|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Геліостат. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Альтернативні джерела енергії У пристроях, званих екваторіальними системами, що стежать, кут нахилу осі до землі підтримується постійним. У зв'язку з цим при зміні пір року відбуватиметься постійне зниження ефективності фотоелектричного перетворення. Для максимальної ефективності необхідно вводити додаткове регулювання кута нахилу. Зручність регулювання залежить від конкретної установки. Змінювати величину полярного кута недоцільно, інакше пропадає сам сенс такого слідкуючого пристрою. Тому потрібно підлаштовувати кут, під яким сонячна панель прикріплюється до осі. Було б корисно мати сонячну систему, що стежить, здатну відстежувати положення сонця в двох площинах, тобто двоосьову систему, що стежить. Слідкуючу систему з двома ступенями свободи часто називають геліостатом. Геліостати Термін геліостат часто використовується для позначення конструкцій із сонячними батареями, проте це частково неправильно. Насправді геліостат - це змонтований на верхній поверхні опори відбивач (дзеркало) з приводом від двигуна, який стежить за сонцем і відбиває його світло постійно в те саме місце. Оскільки саме геліостат стежить за сонцем, познайомимось із його роботою ближче. Геліостат через складність процесу руху, як правило, розміщується на вертикальній опорі і приводиться в рух азимутальною системою, що стежить. Азімутальна система, що стежить, відрізняється від екваторіальної по ряду істотних ознак. По-перше, опори багатьох азимутальних систем встановлюються вертикально (рис. 1). Вертикальна опора має безліч переваг перед похилою, яка використовується для полярних систем стеження. Насамперед в опорі відсутні будь-які напруги вигину. Коли ж опора нахилена, у місці зіткнення її із землею з'являється напруга.
Величина напруги прямо пропорційна вазі устаткування, розміщеного на опорі, і це викликає певні труднощі. З іншого боку, пряма колона передає зусилля вертикально донизу. Отже, якщо колона не знаходиться під бічним напругою, вона має полегшену конструкцію. Згадайте стебло кульбаби, яке витримує вертикально додану вагу квітки, але легко може зламатися при вигині. Звичайно, зустрічаються похилі опори азимутальних систем, що стежать (розташовані під кутом, рівним широті розташування установки). Але в цьому випадку їх можна віднести до типу екваторіальних систем, що стежать, якщо навіть управління ними здійснюється в двох різних площинах. Такий тип стежать систем переважно використовують астрономи. І хоча телескоп повертається навколо двох осей, завжди використовується лише полярний привід. Кут місця телескопа часто встановлюється лише один раз. Азімутальні слідкуючі системи відрізняються від екваторіальних головним чином тим, що вони одночасно відстежують об'єкт у двох різних площинах. Тому для приводу потрібні два мотори. Один двигун переміщає приймач сонячного випромінювання в горизонтальній площині, інший - у вертикальній. Немає фіксованого положення або орієнтації. Без будь-яких обмежень азимутальна слідкувальна система може вказувати в будь-яку точку небосхилу в будь-який момент часу. Очевидно, що для забезпечення подібного діапазону переміщень потрібен складніший пристрій, ніж простий годинниковий механізм. Часто таким складним рухом керує комп'ютер. (Маються на увазі годинникові механізми, які використовуються для наведення телескопів у певну точку зоряного неба). Звичайно, в нашій системі, що стежить, нам не потрібен комп'ютер, проте деякими властивостями комп'ютерної логіки ми скористаємося. За допомогою унікальної комбінації звичайної тіні, що відкидається предметами, та електронної логіки ми зможемо отримати необхідні команди управління для стеження за Сонцем. Принцип роботи Я вважаю "мозком" стежить системи світлочутливу голівку внаслідок її особливих властивостей та форми. Спочатку звернемося до механічних аспектів сонячного датчика. На рис. 2 головка показана у розібраному вигляді, а на рис. 3 – у зібраному.
Чутлива головка складається з непрозорої основи, в центрі якої розташовані чотири світлочутливі датчики. У нашому пристрої використані для цього інфрачервоні фототранзистори. Фототранзистори розділяються двома тонкими напівкруглими металевими перегородками, в яких до середини випиляні пази, що дозволяє забезпечити з'єднання, як показано на рис. 2. Подібна конструкція переважно застаріла картонна. Зазначимо, кожен транзистор перебуває у окремій секції. Якщо ви розташуєте пристрій, як показано на рис. 3, то всі фототранзистори, крім одного (найближчого до нас), сховаються з уваги. Ця ситуація еквівалентна найбільш звичному робочому положенню пристрою під час освітлення. Інакше кажучи, один датчик вловлює сонячні промені, тоді як інші перебувають у тіні. Скористаємося цим явищем. Розташуємо чутливу голівку те щоб її перегородки були спрямовані у напрямах північ - південь і схід - захід, як показано на рис. 4. Кожна секція з фототранзистором позначена літерами А, В, С, D. Тепер розглянемо різні варіанти взаємного становища чутливої голівки та сонця.
Зробимо щось на зразок вправи з читання карти. Коли сонце знаходиться у напрямку на північ по відношенню до чутливої голівки, воно висвітлює секції А і В. Сонячні промені, що падають на чутливу голівку зі сходу, будуть детектуватись фототранзисторами В і С. Якщо сонце знаходиться на північному сході, світло потраплятиме лише на фотодатчик Ст. Тепер ідея зрозуміла. Подібний розгляд справедливий для будь-яких напрямків падаючих променів. Читачеві можна детально розібрати всі ці випадки. Логіка роботи схеми Інформація, що надходить з цих чотирьох датчиків, використовується системою, що стежить для відстеження руху сонця по небосхилу. Саме тут використовується комп'ютерна логіка. Але для неї необхідно підготувати вихідні дані. Це завдання вирішує схема, представлена на рис. 5. Для спрощення міркувань зведемо її до блок-схеми.
Не вдаючись поки деталі, досить сказати, що, коли фототранзистор Q1 не освітлений, на виході мікросхеми IC2A є напруга високого рівня. Те саме справедливо для фототранзисторів Q2, Q3 і Q4: якщо вони не освітлені, на відповідних виходах мікросхеми IC2 є високий потенціал. Саме ці чотири вихідні сигнали будуть використовуватися для керування двома моторами. Логічна задача керування вирішується мікросхемою IC3. Вона складається з чотирьох елементів І-НЕ, об'єднаних в одному корпусі (всі чотири елементи працюють незалежно один від одного). Якщо обидва входи елемента І-НЕ подати високий потенціал, на виході встановиться напруга низького рівня. Щоб зрозуміти, як мікросхема IC3 перетворює ці безладні дані на команди управління, розглянемо приклад. Припустимо спочатку, що у всіх виходах інверторів IC2 є високий потенціал (що відповідає темному часу доби). Потім припустимо, що промені ранкового сонця потрапляють до секції А, освітлюючи фототранзистор Q1. В результаті на виході IC2 встановлюється низька напруга. На виході IC3 з'явиться напруга найвищого рівня. Згадаймо, що на виході елемента І-НЕ буде високий потенціал, поки на обох входах відсутня велика напруга. Звучить незвично, але це негативна логіка. Вихідною напругою елемента І-НЕ управляється польовий транзистор МОП-структури з V-подібними канавками, ланцюга стоку якого включено реле. Реле спрацьовує, коли виході логічного елемента з'являється висока напруга. Всього у схемі чотири формувачі та чотири реле. Контакти реле включені таким чином, що реле RL1 та RL2 керують одним мотором, а реле RL3 та RL4 – іншим. Тоді сигналом з фототранзистора Q1 мікросхема IC3A включить реле RL1. При замиканні контактів реле RL1 на мотор подається напруга, і азимутна система стежки повертається в північному напрямку, тому що, якщо світло падає на Q1, сонце має бути на півночі. Так здійснюється пошук сонця системою. Однак зниження вихідної напруги IC2A також призводить до ще одного результату. На виході мікросхеми IC3C (вхід якої підключений до виходу IC2A) встановлюється високий потенціал і спрацьовує реле RL3. Логічна схема IC3C цілком справедливо "вирішила", що сонце знаходиться на захід від секцій, С і D, і починає повертати систему в західному напрямку. В результаті одночасно обидва двигуни переміщують пристрій у північно-західному напрямку, оскільки саме там знаходиться сонце. Освітлення транзистора Q4 буде відповідати середньому становищу сонця між північним та південним датчиками чутливої головки. Як тільки це станеться, на виході мікросхеми IC2D встановиться напруга низького рівня, а на виході мікросхеми IC3B – напруга високого рівня та спрацює реле RL2. Обидва виведення двигуна підключаються до одного і того ж полюса джерела живлення, і двигун зупиниться. У той самий час стежить система продовжує пошук сонця у бік захід. Напрямок на сонці знаходиться, коли обидва транзистори Q2 і Q3 висвітлюються його променями. В результаті спрацьовує реле RL3 і двигун орієнтування системи в напрямку схід-захід зупиняється. Коли освітлені всі чотири датчики, то включаються всі чотири реле, і мотори не працюють. Чутлива головка виявила сонце і тепер точно спрямована у його бік. Будь-яке зміщення сонця з цього положення викликає затінення принаймні двох датчиків та повторне спрацювання логічної схеми. У розглянутому вище прикладі сонце сходило північному заході, що, звісно, неможливо. Проте подібне припущення було зроблено, щоб проілюструвати широкі можливості системи геліостату. Цілком не важливо, де зійде сонце. Слідкуюча система знайде цей напрямок. Перетворення сигналу При поясненні принципу дії логічної схеми спеціально розглядалися важливі особливості перетворення сигналу. Зробимо це тепер. При функціонуванні схеми мають місце певні явища. Кожен із чотирьох фототранзисторів працює незалежно від інших, тому процес перетворення сигналу відбувається чотириразово. Проте вважатимемо, що всі чотири канали працюють ідентично, і доцільніше розглянути роботу лише одного з них. Спочатку світло перетворюється на електронний сигнал. Перетворенням світла на електрику займається фототранзистор. Чим більше світла падає на фототранзистор, тим більший струм протікає через нього. В емітерному ланцюзі транзистора включено резистор, на якому при протіканні струму створюється падіння напруги. Падіння напруги на резистори прямо пропорційно протікає струму, який у свою чергу пропорційний інтенсивності світла. Отже, велике засвічення викликає збільшення напруги. З емітерного резистора напруга подається на неінвертуючий вхід компаратора напруги. Опорна напруга прикладена до входу, що інвертує. Коли напруга, що надходить з емітерного резистора, перевищує опорну, на виході компаратора з'являється напруга високого рівня. Якщо напруга на емітер нижче опорного, на виході компаратора з'являється напруга низького рівня. Робота схеми визначається величиною опорної напруги. Як відомо, необхідною властивістю системи, що стежить, є можливість визначення рівня інтенсивності сонячного випромінювання, доцільного для практичного застосування. Це можна зробити за допомогою опорної напруги. Оскільки напруга на емітерному резистори є функцією інтенсивності сонячного світла, за величиною цієї напруги можна судити про те, що інтенсивність випромінювання досягає практично прийнятного рівня. Цей рівень визначає компаратор: вхідна напруга перевищує опорну, досягнуто необхідного світлового рівня. Таким чином, реле не може спрацювати, поки напруга на емітері не перевищить значення, що відповідає мінімальному рівню інтенсивності сонячного випромінювання. Більш того, на всі компаратори подається опорна напруга від одного і того джерела, і, отже, одна установка напруги діє на всі компаратори. При збільшенні порога спрацьовування одного каналу збільшується поріг спрацьовування решти. У вихідному каскаді компаратора стоїть транзистор з відкритим колектором, до якого для зняття вихідного сигналу необхідно включити навантажувальний опір. Для узгодження з входом елементів І-НЕ та за логікою роботи вихідний сигнал компаратора пропускається через інвертор. Конструкція чутливої головки Якщо ви відразу скористаєтеся рекомендаціями, виготовлення чутливої головки не складе труднощів. Затінюють секції виготовляються з тонкого металу, наприклад, з листа алюмінію. Виріжте з нього коло діаметром близько 10 см. Потім розріжте його на два півкола однакових розмірів та форми. Визначте середину прямого краю півкола і відновіть перпендикуляр з цієї точки до перетину з півколом. Позначте середину перпендикуляра, вона повинна бути на відстані 2,5 см від краю. Виконайте ці операції з обома півколами. Відкладіть одну з деталей, щоб не переплутати. Зробіть надпил в одній з деталей від основи (прямого краю) до позначки середини перпендикуляра. В іншій такій же деталі проробіть подібний надпил, але цього разу від зовнішнього (закругленого) краю у напрямку центру до позначки середини перпендикуляра. Подивіться, як це зроблено на рис. 2. З'єднайте деталі разом, як показано на рис. 3. Найщільніше з'єднання можна отримати, якщо користуватися ножівкою з товщиною ріжучої кромки полотна, що дорівнює товщині металу. Полотно із дрібними зубчиками дає більш тонкий розріз. Основу головки можна зробити з дерева, пластмаси чи металу. Хоча найкраще використовувати метал, його складніше обробляти. В якості основи береться круглий диск діаметром близько 10 см, що відповідає розміру диска, що використовується для виготовлення секцій, що затіняють. Розкресліть основу на чотири рівні сектори, як при розрізанні торта. Ножівкою пропиляйте по цих лініях невеликі канавки глибиною принаймні 0,8 мм або більше (як дозволяє матеріал), але не глибше ніж на половину товщини. Після закінчення ви повинні отримати хрестоподібну решітку з перетином у центрі круглої основи. Вид канавок повинен нагадувати перехрестя прицілу в телескопічній гвинтівці, таке ж тонке та акуратне. Просвердліть у кожному квадранті за отвором діаметром 6 мм якомога ближче до перехрестя канавок (рис. 4). Проте між канавками та отворами необхідно залишити деякий зазор. Тепер все готове, щоб прикріпити секції до основи. Алюмінієві деталі можна склеїти епоксидним клеєм. Деталі з іншого металу можна спаяти. Пам'ятайте, що конструкція не розрахована на якесь навантаження, і, отже, найважливіше, щоб окремі частини головки були міцно з'єднані один з одним. Однак слід пам'ятати, що в результаті нагрівання конструкції сонячним промінням з'явиться напруга. У зв'язку з цим небажано використовувати матеріали з різними коефіцієнтами теплового розширення і покривати фарбою готовий зібраний виріб. Вставте фототранзистори у відповідні отвори та приклейте їх. Колекторні висновки підключаються до спільного джерела живлення, тому їх можна з'єднати разом. При використанні металевої основи загальні висновки можна приєднати до неї, оскільки основа служить "землею" та екранує головку від зовнішніх перешкод. Зрештою, необхідно закрити пристрій від впливу несприятливих погодних умов прозорим ковпаком. Переважно використовувати скло, оскільки воно довговічніше. Подібний ковпак можна знайти у відділі сувенірів чи зоомагазині. Краще спочатку придбати прозорий ковпак, а потім підігнати під нього розмір основи та секцій. Приклейте захисний ковпак до основи рідким склом. Конструкція друкованої плати Електронну частину схеми виконано із застосуванням друкованого монтажу. Розміщення деталей наведено на рис. 6, малюнок друкованої плати – на рис. 7 та 8. Зауважте, що друкована плата двостороння.
Через наявність реле друкована плата має чималі розміри. Використовуються стандартні реле типу двополюсного перемикача у прозорому корпусі. Контакти розраховані струм 10 А при змінному напрузі 125 У. Тим не менш, обмежуючим фактором є не той струм, що постійно протікає, який витримують контакти реле, а струм, який вони можуть переривати. Тому для збільшення граничних комутованих струмів дві пари контактів включаються послідовно. Відомо, що з розмиканні контактів виникає електрична дуга. Вона викликана е. д. с. самоіндукції, що виникає під час розриву ланцюга живлення електромотора. У ланцюзі змінного струму дуга швидко пропадає при реверсуванні напряму електричного поля. Однак у ланцюзі постійного струму дуга може підтримувати себе досить довгий час. Запобігти утворенню дуги можна збільшенням відстані між контактами та швидкості їх роз'єднання. При послідовному з'єднанні контактів реле сумарна відстань між розімкненими контактами подвоюється і збільшується швидкість їхнього роз'єднання. Отже, реле може комутувати навантаження, що перевищує паспортне значення. Реле зазвичай поставляється разом з сполучним роз'ємом, що дуже корисно для узгодження з моторами системи, що стежить, оскільки реле випускаються на різні стандартні напруги живлення в діапазоні від 6 В постійного або змінного струму до 120 В. Я раджу не припаювати реле безпосередньо до плати, а з'єднувати через роз'єми, тоді можна підібрати реле з будь-якою напругою живлення. Для зручності шина живлення реле ізольована від плюсового дроту живлення. Для підключення реле до "плюсу" джерела живлення просто припаяйте перемичку, як зазначено на схемі. Якщо використовуються реле з напругою живлення більше 60 В постійного струму, необхідно підібрати польові транзистори, що витримують велику напругу (вони випускаються на напругу понад 400 В). Не забудьте також замінити і діоди D1 - D4 на діоди, які розраховані на більшу напругу, і ніколи не використовуйте діоди з реле, що живляться від змінного струму. Інша частина пристрою, що вимагає особливої уваги, – це емітерні резистори R1, R2, R3 та R4. Малоймовірно, що ви зможете знайти чотири фототранзистори з настільки близькими характеристиками, що напруги їхніх емітерів збігатимуться при однаковій освітленості. Для компенсації розкиду параметрів необхідно підібрати значення емітерних резисторів. Номінал в 1 ком - це лише орієнтовне значення резисторів при налагодженні, і його необхідно підбирати точніше. Майте на увазі, що величина опору може залежати від температури. Найпростіше підібрати величину опору, замінивши постійний резистор змінним. Почніть із величини опору 1 ком. При освітленні чутливої головки світлом із різними рівнями інтенсивності можна одержувати певну таблицю значень напруги. Не намагайтеся замінити сонячне освітлення світлом лампи розжарювання. Фототранзистори чутливі до інфрачервоного випромінювання та по-різному реагують на ці джерела світла. Якщо при вимірюваннях виявиться, що один фототранзистор дуже швидко реагує на зміну освітленості, зменшіть величину резистора. Однак при цьому необхідно зменшити опір всіх резисторів, щоб зберегти нормальну працездатність схеми. Зрештою, ви знайдете значення, при яких компаратори за сигналами, що надходять від відповідних фототранзисторів, будуть спрацьовувати за однакового рівня світла.
Заміряйте отримане значення опору змінного резистора та замініть його постійним того ж номіналу.
Корисні рекомендації Регулювання змінюють рівень спрацьовування. У багатьох випадках немає необхідності встановлювати цей поріг надто низьким, інакше система стеження марно витрачатиме енергію. Маючи певні елементи, ви, можливо, захочете підрегулювати рівень спрацьовування схеми. Хоча дана система, що стежить, має найширший кут огляду серед усіх саморобок, описаних у цій книзі, все ж вона може з настанням ночі зупинитися в незручному положенні. У цьому випадку можлива втрата декількох ранкових годин, поки система не почне реагувати на рівень освітленості, що збільшився. Якщо це вам не подобається, зробіть так, щоб система, що слідкує, поверталася в нейтральне положення після того, як всі реле знеструмляться. Це завдання може вирішити проста логічна схема. Найкраще початкове положення - середнє, що вказує на полуденне небо. Автор: Байєрс Т.
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Зовнішня інфрачервона камера Ulefone ▪ EiceDRIVER X3 - сімейство аналогових та цифрових ізольованих драйверів затвора
▪ Розділ сайту Історія техніки, технології, предметів навколо нас. Добірка статей ▪ стаття Анестезіологія та реаніматологія. Шпаргалка ▪ стаття Чи можуть колібрі висіти у повітрі? Детальна відповідь ▪ стаття Бер. Легенди, вирощування, способи застосування ▪ стаття Низькобюджетний металодетектор. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Фокус з перевертання карт. Секрет фокусу
Коментарі до статті: Аділет Чи є спосіб автоматизації спрямування сонячних променів саме на вежу?
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page