Домашний электрик и не только (2 книга)-ocr

стия кронштейна и на них накручиваются гайки. При таком размеще­ нии генератора общая высота электростанции над водой составляет до 2 м. Для уменьшения высоты станции генератор можно крепить не на опоре плота, а прямо на плоте (рис. 1.42). Такая конструкция менее желательна, так как возрастает риск попадания воды на генератор.

После окончания монтажа электростанции, над ней необходимо сде­ лать деревянное или металлическое укрытие для защиты ее от непогоды. В электростанциях такого типа обычно используется генератор от авто­ мобиля или трактора. Напряжение, даваемое таким генератором, как правило, составляет 12 В, причем величина напряжения регулируется автоматически с помощью специального реле-регулятора. В описанной электростанции необходимости в автоматическом регулировании напря­ жения нет, так как течение реки постоянно и скорость вращения вала

50

При этом сам генератор должен давать напряжение несколько большее, из-за потерь в подводящих проводах. Реостат лучше взять ползункового типа сопротивлением 20...40 Ом. При необходимости реостат можно за­ менить электрическими лампочками на напряжение 6 или 12 В, мощно­ стью 3 или 5 Вт, включив их последовательно с обмоткой возбуждения.

Электростанция такого типа хорошо работает весной, летом и осе­ нью. Зимой станция работает нормально, если толщина льда составляет 150 мм. Станция все время находится в режиме непрерывной работы — днем и ночью. Энергию, выработанную днем, можно использовать для зарядки аккумуляторов, а вечером дать дополнительную энергию по­ требителям. На рис. 1.44 дана схема работы электростанции с аккуму­ ляторными батареями. Для переключения аккумуляторов на режим за­ рядки или разрядки в схеме имеется двойной рубильник с положения­ ми «Заряд-Разряд». Аккумуляторы следует взять емкостью 80...100 А.ч с напряжением 12 В. С такими аккумуляторами мощность электростан­ ции почти удвоится при работе вечером в течение 5 часов. Теперь, что касается выбора проводов для линии электропередачи, то необходи­ мый диаметр d проводов проще всего определить по формуле:

Рис. 1.44. Принципиальная электрическая схема работы гидроэлектростанции с аккумуляторной батареей GB1

51

Плавучая электростанция

При наличии реки с достаточно быстрым течением можно постро­ ить дешевую бесплотинную плавучую гидроэлектростанцию. Плавучая гидроустановка обладает основным достоинством: она не требует плотины и водоотводящего устройства. Кроме того, подобную уста­ новку легко можно передвигать с одного места на другое.

Ниже приводится краткое описание бесплотинного многолопаточ­ ного гидродвигателя системы М. И. Логина. На рис. 1.45 приведена кинематическая схема этого двигателя. К головкам кривошипа 3 двух коленчатых валов 1 шарнирно прикреплены горизонтальные штанги 2 с вертикально поставленными лопатками 4. Кривошипы вала смещены один по отношению к другому на 120°. Таким образом, если одна пара кривошипов (у двух валов) со своей штангой находится в крайнем нижнем положении, и ее лопатки целиком погружены в воду, то две другие группы лопаток на остальных штангах полностью вынуты из воды. Если же одна пара кривошипов находится в крайнем верхнем положении, то группа лопаток ее штанги целиком вынута из воды, а лопатки остальных штанг наполовину погружены в воду.

Со шкива 5 какого-нибудь одного из этих валов снимается суммар­ ная мощность всей системы гидродвигателя. При соответствующем ко­ личестве коленчатых валов и достаточной скорости течения гидростан­ ция может обеспечить энергией целый дачный поселок, расположен­ ный на берегу той или иной многоводной реки. Установки мощностью меньше 1...2 кВт можно строить и на малых реках (при скорости те­ чения от 1 м/с и более) для питания радиоприемников и электриче-

Рис. 1.45. Устройство бесплотинного многолопаточного

гидродвигателя плавучей гилроэлектростанции:

1 — коленчатый вал, 2 — штанга,

3 — кривошип, 4 — лопатка, 5 — шкив

52

Рис. 1.46. Общий вид плавучей гидроэлектростанции

ского освещения. Гидроустановку монтируют на реке так, чтобы коленчатый вал 1 располагался поперек течения реки, а горизонталь­ ные штанги 2 — вдоль реки. Общий вид плавучей гидроэлектростан­ ции показан на рис. 1.46.

Солнечные батареи

В весенне-летний период, когда много солнечных дней для питания радиоустройств, предпочтительнее использовать солнечные батареи. Сол­ нечная батарея (СБ) представляет собой устройство для превращения солнечной энергии в электрический ток. Выпускаемые в настоящее время СБ состоят из набора кремниевых фотоэлектрических преобразователей. Величина площади и способ соединения этих преобразователей зависят от требуемых напряжений и тока для конкретного радиоэлектронного устройства. Фотопреобразователи соединяют в батареи, используя после­ довательное и параллельное их включение. ЭДС отдельного элемента не зависит от его площади и колеблется в пределах 0,5...0,55 В, в то время как ток определяется площадью прибора и составляет 20 мА на 1 см2 при прямом освещении в ясную солнечную погоду. В реальных условиях осве­ щенность колеблется в широком диапазоне, что является причиной коле­ баний вырабатываемого электрического тока. В связи с этим солнечную батарею более эффективно применять в буферном режиме, подключая ее к аккумулятору или гальванической батарее радиоприемника. В таком режиме при среднестатистической освещенности на территории России за весенне-летний период около 500 Вт/м2 срок службы одного комплекта химических элементов увеличивается в 8...10 раз.

53

Солнечные батареи прошлых лет

В 60-е годы был выпущен портативный 185x125x49 мм радиоприем­ ник «Спутник», в ручку которого была вставлена солнечная батарея. Батарея использовалась для зарядки четырех аккумуляторов типа ЦНК-0,4 общим напряжением 5 В. Выпущенный в середине 80-х годов радиоприемник «Лель» стал первым отечественным серийным прием­ ником, в котором питание осуществляется при стандартной освещен­ ности от солнечной батареи, а при затемнении солнечной батареи — от двух гальванических элементов типа 316. В приемнике солнечная бата­ рея размещалась в откидной задней стенке корпуса. Батарея состояла из монокристаллического кремния с рабочей площадью 70 см2. При стандартной освещенности 500 Вт/м2, отдаваемая мощность составила 300 мВт. Солнечная батарея давала напряжение 3 В и способна была питать радиоприемник с потреблением тока в режиме молчания при отсутствии сигнала не более 15 мА. Приемник продолжал работать без расхода энергии гальванических элементов, даже если солнце было скрыто легкой облачностью (освещенность 250 Вт/м2). Габариты сол­ нечной батареи приемника были 115x65 мм. В последнее десятилетие 20 века выпускался радиоприемник прямого усиления на одной микро­ схеме «Амфитон-микро» 90x60x24 мм с встроенной солнечной батаре­ ей. Солнечная батарея использовалась одновременно для питания ра­ диоприемника и зарядки двух аккумуляторных элементов типа Д-0,06 общим напряжением 2,5 В (рис. 1.47). При незаряженных аккумулято­ рах приемник мог работать от солнечной батареи, если она освещалась солнцем или настольной лампой с расстояния 30 см. Солнечная батарея имела номинальные параметры, если световой поток падал перпенди­ кулярно на ее плоскость.

Рис. 1.47. Принципиальная схема радиоприемника «АМФИТОН-микро» с солнечной батареей

54

Отечественной промышленностью выпускалась солнечная батарея «Фо­ тон» специально для питания маломощной переносной радиоэлектронной аппаратуры. При освещенности 700 Вт/м2 она дает ток порядка 20 мА при напряжении 9 В. Ее габариты 107x75x18 мм, а вес 135 г. Практически от нее можно питать все находящиеся в эксплуатации переносные радиоэлект­ ронные устройства, рассчитанные на напряжение 9 В.

Солнечные батареи нового поколения

В настоящее время выпускается новое поколение солнечных бата­ рей, которое получило название солнечно-аккумуляторных батарей (САБ). В корпусе такой солнечно-аккумуляторной батареи находится блок солнечной батареи и блок аккумуляторной батареи, которые соеди­ нены параллельно. При такой САБ удается при прямом солнечном или рассеянном солнечном свете питать радиоэлектронный аппарат и одно­ временно подзаряжать аккумуляторную батарею, которая находится в ее корпусе. Конструкция САБ допускает и другие варианты питания аппа­ ратуры, например, питание от солнечной батареи при отключенных ак­ кумуляторах. Можно также включать батарею только на подзарядку соб­ ственных аккумуляторов. Последний режим работы батареи позволяет в ночное время или при плохой погоде перейти на питание аппаратуры только от аккумуляторов. Солнечная и аккумуляторная батареи соедине­ ны через диод, чтобы не допустить разряд аккумуляторов через солнеч­ ную батарею (рис. 1.48). В настоящее время выпускается три модели САБ: «Электроника Ml», «Электроника М4» и «Электроника М5»

САБ «Электроника M1» позволяет питать малогабаритную радио­ электронную аппаратуру, рассчитанную на напряжение 9 В. Солнечная батарея состоит из 30 фотоэлементов, соединенных последовательно и размещенных на пластмассовом основании. Поверхность фотоэлемен­ тов защищена прозрачной светорассеивающей крышкой, сделанной из акриловой пластмассы. В корпусе САБ имеется отсек для размещения аккумуляторов, в нем же имеется разъем для подключения электричес­ кого кабеля с колодкой разъема на одном конце.

55

САБ «Электроника М4» предназначена для работы с портатив­ ными стереомагнитофонами, плейерами и другой аппаратурой, тре­ бующей для своей работы напряжения 3 В при достаточно большом токе потребления до 250 мА. Солнечная батарея этой модели состо­ ит из 27 фотоэлементов. Фотоэлементы соединены последовательно и параллельно. Три ряда соединенных параллельно элементов — по 9 элементов, соединенных последовательно в каждом ряде. К акку­ муляторному отсеку подсоединен неразъемный кабель с колодкой. В отсек вместо аккумуляторов можно вставить гальванические элемен­ ты типа A315, которые также будут работать в буферном режиме с солнечной батареей.

САБ «Электроника М5», несмотря на малые размеры, позволяет пи­ тать радиоэлектронную аппаратуру мощностью до 0,7 Вт. Аккумуляторы САБ в состоянии обеспечить работу плейера в течение около 2 часов.

Использование в летний период на дачном участке или сельской местности солнечной батареи для питания радиоаппаратуры является оптимальным вариантом. Самостоятельно изготовить солнечную бата-

56

рею, по мощности близкую к промышленным образцам, довольно слож­ но. Существуют радиолюбительские конструкции простейших транзис­ торных радиоприемников прямого усиления, питающихся от специаль­ но сделанных для них солнечных батарей. Прослушивание радиостан­ ций в этих приемниках ведется, как правило, на наушники.

Сконструировать солнечную батарею в домашних условиях можно из транзисторов или фотодиодов. Для солнечной самодельной батареи подойдут транзисторы непригодные для работы в радиоэлектронных устройствах. Главное, чтобы у них не было короткого замыкания между базой и коллектором или базой и эмиттером. Можно использовать транзисторы старых типов П1З...П15 и им аналогичные транзисторы более позднего периода выпуска МП39...МП42. Ножовкой или лобзи­ ком снимается верхняя часть корпуса транзистора и производится про­ верка их работоспособности.

Между базой и коллектором включается миллиамперметр со шка­ лой 1 мА, «плюсовой» щуп прибора к коллектору, а «минусовой» — к базе. При освещении полученного фотоэлемента солнечными лучами или электрической лампой стрелка прибора должна показать 0,2...0,3 мА, а напряжение около 0,15 В. Отбирают элементы с близки­ ми значениями тока и напряжения. Из отобранных элементов состав­ ляются 2 параллельные цепочки по 10 фотоэлементов в каждой, кото­ рые закрепляют на пластмассовой панели (рис. 1.49).

Фотоэлементы на панели желательно закрыть прозрачным за­ щитным экраном, чтобы не попадала пыль. Такая солнечная батарея дает напряжение 1,5 В и позволяет питать приемник прямого усиле­ ния на двух транзисторах с током потребления 0,5 мА. Выключатель в приемнике с солнечной батареей не нужен: он работает только при освещении батареи и выключается, только когда его кладут в карман или сумку.

Более мощная получается солнечная батарея, сделанная на транзис­ торах старых типов — П4, П201...П203. При напряжении 1,5 В она спо­ собна питать приемник с током потребления до 3 мА. Лучшие результа-

Рис. 1.49. Принципиальная схема соединения в солнечную батарею

маломощных транзисторов типа П39...МП42 со снятой верхней частью корпуса

57

ты можно получить, если для солнечной батареи использовать вышед­ шие из строя современные кремниевые транзисторы типа КТ803, КТ805, КТ808, КТ908 и им подобные. Чтобы сделать из них фотоэлемент для солнечной батареи, необходимо отделить вышеуказанным способом крышку корпуса транзистора и произвести отбор транзисторов. Под­ ключив вольтметр, «плюсовой» щуп к базе, а «минусовой» щуп к коллек­

тору, освещают фотоэле­ мент электрической лам­ пой мощностью 40...50 Вт с расстояния 3...5 см. Если вольтметр показы­ вает 0,4...0,5 В, то элемент подходит, в противном случае — нет. Выбран­

Полученная солнечная батарея дает напряжение 1 В и позволяет питать приемник прямого усиления на трех транзисторах с магнитной антенной (рис. 1.51). Схема приемника особых отличий не имеет и изве­ стна давно. Во входном контуре радиоприемника используется фиксиро­ ванная настройка на длинноволновую радиостанцию, в частности, на «Радио России 1». Катушка L1 имеет 250 витков, a L2 — 10 витков провода ПЭЛШО 0,2 на каркасе, расположенном на ферритовом стерж­ не марки М600НН длинной 60 мм и диаметром 8 мм. Дроссели L3 и L4 намотаны на сдвоенных ферритовых кольцах марки М1000НН с вне­ шним диаметром 7 мм и внутренним — 4 мм проводом ПЭЛШО 0,06. L3 и L4 содержат 320 витков. Резисторы типа УЛМ, МЛТ-0,25 или МЛТ 0,5, конденсаторы С2...С5 типа ИЗО, С6 — К53-6. Транзисторы должны иметь коэффициент усиления по току h21 > 90. Для питания этого приемника можно использовать солнечную батарею, составленную из 20 параллель­ но соединенных фотодиодов типа КФДМ (рис. 1.52). Солнечная батарея из ДИОДОВ КФДМ развивает ЭДС 0,5 В при токе 0,5 мА.

Рис. 1.51. Принципиальная схема радиоприемника с питанием от солнечной батареи GB2

58

Рис. 1.52. Принципиальная схема соединения в солнечную батарею фотодиодов типа КФДМ для питания радиоприемника по схеме рис. 1.50

Термобатарея

В зимнее время на даче или в деревне, когда расходуется много тепловой энергии на обогрев жилища, привлекательно использовать для питания различных приборов термоэлектрический генератор. Его низ­ кий КПД в этом случае не имеет особого значения, так как для питания транзисторных приемников требуется весьма незначительная мощность. Термоэлектрический генератор, позволяющий получить электрический ток с помощью термоэлектрического эффекта, чрезвычайно прост. Ос­ новой такого генератора являются термопары. Соединение двух разно­ родных металлов, позволяющее получать ЭДС при нагреве, называют термопарой. Термоэлектродвижущая сила Б пары зависит только от температуры горячего T1 и холодного Т2 контактов, а также от материа­ лов проводников. В небольшом интервале температур от 0 до 100°С величину ЭДС можно вычислить по формуле Е = а (Т1 - Т2), где а — называют коэффициентом Зеебека (табл. 1.10).

Таблица 1.10 Значения а для некоторых металлов и сплавов по отношению к свинцу РЬ

Примечание.

Знак «+» указывает, что ток течет от РЬ к данному металлу через более нагретый спай, а знак «-» — через холодный спай.

59