Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Строим солнечный двигатель. Создаем робота-андроида своими руками [litres]

Строим солнечный двигатель

Солнечный двигатель часто используется в качестве бортового источника тока, применяемого в BEAM-роботах, которых часто называют «живущими» роботами (см. обсуждение BEAM-роботов в главе 8). Свое распространение солнечные двигатели получили благодаря работам Марка Тилдена, который сконструировал первый подобный двигатель. Другим изобретателем был Дэйв Хранкив из Канады, который построил свою версию солнечного двигателя для питания «танцующего» робота. Мне так понравились эти разработки, что я решил сделать свой вариант солнечного двигателя. В процессе работы мне удалось придумать новый вариант схемы, который увеличил его эффективность по сравнению с оригинальным вариантом.

На рис. 3.1 изображена электрическая схема солнечного двигателя. Рассмотрим ее работу. Солнечная батарея заряжает конденсатор емкостью 4700 мкФ. По мере заряда конденсатора, напряжение на нем возрастает.

Однопереходный транзистор входит в режим колебаний и посылает импульс, отпирающий тиристор. Когда тиристор открыт, вся запасенная в конденсаторе энергия разряжается через двигатель с высоким КПД. Во время разряда конденсатора двигатель вращается. Потом происходит остановка и цикл повторяется.

Рис. 3.1. Схема солнечного двигателя

Схема солнечного двигателя проста и некритична к используемым деталям. Она может быть собрана на макетной плате, выводы элементов при этом соединены проводниками. Для желающих собрать двигатель на печатной плате – чертеж платы представлен на рис. 3.2. Печатная плата входит в набор для создания солнечного двигателя. На рис. 3.3 показана схема расположения деталей на печатной плате. На рис. 3.4 помещена фотография двигателя в сборе.

Рис. 3.2. Чертеж печатной платы

Рис. 3.3. Размещение деталей на печатной плате

Рис. 3.4. Солнечный двигатель в сборе

Список деталей солнечного двигателя

• транзистор 2N2646 (1)

• тиристор 2N5060 (1)

• конденсатор электролитический 22 мкФ (1)

• конденсатор электролитический 4700 мкФ (1)

• двигатель постоянного тока

• элемент солнечной батареи (2)

• печатная плата

• резистор 200 кОм 0,25 Вт

• резистор 15 кОм 0,25 Вт

• резистор 2,2 кОм 0,25 Вт

Двигатель с высоким КПД

Далеко не все электродвигатели имеют высокий КПД. Например, небольшие моторчики постоянного тока из радионаборов, как правило, имеют низкий КПД. Для определения этого существует простая процедура. Повращайте пальцами ось двигателя. Если ротор вращается плавно и продолжает вращение, когда вы отпустите ось, то, возможно, это двигатель с высоким КПД. Если ось ротора поворачивается рывками, и вы чувствуете сопротивление, то, скорее всего, КПД такого двигателя невелик.

Особенности конструкции солнечного двигателя

Солнечные элементы, использованные в устройстве, имеют высокий КПД и высокое выходное напряжение. Для солнечных элементов типично выходное напряжение в пределах 0,5–0,7 В при различных токах, которые зависят от размеров элемента. Солнечный элемент, использованный в данной схеме, дает паспортное напряжение порядка 2,5 В, но без нагрузки он заряжает конденсатор до уровня 4,3 В.

Я уверен, что некоторые из тех, кто захочет построить подобную схему, уже думают о возможности более быстрого заряда емкости через увеличение количества солнечных элементов. Данной вещи делать не следует. Дополнительные элементы действительно увеличат ток заряда и, соответственно, сократят его время, но только в первом цикле. Для того чтобы тиристор закрылся и начался новый цикл, необходимо, чтобы ток, протекающий через тиристор, прекратился (или стал очень малым). А в случае, если солнечная батарея будет отдавать достаточно большой ток, то тиристор «залипнет» в открытом состоянии. Соответственно, вся энергия батареи будет через открытый тиристор рассеиваться на подключенной нагрузке. Конденсатор не будет заряжаться, и схема выйдет из циклического режима.

Для правильной работы детали схемы специальным образом подобраны. Единственный компонент, допускающий вариации в значительных пределах, это накопительный конденсатор. Меньшие значения емкости приведут к более быстрому циклу «заряд-разряд». Большие значения емкости или использование нескольких конденсаторов приведут к запасанию большего количества энергии и, соответственно, совершению большей работы, однако следует помнить, что при использовании подобных емкостей цикл «заряд-разряд» может сильно удлиниться.

Применение

Схема солнечного двигателя может находить массу новых и неожиданных применений, например, как бортовой источник энергии солнечного гоночного автомобильчика, источник питания реле, бакена, собранного на светодиодах, моторчика для передвижения робота или, как показано на рис. 3.5, устройства поворота американского флага.

Рис. 3.5. Поворот флажка с помощью солнечного двигателя

Привлекательность солнечного двигателя в том, что он может работать «вечно», пока не выйдет из строя какая-то из его частей, что может произойти через годы.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Во Франции создали “бессмертный” солнечный двигатель

Новости

17 сентября 2019, 20:40

Во Франции создали “бессмертный” солнечный двигатель

Французские инженеры из стартапа Saurea создали электродвигатель, который напрямую превращает солнечную энергию в механическую без использования промежуточных компонентов.

По словам разработчиков, их изобретение способно снабжать энергией водяные насосы и вентиляционные турбины в течение 20 лет без необходимости проводить техническое обслуживание.

“Это первый солнечный двигатель в мире, который работает исключительно на возобновляемой энергии и никогда не ломается. Наша технология напрямую конвертирует солнечную энергию без использования дополнительных компонентов, что значительно увеличивает ресурс его работы”, – заявила Изабель Галле-Коти, одна из основателей компании Saurea.

Изобретатели уверяют, что их двигатель является представителем “нового поколения” и будет выгоден для жителей любых, даже самых изолированных от цивилизации регионов.

Работа над созданием двигателя с использованием солнечной энергии продолжалась на протяжении жизни нескольких поколений семьи, а сам изобретатель технологии, Ален Коти, предпринимал пять попыток для получения патента. Спустя много лет, его сын и невестка Изабель смогли вывести продукт на рынок, и теперь уже их дочь Луиза отвечает за развитие семейного бизнеса.

Сейчас двигатели собираются в мастерской, которая находится в Бургундии, и в планах семьи основать дистрибьюторскую сеть.

Изабель отмечает, что ориентировочная стоимость солнечного двигателя будет составлять 2500–3500 евро, в зависимости от области его применения.

“Сейчас мы запускаем наш первый двигатель мощностью 130 Вт, который можно использовать для полива или прочих целей. Также сейчас мы работаем над созданием новых моделей, мощностью 50 Вт и 250 Вт”, – заявила она.

Ранее сообщалось, что в Германии создали авиационный электродвигатель на сверхпроводниках. Двигатель на суперпроводниках обещает КПД в 99% и удельную мощность, с которой не сравнится ни одно нынешнее решение. Создатели уже назвали дату тестовых испытаний.

Читайте самые интересные истории ЭлектроВестей в Telegram и Viber

Первый в мире двигатель Стирлинга на солнечной энергии, напечатанный на 3D-принтере

В этой новости причудливо смешались изобретение 17 века, его улучшение из 19 века, забота о возобновляемой энергии из 20-го века и новинка века 21-го. Всё это соединилось в занимательном устройстве, созданном немецким авиаинженером Андреасом Хаузером. Охарактеризовал он свой проект как первый в мире двигатель Стирлинга на солнечной энергии, напечатанный на 3D-принтере.

Шотландский священник и изобретатель Роберт Стирлинг запатентовал свою версию теплового двигателя в 1816 году. Он улучшил и доработал конструкцию двигателей, прототипы которых были известны, по крайней мере, с 17 века.

Двигатель Стирлинга – двигатель внешнего сгорания, в котором энергия вырабатывается за счёт разницы температур в разных частях замкнутой ёмкости. Рабочим телом служит газ. Нагреваясь и охлаждаясь, он перемещает поршни, которые крутят маховик. Отличительная особенность двигателя – способность работать абсолютно на любом топливе, от угля и дров до солнечной и ядерной энергии.

Эта универсальность и заинтересовала немецкого инженера. Он уже давно работает с проектами, использующими «зелёную» энергию – предыдущим его устройством, изготовленным с помощью 3D-принтера, стала ветровая турбина. Хаузер решил, что раз двигателю пойдёт любой нагрев, почему бы не нагревать его от солнечных лучей? Так и родилась эта идея.

В связи с необходимостью нагрева от солнца цилиндр, в котором находится рабочее тело, был сделан большим по диаметру и маленьким по высоте. Один торец выкрашен чёрным для увеличения поглощения, а второй находится в тени, что и обеспечивает разницу температур. Для улучшения эффективности можно дополнить устройство несколькими зеркалами, собирающими солнечный свет на нагреваемом торце.

Как и для других проектов, Хаузер предлагает список деталей и их схемы в пригодном для 3D-печати формате на своём сайте. Конечно, в случае такого игрушечного прототипа речи о какой-то мощности и полезной работе не идёт. Но уже существуют реальные проекты, использующие двигатель Стирлинга вместе с солнечной энергией. А паспечатанный на своём принтере двигатель наверняка сподвигнет начинающих инженеров и изобретателей на новые свершения.

Солнечный двигатель DIY с магнитной подвеской, Solar Mendocino Motor (Мендосинский мотор), цена 1450 грн.

Мендосинский мотор – вращающийся солнечный двигатель.

Мендосинский мотор (бесколлекторный магнитно-левитационный солнечный мотор) назван в честь округа Мендосино, что на побережье штата Калифорния, США. Здесь живет изобретатель Ларри Спринг, который 4 июля 1994 года изобрел данный мотор. 

Солнечный двигатель с магнитной подвеской – интересная игрушка для детей и взрослых!

Маленькая модель преобразует всего пару ватт мощности, и для промышленных целей этого, конечно, не достаточно, но в качестве наглядного макета – вполне пойдет.

Солнечный двигатель DIY с магнитной подвеской – отличное демонстрационное пособие для школьников и студентов, способное вызвать повышенный интерес к науке и решению научных проблем.

Солнечный двигатель DIY с магнитной подвеской – это световой коммутируемый двигатель. В нем солнечная энергия накапливается в солнечных батареях, которые генерируют электрический ток, протекающий по обмотке ротора. Ток в свою очередь генерирует магнитное поле, взаимодействующее с полем магнита, находящегося на основании, что приводит ротор во вращение.

Фотоны солнечного света активируют солнечные батареи, которые в свою очередь рождают электрический ток. Ток проходит через катушки, намотанные на ротор, и возникающие магнитные поля катушек, взаимодействуя с магнитным полем постоянного магнита (статора), приводят ротор во вращение.

Вращение возможно до тех пор, пока солнечный свет попадает на батареи.

Конструкция мендосинского мотора представляет собой ротор, обычно квадратного сечения, насаженный на вал, и основание, которое обеспечивает магнитную левитацию. Такое решение делает силу трения чрезвычайно низкой, подходящей для скоростного вращения.

Характеристики:

  • Материал: металл
  • Название бренда: Stirling Engine Models
  • Масштаб: 1:36
  • Для детей от 10 лет.