Solar betriebener Getriebemotor...Anlaufschaltung...

[Peterueps]

Hallo zusammen,

(nur zur Info, ich bin ein relativer Laie, was Schaltungen und so weiter betrifft...)

ich habe ein Problem/Fragestellung:

Eine Solarzelle liefert im optimalen Bestrahlungszustand im Leerlauf 4,50 Volt und hat dabei 45mA Kurzschlussstrom.

Ich möchte mit dieser Solarzelle einen Gleichstrom-Motor in Intervallen antreiben. Es ist ein Glockenanker-Getriebemotor, welcher mit 3,0 Volt zuverlässig anläuft und dabei einen kurzeitigen Einschalt-Anlauf-Strombedarf von ca. 120 mA hat. Der Dauer-Betriebstrom liegt bei ca. 40 mA!

Im Dauerbetrieb kann die Solarzelle den Motor durchaus bewegen/versorgen, aber das Anlaufmoment/Einschaltstrom ist anscheined zu groß/hoch, das der Motor sehr selten von selbst, bei erneuter Bestrahlung der Solarzelle, anläuft.

Ich schaue die ganze Zeit nach Spannungswandlern, Step-Down-Konverter usw. aber es handelt sich ja um eine relativ geringe Spannungsdifferenz aber eine recht hohe Stromaufnahme...Ladeschaltung für Gold-Caps oder Lipo´s....?

Nach was, (welcher Schaltung) muss ich suchen?

Blitzer?
Ladungspumpe?

Mein Favorit als Baustein für die Schaltung wäre ein NE 555! (Natürlich die CMOS-Variante) (Ich liebe dieses Teil..)

Inzwischen habe ich auch schon folgendes ausprobiert:

Das Anlaufen sollte selbständig bei ausreichender Sonneneinstrahlung erfolgen, das Ausschalten übernimmt einerseits ein NE 555 und zusätzlich ein mechanischer Motor-Umpol-Schalter bei erreichen einer bestimmten Umdrehungszahl/Strecke.

Ich habe die Schaltung jetzt einmal mit zwei Kondensatoren (16 Volt 4.700 µF) und des weiteren auch mal mit einer einzelnen Lipo-Zelle (3,6 Volt 350 mAh) und einer zusätzlichen preiswerten Schutzschaltung für den Lipo aufgebaut.

Die Solarzelle lädt beide Energiespeicher ohne angeschlossenen Motor zuverlässig auf und ich kann anschließend den Motor anklemmen und laufen lassen. Verdeckt aber eine Wolke die Solarzelle, bleibt der Motor stehen und zieht bei erneuter Sonneneinstrahlung den gelieferten Strom der Solarzelle (45 mA) und die Energie-Puffer werden nicht mehr geladen. Wird jedoch der Motor abgeschaltet und die Zeit zum Aufladen der Energiespeicher ist ausreichen, so ist ein Selbstanlauf natürlich möglich.

Wie kann ich das lösen?
Ein Schmitt-Trigger der den Motor spannungsabhängig Ein- und Ausschaltet? Schwellspannung dann 3,5 Volt?

Für Eure Vorschläge und Tips bereits im Voraus vielen Dank!

Gruß Chris

[PICture]

Hallo Peterueps!

Du brauchst angeblich eine Schaltung, die genug elektrische Energie in einem "Kondensator" (Elko, GoldCap, Akku, usw.) speichert um den Anlaufstrom für ein DC Getriebemotor zu gewehrleisten. So was wird beim solarbetriebenen BEAM-er verwendet, siehe dazu z.B.: https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=54697.

Ich habe mir schon einfachste Schaltung ausgedacht (mit nur 2 Transistoren: n-p-n + p-n-p), jedoch noch nicht ausprobiert. Wenn du Lust zum Auszuprobieren hättest, würde ich dir gerne meine "verrückte" Idee skizieren.

Viel Spass und Erfolg ! :)

MfG

[ranke]

Ein Schmitt-Trigger der den Motor spannungsabhängig Ein- und Ausschaltet? Schwellspannung dann 3,5 Volt?


Das klingt erstmal nicht unvernünftig, sofern man den Motorstillstand an einer bestimmten Spannung festmachen kann. Der Schmitt-trigger hat ja 2 Kippspannungen, die zum Einschalten liegt naturgemäß höher als die zum Ausschalten. Was möglicherweise auch noch notwendig sein könnte ist eine Zeitverzögerung für das Ausschalten, der Schwellwert sollte für eine längere Zeit (vielleicht 1 Sekunde) unterschritten werden damit er abschaltet. Damit vermeidet man, dass der Anlaufstrom beim Wiedereinschalten gleich wieder ein Ausschaltimpuls erzeugt.
Wie ist Dein jetziger Schalter realisiert? Treibt der NE 555 direkt den Motor? Man möchte ja ungern einen zweiten Schalter einführen, weil ja überall ein bißchen Spannung hängenbleibt.

[Peterueps]

Hallo zusammnen,

vielen Dank für Eure Antworten!

@Picture:

an Deiner Schaltungsidee bin ich natürlich auch interessiert!

@Ranke:

die jetzige Zeitschaltung mit einem NE 555 als Astabiler Multivibrator sieht eine Pause von ca. 250 Sekunden und eine Einschaltdauer von ca. 50 Sekunden für den Motor vor.
Es ist eine invertierte Ausgangsstufe mit einem Darlington-Transistor. Die Schaltung läuft ebenfalls bereits mit 3 Volt Betriebsspannung.

Ein "Schaltfenster" für den Motor mit einem Schmitt-Trigger wäre ja ab 2,9 Volt bis 3,5 Volt möglich?

Vielen Dank für Eure Hilfe und Geduld!

Gruß Chris

[PICture]

O.K. siehe Code. :)

Kurzbeschreibung:

Die T1 und T2 bleiben beide solange gesperrt bis die Spannung auf dem Emitter von T1 die Spannung auf seiner Basis + ca. 0,7 V erreicht hat. Die Basisspannung ist durch R1 und R2 festgelegt. Dank der starken positiven Rückkopplung stellen die T1 und T2 ein Kurtzschluß dar, bis der durch sie fliessender Strom auf Null sinkt. Dann sperren sie beide wieder und lassen der Spannung auf dem Emitter von T1 wieder auf o.g. Wert anwachsen.

Die Schaltung funktioniert sicher wie beschrieben, aber nur wenn der Strom von selbst auf Null geht, was ich bisher mit Solarzelle und Motor nicht ausprobiert habe. Es wäre angeblich ein Kondensator (Cb) an Bürsten des Motors notwendig um die 6 pro Umdrehung (bei drei Spulen am Rotor) Stromunterbrechungen von Bürsten zu eliminieren.

MfG

D

+-----+--->S---+---+ S = Solarzelle
+| | | |+
.---. .-. | === C M = Motor
| | | |R1 | /-\
| S | | | | | ->S- = Schottky Diode
| | '-' | ===
'---' | |< GND
-| +----+-| T1
=== | | |\
GND .-. | |
| |R2 \| |
| | T2 |-+
'-' <|
| |
=== +- - -+
GND | |
/ \ |
( M ) --- Cb
\ / ---
| |
+- - -+
|
===
GND

[ranke]

Alternativ zur Lösung von picture hier etwas mit einem Operationsverstärker. Der Simulator verspricht eine Abschaltspannung von 2,85V, eine Einschaltspannung von 3,55V. Die Spannungsquelle links wäre die Solarzelle (mit Elko parallel, nicht gezeichnet), der 100Ohm Widerstand rechts der Motor.
Zum besseren Verstehen kann man hier nachlesen:
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/opaschm.htm

[PICture]

Von dir vorgeschlagene Schaltung löst das Problem des Anlaustroms für den Motor noch nicht. Man müsste überlegen/ausprobieren wie sie dafür adaptiert werden könnte.

MfG

[Peterueps]

Hallo zusammen,

Vielen Dank an Euch beide (PICture und Ranke) für die Vorschläge!

Ich werde mir fürs Wochenende einmal ein paar notwendige Bauteile besorgen und es bei diesem herrlichen Wetter ausprobieren.

Habe inzwischen einmal diese Schaltung ausprobiert:

http://www.solarbotics.net/library/circuits/bot_popper_555.html
Solar-Engine mit NE 555

Da muss ich aber mit den Bauteilwerten noch etwas spielen, denn der erneute Anlauf des Motors ist auch nicht immer gewährleistet.

Gruß Chris

[ranke]

@picture:


Von dir vorgeschlagene Schaltung löst das Problem des Anlaustroms für den Motor noch nicht. Man müsste überlegen/ausprobieren wie sie dafür adaptiert werden könnte.


Was nur im Text, nicht im Schaltplan steht: der Elko für die Pufferung der Anlaufenergie soll parallel zur Solarzelle geschaltet sein. Ich denke, das müßte dann so gehen.

Noch eine Frage zu Deinem Schaltungsvorschlag: Die Abschaltung geschieht offenbar dadurch, dass der (geringe) Haltestrom unterschritten wird (ähnlich wie bei einem Thyristor). Wenn jetzt eine Wolke daherzieht und der Motor stehenbleibt, kann ja noch ein beträchtlicher Reststrom fließen, der möglicherweise nicht zur Abschaltung führt. Hast Du diesbezüglich Erfahrung? Kann man den nötigen Haltestrom schaltungstechnisch beeinflussen?



Habe inzwischen einmal diese Schaltung ausprobiert:

http://www.solarbotics.net/library/circuits/bot_popper_555.html
Solar-Engine mit NE 555


Sieht auch praktikabel aus. Als gewissen Nachteil beim 555 sehe ich, dass die Schaltpunkte von Trigg. und Trh. durch den internen Spannungsteiler bei 2/3 bzw. 1/3 der Betriebsspannung festgelegt sind. Aber vielleicht passt das ja schon ganz gut mit der Schwellspannung der beiden Dioden. Bei der Operationsverstärkerschaltung könnte man die Schaltpunkte im Rahmen der Vorgaben frei wählen (z.B. indem man statt Festwiderständen Trimmpotis verwendet).

[Jakob L.]

Ich würde als Energiespeicher einen 5.5V Gold-Cap verwenden. Der kann ohne irgendeine Ladeschaltung einfach ständig an der Solarzelle angeschlossen bleiben und man muss sich im Gegensatz zu Akkus keine Sorgen wegen Tiefentladung machen.

Die Schaltung kann dann einfach ein Schmitt-Trigger sein (OPV als Trigger und Transistor zum Schalten).

[PICture]

Hallo!

@ ranke

Ich gebe zu, dass ich den ganzen Text nicht gelesen habe, daher meine "blöde" Antwort ... :)

In meiner Schaltung bilden die zwei Transistoren mit dem Widerstandteiler einen Unijunktion-Transistor mit einstelbarer Schaltspannung und ich habe änliche Schaltung schon mehrfach in simplen VCO's verwendet.

Ich denke, dass wenn die Spannung der Solarbatterie wegen einer Wolke unter Flussspannung der Diode fällt, hört der Strom zu fliessen auf. Es könnte helfen eine Diode mit höherer Durchflussspanung zu verwenden, wenn die Spannung aus der Solarbatterie bei Sonnenstrahlung für angewendeten Motor noch ausreicht.

Es gibt leider keine mir bekannte simple Lösung ohne extra Unterbrecher (zusätzlichen Transistorschalter mit dazugehöriger Steuerung), was sicher zur Komplizierung der Schaltung führen wird (wie beim von dir erwähnten Thyristor bei DC).

Mit Solarenergie habe ich erst vor kurzem angefangen zu "spielen" und deswegen bin ich noch Anfänger ... :)

MfG