Motorul solar de Paște: 7 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:47

Un motor solar este un circuit care preia și stochează energia electrică din celulele solare și, atunci când s-a acumulat o cantitate prestabilită, pornește pentru a acționa un motor sau alt actuator. Un motor solar nu este cu adevărat un „motor” în sine, dar acesta este numele său prin utilizarea stabilită. Oferă forță motrice și funcționează într-un ciclu de repetare, astfel încât numele nu este un nume greșit complet. Virtutea sa este că furnizează energie mecanică utilizabilă atunci când sunt prezente doar niveluri slabe sau slabe de lumină solară sau lumină artificială a camerei. Recoltează sau adună, ca să zicem, ciorchini de energie de nivel scăzut până când este suficientă pentru o masă care dă energie pentru un motor. Și când motorul a consumat consumul de energie, circuitul motorului solar revine în modul său de colectare. Este o modalitate ideală de a alimenta intermitent modele, jucării sau alte gadget-uri mici la niveluri de lumină foarte scăzute. Este o idee grozavă care a fost gândită pentru prima dată și redusă la practică de către un Mark Tilden, om de știință la Laboratorul Național Los Alamos. El a venit cu un circuit de motor solar cu două tranzistori elegant, simplu, care a făcut posibili roboți mici alimentați cu energie solară. De atunci, o serie de entuziaști au gândit circuite solare ale motoarelor cu diverse caracteristici și îmbunătățiri. Cel descris aici s-a dovedit a fi foarte versatil și robust. Acesta este numit după ziua în care schema sa a fost finalizată și introdusă în Caietul de atelier al autorului, Duminica Paștelui, 2001. De-a lungul anilor, autorul a realizat și testat câteva zeci în diferite aplicații și setări. Funcționează bine în condiții de lumină slabă sau intensă, cu condensatori de stocare mari sau mici. Iar circuitul folosește doar componente electronice discrete comune: diode, tranzistoare, rezistențe și un condensator. Acest instructable descrie circuitul de bază al motorului Easter, cum funcționează, sugestii de construcție și prezintă câteva aplicații. Se presupune o familiaritate de bază cu electronica și circuitele de lipit. Dacă nu ați făcut așa ceva, dar sunteți dornici să vă încercați, ar fi bine să abordați mai întâi ceva mai simplu. S-ar putea să încercați FLED Solar Engine în Instructables sau „Solar Powered Symet” descris în cartea „Junkbots, Bugbots și Bots on Wheels”, care este o introducere excelentă pentru realizarea de proiecte precum acesta.

Pasul 1: Circuitul motorului de Paște

Aceasta este schema pentru motorul de Paște împreună cu o listă a componentelor electronice care îl alcătuiesc. Proiectarea circuitului a fost inspirată de „Micropower Solar Engine” de Ken Huntington și „Suneater I” de Stephen Bolt. În comun cu acestea, motorul de Paște are o secțiune de declanșare și blocare cu două tranzistori, dar cu o rețea de rezistență ușor diferită care le interconectează. Această secțiune consumă foarte puțină energie în sine atunci când este activată, dar permite să fie scos suficient curent pentru a acționa un singur tranzistor care pornește o sarcină tipică a motorului. Iată cum funcționează motorul de Paște. Celula solară SC încarcă încet condensatorul de stocare C1. Tranzistoarele Q1 și Q2 formează un declanșator de blocare. Q1 este declanșat când tensiunea lui C1 atinge nivelul de conductanță prin șirul de diode D1-D3. Cu două diode și un LED așa cum se arată în diagramă, tensiunea de declanșare este de aproximativ 2,3 V, dar pot fi inserate mai multe diode pentru a crește acest nivel, dacă se dorește. Când Q1 pornește, baza Q2 este trasă în sus prin R4 pentru a o activa. Odată ce este pornit, menține curentul de bază prin R1 până la Q1 pentru a-l menține activat. Cele două tranzistoare sunt astfel blocate până când tensiunea de alimentare de la C1 scade la aproximativ 1,3 sau 1,4V. Când ambele Q1 și Q2 sunt blocate, baza tranzistorului "de putere" QP este trasă în jos prin R3, pornind-o pentru a acționa motorul M sau alt dispozitiv de încărcare. Rezistorul R3 limitează, de asemenea, curentul de bază deși QP, dar valoarea afișată este adecvată pentru a porni sarcina suficient de tare în majoritatea scopurilor. Dacă se dorește un curent de peste 200mA la sarcină, R3 poate fi redus și un tranzistor cu sarcină mai grea poate fi utilizat pentru QP, cum ar fi un 2N2907. Valorile celorlalte rezistențe din circuit au fost alese (și testate) pentru a limita curentul utilizat de zăvor la un nivel scăzut.

Pasul 2: Aspectul panourilor

O întruchipare foarte compactă a motorului de Paște poate fi construită pe panouri obișnuite așa cum se arată în această ilustrație. Aceasta este o vedere din partea componentă cu benzile de cupru de mai jos prezentate în gri. Tabla are doar 0,8 "cu 1,0" și numai patru dintre piese trebuie tăiate așa cum se arată în cercurile albe din piese. Circuitul descris aici are un LED verde D1 și două diode D2 și D3 în șirul de declanșare pentru o tensiune de pornire de aproximativ 2,5V. Diodele sunt poziționate în poziție verticală, cu capătul catodului în sus, adică orientat spre banda negativă a magistralei de pe marginea dreaptă a plăcii. O diodă suplimentară poate fi instalată cu ușurință în locul jumperului afișat de la D1 la D2 pentru a crește punctul de pornire. Tensiunea de oprire poate fi, de asemenea, crescută așa cum este descris în pasul următor. Desigur, pot fi utilizate și alte formate de placă. A patra fotografie de mai jos prezintă un motor de Paște construit pe o mică placă de prototipare cu scop general. Nu este la fel de compact și ordonat ca aspectul panourilor, dar, pe de altă parte, lasă mult spațiu pentru lucru și spațiu pentru adăugarea diodelor sau a mai multor condensatori de stocare. S-ar putea folosi, de asemenea, o placă fenolică perforată simplă, cu conexiunile necesare cablate și lipite mai jos.

Pasul 3: Tensiuni de declanșare

Acest tabel prezintă tensiunile aproximative de pornire pentru diferite combinații de diode și LED-uri care au fost încercate în șirul de declanșare al diferitelor motoare de Paște. Toate aceste combinații de declanșare pot fi încadrate pe aspectul panoului din pasul anterior, dar combinația cu 4 diode și 1 LED ar trebui să aibă o îmbinare diodă-diodă lipită deasupra plăcii. LED-urile folosite la efectuarea măsurătorilor de masă erau roșii mai vechi de intensitate scăzută. Majoritatea celorlalte LED-uri roșii mai noi care au fost încercate funcționează cam la fel, cu o variație de doar aproximativ plus sau minus 0,1V în nivelul lor de declanșare. Culoarea are o influență: un LED verde a dat un nivel de declanșare cu aproximativ 0,2V mai mare decât un roșu comparabil. Un LED alb fără diode în serie a dat un punct de pornire de 2,8V. LED-urile intermitente nu sunt adecvate pentru acest circuit al motorului. O caracteristică utilă a motorului de Paște este că tensiunea de oprire poate fi crescută fără a afecta nivelul de pornire prin inserarea uneia sau mai multor diode în serie cu baza Q2. Cu o singură diodă 1N914 conectată de la joncțiunea R4 și R5 la baza Q2, circuitul se oprește când tensiunea scade la aproximativ 1,9 sau 2,0V. Cu două diode, tensiunea de oprire a măsurat aproximativ 2,5V; cu trei diode, s-a oprit la aproximativ 3,1V. Pe structura panoului, dioda sau șirul de diode pot fi amplasate în locul jumperului prezentat deasupra rezistorului R5; a doua ilustrare de mai jos prezintă o diodă D0 astfel instalată. Rețineți că capătul catodului trebuie să meargă la baza Q2. Astfel, este posibilă utilizarea eficientă a motorului de Paște cu motoare care nu funcționează bine în apropierea opririi de bază de aproximativ 1,3 sau 1,4V. Motorul solar din SUV-ul de jucărie din fotografii a fost făcut să pornească la 3,2V și să se oprească la 2,0V, deoarece în acea gamă de tensiune motorul are o putere bună.

Pasul 4: Condensatoare, motoare și celule solare

Condensatorul utilizat în SUV-ul de jucărie este ca cel prezentat în stânga în ilustrația de mai jos. Este un Farad complet cu o valoare de până la 5V. Pentru aplicații cu funcționare mai ușoară sau funcționări mai scurte ale motorului, condensatoarele mai mici oferă timpi de ciclu mai scurți și, desigur, curse mai scurte. Tensiunea listată pe un condensator este tensiunea maximă la care ar trebui încărcat; depășirea acestui rating scurtează durata de viață a condensatorului. Multe dintre supercondensatoare destinate special pentru backupul de memorie au o rezistență internă mai mare și, prin urmare, nu își eliberează energia suficient de rapid pentru a conduce un motor. Un motor solar, cum ar fi motorul de Paște, este potrivit pentru acționarea motoarelor care au o rezistență statică internă de aproximativ 10 Ohmi sau mai mult. Cea mai obișnuită varietate de motoare de jucărie are o rezistență internă mult mai mică (2 ohmi este tipică) și astfel va scurge toată energia din condensatorul de stocare înainte ca motorul să poată începe cu adevărat. Motoarele prezentate în a doua fotografie de mai jos funcționează bine. Ele pot fi adesea găsite ca surplus sau noi de la furnizorii de electronice. Motoarele adecvate pot fi găsite și în aparatele de înregistrat sau în VCR. De obicei, acestea pot fi identificate ca având un diametru mai mare decât lungimea sa. Alegeți o celulă sau celule solare care să furnizeze o tensiune ceva mai mare decât punctul de pornire al motorului dvs. sub nivelurile de lumină pe care aplicația dvs. le va vedea. Adevărata frumusețe a motorului solar este că poate colecta energie aparent inutilă de calitate scăzută și apoi o poate elibera în doze utile. Ele sunt mai impresionante atunci când, de la doar așezarea pe un birou sau o măsuță de cafea sau chiar pe podea, se ridică brusc la viață. Dacă doriți ca motorul dvs. să funcționeze în interior, sau în zilele înnorate, sau la umbră, precum și în aer liber, utilizați celule destinate utilizării în interior. Aceste celule sunt de obicei din pelicula subțire amorfă pe varietatea de sticlă. Ele dau o tensiune sănătoasă la lumină slabă, iar curentul corespunde nivelului de iluminare și dimensiunii lor. Calculatoarele solare folosesc acest tip de celulă și le puteți lua din calculatoare vechi (sau noi!), Dar acestea sunt destul de mici în zilele noastre și, astfel, puterea lor curentă este scăzută. Tensiunea celulelor calculatorului variază de la 1,5 până la 2,5 volți la lumină slabă și cu aproximativ jumătate de volt mai mult la soare. Veți dori câteva dintre ele conectate în serie-paralelă. Adezivul de sârmă este excelent pentru atașarea firelor fine de sârmă la aceste celule de sticlă. Unele lanterne cu cheie reîncărcabile solare au o celulă mare care funcționează bine în interior cu motoarele solare. În prezent, Images SI Inc. transportă noi celule interioare de o dimensiune adecvată pentru conducerea directă a unui motor solar dintr-o singură celulă. Celula lor solară „în aer liber” de același tip funcționează destul de bine și în interior. Cel mai frecvent disponibil din mai multe surse este tipul de celulă solară cristalină sau policristalină. Aceste tipuri scot mult curent la soare, dar sunt special concepute pentru viața la soare. Unii se descurcă modest cu lumină slabă, dar majoritatea sunt destul de dezgustători într-o cameră luminată de flori.

Pasul 5: Conexiuni externe

Pentru a face conexiunile de pe placa de circuit la celula solară și motor, mufele de coadă cu știft preluate de pe benzi în linie sunt foarte convenabile. Soclurile cu știfturi pot fi ușor emancipate de setarea din plastic în care vin prin utilizarea atentă a cleștelor. Cozile pot fi smulse după ce știfturile sunt lipite în tablă. Sârmă solidă de 24 gage se conectează la prize frumos și sigur, dar de obicei externele sunt conectate printr-un cablu de conectare flexibil. Aceleași prize pot fi lipite la capetele acestor fire pentru a servi ca mici „dopuri” care se încadrează frumos în prizele de la bord. De asemenea, pot fi prevăzute prize de placă în care poate fi conectat condensatorul de stocare. Se poate monta direct în prize sau poate fi localizat și conectat de la distanță prin cabluri conectate la placa. Acest lucru face posibilă schimbarea și încercarea cu ușurință a diferitelor condensatoare până când se găsește cel mai bun pentru aplicație și condițiile medii de iluminare. După ce se găsește cea mai bună valoare a C1, acesta poate fi încă lipit permanent, dar rareori s-a găsit necesar acest lucru dacă sunt utilizate prize de bună calitate.

Pasul 6: Aplicații

Poate că aplicația noastră preferată a unui motor de Paște se află în SUV-ul de jucărie Jeepster ilustrat la Pasul 3. Un fund subțire din placaj a fost tăiat pentru a se potrivi corpului și au fost făcute roți mari din spumă pentru a-i da un aspect „Monster Wheel”, dar în funcțiune este destul de docil. Partea inferioară este prezentată în fotografia de mai jos. Axele sunt setate pentru a face mașina să circule într-un cerc strâns (deoarece avem un living mic), iar configurarea tracțiunii față îl ajută foarte mult să rămână pe traseul circular dorit. Trenul de angrenaje a fost preluat dintr-un motor comercial hobby prezentat în fotografia următoare, dar a fost echipat cu un motor de 13 Ohm. Un super condensator 1 Farad oferă mașinii aproximativ 10 secunde de timp de funcționare în fiecare ciclu, ceea ce o duce aproape complet în jurul unui cerc cu diametrul de 3 picioare. Durează ceva timp până se încarcă în zilele înnorate sau când se întâmplă ca mașina să se oprească într-un loc întunecat. Oriunde între 5 și 15 minute este obișnuit ziua în camera noastră de zi. Dacă găsește lumina directă a soarelui intrând într-o fereastră, se reîncarcă în aproximativ două minute. Călătorește într-un colț al camerei și a înregistrat multe revoluții de când a fost construit în 2004. O altă aplicație amuzantă a motorului de Paște este „Walker”, o creatură asemănătoare unui robot care se plimba prin două brațe, sau mai bine zis, picioare.. El folosește același set de motoare și trenuri de viteze ca și Jeepster cu același raport 76: 1. Unul dintre picioare este în mod intenționat mai scurt decât celălalt, astfel încât să meargă în cerc. Walker are, de asemenea, un LED intermitent, astfel încât să știm unde se află pe podea după întuneric. O utilizare simplă pentru un motor solar este ca un steag sau un filator. Cea afișată în a 5-a fotografie de mai jos poate sta pe un birou sau raft și, din când în când, se va învârti brusc, și destul de sălbatic, o mică bilă pe un șir atrăgând astfel atenția asupra sa. Unele întruchipări ale acestor filatori simpli aveau un clopot de jingle pe șir. Alții aveau montat un clopot staționar în apropiere, astfel încât să fie lovit de mingea flailing - dar asta tinde să devină enervant după câteva zile însorite!

Pasul 7: NPN Easter Engine

Motorul de Paște poate fi fabricat și în versiunea complementară sau „duală”, cu două tranzistoare NPN și un PNP. Schema completă este prezentată aici în prima ilustrare. Structura panoului poate avea aceleași locații ale componentelor și aceleași tăieturi de cale ca prima sau versiunea „PNP”, modificările esențiale fiind tipurile de tranzistori comutați și polaritatea inversată a celulei solare, a condensatorului de stocare, a diodelor și a LED-urilor. Aspectul panoului NPN este prezentat în a doua ilustrare și încorporează o diodă suplimentară D4 pentru o tensiune de pornire mai mare și o diodă D0 de la baza tranzistorului Q2 la joncțiunea rezistențelor R4 și R5 pentru o tensiune de oprire mai mare ca bine.