Наблюдая за постоянно возникающей энергией в окружающей нас природе (ветер, солнечный свет, энергия воды), появляется желание попытаться использовать эту даровую энергию. Конечно, проживая среди материка и в умеренном климате, попадающая к нам альтернативная энергия невелика, нет у нас прибрежных ветров и пустынного солнца. Да, энергия не велика, но она приходит к нам практически постоянно. А если изготовить устройство для ее накопления и использования, своими руками, из подручных материалов, то эта энергия и бесплатна.
В некоторых случаях вам может понадобиться небольшое количество электроэнергии для питания маломощного устройства. Для работы компактной метеостанции, контроля уровня воды в баке, для дежурного освещения и управления автоматикой теплицы. Для каждого из этих устройств необходимо иметь источник питания. При периодическом использовании устройства (например, в темное время суток), целесообразно использовать ИП на базе аккумулятора. Причем для его зарядки, наиболее выгодно использовать возобновляемый источник энергии, что сделает ИП экономичным и автономным. А при использовании энергии ветра и солнца, устройство, кроме того, будет компактным и мобильным.
В этой статье предлагается изготовить аккумуляторную светодиодную лампу с зарядкой от альтернативных природных источников энергии. Базой для самоделки послужили корпус и восстановленные элементы NiMH аккумулятора для шуруповерта, рассмотренные в статье.
Схема устройства
Схема представляет собой цепочку из генератора энергии, преобразователя энергии, аккумулятора и источника света. Преобразователем энергии является стабилизированный преобразователь напряжения. Он преобразует низкое выходное напряжение постоянного тока от источника Gen (ветрогенератора или солнечной батареи) в повышенное напряжение, достаточное для заряда батареи из четырех NiMH аккумуляторов Bat1. Устройство способно повышать входное напряжение величиной от 0,8 … 6,0 вольт до выходного 8…30 вольт. В данной схеме, выходное напряжение стабилизировано и не превышает максимального зарядного (1,8v x 4 = 7.2v).
Рассмотрим работу преобразователя.
В основе схемы блокинг-генератор, состоящий из трансформатора, транзистора VT2, резистора R1 (подбирается в пределах 360…1200 ом) и керамического конденсатора 0,33…1,0 мкф. При работе блокинг-генератора, за счет ЭДС самоиндукции, которую развивает первичная обмотка, на выходе трансформатора формируется высокое импульсное напряжение. Это напряжение выпрямляется диодом VD1, а затем поступает на заряжаемую аккумуляторную батарею.
Стабилизация выходного напряжения преобразователя.
Многие аккумуляторные батареи нельзя перезаряжать, так как это сокращает срок их службы. Поэтому, в рассматриваемой схеме, используется стабилизация выходного напряжения. Для этого в схему добавляется транзистор VT1 типа ВС548, стабилитрон VD2 (напряжение стабилизации подбирается), резисторы R2, R3.
Когда выпрямленное выходное напряжение с блокинг-генератора превышает порог напряжения стабилизации, стабилитрон начинает пропускать через себя ток. Этот ток поступает на базу транзистора VT1. Данный транзистор, в свою очередь, начинает открываться и шунтировать переход база – эмиттер транзистора VT2 генератора. Это вызывает уменьшение коэффициента усиления данного транзистора, соответственно, уменьшается амплитуда выходного сигнала.
В связи с тем, что NiMH аккумулятор имеет значительную емкость и допускает заряд токами до 1С, а выходной ток преобразователя напряжения в обычных условиях невысок, стабилизация преобразователя по току не рассматривалась.
Изготовление преобразователя напряжения.
1. Детали для изготовления преобразователя.
Основой блокинг-генератора является трансформатор, который необходимо приобрести или изготовить своими руками. Возможны варианты конструкции трансформатора:
Первичная обмотка трансформатора состоит из 45 витков провода диаметром 0,3…0,5 мм, намотанных на ферритовом стержне диаметром 10 и длиной 50мм. Вторичная обмотка (обмотка обратной связи) состоит из 15…20 витков того же провода, намотанных поверх первичной обмотки.
Трансформатор наматывается на ферритовом кольце 2000НМ размером К7х4х2 … К12х7х5 и содержит две обмотки по 20…30 витков провода ПЭВ 0,3…0,5.
В нашем случае поступим еще проще. Берем готовый дроссель от 300 мГн и выше, поверх его обмотки мотаем 20…25 витков проводом 0,2…0,5 мм, в том же направлении. Соединяем обмотки согласно схеме, учитывая начало обмотки (обозначено точкой). Новую обмотку фиксируем термоусадкой, скотчем, клеем. Такой трансформатор качает не хуже, чем кольцо.
Транзистор VT1 любой маломощный n-p-n типа — КТ315, ВС548. Транзистор VT2, n-p-n типа, подбирается в зависимости от нагрузки. Транзистору VT2 не требуется радиатор охлаждения, так как блокинг-генератор работает в импульсном режиме.
Диод VD1 желательно использовать из серии «быстрых» 1N4148, 1N5819 (Шоттки), КД522 – подходящий по току.
У стабилитрона VD2, напряжение стабилизации подбирается в зависимости от требуемого выходного напряжения. Диод VD3 любой подходящий по току.
Конденсатор С1 сглаживает колебания поступающего напряжения, а конденсатор С3 выходного напряжения. Диод VD3 предотвращает разряд аккумуляторов Bat1 при отсутствии на нем достаточного входного напряжения. Микроамперметр служит визуальным индикатором зарядного тока аккумулятора.
2. Сборка преобразователя напряжения.
Комплектуем преобразователь деталями согласно схеме. Собираем детали преобразователя на универсальной монтажной плате. Подключаем схему к источнику питания с регулируемым напряжением.
3. Настройка и отладка работы преобразователя.
Отключаем из схемы стабилитрон VD2, вместо R1 ставим подстроечное сопротивление величиной 4,7 ком. В качестве нагрузки преобразователя устанавливаем резистор 1кОм. Изменяя сопротивление R1, добиваемся максимального напряжения на нагрузке. Без нагрузки эта схема может выдать 100 вольт и более, так что при отладке желательно установить выходной конденсатор С3 на напряжение не менее 200V и не забывать его разряжать. Так как амплитуда напряжения на выходной обмотке может быть достаточно высокой, рекомендуется последовательно мультиметру включить гасящий резистор сопротивлением 10…100 к. Он поможет предотвратить повреждение прибора во время проведения замеров в различных точках схемы. Для измерения постоянного напряжения с выхода выпрямительного диода, параллельно вольтметру следует включить конденсатор емкостью до 10 мкФ и напряжением не ниже 250 В. В таком случае показания вольтметра будут более точными, так как мы будем измерять и импульсное напряжение.
Измеряем величину оптимального сопротивления переменного резистора R1 и заменяем его в схеме на соответствующий постоянный резистор. Устанавливаем в схему стабилитрон VD2, на ближайшее к требуемому выходному, напряжение стабилизации. Подбором стабилитрона добиваемся необходимого выходного напряжения. Это напряжение и будем использовать для зарядки аккумуляторной батареи.
Если преобразователь не запускается, то меняем местами концы одной из обмоток трансформатора.
4. Готовим заготовку для рабочей платы, вырезав нужный размер из типовой универсальной платы. Размеры рабочей платы выбираем исходя из размеров предполагаемого корпуса преобразователя и места в нем для установки платы.
5. Выполняем распайку отлаженной схемы на рабочую плату.
6. Устанавливаем плату преобразователя в намеченное место основания корпуса от NiMH аккумулятора для шуруповерта. На свободное место размещаем блок из четырех восстановленных элементов этого аккумулятора.
7. На небольшой плате из текстолита собираем источник света для изготовляемой аккумуляторной лампы. Распаиваем на ней матрицу их трех параллельно соединенных светодиодов и ограничительного сопротивления (см. схему). Для закрепления светодиодов в лампе, в углу платы сверлим отверстие.
8. Для размещения светодиодного источника света, подбираем небольшой пластмассовый защитный корпус-отражатель. Изготовляем переходной металлический кронштейн для регулируемой установки отражателя к корпусу преобразователя. Устанавливаем и закрепляем на место плату светодиодов.
9. Собираем верхнюю часть корпуса преобразователя.
10. В качестве визуального индикатора наличия и относительной величины зарядного тока аккумулятора, на свободном месте верхней части корпуса преобразователя, поместим микроамперметр — индикатор от старого магнитофона. Микроамперметр рассчитан на малый ток, поэтому рассчитываем, подбираем и подключаем к прибору шунтирующий резистор для контроля величины ожидаемого тока заряда аккумулятора.
11. Соединяем проводниками все части в единую схему.
Подключаем плату преобразователя к батарее аккумулятора через защитный диод VD3 и контрольный микроамперметр. Выводим наружу разъем для подключения преобразователя к источнику альтернативной энергии (ветрогенератор или солнечные батареи). Подключаем светодиодный источник света к батарее аккумулятора через внешний выключатель. Объединяем все в единый корпус.
12. Планируется использование изготовленной аккумуляторной светодиодной лампы, совместно с ветрогенератором на базе двигателя постоянного тока 24v / 0,7A на постоянных магнитах. Но это уже другая история.
Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.
Источник: