2014年1月11日 星期六

綠建築 (太陽能及風力發電),利用 NXT 馬達發電

http://4rdp.blogspot.com/2014/01/nxt.html

最近小朋友自然課,老師教綠建築,他自己想裝設個太陽能及風力發電當專題,我叫他自己先組好房子後,我再幫他做電路部分,除了太陽能板我沒有,其它的材料我都有,因此去電子材料行補貨,選購一個 2.5 V  150 mA太陽能板再加上高容量電容 47 F 蓄電,太陽能板組好後,在室內它的蓄電速度很慢,放兩小時時間才爬到 0.25 V 左右,用 LED 手電筒白光照射,電壓沒甚麼爬升,基本上電壓達到 1.8 V 以上,電流 1 mA,一般 LED 都可以微微點亮,因為充電太慢,我給他另一個太陽能充電電器,至少電壓 3.8 V 以上。

至於風力發電,我給小朋友一顆約 2.0 V 步進馬達,只要轉動快一點,就發電可以讓 LED 發光。請注意,不是所有的玩具馬達都可以轉動發電,只有
轉子是永久磁鐵類型,你才能獲得直流電壓,通常這類馬達是步進馬達(無迴授控制)或伺服馬達(有迴授控制)。

以前貼文提過 NXT 馬達可以當發電機,今天就以它為題目,請玩家們設計一馬達轉速偵測器,用手轉一 NXT 馬達,讓其發電帶動另一馬達運轉,再以其它感應器 (不限定型式) 偵測,於 NXT 螢幕顯示轉速值,就請玩家發揮創意,設計一個發電機轉速偵測器

15 則留言:

  1. 謝謝您無私的分享與教學^^~*

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    1. Marie,

      有任何疑問,歡迎留言。

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  2. 電容 1 F 不是就很大了,要用到 47 F?

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    1. 是啊,1F 已經非常大。
      當天買很多東西,因此老闆送我這顆 47F,因此充電都充不上去。^_^

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    2. 請教一下,電容就像電池可以蓄電,這樣電容單位 F 是否可以換算成電池的 mAh?

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    3. ijon,

      依據電學定義,I = Q / T,一安培電流 (I) 等於一秒鐘時間 (T) 內流過一庫倫電荷 (Q),另外 C = Q / V,一法拉電容量 (C) 等於每伏特電位差 (V) 儲存一庫倫電荷 (Q),因此 Q = I * T = V * C,其實常見的 mAh 是電荷量另一種表示法。

      假設我把這顆 47 F 電容充電到 5 V,Q = 5 * 47 = 235 庫倫 = 235 * 1000 / 3600 = 65.28 mAh
      不過這顆「電池」有個先天缺點,沒辦法穩壓,隨著電力消耗電壓會下降,除非裝置一個穩壓 IC。

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    4. 謝謝詳細的解答

      我在想,時鐘或鬧鐘耗電應該不大,是不是太陽能板再加上電容跟穩壓 IC,就可以持續供應所需要的電源。

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    5. Dear ijon,

      我知道應用於電子錶或計算機是沒問題的,測試一下家裡的鬧鐘(馬達轉動),需一顆 1.5V 電池,耗電約 0.15 mA,由此可知,每日電容充電應有 0.15 * 24 = 3.6 mAh 以上, 有興趣你可以 DIY 試看看。

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  3. 您好,我想請問 輸入一個damped sine wave 其最大電壓為100V左右,要如何設計一個電路系統(可能包含ac/dc,storage,dc/dc等...)使其可以讓一個LED燈(1.6V ,1mA)發光呢?

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    1. Emily,

      畫了一個電路參考,雖然不清楚你想要如何應用這電路,不過相關設計規格應該適用。
      首先說明,電力來源是 100V damped sine wave,代表電力不是持續供給,LED 也只能亮一下,
      1N4001 二極體、10 KΩ 電阻、47uF 電容,是一個半波整流的電路 (ac/dc),
      大約以 100 V / 10 kΩ = 10 mA 電流大小對電容充電,
      電容約可以充 1.6 V + 100 V * 100 Ω / (100 Ω + 10 kΩ) = 2.6 V,LED 偏壓 + 電阻分壓 (storage 電容直流電能儲存)
      (dc/dc 迴路) 4.7 uF 電容、100 Ω 電阻,讓 LED 發光,電流約 10 ~ 1 mA

      https://docs.google.com/drawings/d/1nLUKGm9rXuKpNoxJjAoPcmwfAIVuQR6eAua2-83lUCo/pub?w=563&h=441

      如要增長發光時間,可加大電容、100 Ω 電阻增大、或 10 kΩ 電阻減小,不過注意電阻不宜過度大過度小,否則可能有東西會燒毀。

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    2. 謝謝您。
      請問不需要用全波整流嗎?
      希望這個電路達到降壓的效果,但是效率可以盡量維持,原因是因為我想做的是能源採集。

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    3. 電路模擬,滑鼠移到LED上,可看到估計電流
      http://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html?cct=$+1+0.000005+13.097415321081858+93+5+50%0Av+160+320+160+96+0+1+60+100+0+0+0.5%0Ad+160+96+240+96+1+0.805904783%0Ar+320+96+240+96+0+10000%0Ac+320+96+320+320+2+0.000047+1.1749890483413468%0Aw+320+96+464+96+0%0Ad+464+224+464+320+1+0.805904783%0Ar+464+96+464+224+0+100%0Aw+160+320+320+320+0%0Aw+464+320+320+320+0%0Ao+0+64+0+35+160+0.1+0+-1%0A

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    4. 全波整流電路模擬,
      http://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html?cct=$+1+0.000005+7.6197856572970615+93+5+50%0Ar+464+128+384+128+0+10000%0Ac+464+128+464+352+2+0.000047+1.3565939515065504%0Aw+464+128+608+128+0%0Ad+608+256+608+352+1+0.805904783%0Ar+608+128+608+256+0+100%0Aw+608+352+464+352+0%0Av+160+128+160+352+0+1+60+100+0+0+0.5%0Ad+240+240+304+128+1+0.805904783%0Ad+352+240+304+128+1+0.805904783%0Ad+288+352+240+240+1+0.805904783%0Ad+288+352+352+240+1+0.805904783%0Aw+288+352+464+352+0%0Aw+240+240+240+128+0%0Aw+160+128+240+128+0%0Aw+352+240+352+416+0%0Aw+352+416+160+416+0%0Aw+160+416+160+352+0%0Aw+384+128+304+128+0%0Ao+6+64+0+550+160+0.00625+0+-1%0Ao+3+64+0+551+5+0.05+1+-1%0Ao+1+64+0+551+5+0.05+2+-1%0A

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    5. 很謝謝你詳細的回覆。
      不過我還有一個問題,輸入電壓我需要的是damped sine wave,而不是一個穩定的sine wave,這個問題在跑電路模擬有辦法解決這個問題嗎?

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    6. 採用調幅(AM)訊號模擬 damped sine wave ,因為 AM 訊號能量很弱,所以我加一個放大器將能量提升,

      http://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html?cct=$+1+0.000005+9.783998453682138+93+5+50%0Ar+656+128+576+128+0+10000%0Ac+656+128+656+352+2+0.000047+1.252204554339385%0Aw+656+128+800+128+0%0Ad+800+256+800+352+1+0.805904783%0Ar+800+128+800+256+0+100%0Aw+800+352+656+352+0%0Ad+432+240+496+128+1+0.805904783%0Ad+544+240+496+128+1+0.805904783%0Ad+480+352+432+240+1+0.805904783%0Ad+480+352+544+240+1+0.805904783%0Aw+480+352+656+352+0%0Aw+544+240+544+416+0%0Aw+544+416+304+416+0%0Aw+576+128+496+128+0%0A200+192+176+128+176+0+60+10+100%0Aa+192+192+304+192+1+200+-200+1000000%0Aw+192+208+192+304+0%0Aw+192+304+304+304+0%0Ar+304+192+304+304+0+100%0Ar+304+304+304+416+0+100%0Ag+304+416+304+448+0%0Aw+304+304+432+304+0%0Aw+432+240+432+304+0%0Ao+3+64+0+551+5+0.0125+0+-1%0Ao+1+64+0+551+5+0.00625+1+-1%0Ao+19+64+0+551+160+1.6+2+-1%0A

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