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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Eliostato. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Fonti di energia alternative Nei dispositivi chiamati sistemi di tracciamento equatoriale, l'angolo di inclinazione dell'asse rispetto al suolo viene mantenuto costante. A questo proposito, con il cambio delle stagioni, si avrà una costante diminuzione dell'efficienza della conversione fotovoltaica. Per ottenere la massima efficienza, è necessario introdurre una regolazione aggiuntiva dell'angolo di inclinazione. La comodità di introdurre la regolazione dipende dall'installazione specifica. Non è consigliabile modificare il valore dell'angolo polare, altrimenti il \uXNUMXb\uXNUMXbsignificato stesso di un tale dispositivo di tracciamento scompare. Pertanto, è necessario regolare l'angolo con cui il pannello solare è fissato all'asse. Sarebbe utile disporre di un sistema di inseguimento solare in grado di tracciare la posizione del sole su due piani, cioè un sistema di inseguimento a due assi. Un sistema di tracciamento con due gradi di libertà è spesso chiamato eliostato. eliostati Il termine eliostato è spesso usato per riferirsi ai pannelli solari, ma questo è in qualche modo errato. Un eliostato è infatti un riflettore (specchio) motorizzato montato sulla superficie superiore del supporto, che segue il sole e ne riflette la luce costantemente nello stesso punto. Poiché è l'eliostato che controlla il sole, diamo un'occhiata più da vicino al suo lavoro. A causa della complessità del processo di movimento, l'eliostato è solitamente posizionato su un supporto verticale e guidato da un sistema di tracciamento azimutale. Il servosistema azimutale differisce da quello equatoriale in molti modi significativi. Innanzitutto, i supporti di quasi tutti i sistemi azimutali sono installati verticalmente (Fig. 1). Il supporto verticale presenta molti vantaggi rispetto a quello inclinato utilizzato per i sistemi di puntamento polare. Innanzitutto, non ci sono sollecitazioni di flessione nel supporto. Quando il supporto è inclinato, la tensione appare nel punto di contatto con il suolo.
L'entità della sollecitazione è direttamente proporzionale al peso dell'attrezzatura posta sul supporto, e ciò causa sempre alcune difficoltà. Al contrario, una colonna diritta trasmette la forza verticalmente verso il basso. Pertanto, se la colonna non è sottoposta a sollecitazione laterale, ha un design leggero. Pensa allo stelo del dente di leone, che sostiene il peso applicato verticalmente del fiore, ma può rompersi facilmente se piegato. Naturalmente, ci sono supporti inclinati dei sistemi di tracciamento azimutale (situati ad un angolo uguale alla latitudine del luogo di installazione). Ma in questo caso possono essere attribuiti al tipo di servosistemi equatoriali, anche se sono controllati su due piani diversi. Questo tipo di sistema di tracciamento è utilizzato principalmente dagli astronomi. E sebbene il telescopio ruoti attorno a due assi, viene costantemente utilizzato solo il motore polare. L'angolo di elevazione del telescopio viene spesso impostato solo una volta. I sistemi di tracciamento azimutale differiscono dai sistemi di tracciamento equatoriale principalmente in quanto tracciano simultaneamente un oggetto su due piani diversi. Pertanto, per l'azionamento sono necessari due motori. Un motore sposta il ricevitore della radiazione solare su un piano orizzontale, l'altro su uno verticale. Non esiste una posizione o un orientamento fisso. Senza alcuna restrizione, il sistema di tracciamento dell'azimut può indicare qualsiasi punto del cielo in qualsiasi momento. Ovviamente, per fornire una tale gamma di movimenti, è necessario un dispositivo più complesso di un semplice orologio. Spesso un movimento così complesso è controllato da un computer. (Riferito ai meccanismi dell'orologio usati per puntare i telescopi in un certo punto del cielo stellato). Naturalmente, nel nostro sistema di tracciamento non abbiamo bisogno di un computer, ma utilizzeremo alcune proprietà della logica del computer. Con l'aiuto di una combinazione unica di ombre normali proiettate da oggetti e logica elettronica, saremo in grado di ottenere i comandi di controllo necessari per seguire il Sole. Come funziona Considero la testa fotosensibile il "cervello" del sistema di tracciamento per le sue speciali proprietà e forma. Diamo prima un'occhiata agli aspetti meccanici del sensore solare. Sulla fig. 2 la testa è mostrata smontata, e in fig. 3 - assemblato.
La testina sensibile è costituita da una base opaca, al centro della quale si trovano quattro sensori sensibili alla luce. Il nostro dispositivo utilizza fototransistor a infrarossi per questo scopo. I fototransistor sono separati da due sottili partizioni metalliche semicircolari, in cui sono segate delle scanalature al centro, che consentono il collegamento, come mostrato in Fig. 2. Questo design è preferibile al cartone obsoleto. Si noti che ogni transistor è nella propria sezione. Se si posiziona il dispositivo come mostrato in Fig. 3, quindi tutti i fototransistor, tranne quello più vicino a noi, scompariranno dalla vista. Questa situazione è equivalente alla posizione di lavoro più familiare del dispositivo sotto illuminazione. In altre parole, un sensore cattura i raggi del sole mentre gli altri sono all'ombra. Approfittiamo di questo fenomeno. Posizioniamo la testa sensibile in modo che le sue partizioni siano orientate nelle direzioni nord-sud ed est-ovest, come mostrato in Fig. 4. Ogni sezione con un fototransistor è contrassegnata dalle lettere A, B, C, D. Consideriamo ora varie opzioni per la posizione relativa della testa sensibile e del sole.
Facciamo qualcosa come un esercizio di lettura della mappa. Quando il sole si trova a nord della testa di rilevamento, illumina le sezioni A e B. La luce solare che colpisce la testa di rilevamento da est verrà rilevata dai fototransistor B e C. Se il sole si trova a nord-est, la luce cadrà solo sul fotosensore B. Ora l'idea è chiara. Analoga considerazione vale per qualsiasi direzione dei raggi incidenti. Al lettore viene data l'opportunità di analizzare in dettaglio tutti questi casi. La logica del circuito Le informazioni provenienti da questi quattro sensori vengono utilizzate dal sistema di tracciamento per tracciare il movimento del sole nel cielo. È qui che viene utilizzata la logica del computer, ma per questo è necessario preparare i dati iniziali. Questo problema è risolto dal circuito mostrato in Fig. 5. Per semplificare il ragionamento, lo riduciamo a uno schema a blocchi.
Senza entrare ancora nei dettagli, basti dire che quando il fototransistor Q1 non è acceso, l'uscita di IC2A è alta. Lo stesso vale per i fototransistor Q2, Q3 e Q4: se non sono illuminati, le corrispondenti uscite di IC2 sono ad alto potenziale. Sono queste quattro uscite che verranno utilizzate per controllare i due motori. Il compito di controllo logico è risolto dal chip IC3. Consiste di quattro elementi NAND combinati in un unico corpo (tutti e quattro gli elementi funzionano indipendentemente l'uno dall'altro). Se viene applicato un potenziale elevato a entrambi gli ingressi dell'elemento AND-NOT, in uscita verrà impostata una tensione di basso livello. Per capire come IC3 converte questi dati disordinati in comandi di controllo, diamo un'occhiata a un esempio. Si supponga innanzitutto che tutte le uscite degli inverter IC2 siano ad alto potenziale (corrispondente all'ora buia della giornata). Supponiamo quindi che i raggi del sole mattutino entrino nella sezione A, illuminando il fototransistor Q1. Di conseguenza, l'uscita di IC2 è bassa. L'uscita di IC3 aumenterà. Ricordiamo che ci sarà un alto potenziale all'uscita dell'elemento NAND fintanto che non c'è alta tensione su entrambi gli ingressi. Sembra strano, ma è una logica negativa. La tensione di uscita dell'elemento NAND è controllata da un transistor ad effetto di campo MOS con scanalatura a V, nel cui circuito di drenaggio è collegato un relè. Il relè viene attivato quando appare un'alta tensione all'uscita dell'elemento logico. In totale, ci sono quattro shaper e quattro staffette nel circuito. I contatti del relè sono collegati in modo tale che i relè RL1 e RL2 controllino un motore e i relè RL3 e RL4 controllino l'altro. Quindi, su un segnale dal fototransistor Q1, il chip IC3A accenderà il relè RL1. Quando il relè RL1 si chiude, il motore viene eccitato e il servo dell'azimut gira verso nord perché se la luce cade su Q1, il sole deve essere a nord. È così che il sistema cerca il sole. Tuttavia, l'abbassamento della tensione di uscita di IC2A ha anche un altro effetto. L'uscita del chip IC3C (il cui ingresso è collegato all'uscita di IC2A) è impostata su un potenziale alto e il relè RL3 è attivato. La logica IC3C ha giustamente "determinato" che il sole si trovava a ovest delle sezioni B, C e D, e ha iniziato a ruotare il sistema in direzione ovest. Di conseguenza, entrambi i motori spostano contemporaneamente il dispositivo in direzione nord-ovest, poiché è lì che si trova il sole. L'illuminazione del transistor Q4 corrisponderà alla posizione media del sole tra i sensori nord e sud della testa di rilevamento. Non appena ciò accade, l'uscita di IC2D diventerà bassa e l'uscita di IC3B diventerà alta e il relè RL2 funzionerà. Entrambe le uscite del motore sono collegate allo stesso polo dell'alimentazione e il motore si fermerà. Allo stesso tempo, il sistema di tracciamento continua a cercare il sole in direzione ovest. La direzione verso il sole si trova quando entrambi i transistor, Q2 e Q3, sono illuminati dai suoi raggi. Di conseguenza si attiva il relè RL3 e si arresta il motore di orientamento est-ovest del sistema. Quando tutti e quattro i sensori sono accesi, tutti e quattro i relè si accendono e i motori non funzionano. La testina sensibile ha rilevato il sole ed è ora puntata con precisione nella sua direzione. Qualsiasi spostamento del sole da questa posizione causerà l'oscuramento di almeno due sensori e la riattivazione della logica. Nell'esempio sopra, il sole stava sorgendo a nord-ovest, il che, ovviamente, è impossibile. Tuttavia, tale ipotesi è stata fatta per illustrare le ampie possibilità del sistema di tracciamento dell'eliostato. Non importa dove sorge il sole. Il sistema di tracciamento troverà questa direzione. Conversione del segnale Nello spiegare il principio di funzionamento del circuito logico, le caratteristiche importanti della conversione del segnale non sono state specificamente considerate. Facciamolo adesso. Durante il funzionamento del circuito si verificano determinati fenomeni. Ciascuno dei quattro fototransistor funziona indipendentemente dagli altri, quindi il processo di conversione del segnale avviene quattro volte. Tuttavia, assumeremo che tutti e quattro i canali funzionino allo stesso modo ed è più opportuno considerare il funzionamento di uno solo di essi. Innanzitutto, la luce viene convertita in un segnale elettronico. Il fototransistor è responsabile della conversione della luce in elettricità. Più luce cade sul fototransistor, più corrente scorre attraverso di esso. Un resistore è incluso nel circuito dell'emettitore del transistor, sul quale viene creata una caduta di tensione quando la corrente scorre. La caduta di tensione attraverso un resistore è direttamente proporzionale alla corrente che scorre, che a sua volta è proporzionale all'intensità della luce. Pertanto, una grande illuminazione provoca un aumento della tensione. Dal resistore dell'emettitore, la tensione viene applicata all'ingresso non invertente del comparatore di tensione. La tensione di riferimento viene applicata all'ingresso invertente. Quando la tensione proveniente dal resistore di emettitore supera la tensione di riferimento, all'uscita del comparatore appare una tensione di alto livello. Se la tensione dell'emettitore è inferiore alla tensione di riferimento, all'uscita del comparatore appare una tensione di basso livello. Il funzionamento del circuito è determinato dall'entità della tensione di riferimento. Come è noto, una proprietà necessaria di un sistema di inseguimento è la capacità di determinare il livello di intensità della radiazione solare appropriato per l'uso pratico. Questo può essere fatto con una tensione di riferimento. Poiché la tensione attraverso il resistore di emissione è una funzione dell'intensità della luce solare, il valore di questa tensione può essere utilizzato per giudicare che l'intensità della radiazione raggiunge un livello praticamente accettabile. Questo livello è determinato dal comparatore: la tensione di ingresso supera la tensione di riferimento, il livello di luce richiesto è stato raggiunto. Pertanto, il relè non può funzionare finché la tensione all'emettitore non supera il valore corrispondente al livello minimo di intensità della radiazione solare. Inoltre, tutti i comparatori sono alimentati con una tensione di riferimento dalla stessa sorgente e, pertanto, un'impostazione di tensione influisce su tutti i comparatori. Con un aumento della soglia per un canale, aumenta la soglia per tutti gli altri. Nello stadio di uscita del comparatore è presente un transistor a collettore aperto, al quale deve essere collegata una resistenza di carico per rimuovere il segnale di uscita. Per abbinare l'ingresso degli elementi NAND e secondo la logica di funzionamento, il segnale di uscita del comparatore viene fatto passare attraverso l'inverter. Design della testa di rilevamento Se usi immediatamente i consigli di cui sopra, creare una testa sensibile non è difficile. Le sezioni ombreggianti sono realizzate in metallo sottile, come la lamiera di alluminio. Ritaglia un cerchio di circa 10 cm di diametro, quindi taglialo in due semicerchi della stessa dimensione e forma. Determina il punto medio del bordo dritto del semicerchio e ripristina la perpendicolare da questo punto all'intersezione con il semicerchio. Segna il centro della perpendicolare, dovrebbe trovarsi a una distanza di 2,5 cm dal bordo. Fai queste operazioni con entrambi i semicerchi. Metti da parte uno dei dettagli per non confondere. Fai una tacca in una delle parti dalla base (bordo dritto) al segno del centro della perpendicolare. In un'altra della stessa parte, fai una tacca simile, ma questa volta dal bordo esterno (arrotondato) in direzione del centro fino al segno del centro della perpendicolare. Guarda come è fatto in Fig. 2. Collegare le parti insieme come mostrato in fig. 3. La connessione più stretta può essere ottenuta se si utilizza un seghetto con uno spessore del tagliente della lama uguale allo spessore del metallo. Un panno con denti fini dà un taglio più fine. La base della testa può essere in legno, plastica o metallo. Sebbene il metallo sia il migliore, è più difficile da lavorare. Come base si prende un disco tondo del diametro di circa 10 cm, corrispondente alla dimensione del disco utilizzato per realizzare le sezioni ombreggianti. Disegna la base in quattro settori uguali, come quando tagli una torta. Usando un seghetto, tagliare piccole scanalature lungo queste linee profonde almeno 0,8 mm o più (come il materiale lo consente), ma non più profonde della metà dello spessore. Al termine, dovresti ottenere un reticolo a forma di croce con un'intersezione al centro della base rotonda. L'aspetto delle scanalature dovrebbe assomigliare al mirino di un fucile telescopico, altrettanto sottile e preciso. Praticare un foro di 6 mm in ciascun quadrante il più vicino possibile al mirino delle scanalature (fig. 4). Tuttavia, è necessario lasciare un po' di spazio tra le scanalature e i fori. A questo punto è tutto pronto per fissare i profilati alla base, le parti in alluminio possono essere incollate con colla epossidica. Le parti in altro metallo possono essere saldate. Ricorda che il design non è progettato per trasportare alcun carico, quindi la cosa più importante è che le singole parti della testa siano saldamente collegate tra loro. Tuttavia, va ricordato che a seguito del riscaldamento della struttura da parte dei raggi del sole, appariranno sollecitazioni. A questo proposito, non è auspicabile utilizzare materiali con diversi coefficienti di dilatazione termica e coprire il prodotto già assemblato con vernice. Inserire i fototransistor nei fori corrispondenti e incollarli. I terminali del collettore sono collegati a un'alimentazione comune, quindi possono essere collegati insieme. Quando si utilizza una base metallica, è possibile collegarvi cavi comuni, poiché la base funge da "terra" e protegge la testa dai rumori esterni. Infine, è necessario proteggere il dispositivo dalle condizioni atmosferiche avverse con un cappuccio trasparente. È preferibile utilizzare il vetro in quanto è più resistente. Un berretto simile può essere trovato nel reparto souvenir o nel negozio di animali. È meglio acquistare prima un cappuccio trasparente, quindi regolare le dimensioni della base e delle sezioni per adattarle. Incollare il cappuccio protettivo alla base con vetro liquido. Progettazione PCB La parte elettronica del circuito è realizzata mediante cablaggio stampato. Il posizionamento delle parti è mostrato in fig. 6, disegno del circuito stampato - in fig. 7 e 8. Si noti che il PCB è a doppia faccia.
A causa della presenza del relè, il circuito stampato è piuttosto grande. Vengono utilizzati relè di tipo interruttore bipolare standard in una custodia trasparente. I contatti sono classificati per 10 A a 125 V CA. Tuttavia, il fattore limitante non è la corrente continua che i contatti del relè possono gestire, ma la corrente che possono interrompere. Pertanto, per aumentare le correnti di commutazione limite, due coppie di contatti sono collegate in serie. È noto che quando i contatti si aprono si verifica un arco elettrico. Si chiama e. ds autoinduzione che si verifica quando si interrompe il circuito di alimentazione del motore elettrico. In un circuito a corrente alternata, l'arco scompare rapidamente quando la direzione del campo elettrico viene invertita. Tuttavia, in un circuito CC, l'arco può sostenersi per un tempo piuttosto lungo. La formazione dell'arco può essere prevenuta aumentando la distanza tra i contatti e la velocità della loro separazione. Quando i contatti del relè sono collegati in serie, la distanza totale tra i contatti aperti raddoppia e la velocità della loro separazione aumenta. Pertanto, il relè può commutare un carico che supera il valore del passaporto. Il relè viene solitamente fornito con un connettore, molto utile per l'abbinamento con i servomotori, poiché i relè sono disponibili in varie tensioni di alimentazione standard che vanno da 6 V CC o CA a 120 V. Ti consiglio di non saldare il relè direttamente alla scheda, ma di collegarlo tramite i connettori, quindi puoi prelevare un relè con qualsiasi tensione di alimentazione. Per comodità, il bus di alimentazione del relè è isolato dal cavo di alimentazione positivo. Per collegare il relè al "più" dell'alimentatore è sufficiente saldare il ponticello, come indicato nello schema. Se si utilizzano relè con una tensione di alimentazione superiore a 60 V CC, è necessario selezionare transistor ad effetto di campo in grado di sopportare tensioni elevate (vengono prodotti per tensioni superiori a 400 V). Ricordarsi di sostituire anche i diodi D1 - D4 con diodi di tensione superiore e non utilizzare mai diodi con relè alimentati in CA. Un'altra parte del dispositivo che richiede particolare attenzione sono le resistenze di emettitore R1, R2, R3 e R4. È improbabile che tu possa trovare quattro fototransistor con caratteristiche così vicine che le loro tensioni di emettitore corrispondano alla stessa illuminazione. Per compensare la diffusione dei parametri, è necessario selezionare i valori dei resistori dell'emettitore. Il valore nominale di 1 kOhm è solo un valore approssimativo delle resistenze durante la messa in servizio e deve essere selezionato con maggiore precisione. Tenere presente che il valore della resistenza può variare con la temperatura. Il modo più semplice per scegliere il valore della resistenza è sostituire il resistore costante con uno variabile. Iniziare con un valore di resistenza di 1 kΩ. Illuminando la testa di rilevamento con luce a diversi livelli di intensità si ottiene una specifica tabella dei valori di tensione. Non cercare di sostituire la luce del sole con la luce a incandescenza. I fototransistor sono sensibili alle radiazioni infrarosse e reagiscono in modo diverso a queste sorgenti luminose. Se la misurazione rivela che un fototransistor risponde troppo rapidamente a un cambiamento di illuminazione, ridurre il valore del resistore. Tuttavia, in questo caso, è necessario ridurre la resistenza di tutti i resistori per mantenere il normale funzionamento del circuito. Alla fine troverai i valori a cui funzioneranno i comparatori dei segnali provenienti dai corrispondenti fototransistor allo stesso livello di luce.
Misurare il valore risultante della resistenza del resistore variabile e sostituirlo con una costante dello stesso valore.
suggerimenti utili La regolazione modifica il livello di funzionamento. In molti casi non è necessario impostare questa soglia troppo bassa o il sistema di tracciamento sprecherà energia. Dati alcuni elementi, potresti voler regolare il livello di trigger del circuito. Sebbene questo sistema di tracciamento abbia l'angolo di visione più ampio di qualsiasi prodotto fatto in casa descritto in questo libro, può comunque fermarsi in una posizione scomoda al calar della notte. In questo caso, si possono perdere diverse ore mattutine prima che il sistema inizi a rispondere all'aumento del livello di luce. Se non ti piace, fai tornare il servosistema in folle dopo che tutti i relè si sono diseccitati. Questo problema può essere risolto da un semplice circuito logico. La migliore posizione di partenza è quella centrale, rivolta verso il cielo di mezzogiorno. Autore: Byers T.
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