پیشگفتار
در این بخش مراحل کارهای انجام شده و طراحی های صورت گرفته برای ساخت مدارهای شارژر باتریها و درایور موتورهای dc که مورد استفاده قرار گرفته اند به اضافه مدار مولد PWM به طور دقیق تشریح شده است.
ابتدا اجمالاً مطالبی را که در گزارشهای پیشین گفته شد مرور می کنیم- معرفی سلولهای خورشیدی و علت رواج استفاده از آن در سالهای اخیر و همچنین بلوک دیاگرام مدارهای لازم. بعد از آن به تشریح مدارات لازم و تحلیل آنها خواهیم پرداخت.
3-1- مدار شارژر باتریها
در این قسمت به تحلیل مدار شارژر باتری ها و نحوه کار آن می پردازیم. این مدار در گزارش شماره یک بررسی شده است. اما به دلیل اهمیت موضوع مجدداً به آن می پردازیم. بلوک دیاگرام مدار شارژر را در شکل زیر ملاحظه کنید.
بلوک دیاگرام مدار شارژر باتری
عملکرد این مدار به این صورت است که انرژی خارج شده از سوی صفحه فتو ولتاییک را رگوله کرده و به باتری می فرستد. در این سیستم یک پتانسیومتر برای کنترل جریان و ولتاژ، یک طراحی برای شارژ کردن دوره ای باتری و نیز یک خنثی کننده دما برای شارژ بهتر باتری در دماهای مختلف وجود دارد. هدف از طراحی این مدار یک کنترل کننده شارژ به منظور ساده بودن، بازدهی بالا و قابل اطمینان بودن است. یک سیستم متوسط خورشیدی قادر است که 12 ولت برق و یا جریانی در حدود 10 آمپر تولید کند. در این گونه سیستمها یک باتری اسیدی خشک نیز وجود دارد که قادر است انرژی تولید شده از صفحات را در خود نگه دارد و این در حالی است که یک باتری ممکن است که چندصد بار در طول روز شارژ و دشارژ گردد.
مدار نشان داده شده به طور کلی همانند یک سوییچ جریان عمل می کند که بین ترمینال PV و باتری قرار دارد. در این سوییچ، دیود D1 باعث جلوگیری از برگشت جریان از باتری به سلول خورشیدی می گردد. هنگامی که ولتاژ باتری از ولتاژ ماکزیمم کمتر باشد، مقایسه گر IC1a روشن می گردد و دو مقدار Q1 و Q3 را با هم مقایسه می کند که این عمل باعث می شود جریان برای شارژ به سمت باتری حرکت کند. توجه داشته باشید که Q3 یک MOSFET کانال P است که باعث می شود مدار یک زمین مشترک با باتری و صفحه داشته باشد. هنگامی که باطری به شارژ کامل رسید، IC1a همانند یک مقایسه گر و بر اساس یک Schmidt Trigger Oscilator عمل می کند. این سوییچ باعث خاموش و روشن شدن جریان سلول خورشیدی می گردد و از نوسان ولتاژ روی نقطه تنظیم باتری جلوگیری می کند. در نقطه بحرانی یک OP AMP نیاز است که به خوبی عمل کند. باید به خاطر داشته باشید که OP AMP 741 برای استفاده در این قسمت مناسب نیست و عملکرد چندان خوبی نخواهد داشت.
ترانزیستور Q1 باعث سوییچ کردن بقیه مدار می گردد؛ البته در صورتی که ولتاژ PV به قدر کافی زیاد باشد که بتواند باتری را شارژ نماید. از طرفی دیگر در شب باعث می شود که این سوییچ خاموش شود. چرا که ولتاژ کافی در دو سر صفحه وجود ندارد که بتواند باتری را شارژ نماید. در نتیجه ترانزیستور Q1 در حالت خاموش قرار دارد.
IC2 یک ولتاژ 5 ولت رگوله شده را تولید می کند تا بتواند انرژی لازم را برای مقایسه گرها فراهم نماید و به عنوان یک ولتاژ مرجع عمل می کند.
LED های قرمز و سبز که از قسمتهای IC1a و IC1b خارج می شوند، نشاندهنده عمل شارژ شدن باتری است. اگر باتری در حال شارژ شدن باشد، LED سبز، روشن خواهد شد و اگر باتری در چنین حالتی نباشد، LED قرمز، روشن خواهد شد.
پایه شماره 5 IC1b تنها به یک نقطه مرکزی نیاز دارد تا همانند یک مقایسه گر عمل کند و تنها به پایه شماره 2 IC1aمتصل است تا نیازی به زمین نداشته باشد.
مقاومتها و مقاومتهای گرمایی توان بالا در قسمت ورودی IC1a باعث فراهم شدن یک پل می شود که برای مقایسه کردن ولتاژ باتری و ولتاژ مرجعی که از قسمت IC2، R8 و R9 می آید، به کار می رود.
3-2- مدار کنترل کننده موتور:]1 [ و ]2 [
تا این مرحله موفق به مهار انرژی دریافتی از سلولهای فتو ولتاییک و ذخیره آنها در باتری شده ایم. حال باید از این انرژی در راه اندازی موتورها استفاده کرد. در این پروژه از دو موتور dc استفاده شده است. علت استفاده از دو موتور به جای یک موتور، دادن امکان تغییر جهت حرکت با استفاده از تغییر جهت چرخش موتورها و یا تغییر سرعت چرخش آنها به هدایت کننده قایق است. با این کار عملاً نیازی به استفاده از سکان نیست( هرچند برای شرایط اضطراری باید یک سکان و پدالهای غیر الکتریکی و یا پارو در قایق موجود باشد.).
برای راه اندازی هر موتور باید یک مدار راه انداز طراحی کنیم. از آنجایی که موتور باید بتواند در هر دو جهت کار کند،
بهترین راه حل استفاده از مدار H-Bridge می باشد. شکل کلی این مدار را در زیر مشاهده می کنید.
(تصاویر در فایل اصلی موجود است)