Электропастух на солнечных элементах

Электропастух с питанием от солнечной батареи

Конструкции и схемы электропастуха могут быть реализованы по-разному. Т. Байерс, автор книги «20 конструкций с солнечными элементами» (Москва, изд. Мир, 1988), утверждает, что после установки небольшой солнечной батареи отпадает необходимость в подзарядке аккумуляторных батарей для электропастуха.

Принципиальная схема электропастуха

Принципиальная_схема_электропастуха

Для электропастуха требуется маломощный источник питания. Зарядное устройство функционирует на основе автомобильной катушки зажигания.

Катушка работает в основном на том же принципе, что и в системе зажигания автомобиля. Когда контакты прерывателя (в нашем случае контакты реле RL1) замыкаются, через первичную обмотку катушки зажигания начинает течь ток, вызывающий увеличение магнитного поля в сердечнике катушки.

При размыкании контактов ток прекращается и магнитное поле начинает спадать. Изменяющееся магнитное поле вызывает появление напряжения во вторичной обмотке катушки. Поскольку отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки очень велико, индуцируемое напряжение также очень велико, точнее 25 кВ. Такого потенциала вполне достаточно, чтобы отпугнуть любых, даже агрессивных животных.

Реле включается транзистором Q1 на короткий период времени (около 15 мс). В течение этого короткого интервала через катушку протекает ток, создающий магнитное поле в сердечнике. Длительность включенного состояния реле задается ждущим мультивибратором, собранным на логических элементах КМОП-структуры, постоянная времени замкнутого состояния определяется величинами С2 и RЗ. Запуск осуществляется автоколебательным мультивибратором, собранным на двух оставшихся элементах IС1А и IС1В КМОП-структуры. По сути дела этот генератор определяет количество импульсов в минуту подобно прерывателю автомобиля. Период следования импульсов регулируется резистором VR1 в пределах 30—64 имп/мин.

Последний мультивибратор также определяет продолжительность рабочего цикла зарядного устройства. При самой высокой частоте (64 имп/мин) рабочий цикл занимает 1,6% всего периода работы устройства, при низкой частоте (30 имп/мин) — 0,75%. Благодаря подобной комбинации короткого рабочего цикла и использованию элементов КМОП-структуры устройство электропастуха потребляет очень мало электроэнергии.

Конструкция электропастуха

Схема электропастуха для простоты выполнена с применением печатного монтажа. Хотя схема в общем не обладает какими-либо особенностями при монтаже, следует проявлять определенную осторожность, работая с КМОП-элементами.

КМОП-элементы очень чувствительны к воздействию статического электричества и требуют аккуратного обращения. Лучше всего сначала закрепить на плате все элементы, а затем уже аккуратно вставить интегральную микросхему и припаять ее паяльником с заземленным жалом.

Микросхема, даже после установки на плату, весьма чувствительна к электрическим наводкам и помехам. Таким образом, катушку зажигания необходимо разместить как можно дальше от платы. Высоковольтный провод ни в коем случае не должен проходить вблизи платы!

Выбирая катушку зажигания для электропастуха, помните, что подойдет лишь обычная автомобильная катушка. Современные катушки для электронных транзисторных схем зажигания в упомянутых условиях будут сильно искрить в нашей схеме. Можно взять любую катушку от старой модели автомобиля, однако необходимо знать некоторые различия между разными типами катушек.

Некоторые катушки (например, от автомобиля Фольксваген) при включении дают мощный импульс тока. Подобные импульсы снижают срок службы контактов реле. Подобрать силу тока через контакты, отвечающую паспортной величине, можно с помощью резистора R4, ограничивающего ток через первичную обмотку катушки зажигания.

Для продления срока службы реле следует использовать конденсатор, которым комплектуется катушка зажигания. Если он у вас есть, поставьте его в схему вместо конденсатора СЗ. Этот конденсатор уменьшает искрение между контактами реле в момент разрыва электрической цепи.

Подавление высоковольтного импульса, возникающего в первичной обмотке, продлевает срок службы контактов. Кроме того, конденсатор и катушка образуют нечто вроде колебательного контура, затухающие колебания которого вызывают увеличение высокого напряжения на вторичной обмотке катушки.

Можно поискать высококачественные катушки, развивающие на вторичной обмотке большее напряжение по сравнению со стандартной катушкой. Тем не менее из опыта следует, что можно достичь хороших результатов, применив обычную катушку.

Источник электроэнергии электропастуха

Теперь мы приблизились к той части конструкции, которая касается солнечной батареи. Как вы видели, были предприняты определенные усилия, чтобы свести к минимуму потребляемую схемой энергию. Это снижает требования к необходимой мощности солнечной батареи.

Печатная_плата_электропастуха

Первичным источником энергии в устройстве питания, подключаемого к проволочной изгороди, является герметичная свинцово-кислотная аккумуляторная батарея, называемая гельным элементом. По характеристикам она идентична обычной свинцово-кислотной батарее с жидким электролитом, используемой в автомобилях. В отличие от обычных свинцово-кислотных элементов гельные элементы не нуждаются в уходе и могут устанавливаться в любом положении.

elektropastukh_3

Батарея типа Powersonic РS-1260 или подобная ей имеет небольшие габариты (15х6х10 см3) и помещается в одном корпусе с электронной схемой.

Для подзарядки аккумуляторов необходима солнечная батарея, которая должна развивать напряжение 12 В при токе 250 мА. В продаже имеется несколько типов батарей, удовлетворяющих этим условиям.

При самостоятельном изготовлении солнечной батареи можно использовать расколотые на четыре части элементы диаметром 7,5 см. Большинство монокристаллических круглых элементов помечено крестиком в центре — если нажать в этой точке ножом с крестообразным наконечником, элемент расколется на 4 аккуратные части (нельзя это делать на твердой поверхности, для создания механического напряжения нужно, чтобы элемент прогнулся, достаточно подложить под него несколько листов бумаги).

Чтобы получить напряжение, достаточное для заряда аккумуляторной батареи, потребуется соединить последовательно 35 таких «четвертушек».

Солнечная батарея такого размера будет генерировать около 3,6 Вт. Это соответствует в среднем 22 Вт в день или 1,6 А*ч. В нормальных условиях гельный элемент емкостью 6 А*ч способен снабдить энергией схему без подзаряда от солнечной батареи в течение около 10 дней в зависимости от частоты генерации высоковольтных импульсов, температуры батареи и т. д.

Для защиты аккумулятора от перезаряда необходим регулятор заряда. Для этой цели вполне подойдёт регулятор, описанный в гл. 6 книги «20 конструкций с солнечными элементами». Ниже показана схема маломощного транзисторного варианта регулятора заряда.

elektropastukh_zaryad

Детали, использованные в схеме:

Резисторы:

R1, R2 — 33 кОм

R3 — 510 Ом

R4 — 1 мОм

R5, R8 — 1 кОм

R6, R7 — 480 Ом

R—100 Ом

Полупроводники: D1 — 1N4001, D2—1N4735, IС1—LМЗЗ9

СД1, СД2 — индикаторы, Q1—ЕСG187

Остальные детали: VR1—50 кОм, потенциометр.

Установка высоковольтного устройства

Установка высоковольтного устройства для электропастуха весьма проста. По всему периметру изгороди натяните проволоку, на которую затем будет подано высокое напряжение. Эта проволока, конечно, должна быть изолирована от земли. Для этой цели подходят керамические изоляторы, которые имеются в продаже в большинстве хозяйственных магазинов. Вместо них можно использовать горлышки от стеклянных бутылок.

Схема_монтажа_электропастуха

Высота подвески проволоки зависит от вида животных, содержащихся в загоне. Для коров и лошадей, как показывает опыт, необходимо установить проволоку на уровне груди. Частота импульсов также определяется видом животных. Во многих случаях для животных, помещенных в новый загон, требуется использовать высокую частоту. После периода «привыкания» животных к неволе частоту можно снизить.

Проволока присоединяется к высоковольтному выводу катушки зажигания. Надежным заземлением служат металлический штырь, воткнутый во влажную почву, или водопроводные трубы, проложенные в земле. Категорически запрещается для этой цели использовать газовые трубы.

Теперь нужно подключить аккумуляторы, установить частоту импульсов, направить солнечную батарею на юг — и получится электрическая изгородь!

Список деталей

Резисторы:

R1—47 кОм

R2—22 кОм

R3—1 МОм

R4—5 Ом, 1 Вт

VR1 -—50 кОм, переменное сопротивление

Конденсаторы:

С1—4,7 мкФ 35 В

С2—0,02 мкФ

СЗ—220 мкФ, 16 В

С4—220 мкФ, 16 В

С5—0,001 мкФ

Полупроводники:

D1—1 N4002

IС1-СD4001, логический элемент И-НЕ

СД1 — светодиод

Q1—2N2222

Остальные детали:

RL1— реле

35 солнечных элементов, 250 мА

Катушка зажигания (см. текст)

Гельный элемент, 12В, 6А*ч (Powersonic РS-1260)

Список аналогов использованных в данной конструкции электропастуха на солнечных батареях зарубежных полупроводниковых приборов и микросхем (приведенные замены зачастую не являются точными аналогами, а лишь рекомендуются для использования при повторении конструкций).

Диоды:

1N34А Д310, Д311

1N4001 Д226

1N4002 КД212

1N4735 КС462, КС 162

1N5400 КД202

1N914 КД521А

Транзисторы:

ЕСG-187 ГТ906А

FРТ-100 фототранзистор

IRF-511 КП904

TIL 414 фототранзистор

2N2222 КТ3117А, КТ315

2N3904 КТ815

Микросхемы

LM1458 К544УД2

LMЗЗЭ К140УД12

LM741 К140УД7

LM7812 К142ЕН8

CD4001 К176ЛА7

CD4011 К176ЛА7

CD4049 К176ЛН2

CD4050 К564ЛА10

Русский

Добавить комментарий

Пользовательский поиск