موتور خورشیدی عید پاک: 7 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:59

موتور خورشیدی مداری است که انرژی الکتریکی را از سلول های خورشیدی دریافت و ذخیره می کند و هنگامی که مقدار از پیش تعیین شده ای جمع شد ، برای حرکت موتور یا محرک دیگر روشن می شود. موتور خورشیدی به خودی خود یک "موتور" نیست ، اما نام آن بر اساس استفاده ثابت است. این نیروی محرک را ارائه می دهد و در یک چرخه تکراری کار می کند ، بنابراین نام یک کلمه غلط نیست. فضیلت آن این است که انرژی مکانیکی قابل استفاده را هنگامی که فقط سطوح ناچیز یا ضعیف نور خورشید یا نور مصنوعی اتاق وجود دارد ، تامین می کند. به عنوان مثال ، دسته هایی از انرژی با درجه پایین را جمع آوری یا جمع آوری می کند تا زمانی که به اندازه کافی برای تغذیه انرژی برای یک موتور کافی باشد. و هنگامی که موتور انرژی خود را مصرف کرد ، مدار موتور خورشیدی به حالت جمع آوری خود باز می گردد. این یک راه ایده آل برای تغذیه متناوب مدل ها ، اسباب بازی ها یا سایر وسایل کوچک در سطح بسیار کم نور است. این یک ایده عالی است که ابتدا توسط یکی از دانشمندان مارک تیلدن (Mark Tilden) در آزمایشگاه ملی لوس آلاموس به کار گرفته شد. او یک موتور موتور خورشیدی دو ترانزیستوری با طراحی زیبا ارائه کرد که ربات های کوچک خورشیدی را ممکن می ساخت. از آن زمان ، تعدادی از علاقه مندان به طراحی موتورهای خورشیدی با ویژگی ها و پیشرفت های مختلف فکر کردند. آنچه در اینجا شرح داده شده است ثابت شده است که بسیار متنوع و قوی است. این نام از روزی گرفته شده است که نمودار مدار آن نهایی شد و در دفتر یادداشت کارگاه نویسنده ، یکشنبه عید پاک ، 2001 وارد شد. در طول سالهای بعد ، نویسنده ده ها مورد را در برنامه ها و تنظیمات مختلف ساخته و آزمایش کرده است. در نور کم یا زیاد ، با خازن های ذخیره سازی بزرگ یا کوچک به خوبی کار می کند. و مدار فقط از قطعات رایج الکترونیکی مجزا استفاده می کند: دیودها ، ترانزیستورها ، مقاومتها و خازن. این دستورالعمل مدار اصلی موتور عید پاک ، نحوه عملکرد آن ، پیشنهادات ساخت و ساز و برخی برنامه های کاربردی را نشان می دهد. آشنایی اولیه با الکترونیک و لحیم کاری مدارها فرض می شود. اگر تا به حال چنین کاری نکرده اید اما مشتاق رفتن هستید ، بهتر است ابتدا با چیز ساده تری دست و پنجه نرم کنید. ممکن است موتور خورشیدی FLED را در دستورالعمل ها یا "Somet Powered Symet" توصیف شده در کتاب "Junkbots، Bugbots، & Bots on Wheels" را امتحان کنید ، که مقدمه ای عالی برای ساخت پروژه هایی مانند این است.

مرحله 1: مدار موتور عید پاک

این نمودار شماتیک موتور عید پاک به همراه لیستی از اجزای الکترونیکی تشکیل دهنده آن است. طراحی مدار با الهام از "موتور خورشیدی Micropower" توسط کن هانتینگتون و "Suneater I" توسط استفان بولت انجام شده است. موتور عید پاک به طور مشترک با آنها دارای یک بخش ترانزیستور و چنگال دو ترانزیستوری است ، اما دارای یک شبکه مقاومت کمی متفاوت است که آنها را به هم متصل می کند. این بخش هنگام فعال شدن مقدار بسیار کمی از خود مصرف می کند ، اما اجازه می دهد جریان کافی برای حرکت یک ترانزیستور واحد که بار معمولی موتور را روشن می کند خارج شود. در اینجا نحوه عملکرد موتور عید پاک است. سلول خورشیدی SC به آرامی خازن ذخیره C1 را شارژ می کند. ترانزیستورهای Q1 و Q2 یک ماشه چفت و بست را تشکیل می دهند. Q1 زمانی فعال می شود که ولتاژ C1 از طریق رشته دیود D1-D3 به سطح رسانایی برسد. با دو دیود و یک LED همانطور که در نمودار نشان داده شده است ، ولتاژ ماشه حدود 2.3 ولت است ، اما در صورت تمایل می توان دیودهای بیشتری برای افزایش این سطح وارد کرد. وقتی Q1 روشن می شود ، پایه Q2 از طریق R4 به بالا کشیده می شود تا آن را نیز روشن کند. هنگامی که روشن است ، جریان پایه را از طریق R1 تا Q1 حفظ می کند تا روشن بماند. بنابراین دو ترانزیستور قفل می شوند تا زمانی که ولتاژ تغذیه از C1 به 1.3 یا 1.4 ولت برسد. هنگامی که هر دو Q1 و Q2 به هم وصل می شوند ، پایه ترانزیستور QP "قدرت" از طریق R3 به پایین کشیده می شود و آن را روشن می کند تا موتور M یا دستگاه بار دیگر را هدایت کند. مقاومت R3 همچنین جریان پایه را با وجود QP محدود می کند ، اما مقدار نشان داده شده برای روشن کردن بار به اندازه کافی برای اکثر اهداف کافی است. اگر جریان بیش از 200 میلی آمپر به بار مورد نظر باشد ، می توان R3 را کاهش داد و از ترانزیستور سنگین تری برای QP استفاده کرد ، مانند 2N2907. مقادیر مقاومتهای دیگر در مدار انتخاب شده (و آزمایش شده اند) تا جریان مورد استفاده لچ در سطح پایینی قرار گیرد.

مرحله 2: طرح بندی Stripboard

همانطور که در این تصویر نشان داده شده است ، تجسم بسیار فشرده ای از موتور عید پاک می تواند بر روی نوار معمولی ساخته شود. این نمایی از سمت جزء با آهنگهای نوار مسی زیر است که به رنگ خاکستری نشان داده شده است. صفحه فقط 0.8 اینچ در 1.0 اینچ است و فقط چهار قطعه باید همانطور که توسط دایره های سفید در آهنگها نشان داده شده است قطع شود. مدار نشان داده شده در اینجا دارای یک LED سبز D1 و دو دیود D2 و D3 در رشته ماشه برای ولتاژ روشنایی حدود 2.5 ولت است. دیودها به صورت عمودی و انتهای کاتد به سمت بالا قرار گرفته اند ، یعنی به سمت نوار باس منفی در لبه سمت راست تخته قرار گرفته اند. یک دیود اضافی را می توان به راحتی در جای جهنده نشان داده شده از D1 تا D2 نصب کرد تا نقطه روشن شدن را افزایش دهد. ولتاژ خاموش شدن را نیز می توان همانطور که در مرحله بعد توضیح داده شد افزایش داد. البته می توان از فرمت های دیگر هیئت مدیره نیز استفاده کرد. چهارمین عکس زیر یک موتور عید پاک را نشان می دهد که بر روی یک تخته نمونه اولیه کوچک ساخته شده است. به اندازه طرح نوار نوار جمع و جور و منظم نیست ، اما از طرف دیگر فضای زیادی برای کار و فضایی برای افزودن دیودها یا خازن های ذخیره سازی متعدد باقی می گذارد. همچنین می توان از یک تخته فنولی ساده با سوراخ های ساده و اتصالات لازم سیم کشی و لحیم کاری زیر استفاده کرد.

مرحله 3: ولتاژ را فعال کنید

این جدول ولتاژهای تقریبی روشن شدن ترکیبات مختلف دیودها و LED هایی را که در رشته ماشه موتورهای مختلف عید پاک آزمایش شده اند نشان می دهد. همه این ترکیبات ماشه ای می توانند در طرح نوار مرحله قبل مناسب باشند ، اما ترکیب 4 دیود و 1 LED باید دارای یک اتصال دیود به دیود باشد که در بالای تخته لحیم شده است. LED های مورد استفاده در اندازه گیری جدول قرمزهای کم شدت قدیمی تر بودند. بیشتر LED های قرمز جدیدتر که آزمایش شده اند تقریباً یکسان عمل می کنند ، شاید در سطح ماشه آنها فقط حدود مثبت یا منفی 0.1 ولت متفاوت باشد. رنگ تأثیر می گذارد: یک چراغ سبز رنگ سطح ماشه را در حدود 0.2 ولت بالاتر از قرمز قابل مقایسه می دهد. یک LED سفید بدون دیودهای سری ، نقطه روشن شدن 2.8 ولت را می دهد. LED های چشمک زن برای این مدار موتور مناسب نیستند. یک ویژگی مفید موتور عید پاک این است که می توان ولتاژ خاموش را بدون تأثیر بر سطح روشن شدن با قرار دادن یک یا چند دیود به صورت سری با پایه Q2 افزایش داد. با یک دیود 1N914 که از محل اتصال R4 و R5 به پایه Q2 متصل شده است ، هنگامی که ولتاژ به 1.9 یا 2.0V کاهش می یابد ، مدار خاموش می شود. با دو دیود ، ولتاژ خاموش تقریباً 2.5 ولت اندازه گیری شد. با سه دیود ، در حدود 3.1 ولت خاموش شد. در طرح نوار نوار ، دیود یا رشته دیود را می توان در محل بلوز نشان داده شده در بالای مقاومت R5 قرار داد. تصویر دوم زیر یک دیود D0 را نشان می دهد که به این ترتیب نصب شده است. توجه داشته باشید که انتهای کاتد باید به پایه Q2 برود. بنابراین می توان به طور م engineثر از موتور عید پاک با موتورهایی استفاده کرد که در نزدیکی خاموش شدن اولیه 1.3 یا 1.4 ولت خوب کار نمی کنند. موتور خورشیدی در SUV اسباب بازی موجود در عکسها با 3.2V روشن و با 2.0V خاموش شده است زیرا در آن محدوده ولتاژ موتور قدرت خوبی دارد.

مرحله 4: خازنها ، موتورها و سلولهای خورشیدی

خازنی که در SUV اسباب بازی استفاده می شود مانند خازنی است که در تصویر زیر در سمت چپ نشان داده شده است. این یک درجه فاراد کامل برای استفاده در حداکثر 5V است. برای کاربردهای سبک تر یا موتورهای کوتاهتر ، خازنهای کوچکتر زمانهای چرخه کوتاهتر و البته دورهای کوتاهتر را ارائه می دهند. ولتاژ ذکر شده روی خازن حداکثر ولتاژی است که باید به آن وصل شود. بیش از این میزان عمر خازن را کوتاه می کند. بسیاری از خازن های فوق العاده ای که به طور خاص برای پشتیبان گیری حافظه در نظر گرفته شده اند دارای مقاومت داخلی بالاتری هستند و بنابراین انرژی خود را به اندازه کافی برای حرکت موتور آزاد نمی کنند. یک موتور خورشیدی مانند موتور عید پاک برای رانندگی موتورهایی که مقاومت استاتیک داخلی آنها حدود 10 اهم یا بیشتر است مناسب است. رایج ترین انواع موتورهای اسباب بازی دارای مقاومت داخلی بسیار کمتری هستند (2 اهم معمولی است) و بنابراین قبل از اینکه موتور واقعاً حرکت کند تمام انرژی را از خازن ذخیره تخلیه می کند. موتورهای نشان داده شده در عکس دوم زیر همه خوب کار می کنند. آنها اغلب می توانند به عنوان مازاد یا جدید از تأمین کنندگان الکترونیک یافت شوند. موتورهای مناسب را می توان در ضبط صوت یا VCR نیز پیدا کرد. معمولاً می توان آنها را به عنوان قطر بزرگتر از طول آن جدا کرد. یک سلول یا سلولهای خورشیدی را انتخاب کنید که ولتاژی تا حدودی بیشتر از نقطه روشن موتور شما در زیر سطوح نوری که برنامه شما مشاهده می کند ، ایجاد کند. زیبایی واقعی موتور خورشیدی این است که می تواند انرژی ظاهراً بی فایده را جمع آوری کرده و سپس آن را در دوزهای مفید آزاد کند. زمانی که از نشستن روی میز یا میز قهوه یا حتی روی زمین ، ناگهان زنده می شوند ، بسیار چشمگیر هستند. اگر می خواهید موتور شما در محیط داخلی ، یا در روزهای ابری ، یا در سایه و همچنین در فضای باز کار کند ، از سلول هایی که برای استفاده در محیط داخلی طراحی شده اند استفاده کنید. این سلول ها معمولاً از نوع نازک آمورف روی انواع شیشه هستند. آنها تحت نور کم ولتاژ سالم می دهند و جریان با سطح روشنایی و اندازه آنها مطابقت دارد. ماشین حساب های خورشیدی از این نوع سلول ها استفاده می کنند و شما می توانید آنها را از ماشین حساب های قدیمی (یا جدید!) بگیرید ، اما این روزها بسیار کوچک هستند و بنابراین خروجی فعلی آنها کم است. ولتاژ سلول های ماشین حساب در نور کم بین 1.5 تا 2.5 ولت و در نور خورشید حدود نیم ولت بیشتر است. شما می خواهید تعدادی از آنها به صورت سری موازی به هم متصل شوند. چسب سیم برای اتصال سیم های ریز به این سلول های شیشه ای عالی است. برخی از چراغ قوه های کلیدی قابل شارژ خورشیدی دارای یک سلول بزرگ هستند که در داخل خانه با موتورهای خورشیدی به خوبی کار می کنند. در حال حاضر ، Images SI Inc. سلولهای داخلی جدیدی به اندازه مناسب برای حرکت مستقیم موتور خورشیدی از یک سلول واحد حمل می کند. سلول خورشیدی "بیرونی" آنها از همان نوع در داخل خانه نیز به خوبی کار می کند. نوع متداول سلولهای خورشیدی از نوع کریستالی یا چند بلوری است. این انواع جریان زیادی را در تابش آفتاب ایجاد می کنند ، اما به طور خاص برای زندگی در زیر نور خورشید در نظر گرفته شده است. برخی از آنها در نور کم به مراتب خوب عمل می کنند ، اما اکثر آنها در اتاقی که با فلورسنت روشن شده است بسیار ناخوشایند است.

مرحله 5: اتصالات خارجی

برای ایجاد اتصالات از برد مدار به سلول خورشیدی و موتور ، سوکت های دم پین گرفته شده از نوارهای خطی بسیار مناسب هستند. سوکت های پین را می توان به راحتی از محیط پلاستیکی که در آن استفاده می شود با استفاده دقیق از چنگک ها رها کرد. پس از لحیم شدن سنجاق ها در تخته ، می توان دم ها را جدا کرد. سیم محکم 24 گیج خوب و ایمن به پریزها متصل می شود ، اما معمولاً قسمت های بیرونی از طریق سیم اتصال انعطاف پذیر متصل می شوند. پریزهای مشابهی را می توان به انتهای این سیم ها لحیم کرد تا به عنوان "دوشاخه" کوچکی عمل کنند که به زیبایی در سوکت های روی صفحه قرار می گیرد. همچنین می توان سوکت های برد را تهیه کرد که می توان خازن ذخیره را در آنها متصل کرد. می تواند مستقیماً به سوکت ها متصل شود ، یا از راه دور قرار گیرد و از طریق سیم های متصل به برد به آن متصل شود. این امر باعث می شود به راحتی تغییر دهید و خازن های مختلف را امتحان کنید تا بهترین مورد برای کاربرد و شرایط روشنایی متوسط آن پیدا شود. پس از یافتن بهترین مقدار C1 ، می توان آن را به طور دائم در جای خود لحیم کرد ، اما به ندرت در صورت استفاده از سوکت های با کیفیت خوب این امر ضروری تشخیص داده شده است.

مرحله 6: برنامه های کاربردی

شاید برنامه مورد علاقه ما برای موتور عید پاک در SUV اسباب بازی Jeepster است که در مرحله 3 نشان داده شده است. یک قسمت نازک تخته سه لا متناسب با بدنه بریده شد و چرخ های فوم بزرگی برای ظاهر "چرخ هیولا" ساخته شده بود ، اما در عملکرد آن کاملاً مطیع است قسمت زیرین در عکس زیر نشان داده شده است. محورها طوری تنظیم شده اند که خودرو را در یک دایره تنگ می چرخاند (زیرا ما یک اتاق نشیمن کوچک داریم) و تنظیمات چرخ جلو به آن کمک می کند تا به مسیر دایره ای مورد نظر بچسبد. قطار دنده ای از یک واحد تجاری سرگرمی تجاری گرفته شده در عکس بعدی گرفته شده است ، اما با موتور 13 اهم مجهز شده است. یک ابر خازن 1 فاراد در هر چرخه حدود 10 ثانیه زمان کار به خودرو می دهد که تقریباً به طور کامل به دور یک قطر 3 فوت می رسد. مدتی طول می کشد تا در روزهای ابری شارژ شود یا هنگامی که خودرو اتفاق می افتد در یک نقطه تاریک متوقف شود. هر روز بین 5 تا 15 دقیقه در طول روز در اتاق نشیمن ما معمول است. اگر متوجه شود که نور مستقیم خورشید از پنجره وارد می شود ، در حدود دو دقیقه دوباره شارژ می شود. این دستگاه در گوشه ای از اتاق حرکت می کند و از زمان ساخته شدن در سال 2004 تاکنون انقلاب های زیادی را به ثبت رسانده است. یکی دیگر از برنامه های سرگرم کننده موتور عید پاک "واکر" است ، موجودی شبیه به ربات که با دو دست و یا بهتر می گوید پاها را می چرخاند. به او از همان قطار موتوری و دنده ای جیپستر با نسبت 76: 1 استفاده می کند. یکی از پاهای او عمداً از پای دیگر کوتاهتر است به طوری که در یک دایره راه می رود. واکر همچنین دارای یک چراغ چشمک زن است تا بدانیم بعد از تاریکی هوا کجا روی زمین است. استفاده ساده از موتور خورشیدی به عنوان تکان دهنده یا چرخاننده پرچم است. عکسی که در پنجمین عکس زیر نشان داده شده است می تواند روی میز یا قفسه ای بنشیند و هر از گاهی ناگهان و به طرز وحشیانه ای یک توپ کوچک را روی یک نخ بچرخاند و در نتیجه توجه را به خود جلب کند. برخی از تجسمات این چرخان های ساده دارای زنگ صدای زنگ در سیم بودند. دیگران زنگ ثابت را در نزدیکی خود نصب کرده بودند تا با توپ فلج خورده برخورد کند - اما این پس از چند روز آفتابی آزاردهنده می شود!

مرحله 7: NPN Engine Easter

موتور عید پاک را می توان در نسخه تکمیلی یا دوگانه با دو ترانزیستور NPN و یک PNP نیز ساخت. طرح کلی در اولین تصویر در اینجا نشان داده شده است. طرح چوب نوار می تواند محل اجزای یکسانی داشته باشد و قطعات یکسانی با نسخه اول یا PNP داشته باشد ، تغییرات اساسی شامل انواع ترانزیستورهای تعویض شده و قطبیت سلول خورشیدی ، خازن ذخیره سازی ، دیودها و LED ها است. طرح صفحه نوار NPN در تصویر دوم نشان داده شده است و دارای یک دیود اضافی D4 برای ولتاژ روشن شدن بیشتر و یک دیود D0 از پایه ترانزیستور Q2 تا محل اتصال مقاومت R4 و R5 برای ولتاژ خاموش شدن بیشتر است. خوب.