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无线电电子与电气工程百科全书 定日镜。 无线电电子电气工程百科全书
在称为赤道跟踪系统的设备中，轴与地面的倾斜角度保持恒定。 对此，随着季节的变化，光伏转换效率会不断下降。 为了获得最大效率，有必要对倾斜角度进行额外的调节。 引入调整的方便程度取决于具体的安装。 不建议改变极角的值，否则这种跟踪装置的意义就消失了。 因此，需要调整太阳能电池板与轴的贴附角度。 拥有一个能够在两个平面上跟踪太阳位置的太阳跟踪系统（即两轴跟踪系统）将非常有用。 具有两个自由度的跟踪系统通常称为定日镜。 定日镜 术语定日镜通常用于指代太阳能电池板，但这有些不正确。 事实上，定日镜是安装在支架上表面的电机驱动反射器（镜子），它跟随太阳并将其光线不断地反射到同一位置。 既然是监控太阳的定日镜，我们就来仔细看看它的工作原理。 由于运动过程的复杂性，定日镜通常放置在垂直支架上，并由方位跟踪系统驱动。 方位角伺服系统在许多方面与赤道伺服系统不同。 首先，几乎所有方位角系统的支架都是垂直安装的（图1）。 与极轴跟踪系统中使用的倾斜支架相比，垂直支架具有许多优点。 首先，支撑中不存在弯曲应力。 当支撑倾斜时，与地面的接触点处会出现张力。
应力的大小与放置在支架上的设备的重量成正比，这总是会造成一定的困难。 另一方面，直柱垂直向下传递力。 因此，如果柱不受侧向应力，则具有轻量化设计。 想想蒲公英的茎，它支撑花朵的垂直施加的重量，但弯曲时很容易折断。 当然，还有方位跟踪系统的倾斜支撑（位于与安装位置纬度相同的角度）。 但在这种情况下，它们可以归因于赤道伺服系统的类型，即使它们是在两个不同的平面中控制的。 这种类型的跟踪系统主要由天文学家使用。 尽管望远镜绕两个轴旋转，但始终使用极轴驱动器。 望远镜的仰角通常只设置一次。 方位跟踪系统与赤道跟踪系统的主要区别在于，它们同时跟踪两个不同平面中的物体。 因此，需要两台电机来驱动。 一台电机在水平面上移动太阳辐射接收器，另一台电机在垂直面上移动太阳辐射接收器。 没有固定的位置或方向。 在没有任何限制的情况下，方位跟踪系统可以随时指向天空中的任何一点。 显然，为了提供如此大范围的运动，需要比简单的发条装置更复杂的装置。 通常这种复杂的运动是由计算机控制的。 （指用于将望远镜指向星空中某个点的时钟机制）。 当然，在我们的跟踪系统中，我们不需要计算机，但我们会使用计算机逻辑的一些属性。 借助物体投射的正常阴影和电子逻辑的独特组合，我们将能够获得跟踪太阳所需的控制命令。 的操作原理 由于其特殊的性能和形状，我认为光敏头是跟踪系统的“大脑”。 我们首先看一下太阳能传感器的机械方面。 上图。 在图2中，头部被示出为拆卸的，并且在图3中。 XNUMX - 组装。
敏感头由一个不透明底座组成，底座中央有四个光敏传感器。 我们的设备使用红外光电晶体管来实现此目的。 光电晶体管由两个薄金属半圆形隔板隔开，中间锯有凹槽，以便连接，如图 2 所示。 XNUMX.这种设计比过时的纸板更好。 请注意，每个晶体管都位于其自己的部分中。 如果将设备放置在如图所示的位置。 3、然后，除了离我们最近的一个之外，所有光电晶体管都会从视野中消失。 这种情况相当于我们最熟悉的设备在灯光下的工作位置。 换句话说，一个传感器捕获太阳光线，而其他传感器则处于阴影中。 让我们利用这一现象。 让我们定位敏感头，使其分区朝向南北和东西方向，如图 4 所示。 XNUMX. 每个带有光电晶体管的部分都标有字母 A、B、C、D。现在让我们考虑敏感头和太阳相对位置的各种选项。
让我们做一些类似地图阅读练习的事情。 当太阳位于传感头的北边时，它会照亮 A 和 B 部分。从东边照射到传感头的阳光将被光电晶体管 B 和 C 检测到。如果太阳位于东北方向，光线只会到达光电传感器 B。 现在这个想法很清楚了。 类似的考虑对于入射光线的任何方向都是有效的。 读者有机会详细分析所有这些案例。 电路的逻辑 跟踪系统使用来自这四个传感器的信息来跟踪太阳在天空中的运动。 这就是使用计算机逻辑的地方，但是为此，需要准备初始数据。 这个问题可以通过如图所示的电路来解决。 5. 为了简化推理，我们将其简化为框图。
暂且不谈细节，只要说当光电晶体管 Q1 未点亮时，IC2A 的输出为高电平即可。 光电晶体管Q2、Q3和Q4也是如此：如果它们不被照亮，则IC2相应的输出为高电位。 这四个输出将用于控制两个电机。 逻辑控制任务由IC3芯片解决。 它由组合成一体的四个 NAND 元件组成（所有四个元件彼此独立工作）。 如果对 AND-NOT 元件的两个输入施加高电位，则输出处将设置低电平电压。 为了了解 IC3 如何将这些杂乱的数据转换为控制命令，让我们看一个例子。 我们首先假设反相器IC2的所有输出都处于高电位（对应于一天中的黑暗时间）。 假设早晨的阳光照射到 A 部分，照亮了光电晶体管 Q1。 结果，IC2 的输出被驱动为低电平。 IC3的输出将变高。 回想一下，只要两个输入端没有高电压，NAND 元件的输出端就会有高电位。 听起来很奇怪，但却是负逻辑。 NAND元件的输出电压由V型槽MOS场效应晶体管控制，在其漏极电路中连接有继电器。 当逻辑元件的输出出现高电压时，继电器被激活。 电路中总共有四个整形器和四个继电器。 继电器触点的连接方式为：继电器 RL1 和 RL2 控制一个电机，继电器 RL3 和 RL4 控制另一个电机。 然后，根据来自光电晶体管 Q1 的信号，IC3A 芯片将打开继电器 RL1。 当继电器 RL1 闭合时，电机通电，方位伺服器向北转动，因为如果光线落在 Q1 上，则太阳一定在北方。 这就是系统寻找太阳的方式。 然而，降低IC2A的输出电压还有另一个影响。 IC3C芯片的输出（其输入连接到IC2A的输出）被设置为高电位，并且继电器RL3被激活。 逻辑IC3C非常正确地“确定”太阳位于B、C和D部分的西边，并开始使系统向西旋转。 因此，两个电机同时将设备向西北方向移动，因为那是太阳所在的位置。 晶体管 Q4 的照度将对应于传感头的北传感器和南传感器之间太阳的平均位置。 一旦发生这种情况，IC2D的输出将变低，IC3B的输出将变高，继电器RL2将工作。 电机的两个输出连接到电源的同一极，电机将停止。 与此同时，跟踪系统继续向西方向寻找太阳。 当晶体管 Q2 和 Q3 都受到太阳光线照射时，即可找到朝向太阳的方向。 由此，继电器RL3动作，系统东西向电机停止。 当所有四个传感器均亮起时，所有四个继电器均打开且电机不工作。 敏感头已检测到太阳，现在精确指向太阳的方向。 太阳从这个位置的任何移动都会导致至少两个传感器被遮挡并且逻辑重新启动。 在上面的例子中，太阳从西北方向升起，这当然是不可能的。 尽管如此，做出这样的假设是为了说明定日镜跟踪系统的广泛可能性。 太阳从哪里升起并不重要。 跟踪系统会找到这个方向。 信号转换 在解释逻辑电路的工作原理时，没有具体考虑信号转换的重要特征。 让我们现在就开始做吧。 在电路工作过程中，会发生某些现象。 四个光电晶体管中的每一个都独立运行，因此信号转换过程发生四次。 尽管如此，我们将假设所有四个通道的工作方式相同，并且仅考虑其中一个通道的操作更为方便。 首先，光被转换成电子信号。 光电晶体管负责将光转换成电能。 落在光电晶体管上的光越多，流过它的电流就越多。 晶体管的发射极电路中包含一个电阻，当电流流动时，电阻上会产生压降。 电阻器两端的电压降与流过的电流成正比，而电流又与光强度成正比。 因此，大的照度会导致电压升高。 电压从发射极电阻器施加到电压比较器的非反相输入端。 参考电压施加到反相输入。 当来自发射极电阻的电压超过参考电压时，比较器的输出出现高电平电压。 如果发射极电压低于参考电压，则比较器的输出处出现低电平电压。 电路的操作由参考电压的大小决定。 众所周知，跟踪系统的必要特性是能够确定适合实际使用的太阳辐射强度水平。 这可以通过参考电压来完成。 由于发射极电阻两端的电压是太阳光强度的函数，因此可以根据该电压的值来判断辐射强度是否达到了实际可接受的水平。 该级别由比较器确定：输入电压超过参考电压，已达到所需的亮度级别。 因此，在发射器处的电压超过与太阳辐射强度的最低水平相对应的值之前，继电器无法工作。 此外，所有比较器均由同一源提供参考电压，因此，一种电压设置会影响所有比较器。 随着一个通道阈值的增加，所有其他通道的阈值也会增加。 比较器的输出级有一个集电极开路晶体管，必须连接负载电阻以消除输出信号。 为了匹配NAND元件的输入并根据运算逻辑，比较器的输出信号通过反相器。 传感头设计 如果您立即使用上述建议，制作敏感头并不困难。 遮阳部分由薄金属制成，例如铝板。 从中剪出一个直径约10厘米的圆，然后将其切成两个大小和形状相同的半圆。 确定半圆直边的中点，恢复该点与半圆交线的垂线。 标记垂直线的中间，距离边缘2,5厘米。 用两个半圆进行这些操作。 将其中一个细节放在一边，以免造成混淆。 在其中一个零件上从底座（直边）到垂线中间标记处切一个凹口。 在同一零件的另一个中，制作一个类似的凹口，但这次是从外（圆形）边缘沿中心方向到垂线中间的标记。 看看它是如何完成的，如图所示。 2. 将各部件连接在一起，如图所示。 3. 如果使用锯片刃口厚度等于金属厚度的钢锯，可以获得最紧密的连接。 具有细齿的布料可以提供更精细的切割效果。 头部的底座可以由木材、塑料或金属制成。 虽然金属是最好的，但它更难加工。 以直径约10厘米的圆盘为底座，与制作遮光部分的圆盘尺寸相对应。 将底座分成四个相等的部分，就像切蛋糕一样。 使用钢锯，沿着这些线切出至少 0,8 毫米深或更深（在材料允许的情况下）的小凹槽，但深度不得超过厚度的一半。 完成后，您应该得到一个十字形格子，在圆形底座的中心有一个交叉点。 凹槽的外观应该类似于伸缩步枪的十字准线，同样细而精确。 在每个象限中钻一个 6 毫米的孔，尽可能靠近凹槽的十字线（图 4）。 然而，凹槽和孔之间必须留有一些间隙。 现在一切准备就绪，可以将部件固定到底座上。铝部件可以用环氧树脂胶粘合。 可以焊接其他金属制成的零件。 请记住，该设计并不是为了承载任何负载而设计的，因此最重要的是头部的各个部分彼此牢固连接。 然而，应该记住，由于太阳光线对结构的加热，会出现应力。 在这方面，不希望使用具有不同热膨胀系数的材料并用油漆覆盖已经完成的组装产品。 将光电晶体管插入相应的孔中并粘合。 集电极端子连接到公共电源，因此它们可以连接在一起。 当使用金属底座时，可以将公共引线连接到其上，因为底座充当“接地”并屏蔽磁头免受外部噪声的影响。 最后，有必要用透明盖保护设备免受恶劣天气条件的影响。 优选使用玻璃，因为它更耐用。 类似的帽子可以在礼品部或宠物店找到。 最好先购买一个透明的盖子，然后调整底座和部分的尺寸以适合它。 用液体玻璃将保护盖粘到底座上。 印刷电路板设计 电路的电子部分是使用印刷线路制成的。 零件的放置如图所示。 6、印刷电路板的绘图-如图。 7 和 8。请注意 PCB 是双面的。
由于继电器的存在，印刷电路板相当大。 使用透明外壳中的标准双极开关型继电器。 触点的额定电流为 10 V AC 时 125 A。 然而，限制因素不是继电器触点可以处理的连续电流，而是它们可以中断的电流。 因此，为了增加限制开关电流，将两对触头串联。 众所周知，当触点打开时，会产生电弧。 它被称为 e。 d.s. 当电动机的供电电路损坏时发生的自感。 在交流电路中，当电场方向反转时，电弧很快消失。 然而，在直流电路中，电弧可以维持相当长的时间。 可以通过增加触点之间的距离及其分离速度来防止电弧形成。 当继电器触点串联时，打开触点之间的总距离加倍，并且它们的分离速度增加。 因此，继电器可以切换超过通行值的负载。 继电器通常配有连接器，这对于与伺服电机匹配非常有用，因为继电器可提供从 6V DC 或 AC 到 120V 的各种标准电源电压。 我建议您不要将继电器直接焊接到板上，而是通过连接器将其连接，然后您就可以使用任何电源电压的继电器。 为了方便起见，继电器电源总线与正极电源线隔离。 要将继电器连接到电源的“正极”，只需焊接跳线，如图所示。 如果使用电源电压超过60V DC的继电器，则需要选择能够承受高电压的场效应晶体管（它们是针对400V以上电压生产的）。 请记住还要用更高电压的二极管替换二极管 D1 - D4，并且切勿将二极管与交流供电继电器一起使用。 该器件需要特别注意的另一部分是发射极电阻器 R1、R2、R3 和 R4。 您不太可能找到四个特性如此接近以至于它们的发射极电压在相同照明下匹配的光电晶体管。 为了补偿参数的扩展，有必要选择发射极电阻的值。 1kOhm的标称值只是调试时电阻的近似值，必须更准确地选择。 请记住，电阻值可能会随温度而变化。 选择电阻值的最简单方法是用可变电阻代替恒定电阻。 从 1 kΩ 的电阻值开始。 通过用不同强度的光照射传感头，可以获得特定的电压值表。 不要尝试用白炽灯代替阳光。 光电晶体管对红外辐射敏感，并且对这些光源的反应不同。 如果测量结果表明某个光电晶体管对光照变化的反应太快，请减小电阻器的阻值。 但在这种情况下，就需要减小所有电阻的阻值，才能维持电路的正常工作。 最终，您将找到来自相应光电晶体管的信号的比较器在相同光照水平下工作的值。
测量可变电阻器的电阻值，并将其替换为相同值的常数。
有用的提示 调整改变操作水平。 在许多情况下，没有必要将该阈值设置得太低，否则跟踪系统会浪费功率。 给定某些元素，您可能需要调整电路的触发电平。 尽管该跟踪系统具有本书中描述的所有自制产品中最宽的视角，但在夜幕降临时它仍然会停在一个不舒服的位置。 在这种情况下，可能会浪费几个早上的时间，直到系统开始响应增加的光照水平。 如果您不喜欢这样，请在所有继电器断电后让伺服系统返回中性。 这个问题可以通过简单的逻辑电路来解决。 最好的起始位置是中间的位置，指向正午的天空。 作者：拜尔斯 T.
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