Die Easter Solar Engine: 7 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:29

'N Sonkragmotor is 'n stroombaan wat elektriese energie uit sonselle opneem en stoor, en as 'n voorafbepaalde hoeveelheid opgehoop het, skakel dit aan om 'n motor of 'n ander aandrywer aan te dryf. 'N Sonkragmotor is op sigself nie eintlik 'n' enjin 'nie, maar dit is die naam wat hy gebruik. Dit bied wel dryfkrag en werk in 'n herhalende siklus, dus die naam is nie 'n volledige verkeerde benaming nie. Die deugde daarvan is dat dit bruikbare meganiese energie verskaf wanneer slegs geringe of swak vlakke van sonlig, of kunsmatige kamerlig, teenwoordig is. Dit oes of versamel as't ware trosse lae graad energie totdat daar genoeg is vir 'n energie -ete vir 'n motor. En as die motor die porsie energie bestee het, gaan die sonkringkring terug in die versamelingsmodus. Dit is 'n ideale manier om modelle, speelgoed of ander klein toerusting af en toe aan te skakel op baie lae ligvlakke. Dit is 'n wonderlike idee wat eers deur Mark Tilden, 'n wetenskaplike by Los Alamos National Laboratory, bedink en tot praktyk oorgedra is. Hy het 'n elegante eenvoudige tweetransistor-sonkragbaan gekry wat klein robotte met sonkrag moontlik gemaak het. Sedertdien het 'n aantal entoesiaste sonkragbane met verskillende funksies en verbeterings bedink. Die een wat hier beskryf word, het bewys dat hy baie veelsydig en robuust is. Dit is vernoem na die dag waarop sy kringdiagram gefinaliseer is en in die Workshop Notebook van die outeur, op Paassondag 2001, ingevoer is. Deur die jare sedertdien het die skrywer etlike dosyne in verskillende toepassings en instellings gemaak en getoets. Dit werk goed in swak of hoog, met groot opbergingskondenseerders of klein. En die kring gebruik slegs algemene diskrete elektroniese komponente: diodes, transistors, weerstande en 'n kapasitor. Hierdie instruksies beskryf die basiese Paasmotor -kring, hoe dit werk, konstruksievoorstelle en 'n paar toepassings. 'N Basiese kennis van elektronika en soldeerkringe word aanvaar. As u nog nie so iets gedoen het nie, maar graag wil gaan, is dit goed om eers iets eenvoudiger aan te pak. U kan die The FLED Solar Engine in Instructables of die "Solar Powered Symet" beskryf in die boek "Junkbots, Bugbots en Bots on Wheels", wat 'n uitstekende inleiding is tot die maak van projekte soos hierdie.

Stap 1: Paasmotorbaan

Dit is die skematiese diagram van die Paasmotor, tesame met 'n lys van die elektroniese komponente waaruit dit bestaan. Die ontwerp van die kring is geïnspireer deur die 'Micropower Solar Engine' deur Ken Huntington en die 'Suneater I' deur Stephen Bolt. Net soos hulle, het die Paasmotor 'n twee-transistor-sneller-en-grendel-afdeling, maar met 'n effens ander weerstandsnetwerk wat hulle verbind. Hierdie afdeling verbruik baie min krag op sigself wanneer dit geaktiveer word, maar laat genoeg stroom toe om 'n enkele transistor aan te skakel wat 'n tipiese motorlading aanskakel. Hier is hoe die Paasfees -enjin werk. Sonsel SC laai die opbergingskondensator C1 stadig op. Transistors Q1 en Q2 vorm 'n grendel. Q1 word geaktiveer wanneer die spanning van C1 die geleidingspeil bereik deur die diodesnoer D1-D3. Met twee diodes en een LED soos in die diagram getoon, is die snellerspanning ongeveer 2,3V, maar indien nodig kan meer diodes ingevoeg word om hierdie vlak te verhoog. As Q1 aanskakel, word die basis van Q2 deur R4 opgetrek om dit ook aan te skakel. Sodra dit aangeskakel is, behou dit die basiese stroom via R1 tot en met Q1 om dit aan te hou. Die twee transistors word dus geblokkeer totdat die voedingsspanning van C1 tot ongeveer 1,3 of 1,4V daal. As beide Q1 en Q2 vasgemaak word, word die basis van die "krag" -transistor QP deur R3 afgetrek en dit aangeskakel om die motor M of 'n ander laai -toestel aan te dryf. Weerstand R3 beperk ook die basisstroom alhoewel QP, maar die getoonde waarde is voldoende om die las vir die meeste doeleindes hard genoeg aan te skakel. As 'n stroom van meer as sê 200mA na die las verlang word, kan R3 verminder word en 'n swaarder transistor kan gebruik word vir QP, soos 'n 2N2907. Die waardes van die ander weerstande in die stroombaan is gekies (en getoets) om die stroom wat deur die grendel gebruik word tot 'n lae vlak te beperk.

Stap 2: Strookborduitleg

'N Baie kompakte verpersoonliking van die Paasfees -enjin kan op 'n gewone strookbord gebou word, soos in hierdie illustrasie getoon. Dit is 'n uitsig vanaf die komponent se kant met die onderstaande koperstrookbane in grys getoon. Die bord is slegs 0,8 "by 1,0", en slegs vier van die spore moet gesny word soos aangedui deur die wit sirkels in die spore. Die stroombaan wat hier uitgebeeld word, het 'n groen LED D1 en twee diodes D2 en D3 in die snaarstring vir 'n aansetspanning van ongeveer 2.5V. Die diodes is regop geplaas met die katode -einde na bo, dit wil sê, gerig op die negatiewe busstrook aan die regterkant van die bord. 'N Bykomende diode kan maklik geïnstalleer word in die plek van die springer wat van D1 tot D2 getoon word om die aansitpunt te stuit. Die uitsetspanning kan ook verhoog word soos beskryf in die volgende stap. Uiteraard kan ander bordformate gebruik word. Die vierde foto hieronder toon 'n Paasmotor wat op 'n klein prototipe bord vir algemene doeleindes gebou is. Dit is nie so kompak en ordelik soos die bordborduitleg nie, maar aan die ander kant laat dit baie ruimte om te werk en ruimte om diodes of veelvuldige bergingskondenseerders by te voeg. U kan ook net 'n geperforeerde fenolplaat gebruik met die nodige verbindings wat hieronder bedraad en gesoldeer is.

Stap 3: Sneller spanning

Hierdie tabel toon die benaderde inschakelspannings vir verskillende kombinasies van diodes en LED's wat in die sneller van verskillende Paasmotors probeer is. Al hierdie snellerkombinasies kan op die strookborduitleg van die vorige stap gepas word, maar die kombinasie van 4-diode en 1 LED moet 'n diode-tot-diode-verbinding bo die bord gesoldeer hê. Die LED's wat gebruik is om die tafelmetings te maak, was ouer rooi lae intensiteit. Die meeste ander nuwer rooi LED's wat probeer is, werk ongeveer dieselfde, met 'n variasie van slegs ongeveer plus of minus 0.1V in hul snellervlak. Kleur het 'n invloed: 'n groen LED gee 'n sneller van ongeveer 0.2V hoër as 'n vergelykbare rooi. 'N Wit LED sonder reekse diodes het 'n aanskakelpunt van 2,8V gegee. Knipperende LED's is nie geskik vir hierdie enjinkring nie. 'N Nuttige kenmerk van die Paasfees-enjin is dat die uitsetspanning verhoog kan word sonder om die aanskakelvlak te beïnvloed deur een of meer diodes in serie met die basis van Q2 te plaas. Met 'n enkele 1N914 -diode wat van die aansluiting van R4 en R5 aan die basis van Q2 gekoppel is, skakel die stroombaan af wanneer die spanning tot ongeveer 1.9 of 2.0V daal. Met twee diodes het die uitsetspanning ongeveer 2,5V gemeet; met drie diodes het dit ongeveer 3.1V afgeskakel. Op die bordborduitleg kan die diode of die diodesnoer geleë wees in die plek van die springer wat bo die weerstand R5 getoon word; die tweede illustrasie hieronder toon een diode D0 wat so geïnstalleer is. Let daarop dat die katode -einde na die basis van Q2 moet gaan. Dit is dus moontlik om die Paasfees-enjin effektief te gebruik met motors wat nie goed loop nie, naby die basiese afskakel van ongeveer 1.3 of 1.4V. Die sonkrag -enjin in die speelgoed -SUV op die foto's is aangeskakel om teen 3.2V aan te skakel en teen 2.0V af te skakel, want in hierdie spanningsreeks het die motor goeie krag.

Stap 4: Kondensators, motors en sonselle

Die kondensator wat in die speelgoed -SUV gebruik word, is soos dié aan die linkerkant in die onderstaande illustrasie. Dit is 'n volledige Farad van 1 tot 5V. Vir kleiner toepassings of korter motorritte gee kleiner kapasitors korter siklustye en natuurlik korter lopies. Die spanning wat op 'n kapasitor aangedui word, is die maksimum spanning waarteen dit gelaai moet word; Die oorskryding van die waardering verkort die lewensduur van die kapasitor. Baie van die superkapasitors wat spesifiek bedoel is vir geheue -rugsteun, het 'n hoër interne weerstand en stel dus nie hul energie vinnig genoeg vry om 'n motor aan te dryf nie. 'N Sonkrag -enjin, soos die Paasfees -enjin, is uitstekend vir die bestuur van motors met 'n interne statiese weerstand van ongeveer 10 ohm of meer. Die algemeenste verskeidenheid speelgoedmotors het 'n baie laer interne weerstand (2 Ohm is tipies), en dit sal dus al die energie uit die opbergingskondensator leegmaak voordat die motor regtig kan begin. Die motors op die tweede foto hieronder werk almal goed. Hulle kan dikwels as surplus of nuut van elektroniese verskaffers gevind word. Geskikte motors kan ook in rommelbandopnemers of videorecorders gevind word. Hulle kan gewoonlik uitgesonder word as 'n deursnee groter as sy lengte. Kies 'n sonsel of selle wat 'n spanning hoër is as die aanskakelpunt van u enjin onder die ligvlakke wat u toepassing sal sien. Die ware skoonheid van die sonkragmotor is dat dit oënskynlik nuttelose energie van lae graad kan versamel en dit dan in nuttige dosisse kan loslaat. Hulle is die indrukwekkendste wanneer hulle skielik tot lewe kom, net deur op 'n lessenaar of koffietafel of selfs op die vloer te sit. As u wil hê dat u enjin binne, op bewolkte dae, in die skaduwee sowel as in die oopte moet werk, gebruik selle wat ontwerp is vir binnenshuise gebruik. Hierdie selle is gewoonlik van die amorfe dun film op glas verskeidenheid. Hulle gee 'n gesonde spanning onder swak lig, en die stroom stem ooreen met die beligtingsvlak en hul grootte. Sonrekenaars gebruik hierdie soort sel, en u kan dit van ou (of nuwe!) Sakrekenaars neem, maar hulle is deesdae redelik klein en daarom is hul huidige uitset laag. Die spanning van sakrekenaarselle wissel van 1,5 tot 2,5 volt in swak lig, en ongeveer 'n halwe volt meer in die son. U sal 'n aantal van hulle in serie-parallel wil hê. Wire Glue is uitstekend om fyn draaddrade aan hierdie glasselle vas te maak. Sommige sonherlaaibare sleutelhanger -flitse het 'n groot sel wat goed werk met sonkragmotors binne. Op die oomblik dra Images SI Inc. nuwe binnenselle van 'n grootte wat geskik is om 'n sonkragmotor direk uit 'n enkele sel te dryf. Hul "buitelug" sonkrag van dieselfde tipe werk ook goed binne. Meer algemeen beskikbaar uit baie bronne is die kristallyne of polikristallyne tipe sonsel. Hierdie tipes maak baie strome in sonskyn, maar is spesifiek bedoel vir lewe in die son. Sommige vaar beskeie goed in die laer lig, maar die meeste is redelik somber in 'n kamer wat deur bloeiwyses verlig word.

Stap 5: Eksterne verbindings

Om die aansluitings van die printplaat na die sonsel en die motor te maak, is penstert -voetstukke uit die inlynstroke baie gerieflik. Die penne kan maklik verwyder word uit die plastiekomgewing waarin hulle vasgemaak word deur noukeurig gebruik van knippers. Die sterte kan afgesny word nadat die penne in die bord gesoldeer is. Stewige 24 -meter draad is veilig en veilig in die voetstukke, maar ekstern word gewoonlik verbind met 'n buigsame, aangeslote draad. Dieselfde voetstukke kan aan die ente van hierdie drade gesoldeer word om te dien as klein "proppies" wat pragtig in die voetstukke aan boord pas. Daar kan ook bordkaste voorsien word waarin die opbergingskondensator aangesluit kan word. Dit kan direk in die voetstukke geplaas word, of op afstand geleë en verbind word via draadkabels wat aan die bord gekoppel is. Dit maak dit moontlik om verskillende kondensators maklik te verander en te probeer totdat die beste een vir die toepassing en sy gemiddelde beligtingstoestande gevind word. Nadat die beste waarde van C1 gevind is, kan dit steeds permanent vasgesoldeer word, maar selde is dit nodig gevind as voetstukke van goeie gehalte gebruik word.

Stap 6: Aansoeke

Miskien is ons gunsteling toepassing van 'n Paasmotor in die speelgoed -Jeepster SUV wat in stap 3 geïllustreer word. 'N Dun laaghoutbodem is gesny om by die bak te pas, en groot skuimwiele is gemaak om 'n "Monster Wheel" voorkoms te gee, maar in werking is dit is nogal mak. Die onderkant word op die foto hieronder getoon. Die asse is daarop gemik om die motor in 'n stywe sirkel te laat loop (want ons het 'n klein sitkamer) en die opstelling van die voorwielaandrywing help dit baie om by die beoogde sirkelbaan te bly. Die ratkas is geneem uit 'n kommersiële stokperdjie -motor wat op die volgende foto getoon word, maar dit is toegerus met 'n 13 Ohm -motor. 'N 1 Farad -superkondensator gee die motor elke siklus ongeveer 10 sekondes tydsduur, wat 'n sirkel van ongeveer 3 voet in deursnee neem. Dit neem 'n rukkie om op bewolkte dae op te laai of as die motor op 'n donker plek stilhou. Oral van 5 tot 15 minute is gewoonlik gedurende die dag in ons sitkamer. As dit direkte sonlig in 'n venster vind, herlaai dit binne ongeveer twee minute. Dit loop in 'n hoek van die kamer rond en het baie omwentelinge gemaak sedert dit in 2004 gebou is. 'N Ander amusante toepassing van die Paasmotor is' Walker ', 'n robotagtige wese wat met twee arms, of liewer, bene saamtrek.. Hy gebruik dieselfde motor- en rat -opstelling as die Jeepster met dieselfde 76: 1 -verhouding. Een van sy bene is doelbewus korter as die ander sodat hy in 'n sirkel loop. Walker dra ook 'n knipperende LED, sodat ons weet waar hy na donker op die vloer is. 'N Eenvoudige gebruik vir 'n sonkrag -enjin is as vlagwaaier of spinner. Die een wat op die 5de foto hieronder getoon word, kan op 'n lessenaar of rak sit, en dan sal dit skielik, en nogal wild, 'n klein bal op 'n tou draai en sodoende die aandag op homself trek. Sommige uitvoerings van hierdie eenvoudige draaiers het 'n klingel aan die tou gehad. Ander het 'n stilstaande klokkie in die buurt laat sit, sodat dit deur die flammende bal geslaan sou word - maar dit is geneig om na 'n paar sonskyndae irriterend te raak!

Stap 7: NPN Easter Engine

Die Paasfees -enjin kan ook vervaardig word in die aanvullende of 'dubbele' weergawe, met twee NPN -transistors en een PNP. Die volledige skematika word in die eerste illustrasie hier getoon. Die bandborduitleg kan dieselfde komponentlokasies en dieselfde spoorsnitte hê as die eerste of 'PNP' -weergawe, die belangrikste veranderinge is die oorgang van transistortipes en omgekeerde polariteit van die sonsel, bergingskondensator, diodes en LED's. Die NPN-bordborduitleg word in die tweede illustrasie getoon en bevat 'n ekstra diode D4 vir 'n hoër inschakelspanning, en 'n diode D0 vanaf die basis van transistor Q2 tot die aansluiting van weerstande R4 en R5 vir 'n hoër afskakelingspanning as wel.