الهندسة والآليات > اصنع بنفسك
دارة جول لشحن البطاريات
تنويه: هذا القسم اصنع بنفسك مبني على التجربة الشخصية والخبرات اليومية للمهندسين العاملين في هذا المجال، وتتطبق العلاقات المذكورة فيه بشكل تقريبي للحصول على نتائج عملية مقبولة. ولقد تمت كتابة مقالات اصنع بنفسك في المقام الأول لمساعدة المناطق التي تعاني من نقص الكهرباء وخصوصا سوريا.
يسعدنا استقبال اقتراحاتكم لإغناء قسم اصنع بنفسك، كل المقترحات سوف يتم تدقيقها و اعتمادها ضمن مقالات اصنع بنفسك.
بعد ان تحدثنا عن تطبيقات الخلايا الشمسية المُجمّعة، و عن استخدام اللدات مع البطاريات كحل للإنارة ، سنتحدث اليوم عن دارة جول المعدلة و هي حل أمثل للدات ذات البطاريات المستهلكة او للاستفاة من الخلايا الشمسية المفردة، تابعونا في هذا المقال لتتعرفوا على دارة جول المعدلة و تطبيقاتها..
* دارة جول هي دارة بسيطة لدعم التوتر ، باستطاعتها زيادة جهد مصدر التغذية عن طريق تحويل إشارة الجهد الثابتة إلى سلسلة نبضات سريعة ذات توتر مرتفع. هذه الدارات شائعة الاستخدام لإضاءة الليدات ذات البطاريات المُستهلَكة، ولكن توجد تطبيقات كثيرة أخرى لهذه الدارة.
سنبيّن في هذا المقال كيف يمكن استخدام هذه الدارة لشحن بطاريات بمصادر تغذية ذات توتر منخفض، و بما أن هذه الدارة قادرة على تعزيز الجهد، بإمكاننا شحن بطارية عبر مصدر تغذية ذو توتر خرج أقل من جهد البطارية نفسها. كما تتيح لنا الاستفادة من مصادر التوتر المنخفض كالمولدات الحرارية، العنفات الصغيرة والخلايا الشمسية المُفرَدة.
(2)
* الأدوات المطلوبة:
1- ترانزستور نوع NPN
2- مكثف 0.01 ميكرو فاراد
3-أسلاك معزولة
4- ديود زينر 6 فولت
5- ديود
6- مكثف 330 ميكرو فاراد
7-مقاومة 1 كيلو اوم
8- حلقة حديدية للف السلك
9- أداة لإزالة العازل عن السلك
10- لوح الكتروني مطبوع
11- موصِّل براغي
12-فرد لحام
13 -قطاعة أسلاك
(3)
* مبدأ العمل:
الدارة المستخدمة هنا هي دارة جول معدلة، حيث دارة جول الأساسية تأخذ إشارة توتر منخفض ثابتة وتحولها إلى سلسلة نبضات من الترددات العالية عند التوتر المرتفع.
* آلية العمل:
1- الترانزستور يكون مطفأ في البدء.
2- تمر كمية قليلة من الكهرباء عبر المقاومة والملف الأول إلى قاعدة الترانزستور، مما يؤدي لفتح جُزئي لقناة المجمع-الباعث (. ثم تكون تكون الكهرباء قادرة على الحركة عبر الملف الثاني وقناة المجمع-الباعث (للترانزستور.
3- تؤدي زيادة كمية الكهرباء المارة عبر الملف الثاني إلى توليد حقل مغناطيسي، يحث كمية أكبر من الكهرباء في الملف الأول.
4- تذهب الكهرباء المستحثة في الملف الأول إلى قاعدة الترانزستور، وتفتح قناة (المجمع-الباعث). وهذا يسمح بمرور كهرباء أكثر عبر الملف الثاني وقناة (المجمع-الباعث) للترانزستور.
5- تتكرر المرحلتان 3 و4 في حلقة الإرجاع، إلى ان تتشبع قاعدة الترانزستور وتفتح قناة (المجمع –الباعث) كلياً. وتمر الكهرباء بكمية أصغر عبر الترانستور.
6- بما ان الكهربا في الملف التاني توقفت عن الزيادة، تتوقف عن حث الكهرباء في الملف الأول. وهذا يسبب مروركمية اقل من الكهرباء في قاعدة الترانزستور.
7- مع كمية الكهرباء القليلة التي تمر عبر قاعدة الترانزستور ستبدأ قناة (المجمع –الباعث) بالانغلاق. وهذا سيؤدي لمرور تيار أقل عبر الملف الثاني.
8- ان النقص في كمية الكهرباء في الملف الثاني سيحث كمية كهرباء سالبة في الملف الأول. و بالتالي ستمر كمية كهرباء اقل عبر قاعدة الترانزستور.
9- تتكرر المرحلة 7 و8 إلى أن تنعدم الكهرباء المارة عبر الترانزستور.
10- جزء من الطاقة المخزنة في الحقل المغناطيسي للملف الثاني يكون قد استُهلِك. ومع ذلك يوجد كمية كبيرة من الطاقة المخزنة. هذه الطاقة تحتاج لأن تذهب لمكان ما. وهذا ما يسبب زيادة التوتر على خرج الملف.
11- لا يمكن استمرار تراكم الكهرباء في الترانزستور، لذا يجب أن تذهب عبر حمل (عادة يكون ليد). يتراكم التوتر عند خرج الملف إلى أن يصل إلى قيمة معينة تمكنه من المرور عبر الحمل.
12- تمر الطاقة المتراكمة عبر الحمل بقينة عالية. وعند تبدد الطاقة، يعاد ضبط الدارة وتبدأ بعملية من جديد.
في الدارات النموذجية تتكرر هذه العملية 50،000 مرة في الثانية.
(4)
* تعديل الدارة لتكون شاحن للبطارية:
المصدر:
لتعديل الدارة لتصبح شاحناً للبطارية نقوم بالتعديلات التالية على التصميم:
1- نضيف مكثف إلى القطب بين المقاومة والملف الأول. هذا سيساعد على استقرار الخرج.
2- نضيف ديود زينر إلى قاعدة الترانزستور، هذا يساعد على حماية الترانزستور من التلف عند ارتفاع التوتر.
وصلة (الباعث-القاعدة) هي أضعف نقطة من الترانزستور. معظم ترانزستورات ال NPN يكون فيها الجهد الاعظمي المسموح به لوصلة (الباعث-القاعدة) هو 6 فولت أو أقل.
لذا نضيف ديود زينر بين القاعدة والمُجَمِع في الترانزستور. يمنع الديود وصلة (الباعث-القاعدة) من الانحياز عكسياً.
3- نضيف ديود عند جهة الخرج للملف الثاني، وهذا يسمح بمرور جهد الخرج عبره، ولكن يمنع استنزاف الكهرباء الآتية من البطارية من قبل الترانزستور مجدداً.
_ يساعد المكثف و ديود زينر على حماية الترانزستور من ارتفاع التوتر الذي يحدث إذا كانت الدارة تعمل بدون حمل. جهد الملف الثاني سيرتفع حسب الحاجة حتى يكون مُفَرغَاً.
عند العمل بلا حمل، يمكن أن يصل توتر الملف إلى 60 فولت، وهذا يسبب تلف الترانزستور بسرعة.
لذا المكثف وديود زينر يعملان على الحد من ارتفاع هذا التوتر.
(5)
لف الحلقات:
*
يُصنع المحول في الدارة من سلك ملفوف حول حلقة من الحديد. يمكن شراء هذه الحلقات الحديدية من محلات القطع الكهربائية الالكترونية، أو يمكن ازالتها من العناصر الالكترونية القديمة مثل مزودات الطاقة.
نأخذ سلكين معزولين رقيقين ونقوم بلفهما حول الحلقة الحديدية عشر مرات. يجب أن نكون حذرين ألا تتداخل الأسلاك مع بعضها ونتأكد من أن المسافة بينها متساوية.
(6)
* النموذج الأولي للدارة على اللوحة:
من الجيد وضع النموذج الأولي للدارة قبل لحام العناصر معاً، وذلك للتأكد من أن جميع العناصر تعمل. كما يمكننا اختبار أداء الدارة والقيام بالتعديلات اللازمة.
(7)
*لِحام الدارة على اللوحة الالكترونية:
لجعل الشكل النهائي للدارة صغيراً قدر الإمكان، نلحَم القطع على اللوحة.
هذا النوع من اللوحات الالكترونية يُمَكِنُك من وضع العناصر في أي مكان على اللوحة، ومن ثم القيام بالتوصيلات التي تريدها من الجهة السفلية. عند الانتهاء من عملية اللحام يمكنك تشذيب اللوحة حول العناصر.
للقيام بالتوصيلات بين الدخل والخرج في الدارة، نستخدم موصلات البراغي التي للوحات الكمبيوتر التي تسمح بوصل سهل للعناصر المختلفة بين الدخل والخرج. وبإمكانك استخدام مصدر للتغذية او البطارية التي تريد العمل بها.
لتجنب اختلاط النهايات يُنصَح بتعليم القطب الموجب والسالب على كل نهاية لكل عنصر أو تسميتها دخل وخرج.
(8)
* اختيار مصدر الطاقة.
يمكن استخدام أي مصدر للتوتر المستمر المنخفض لتغذية الشاحن. فبإمكاننا استخدام الخلايا الكهروضوئية، خلايا الوقود الهيدروجينية، المولدات الحرارية، أو مولدات التيار المستمر الصغيرة. كما يمكن وصلها مع عنفة ريحية. ويمكن إعداد مولد صغير متصل مع عجلة الهامستر.
إن مصدر الطاقة ليس مشكلة. ومع ذلك فإن مساهمة توتر الدخل سيؤثر على مدى ارتفاع توتر الخرج الذي يمكن أن نحصل عليه. مع المكونات المُستخدمة يمكن الحصول على أفضل أداء من مصدر الطاقة الذي يعطي توتر بين (0،9_2) فولت (مع قيمة أعظمية 1،5 فولت). التوتر أقل من 0،9 فولت، سيكون من الصعب على الدارة رفع التوتر إلى توتر أعلى يؤمن شحن البطارية بشكل جيد. وأكبر من 2 فولت، سيبدأ توتر الخرج بالزيادة ولكن إلى قيمة محددة لأن ديود زينر سيحمي الترانزستور.
(9)
*استخدام شاحن جول لشحن البطاريات.
تشحن هذه الأداة البطارية بسهولة إلى حوالي 10 فولت. ومع ذلك يجب أن نأخذ بالاعتبار أنه لتعزيز التوتر سينقص التيار بشكل كبير. لذا فستأخذ عملية الشحن فترة من الزمن لأن الشحن يتم عند تيار منخفض.
ليس بامكاننا استخدام هذا الشاحن لشحن أجهزة كالهاتف الخليوي لأنها تحتاج إلى كمية محددة من التيارلتشحن. و أفضل نوع من البطاريات يمكن شحنها هي البطاريات البسيطة مثل بطاريات NiMH أو NiCd.
#بطاريات #شحن #اصنع_بنفسك
المصدر: هنا
مصادر الصور:
