düz delikli fenolik levha da kullanılabilir.

Adım 3: Tetik Voltajları

Bu tablo, çeşitli Paskalya motorlarının tetikleme dizisinde denenmiş çeşitli diyot ve LED kombinasyonları için yaklaşık açma voltajlarını gösterir. Bu tetik kombinasyonlarının tümü, önceki adımın şerit tahtası düzenine sığabilir, ancak 4 diyot ve 1 LED kombinasyonunun, kartın üzerinde lehimlenmiş bir diyottan diyot bağlantısına sahip olması gerekir. Tablo ölçümlerini yapmak için kullanılan LED'ler daha eski düşük yoğunluklu kırmızılardı. Denenen diğer yeni kırmızı LED'lerin çoğu, tetikleme seviyelerinde yalnızca artı veya eksi 0.1V'luk bir değişiklikle, yaklaşık olarak aynı şekilde çalışır. Rengin bir etkisi vardır: yeşil bir LED, karşılaştırılabilir bir kırmızıdan yaklaşık 0,2V daha yüksek bir tetikleme düzeyi vermiştir. Seri olarak diyot içermeyen beyaz bir LED, 2,8V'luk bir açma noktası verdi. Yanıp sönen LED'ler bu motor devresi için uygun değildir. Paskalya motorunun kullanışlı bir özelliği, Q2 tabanına seri olarak bir veya daha fazla diyot eklenerek, açma seviyesini etkilemeden kapatma voltajının yükseltilebilmesidir. R4 ve R5 bağlantı noktasından Q2 tabanına bağlanan tek bir 1N914 diyot ile voltaj 1,9 veya 2,0V civarına düştüğünde devre kapanır. İki diyotla, kapatma voltajı yaklaşık 2.5V olarak ölçüldü; üç diyotla, yaklaşık 3.1V'de kapandı. Şerit tahtası düzeninde, diyot veya diyot dizisi, direnç R5'in üzerinde gösterilen jumper'ın yerine yerleştirilebilir; aşağıdaki ikinci çizim, bu şekilde kurulmuş bir diyot D0'ı göstermektedir. Katot ucunun Q2'nin tabanına gitmesi gerektiğini unutmayın. Böylece, Paskalya motorunu, yaklaşık 1,3 veya 1,4 V'luk temel kapatmanın yakınında iyi çalışmayan motorlarla etkin bir şekilde kullanmak mümkündür. Fotoğraflardaki oyuncak SUV'daki güneş motoru, 3.2V'da açılacak ve 2.0V'de kapanacak şekilde yapıldı çünkü bu voltaj aralığında motor iyi güce sahip.

Adım 4: Kapasitörler, Motorlar ve Güneş Pilleri

Oyuncak SUV'da kullanılan kapasitör, aşağıdaki resimde solda gösterilene benzer. 5V'a kadar kullanım için derecelendirilmiş tam 1 Farad'dır. Daha hafif görev uygulamaları veya daha kısa motor çalıştırmaları için daha küçük kapasitörler daha kısa çevrim süreleri ve tabii ki daha kısa çalıştırmalar sağlar. Bir kapasitörde listelenen voltaj, şarj edilmesi gereken maksimum voltajdır; bu değeri aşmak kapasitörün ömrünü kısaltır. Özellikle bellek yedeklemesi için tasarlanan süper kapasitörlerin çoğu daha yüksek bir iç dirence sahiptir ve bu nedenle enerjilerini bir motoru sürmek için yeterince hızlı salmazlar. Paskalya motoru gibi bir güneş motoru, yaklaşık 10 Ohm veya daha fazla dahili statik dirence sahip motorları sürmek için uygundur. En yaygın oyuncak motor çeşitleri çok daha düşük iç dirence sahiptir (2 Ohm tipiktir) ve bu nedenle motor gerçekten çalışmaya başlamadan önce depolama kondansatöründeki tüm enerjiyi boşaltacaktır. Aşağıdaki ikinci fotoğrafta gösterilen motorların hepsi iyi çalışıyor. Genellikle elektronik tedarikçilerden fazla veya yeni olarak bulunabilirler. Uygun motorlar, hurdaya ayrılmış teyplerde veya VCR'lerde de bulunabilir. Genellikle uzunluğundan daha büyük bir çapa sahip olarak seçilebilirler. Uygulamanızın göreceği ışık seviyeleri altında, motorunuzun çalışma noktasından biraz daha yüksek voltaj sağlayacak bir güneş pili veya hücreleri seçin. Güneş motorunun gerçek güzelliği, düşük dereceli görünüşte işe yaramaz enerjiyi toplayabilmesi ve daha sonra bunu faydalı dozlarda salabilmesidir. Sadece bir masada veya sehpada veya hatta yerde otururken aniden canlandıklarında çok etkileyicidirler. Motorunuzun iç mekanlarda, bulutlu günlerde veya gölgede ve açık havada çalışmasını istiyorsanız, iç mekan kullanımı için tasarlanmış hücreleri kullanın. Bu hücreler genellikle cam çeşidi üzerinde amorf ince filmdendir. Düşük ışıkta sağlıklı bir voltaj verirler ve akım, aydınlatma seviyesine ve boyutlarına karşılık gelir. Güneş hesaplayıcıları bu tür bir hücre kullanır ve onları eski (veya yeni!) hesaplayıcılardan alabilirsiniz, ancak bu günlerde oldukça küçüktürler ve bu nedenle mevcut çıktıları düşüktür. Hesap makinesi hücrelerinin voltajı, düşük ışıkta 1,5 ila 2,5 volt arasında ve güneşte yaklaşık yarım volt daha fazladır. Birkaçının seri-paralel olarak bağlanmasını isteyeceksiniz. Wire Glue, ince tel uçlarını bu cam hücrelere bağlamak için mükemmeldir. Bazı güneş enerjisiyle şarj edilebilir anahtarlık el fenerleri, güneş motorlarıyla iç mekanlarda iyi çalışan büyük bir hücreye sahiptir. Şu anda, Images SI Inc., bir güneş motorunu tek bir hücreden doğrudan çalıştırmak için uygun boyutta yeni iç mekan hücreleri taşıyor. Aynı tipteki "dış mekan" güneş pilleri, iç mekanlarda da oldukça iyi çalışır. Birçok kaynaktan daha yaygın olarak temin edilebilen, güneş pilinin kristal veya polikristal tipidir. Bu türler güneş ışığında çok fazla akım yayar, ancak özellikle güneşte yaşam için tasarlanmıştır. Bazıları düşük ışıkta biraz iyi performans gösterir, ancak çoğu, floresanlarla aydınlatılan bir odada oldukça kasvetlidir.

Adım 5: Harici Bağlantılar

Devre kartından güneş piline ve motora bağlantıları yapmak için inline şeritlerden alınan pin tail prizler çok uygundur. Pim yuvaları, kıskaçların dikkatli kullanımıyla geldikleri plastik ortamdan kolaylıkla kurtarılabilir. Pimler tahtaya lehimlendikten sonra kuyruklar kesilebilir. Soketlere sağlam 24 ölçülü kablo fişleri güzel ve güvenli bir şekilde takılır, ancak genellikle dış kısımlar esnek telli bağlantı kablosuyla bağlanır. Aynı soketler, gemideki soketlere güzelce oturan küçük "fişler" olarak hizmet etmek için bu tellerin uçlarına lehimlenebilir. Depolama kondansatörünün takılabileceği kart soketleri de sağlanabilir. Doğrudan soketlere monte edilebilir veya panoya takılı kablo uçları ile uzaktan konumlandırılabilir ve bağlanabilir. Bu, uygulama ve ortalama aydınlatma koşulları için en iyisi bulunana kadar farklı kapasitörleri kolayca değiştirmeyi ve denemeyi mümkün kılar. C1'in en iyi değeri bulunduktan sonra, hala yerinde kalıcı olarak lehimlenebilir, ancak kaliteli soketler kullanılıyorsa buna nadiren ihtiyaç duyulur.

6. Adım: Uygulamalar

Belki de bir Paskalya motorunun en sevdiğimiz uygulaması 3. Adımda gösterilen oyuncak Jeepster SUV'dadır. Gövdeye uyması için ince bir kontrplak taban kesildi ve ona "Canavar Tekerlek" görünümü vermek için büyük köpük tekerlekler yapıldı, ancak çalışır durumda. oldukça uysaldır. Alt kısım aşağıdaki fotoğrafta gösterilmiştir. Akslar, arabayı dar bir daire içinde çalıştıracak şekilde ayarlanmıştır (çünkü küçük bir oturma odamız vardır) ve önden çekiş düzeni, aracın amaçlanan dairesel yola yapışmasına büyük ölçüde yardımcı olur. Dişli takımı, bir sonraki fotoğrafta gösterilen ticari bir hobi motor ünitesinden alındı, ancak 13 Ohm'luk bir motorla donatıldı. 1 Farad süper kapasitör, araca her döngüde yaklaşık 10 saniyelik çalışma süresi verir, bu da neredeyse tamamen 3 fit çapında bir daire etrafında alır. Bulutlu günlerde veya araba karanlık bir noktada durduğunda şarj olması biraz zaman alır. Oturma odamızda gün boyunca 5 ila 15 dakika arası normaldir. Bir pencereden gelen doğrudan güneş ışığını tespit ederse, yaklaşık iki dakika içinde şarj olur. Odanın bir köşesinde dolaşıyor ve 2004'te yapıldığından beri pek çok devrime imza attı. Paskalya motorunun bir başka eğlenceli uygulaması da iki kol ya da daha doğrusu bacakları aracılığıyla yürüyen robot benzeri bir yaratık olan "Walker".. Jeepster ile aynı motor ve dişli takımı kurulumunu aynı 76:1 oranında kullanıyor. Bacaklarından biri, bir daire içinde yürümesi için bilerek diğerinden daha kısadır. Walker ayrıca yanıp sönen bir LED taşır, böylece karanlıktan sonra yerde nerede olduğunu biliriz. Bir güneş motoru için basit bir kullanım, bir bayrak sallayıcı veya döndürücüdür. Aşağıdaki 5. fotoğrafta gösterilen, bir masa veya rafın üzerine oturabilir ve arada sırada aniden ve oldukça çılgınca bir ip üzerinde küçük bir top döndürerek dikkatleri üzerine çeker. Bu basit eğiricilerin bazı düzenlemeleri, ipte bir jingle belle sahipti. Diğerlerinde, savrulan topun topa vurması için yakınına sabit bir zil takmıştı - ancak bu, birkaç güneşli günden sonra can sıkıcı hale geliyor!

7. Adım: NPN Paskalya Motoru

Paskalya motoru, iki NPN transistör ve bir PNP ile tamamlayıcı veya 'ikili' versiyonda da yapılabilir. Buradaki ilk resimde tam şema gösterilmektedir. Stripboard düzeni, ilk veya 'PNP' versiyonuyla aynı bileşen konumlarına ve aynı hat kesimlerine sahip olabilir, temel değişiklikler anahtarlamalı transistör türleri ve güneş pilinin ters polaritesi, depolama kondansatörü, diyotlar ve LED'ler. NPN şerit levha düzeni ikinci çizimde gösterilmiştir ve daha yüksek bir açma voltajı için ekstra bir diyot D4 ve daha yüksek bir kapatma voltajı için transistör Q2'nin tabanından R4 ve R5 dirençlerinin bağlantısına bir D0 diyotu içerir. kuyu.