مصباح يدوي أو Torch مفيد جدًا في حالات الطوارئ مثل انقطاع التيار الكهربائي. هذه الكشافات تعمل بالبطاريات ، وعلينا شحنها بانتظام في فترات زمنية معينة. ولكن ماذا لو لم يكن لديك كهرباء ومصباحك مات؟ في هذه الحالة ، تعتبر المصابيح الكاشفة الميكانيكية القابلة للشحن خيارًا جيدًا للغاية ، ويمكن شحنها عن طريق تدوير الرافعة المرفقة بها. لديها بعض الآليات والتروس لتحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية لشحن البطارية بداخلها. نحن هنا نستخدم نفس المبدأ لعمل مصباح فلاش للطوارئ يحتوي على مكثف فائق ويمكن شحن هذا المكثف الفائق عن طريق تدوير محرك تيار مستمر متصل به.
لذلك في هذا البرنامج التعليمي ، سنصنع مصباحًا يدويًا للطوارئ يمكن شحنه عن طريق تدوير محرك DC صغير متصل به. لبناء هذا ، نحن نستخدم Supercapacitor و LED و Schottky diode. و supercapacitor يستخدم لتشغيل LED، و محرك DC يستخدم لإعادة شحن لل supercapacitor. يستخدم شوتكي دايود لإيقاف تدفق التيار من المكثف الفائق إلى المحرك لأنه عندما يكون المحرك متصلاً بالمكثف الفائق ، يبدأ المحرك بالدوران عن طريق أخذ الطاقة من المكثف الفائق ولا يمكننا إعادة شحن المكثف الفائق باستخدام المحرك. لذا فإن الطريقة الوحيدة لمنع تدفق التيار من Supercapacitor إلى المحرك هي استخدام الصمام الثنائي. يمكن استخدام ثنائيات الوصلات PN الأخرى ، لكن الصمام الثنائي Schottky لديه انخفاض في الجهد المنخفض مقارنة بصمامات التوصيل الثنائي PN الأخرى.
المكونات مطلوبة
- محرك بتيار مستمر
- المكثف الفائق
- شوتكي الصمام الثنائي
- المقاوم (200 اوم)
- مفتاح كهربائي
- يؤدى
محرك DC :
يعد محرك DC نوعًا شائعًا جدًا من المحركات ومتاح بسهولة بسعر منخفض. هذه المحركات مجهزة بالمغناطيس. يتم وضع المحرك في هذا المجال المغناطيسي ، لذلك عندما يمر التيار عبر المحرك ، فإنه يتعرض لقوة تجعله يدور الجزء المتحرك فيما يتعلق بموضعه الأصلي.
يمكن تقسيم محركات التيار المستمر إلى أنواع عديدة وفقًا لشكلها وحجمها وعملها. تنقسم محركات التيار المستمر بشكل أساسي إلى أربعة أنواع:
- المغناطيس الدائم DC Motors
- سلسلة محركات DC
- تحويلة دي سي موتورز
- مجمع دي سي موتورز
في هذا المشروع ، نستخدم Toy \ Hobby DC Motor. إنه محرك DC عادي به طرفان فقط بدون أي قطبية. جهد التشغيل 4.5V إلى 9V. تعرف أيضًا على المزيد حول محركات التيار المستمر والطرق المختلفة للتحكم فيه في البرامج التعليمية أدناه:
المكثف الفائق:
المكثف الفائق هو مكثف عالي السعة مع قيم سعته أعلى بكثير من المكثفات العادية ولكن حدود جهد أقل. تجمع المكثفات الفائقة بين خصائص المكثفات والبطاريات في جهاز واحد. يمكن للمكثف الفائق أن يخزن طاقة أكثر من 10 إلى 100 مرة من المكثفات الإلكتروليتية ويمكنه استقبال الشحن وتوصيله بشكل أسرع بكثير من البطاريات ، ولديه دورات شحن وتفريغ أكثر من البطاريات القابلة لإعادة الشحن. تعرف على المزيد حول المكثفات الفائقة هنا.
في هذا المشروع ، نستخدم مكثف عملة فائق 5V 1F. قبل المتابعة ، سوف نتحقق من كمية الطاقة التي يمكن لهذا المكثف الفائق تخزينها. يمكننا حساب مخزن الطاقة باستخدام الصيغة التالية:
E = 1 / 2CV 2
حيث E = الطاقة
C = السعة
V = الجهد
في حالتنا C = 1F و V = 5.5 V.
E = ½ * 1 * 5.5 * 5.5 E = 15 جول
يظهر قطبية المكثف الفائق في الصورة أدناه. يمثل اتجاه السهم التدفق الحالي من الموجب إلى الطرف السالب.
شوتكي الصمام الثنائي:
يُعرف الصمام الثنائي Schottky أيضًا باسم الصمام الثنائي الحامل الساخن / الصمام الثنائي الحاجز. كما يوحي الاسم ، يتم استخدامه كحاجز لإيقاف التدفق الحالي في اتجاهات عكسية. يدخل التيار عبر الأنود ويخرج عبر الكاثود. بالمقارنة مع صمام تقاطع PN ، فإن الصمام الثنائي شوتكي لديه انخفاض أقل في الجهد الأمامي ومعدل تحويل سريع.
يتراوح انخفاض جهد الصمام الثنائي شوتكي بشكل عام بين 0.15 و 0.45 فولت ، ولكن الصمام الثنائي العادي للوصل PN به انخفاض في الجهد يتراوح بين 0.6 إلى 1.7 .
محرك DC كمولد كهرباء
قبل عمل الدائرة بأكملها ، دعنا نرى كيف يمكن استخدام محرك DC لتوليد جهد التيار المتردد. قم بتوصيل المحرك والصمام كما هو موضح في الدائرة أدناه:
نظرًا لأن المحرك لا يحتوي على أي قطبية ، قم بتوصيل السلك الأول بالدبوس الموجب لمؤشر LED ثم السلك الثاني بالدبوس السالب في الصمام. الآن قم بتدوير المحرك إلى سرعته القصوى عن طريق نفخ الهواء ، يجب أن يتوهج مؤشر LED. إذا لم يتوهج مؤشر LED ، فقم بعكس الاتصال ثم تدويره مرة أخرى.
يتم عرض صورة الأجهزة الفعلية أدناه:
مخطط الدائرة وشرح العمل
الآن ، رأينا كيف يمكن للمحرك أن ينتج الكهرباء ، سنستخدم المحرك لشحن المكثف الفائق الذي بدوره يقوم بتشغيل الصمام.
يتم استخدام Super Capacitor هنا لتخزين الشحن بحيث يمكنه تشغيل LED لفترة أطول. قم بتوصيل الطرف السالب للمكثف الفائق بالسلك الأول للمحرك والطرف الموجب بالسلك الثاني للمحرك من خلال الصمام الثنائي شوتكي.
كما ذكرنا سابقًا ، يتم استخدام الصمام الثنائي Schottky لمنع تدفق التيار في الاتجاه المعاكس. لذلك قم بتوصيل الطرف الموجب من الصمام الثنائي Schottky بالمحرك والطرف السالب بالمكثف الفائق. الآن سوف يتدفق التيار من الأنود إلى القطب السالب ، وسوف يمنع تدفق التيار من الكاثود إلى الأنود مما يعني أن التيار سوف يتدفق فقط من المحرك إلى المكثف الفائق. يتم استخدام الصمام الثنائي Schottky هنا لأنه يحتوي على انخفاض منخفض في الطاقة من الصمام الثنائي العادي.
الآن قم بتوصيل LED بمكثف فائق واستخدم المقاوم للحد من استهلاك الطاقة. يتم استخدام مفتاح التمرير أيضًا لتشغيل وإيقاف تشغيل LED. ربط المسامير إيجابية من supercapacitor وLED مع 2 الثانية و 3 الثالثة دبوس من التبديل وربط دبوس سلبية من أدى إلى دبوس الأول من التبديل.
بعد الاتصال ، يبدو نموذج المصباح الأولي الخاص بي مثل الصورة الواردة أدناه. لقد استخدمت الورق المقوى لصنع هيكل يشبه الأنبوب.
أخيرًا ، مصباح الطوارئ الذي يعمل ميكانيكيًا جاهزًا ، ما عليك سوى نفخ الهواء في المروحة لتدويره. سوف يقوم المحرك بشحن المكثف الفائق ، وسوف يقوم Supercapacitor بتشغيل الصمام. يمكنك استخدام مصباح LED أكثر سطوعًا لمزيد من الضوء. بمجرد شحن المكثف الفائق بالكامل ، يمكنه تشغيل المصباح لمدة تقريبية. 10 دقائق. لتدوير المحرك ، بدلاً من نفخ الهواء ، يمكن بناء آلية رافعة وذراع أكثر كفاءة.
إذا كان لديك أي أسئلة بخصوص هذا المشروع ، فاتركها في قسم التعليقات.
يتم عرض الفيديو التوضيحي الكامل أدناه: