Enjin Solar Paskah: 7 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:14

Solar Engine adalah rangkaian yang mengambil dan menyimpan tenaga elektrik dari sel suria, dan apabila jumlah yang telah ditentukan terkumpul, ia akan menyala untuk menggerakkan motor atau penggerak lain. Enjin suria sebenarnya bukan 'enjin' itu sendiri, tetapi itulah namanya dengan penggunaan yang mapan. Ia memberikan kekuatan motif, dan berfungsi dalam kitaran berulang, jadi namanya bukan nama yang salah. Kebaikannya adalah bahawa ia memberikan tenaga mekanikal yang dapat digunakan ketika hanya cahaya matahari yang sedikit atau lemah, atau cahaya ruang buatan, yang ada. Ia menuai atau mengumpulkan, seperti itu, sekumpulan tenaga kelas rendah sehingga cukup untuk memberi tenaga untuk makan motor. Dan apabila motor telah menghabiskan tenaga, litar enjin suria kembali ke mod pengumpulannya. Ini adalah kaedah yang ideal untuk menghidupkan model, mainan, atau alat kecil lain secara berkala pada tahap cahaya yang sangat rendah. Ini adalah idea hebat yang mula-mula difikirkan dan dipraktikkan oleh Mark Tilden, seorang saintis di Makmal Nasional Los Alamos. Dia hadir dengan rangkaian enjin suria dua transistor sederhana yang memungkinkan robot berkuasa solar kecil mungkin. Sejak itu, sejumlah peminat memikirkan rangkaian enjin suria dengan pelbagai ciri dan peningkatan. Yang dinyatakan di sini telah membuktikan dirinya sangat serba boleh dan mantap. Ini dinamai sempena hari di mana rangkaian gambarnya diselesaikan dan dimasukkan ke dalam Notebook Bengkel pengarang, Minggu Paskah, 2001. Selama bertahun-tahun sejak itu, penulis telah membuat dan menguji beberapa lusin dalam pelbagai aplikasi dan tetapan. Ia berfungsi dengan baik dalam cahaya rendah atau tinggi, dengan kapasitor penyimpanan besar atau kecil. Litar hanya menggunakan komponen elektronik diskrit biasa: dioda, transistor, perintang dan kapasitor. Instructable ini menerangkan litar Easter Engine asas, cara kerjanya, cadangan pembinaan, dan menunjukkan beberapa aplikasi. Keakraban asas dengan elektronik dan pematerian litar dianggap. Sekiranya anda belum melakukan perkara seperti ini tetapi ingin sekali mencuba, ada baiknya mengatasi sesuatu yang lebih mudah terlebih dahulu. Anda mungkin mencuba The FLED Solar Engine in Instructables atau "Solar Powered Symet" yang dijelaskan dalam buku "Junkbots, Bugbots, & Bots on Wheels", yang merupakan pengenalan yang sangat baik untuk membuat projek seperti ini.

Langkah 1: Litar Mesin Paskah

Ini adalah rajah skematik untuk mesin Paskah bersama dengan senarai komponen elektronik yang menyusunnya. Reka bentuk litar diilhamkan oleh "Micropower Solar Engine" oleh Ken Huntington dan "Suneater I" oleh Stephen Bolt. Sama dengan mereka, mesin Paskah mempunyai bahagian pemicu-dan-kait dua transistor, tetapi dengan rangkaian perintang yang sedikit berbeza yang menghubungkannya. Bahagian ini menggunakan tenaga yang sangat sedikit ketika diaktifkan, tetapi membiarkan arus yang cukup dikeluarkan untuk menggerakkan satu transistor yang menghidupkan beban motor biasa. Inilah cara enjin Paskah berfungsi. Solar cell SC perlahan-lahan mengisi kapasitor penyimpanan C1. Transistor Q1 dan Q2 membentuk pemicu pengikat. Q1 dipicu pada ketika voltan C1 mencapai tahap kekonduksian melalui rentetan dioda D1-D3. Dengan dua dioda dan satu LED seperti yang ditunjukkan dalam rajah, voltan pencetus kira-kira 2.3V, tetapi lebih banyak diod dapat dimasukkan untuk menaikkan tahap ini jika dikehendaki. Apabila Q1 dihidupkan, pangkal Q2 ditarik ke atas melalui R4 untuk menghidupkannya juga. Setelah dihidupkan, ia mengekalkan arus asas melalui R1 hingga Q1 untuk tetap hidup. Oleh itu, dua transistor terpasang sehingga voltan bekalan dari C1 turun sekitar 1.3 atau 1.4V. Apabila Q1 dan Q2 terkunci, dasar transistor "power" QP ditarik ke bawah melalui R3, menyalakannya untuk menggerakkan motor M, atau peranti muatan lain. Resistor R3 juga menghadkan arus dasar walaupun QP, tetapi nilai yang ditunjukkan cukup untuk menghidupkan beban cukup keras untuk kebanyakan tujuan. Sekiranya arus yang melebihi 200mA untuk beban diinginkan, R3 dapat dikurangkan dan transistor tugas yang lebih berat dapat digunakan untuk QP, seperti 2N2907. Nilai perintang lain dalam litar dipilih (dan diuji) untuk menghadkan arus yang digunakan oleh kait ke tahap rendah.

Langkah 2: Susun Atur Papan Lebar

Perwujudan mesin Paskah yang sangat padat boleh dibina di papan jalur biasa seperti yang ditunjukkan dalam ilustrasi ini. Ini adalah pandangan dari bahagian komponen dengan jalur jalur tembaga di bawah ditunjukkan dalam warna kelabu. Papan hanya 0,8 "x 1,0", dan hanya empat trek yang harus dipotong seperti yang ditunjukkan oleh bulatan putih di trek. Litar yang digambarkan di sini mempunyai satu LED hijau D1 dan dua dioda D2 dan D3 dalam rentetan pencetus untuk voltan hidup kira-kira 2.5V. Dioda diposisikan tegak dengan katod hujung ke atas, iaitu, berorientasi pada jalur bus negatif di tepi kanan papan. Diod tambahan boleh dipasang dengan mudah di tempat pelompat yang ditunjukkan dari D1 hingga D2 untuk menaikkan titik pusingan. Voltan mati juga dapat dinaikkan seperti yang dijelaskan pada langkah seterusnya. Sudah tentu, format papan lain boleh digunakan. Foto keempat di bawah menunjukkan mesin Paskah yang dibina di atas papan prototaip tujuan umum kecil. Ia tidak padat dan teratur seperti susun atur papan tulis, tetapi di sisi lain ia meninggalkan banyak ruang untuk bekerja, dan ruang untuk menambahkan dioda atau beberapa kapasitor penyimpanan. Kita juga boleh menggunakan papan fenolik berlubang biasa dengan sambungan yang diperlukan dengan kabel dan disolder di bawah.

Langkah 3: Voltan Pencetus

Jadual ini menunjukkan anggaran voltan hidup untuk pelbagai kombinasi diod dan LED yang telah dicuba dalam rentetan pencetus pelbagai mesin Paskah. Semua kombinasi pencetus ini dapat dipasang pada susunan papan jalur langkah sebelumnya, tetapi gabungan 4-diod dan 1 LED harus mempunyai sambungan diod-ke-diod yang disolder di atas papan. LED yang digunakan dalam membuat pengukuran jadual adalah merah intensiti rendah yang lebih tua. Sebilangan besar LED merah lain yang telah dicuba berfungsi hampir sama, dengan kemungkinan variasi hanya sekitar plus atau minus 0.1V pada tahap pencetus mereka. Warna mempunyai pengaruh: LED hijau memberikan tahap pemicu sekitar 0.2V lebih tinggi daripada warna merah yang setanding. LED putih tanpa diod dalam siri memberikan titik putaran 2.8V. LED berkelip tidak sesuai untuk litar enjin ini. Ciri berguna mesin Paskah ialah voltan mematikan dapat dinaikkan tanpa mempengaruhi tahap menghidupkan dengan memasukkan satu atau lebih diod secara bersiri dengan dasar Q2. Dengan dioda 1N914 tunggal yang disambungkan dari persimpangan R4 dan R5 ke pangkal Q2, litar mati apabila voltan turun menjadi sekitar 1.9 atau 2.0V. Dengan dua dioda, voltan pematian diukur kira-kira 2.5V; dengan tiga dioda, ia mati pada sekitar 3.1V. Pada susun atur papan jalur, tali diod atau diod boleh terletak di tempat pelompat yang ditunjukkan di atas perintang R5; ilustrasi kedua di bawah menunjukkan satu diod D0 dipasang. Perhatikan bahawa hujung katod mesti menuju ke pangkal Q2. Oleh itu, adalah mustahil untuk menggunakan enjin Paskah dengan motor yang tidak dapat berfungsi dengan baik berhampiran dengan putaran asas kira-kira 1.3 atau 1.4V. Mesin suria pada SUV mainan dalam foto dibuat untuk menyala pada 3.2V dan dimatikan pada 2.0V kerana dalam julat voltan motor memiliki kekuatan yang baik.

Langkah 4: Kapasitor, Motor, dan Sel Suria

Kapasitor yang digunakan dalam SUV mainan adalah seperti yang ditunjukkan di sebelah kiri dalam ilustrasi di bawah. Ia adalah 1 Farad penuh yang boleh digunakan hingga 5V. Untuk aplikasi tugas yang lebih ringan atau larian motor yang lebih pendek, kapasitor yang lebih kecil memberikan masa kitaran yang lebih pendek dan, tentu saja, larian yang lebih pendek. Voltan yang tertera pada kapasitor adalah voltan maksimum yang harus dicas; melebihi penilaian itu memendekkan jangka hayat kapasitor. Banyak kapasitor super yang ditujukan khas untuk sandaran memori mempunyai rintangan dalaman yang lebih tinggi dan oleh itu tidak melepaskan tenaga mereka dengan pantas untuk menggerakkan motor. Enjin suria seperti mesin Paskah sesuai untuk menggerakkan motor yang mempunyai ketahanan statik dalaman sekitar 10 Ohm atau lebih. Bermacam-macam motor mainan yang paling biasa mempunyai rintangan dalaman yang jauh lebih rendah (2 Ohm adalah khas) dan oleh itu akan menghabiskan semua tenaga dari kapasitor simpanan sebelum motor benar-benar dapat berjalan. Motor yang ditunjukkan dalam foto kedua di bawah semuanya berfungsi dengan baik. Mereka sering didapati sebagai lebihan atau baru dari pembekal elektronik. Motor yang sesuai juga boleh didapati di pita rakaman atau VCR. Mereka biasanya dapat dipilih sebagai mempunyai diameter lebih besar dari panjangnya. Pilih sel suria atau sel yang akan memberikan voltan lebih tinggi daripada titik hidupan enjin anda di bawah tahap cahaya yang akan dilihat oleh aplikasi anda. Keindahan sebenar mesin suria ialah ia dapat mengumpulkan tenaga rendah yang nampaknya tidak berguna dan kemudian melepaskannya dalam dos yang berguna. Mereka paling mengagumkan apabila, dari hanya duduk di meja atau meja kopi atau bahkan di lantai, mereka tiba-tiba muncul. Sekiranya anda mahu mesin anda berfungsi di dalam rumah, atau pada hari mendung, atau di tempat teduh dan juga di tempat terbuka, gunakan sel yang direka untuk kegunaan dalaman. Sel-sel ini biasanya dari filem nipis amorf pada jenis kaca. Mereka memberikan voltan sihat di bawah cahaya rendah, dan arus sesuai dengan tahap pencahayaan dan ukurannya. Kalkulator solar menggunakan sel seperti ini, dan anda boleh mengambilnya dari kalkulator lama (atau baru!), Tetapi jumlahnya agak kecil pada masa ini dan outputnya sekarang rendah. Voltan sel kalkulator berkisar antara 1.5 hingga 2.5 volt dalam cahaya rendah, dan sekitar setengah volt lebih banyak di bawah sinar matahari. Anda mahu sebilangan daripadanya disambungkan secara siri-selari. Wire Glue sangat baik untuk memasang wayar halus ke sel kaca ini. Beberapa lampu suluh rantai kunci solar yang boleh dicas semula mempunyai sel besar yang berfungsi dengan baik di dalam rumah dengan enjin solar. Pada masa ini, Images SI Inc. membawa sel dalaman baru dengan ukuran yang sesuai untuk menggerakkan mesin solar secara langsung dari satu sel. Sel suria "luar" jenis yang sama berfungsi dengan baik di dalam rumah juga. Yang lebih biasa didapati dari banyak sumber adalah sel suria jenis kristal atau polikristalin. Jenis-jenis ini mengeluarkan banyak cahaya matahari, tetapi ditujukan khusus untuk kehidupan di bawah sinar matahari. Sebahagiannya cukup baik dalam cahaya yang lebih rendah, tetapi kebanyakannya cukup suram di ruangan yang diterangi cahaya.

Langkah 5: Sambungan Luaran

Untuk membuat sambungan dari papan litar ke sel solar dan motor, soket ekor pin yang diambil dari jalur sebaris sangat mudah. Soket pin dapat dibebaskan dengan mudah dari tetapan plastik di mana ia datang dengan menggunakan nippers dengan berhati-hati. Ekornya dapat dilepaskan setelah pin disolder di papan. Kawat 24 gage yang padat disambungkan ke soket dengan baik dan selamat, tetapi biasanya bahagian luarnya disambungkan melalui wayar cangkuk helai yang fleksibel. Soket yang sama boleh disolder ke hujung wayar ini untuk berfungsi sebagai "palam" kecil yang sesuai dengan soket di atas kapal dengan indah. Soket papan juga boleh disediakan di mana kapasitor penyimpanan boleh dipasang. Ia boleh dipasang terus ke soket, atau berada jauh dan disambungkan melalui wayar yang dipasang ke papan. Ini memungkinkan untuk menukar dan mencuba kapasitor yang berbeza sehingga yang terbaik dijumpai untuk aplikasi dan keadaan pencahayaan rata-rata. Setelah nilai C1 terbaik dijumpai, ia masih dapat disolder secara kekal, tetapi jarang sekali ini diperlukan jika soket berkualiti tinggi digunakan.

Langkah 6: Aplikasi

Mungkin aplikasi kegemaran kami untuk mesin Paskah ada dalam mainan Jeepster SUV yang digambarkan dalam Langkah 3. Bahagian bawah papan lapis nipis dipotong agar sesuai dengan badan, dan roda busa besar dibuat untuk memberikannya "Roda Monster", tetapi dalam operasi itu cukup jinak. Bahagian bawah ditunjukkan dalam foto di bawah. Gandar diatur untuk membuat kereta berjalan dalam lingkaran yang ketat (kerana kita mempunyai ruang tamu kecil) dan penyediaan pemacu roda depan sangat membantunya melekat pada jalan bulat yang dimaksudkan. Kereta api itu diambil dari unit motor hobi komersial yang ditunjukkan pada foto berikutnya, tetapi dilengkapi dengan motor 13 Ohm. Kapasitor super 1 Farad memberikan masa perjalanan sekitar 10 saat pada setiap kitaran, yang menjadikannya hampir sepenuhnya pada bulatan berdiameter 3 kaki. Ia memerlukan sedikit masa untuk mengisi pada hari-hari mendung atau ketika kereta kebetulan berhenti di tempat yang gelap. Di mana sahaja dari 5 hingga 15 minit biasa di siang hari di ruang tamu kami. Sekiranya mendapati cahaya matahari langsung masuk ke dalam tingkap, ia akan terisi semula dalam kira-kira dua minit. Ia bergerak di sudut ruangan dan telah melakukan banyak revolusi sejak dibangun pada tahun 2004. Aplikasi lain yang menarik dari mesin Paskah adalah "Walker", makhluk seperti robot yang melambai dengan dua tangan, atau lebih tepatnya, kaki. Dia menggunakan persediaan kereta dan gear yang sama dengan Jeepster dengan nisbah 76: 1 yang sama. Salah satu kakinya sengaja lebih pendek daripada yang lain sehingga dia berjalan dalam bulatan. Walker juga membawa LED berkelip sehingga kita tahu di mana dia berada di lantai setelah gelap. Penggunaan mudah untuk mesin suria adalah sebagai pengibuk bendera atau pemintal. Yang ditunjukkan dalam gambar ke-5 di bawah ini boleh duduk di atas meja atau rak dan sesekali ia tiba-tiba, dan agak liar, memutar bola kecil di tali sehingga menarik perhatian kepada dirinya sendiri. Beberapa perwujudan pemintal sederhana ini mempunyai loceng jingle pada tali. Yang lain memasang loceng pegun di dekatnya sehingga akan dipukul oleh bola yang memukul - tetapi itu cenderung menjadi menjengkelkan setelah beberapa hari cerah!

Langkah 7: Enjin Paskah NPN

Mesin Easter juga boleh dibuat dalam versi pelengkap atau 'dual', dengan dua transistor NPN dan satu PNP. Skema lengkap ditunjukkan dalam ilustrasi pertama di sini. Susun atur papan jalur boleh mempunyai lokasi komponen yang sama dan potongan trek yang sama dengan versi pertama atau 'PNP', perubahan penting adalah jenis transistor yang dihidupkan dan kekutuban terbalik sel suria, kapasitor penyimpanan, dioda dan LED. Susun atur papan selisih NPN ditunjukkan pada ilustrasi kedua dan menggabungkan dioda tambahan D4 untuk voltan pusingan hidup yang lebih tinggi, dan dioda D0 dari pangkal transistor Q2 ke persimpangan perintang R4 dan R5 untuk voltan putaran yang lebih tinggi sebagai dengan baik.