Παρακολουθώντας τη συνεχώς αναδυόμενη ενέργεια στη φύση γύρω μας (αιολική, ηλιακή ακτινοβολία, ενέργεια ύδατος), υπάρχει η επιθυμία να προσπαθήσουμε να χρησιμοποιήσουμε αυτή την ελεύθερη ενέργεια. Φυσικά, ζώντας στη μέση της ηπείρου και σε ένα εύκρατο κλίμα, η εναλλακτική ενέργεια που έρχεται σε μας είναι μικρή, δεν έχουμε παράκτιους ανέμους και έναν ήλιο της ερήμου. Ναι, η ενέργεια δεν είναι μεγάλη, αλλά έρχεται σε μας σχεδόν συνεχώς. Και αν κάνετε μια συσκευή για τη συσσώρευση και τη χρήση της, το κάνετε μόνοι σας, από αυτοσχέδια υλικά, τότε αυτή η ενέργεια είναι ελεύθερη.
Σε ορισμένες περιπτώσεις, ενδέχεται να χρειαστείτε μικρή ποσότητα ηλεκτρικού ρεύματος για να τροφοδοτήσετε μια συσκευή χαμηλής ισχύος. Για τη λειτουργία ενός συμπαγούς μετεωρολογικού σταθμού, την παρακολούθηση της στάθμης του νερού στη δεξαμενή, τον φωτισμό κινδύνου και τον έλεγχο της αυτοματοποίησης του θερμοκηπίου. Για καθεμία από αυτές τις συσκευές, πρέπει να έχετε πηγή ενέργειας. Με την περιοδική χρήση της συσκευής (για παράδειγμα, στο σκοτάδι), συνιστάται η χρήση IP που τροφοδοτείται με μπαταρία. Επιπλέον, για τη χρέωση της, είναι πολύ ωφέλιμη η χρήση μιας ανανεώσιμης πηγής ενέργειας, η οποία θα καταστήσει το ΠΕ οικονομικό και αυτόνομο. Και όταν χρησιμοποιείτε αιολική και ηλιακή ενέργεια, η συσκευή, επιπλέον, θα είναι συμπαγής και κινητή.
Αυτό το άρθρο προτείνει την κατασκευή ενός επαναφορτιζόμενου λαμπτήρα LED με φόρτιση από εναλλακτικές φυσικές πηγές ενέργειας. Βάση για σπιτικό χρησίμευσε ως σώμα και επισκευασμένα στοιχεία μιας μπαταρίας NiMH για ένα κατσαβίδι, που συζητήθηκε στο άρθρο.
Διάγραμμα συσκευών
Το κύκλωμα είναι μια αλυσίδα γεννήτριας ενέργειας, μετατροπέα ενέργειας, μπαταρία και πηγή φωτός. Ο μετατροπέας ενέργειας είναι ένας σταθεροποιημένος μετατροπέας τάσης. Μετατρέπει μια χαμηλή τάση εξόδου DC από μια πηγή Gen (ανεμογεννήτρια ή ηλιακός πίνακας) σε μια αυξημένη τάση που επαρκεί για να φορτίσει μια μπαταρία από τέσσερις Bat1 NiMH μπαταρίες. Η συσκευή μπορεί να αυξήσει την τάση εισόδου από 0,8 ... 6,0 volt στην έξοδο 8 ... 30 volts. Σε αυτό το κύκλωμα, η τάση εξόδου σταθεροποιείται και δεν υπερβαίνει το μέγιστο φορτίο (1.8v x 4 = 7.2v).
Εξετάστε τη λειτουργία του μετατροπέα.
Το κύκλωμα βασίζεται σε μια γεννήτρια μπλοκαρίσματος που αποτελείται από έναν μετασχηματιστή, ένα τρανζίστορ VT2, έναν αντιστάτη R1 (επιλεγμένο μεταξύ 360 ... 1200 ohms) και έναν κεραμικό πυκνωτή 0,33 ... 1,0 μικροφάρδους. Κατά τη διάρκεια της λειτουργίας της γεννήτριας μπλοκαρίσματος, λόγω του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου (self-induction) που αναπτύσσεται από το πρωτεύον τύλιγμα, σχηματίζεται υψηλή τάση παλμού στην έξοδο του μετασχηματιστή. Αυτή η τάση διορθώνεται από τη δίοδο VD1 και στη συνέχεια τροφοδοτείται σε μια επαναφορτιζόμενη μπαταρία.
Σταθεροποίηση της τάσης εξόδου του μετατροπέα.
Πολλές επαναφορτιζόμενες μπαταρίες δεν μπορούν να επαναφορτιστούν, καθώς αυτό μειώνει τη διάρκεια ζωής τους. Συνεπώς, στο εξεταζόμενο κύκλωμα, χρησιμοποιείται σταθεροποίηση της τάσης εξόδου. Για να γίνει αυτό, ένα τρανζίστορ τύπου VT1 BC548, μια δίοδος Zener VD2 (τάση σταθεροποίησης επιλέγεται), οι αντιστάτες R2, R3 προστίθενται στο κύκλωμα.
Όταν η διορθωμένη τάση εξόδου από τη γεννήτρια μπλοκαρίσματος υπερβαίνει το όριο τάσης σταθεροποίησης, η δίοδος zener αρχίζει να διέρχεται από το ρεύμα διαμέσου της. Αυτό το ρεύμα ρέει στη βάση του τρανζίστορ VT1. Αυτό το τρανζίστορ, με τη σειρά του, αρχίζει να ανοίγει και να παρασύρει τη γεννήτρια VT2 τρανζίστορ βάσης-εκπομπού. Αυτό προκαλεί μια μείωση στο κέρδος αυτού του τρανζίστορ, αντίστοιχα, μειώνει το πλάτος του σήματος εξόδου.
Λόγω του γεγονότος ότι η μπαταρία NiMH έχει σημαντική χωρητικότητα και μπορεί να φορτιστεί με ρεύματα μέχρι και 1C και το ρεύμα εξόδου του μετατροπέα τάσης δεν είναι υψηλό υπό κανονικές συνθήκες, η σταθεροποίηση του μετατροπέα με ρεύμα δεν ελήφθη υπόψη.
Κατασκευή μετατροπέα τάσης.
1. Λεπτομέρειες για την κατασκευή του μετατροπέα.
Η βάση της γεννήτριας μπλοκαρίσματος είναι ένας μετασχηματιστής, ο οποίος πρέπει να αγοραστεί ή να κατασκευαστεί με τα χέρια σας. Είναι δυνατές οι επιλογές σχεδίασης του μετασχηματιστή:
Η πρωτεύουσα περιέλιξη του μετασχηματιστή αποτελείται από 45 σπείρες σύρματος με διάμετρο 0,3 ... 0,5 mm, τυλιγμένη επί πυρήνα φερρίτη με διάμετρο 10 και μήκος 50 mm. Η δευτερεύουσα περιέλιξη (περιέλιξη ανάδρασης) αποτελείται από 15 ... 20 στροφές του ίδιου σύρματος περιτυλιγμένου πάνω από το πρωτεύον τύλιγμα.
Ο μετασχηματιστής τυλίγεται σε δακτύλιο φερρίτη μήκους 2000ΝΜ μεγέθους K7x4x2 ... K12x7x5 και περιέχει δύο περιελίξεις 20 ... 30 στροφών καλωδίου PEV 0.3 ... 0.5.
Στην περίπτωσή μας, θα το κάνουμε ακόμα πιο εύκολο. Παίρνουμε το τελικό τσοκ από 300 mH και πάνω, πάνω από την περιέλιξη του ανεμοπλένουμε 20 ... 25 στροφές με σύρμα 0,2 ... 0,5 mm, προς την ίδια κατεύθυνση. Συνδέουμε τις περιελίξεις σύμφωνα με το σχέδιο, λαμβάνοντας υπόψη την αρχή της περιέλιξης (που υποδεικνύεται από μια κουκκίδα). Διορθώνουμε τη νέα περιέλιξη με θερμοσυστελλόμενη ταινία, κολλητική ταινία, κόλλα. Ένας τέτοιος μετασχηματιστής αντλείται όχι χειρότερα από ένα δαχτυλίδι.
Τρανζίστορ VT1 κάθε τύπου n-p-n χαμηλής ισχύος - KT315, BC548. Το τρανζίστορ VT2, τύπου n-p-n, επιλέγεται ανάλογα με το φορτίο. Το τρανζίστορ VT2 δεν χρειάζεται ψυγείο, καθώς η γεννήτρια φραγής λειτουργεί σε παλλόμενη λειτουργία.
Συνιστάται η χρήση της δίοδος VD1 από τις σειρές "γρήγορη" 1N4148, 1N5819 (Schottky), KD522 - κατάλληλη για ρεύμα.
Στη δίοδο Zener VD2, η τάση σταθεροποίησης επιλέγεται ανάλογα με την απαιτούμενη τάση εξόδου. VD3 δίοδο οποιοδήποτε κατάλληλο ρεύμα.
Ο πυκνωτής C1 εξομαλύνει τις διακυμάνσεις στην εισερχόμενη τάση και ο πυκνωτής C3 της τάσης εξόδου. Η δίοδος VD3 εμποδίζει την εκφόρτιση των μπαταριών Bat1 αν δεν υπάρχει αρκετή τάση εισόδου σε αυτήν. Το μικροαμετρικό λειτουργεί ως οπτική ένδειξη του ρεύματος φόρτισης της μπαταρίας.
2. Συναρμολόγηση του μετατροπέα τάσης.
Συμπληρώνουμε τον μετατροπέα με εξαρτήματα σύμφωνα με το σχέδιο. Συγκροτούμε τα μέρη του μετατροπέα σε μια γενική πλακέτα κυκλωμάτων. Συνδέουμε το κύκλωμα σε μια ρυθμισμένη πηγή τάσης.
3. Διαμόρφωση και αποσφαλμάτωση της λειτουργίας του μετατροπέα.
Αποσυνδέουμε τη δίοδο Zener VD2 από το κύκλωμα, αντί για R1 θέσαμε μια αντίσταση συντονισμού 4.7 com. Ως φορτίο του μετατροπέα, εγκαθίσταται μια αντίσταση 1kΩ. Αλλάζοντας την αντίσταση R1, επιτυγχάνουμε τη μέγιστη τάση στο φορτίο. Χωρίς φορτίο, αυτό το κύκλωμα μπορεί να παράγει 100 βολτ ή περισσότερα, οπότε κατά την αποσφαλμάτωση, συνιστάται να ρυθμίζετε τον πυκνωτή εξόδου C3 σε τάση τουλάχιστον 200V και μην ξεχνάτε να το εκφορτίσετε. Δεδομένου ότι το πλάτος τάσης στην περιέλιξη εξόδου μπορεί να είναι αρκετά υψηλό, συνιστάται η ενεργοποίηση της αντίστασης απόσβεσης με αντίσταση 10 ... 100 k σε σειρά με το πολύμετρο, η οποία θα βοηθήσει στην αποφυγή βλάβης της συσκευής κατά τη διάρκεια μετρήσεων σε διάφορα σημεία του κυκλώματος. Για να μετρηθεί η σταθερή τάση από την έξοδο της διόδου ανορθωτή, θα πρέπει να συνδεθεί παράλληλα με το βολτόμετρο έναν πυκνωτή χωρητικότητας έως 10 μF και τάσης τουλάχιστον 250 V. Στην περίπτωση αυτή, οι μετρήσεις βολτόμετρου θα είναι ακριβέστερες, καθώς θα μετρήσουμε επίσης την τάση παλμού.
Μετράμε την τιμή της βέλτιστης αντίστασης της μεταβλητής αντιστάσεως R1 και την αντικαθιστούμε στο κύκλωμα με την αντίστοιχη σταθερή αντίσταση. Εγκαθιστούμε τη δίοδο Zener VD2 στο κύκλωμα, στο πλησιέστερο στην επιθυμητή τάση σταθεροποίησης εξόδου. Επιλέγοντας μια δίοδο zener, επιτυγχάνουμε την απαιτούμενη τάση εξόδου. Αυτή είναι η τάση που θα χρησιμοποιήσουμε για τη φόρτιση της μπαταρίας.
Αν ο μετατροπέας δεν ξεκινήσει, τότε ανταλλάσσουμε τα άκρα μίας από τις περιελίξεις του μετασχηματιστή.
4. Ετοιμάζουμε το κενό για την σανίδα εργασίας κόβοντας το επιθυμητό μέγεθος από μια τυπική γενική σανίδα. Οι διαστάσεις της πλακέτας εργασίας επιλέγονται με βάση τις διαστάσεις του προτεινόμενου περιβλήματος μετατροπέα και τον τόπο εγκατάστασης του πίνακα.
5. Εκτελούμε την καλωδίωση του κυκλώματος εντοπισμού σφαλμάτων στην πλακέτα εργασίας.
6. Εγκαταστήστε την πλακέτα μετατροπέα στο προβλεπόμενο σημείο της βάσης της θήκης από τη μπαταρία NiMH για ένα κατσαβίδι. Τοποθετούμε ένα τετράγωνο τεσσάρων αποκατασταθέντων στοιχείων αυτής της μπαταρίας σε ελεύθερο χώρο.
7. Σε μια μικρή πλακέτα PCB συναρμολογούμε μια πηγή φωτός για την λάμπα της κατασκευασμένης μπαταρίας. Συνδέουμε σε αυτό ένα πλέγμα από τα τρία παράλληλα συνδεδεμένα LED και περιορίζουμε την αντίσταση (βλ. Διάγραμμα). Για να στερεώσουμε τις λυχνίες LED στη λάμπα, τρυπάμε μια τρύπα στη γωνία του πίνακα.
8. Για την προσαρμογή της πηγής φωτός LED, επιλέγουμε μια μικρή πλαστική θήκη προστατευτικού ανακλαστήρα. Κατασκευάζουμε ένα βραχίονα μεταβατικού μεταλλικού στοιχείου για ρυθμιζόμενη τοποθέτηση του ανακλαστήρα στο περίβλημα του μετατροπέα. Τοποθετούμε και τοποθετούμε την κάρτα LED στη θέση της.
9. Συγκροτούμε το πάνω μέρος του περιβλήματος του μετατροπέα.
10. Ως οπτικός δείκτης της παρουσίας και του σχετικού μεγέθους του ρεύματος φόρτισης της μπαταρίας, στον ελεύθερο χώρο του άνω μέρους του περιβλήματος του μετατροπέα τοποθετούμε ένα μικροαμετρικό - έναν δείκτη από ένα παλιό μαγνητόφωνο. Το μικροαμετρικό είναι σχεδιασμένο για χαμηλό ρεύμα, έτσι υπολογίζουμε, επιλέγουμε και συνδέουμε μια αντίσταση βραχυκύκλωσης στη συσκευή για να ελέγξουμε την τιμή του αναμενόμενου ρεύματος φόρτισης της μπαταρίας.
11. Συνδέστε τους αγωγούς σε όλα τα μέρη σε ένα μόνο κύκλωμα.
Συνδέουμε την πλακέτα μετατροπέα στην μπαταρία της μπαταρίας μέσω της προστατευτικής δίοδος VD3 και ενός μικροαμετρικού ελέγχου. Φέρνουμε το βύσμα για τη σύνδεση του μετατροπέα σε μια εναλλακτική πηγή ενέργειας (ανεμογεννήτρια ή ηλιακοί συλλέκτες). Συνδέουμε την πηγή φωτός LED στη μπαταρία μέσω εξωτερικού διακόπτη. Συνδυάστε τα πάντα σε ένα κτίριο.
12. Προβλέπεται να χρησιμοποιηθεί η κατασκευασμένη επαναφορτιζόμενη λυχνία LED, μαζί με μια ανεμογεννήτρια που βασίζεται σε κινητήρα μόνιμου μαγνήτη σταθερού μαγνήτη 24v / 0.7A. Αλλά αυτή είναι μια άλλη ιστορία.
