CN2248853Y - 全自动跟踪太阳控制器 - Google Patents
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Abstract
一种全自动跟踪太阳控制器,包括光电传感器和放大电路组成垂直或水平方向光电转换控制电路,由光敏电阻Rcds1-Rcds4组成的光电传感器,与电阻R1-R4、可调电阻W1、W2、电源V1接成两组桥式电路,接收转换垂直或水平方向的光强差和电压差,分别控制电机M1、M2作垂直或水平方向转动,驱动太阳能设备作全方位太阳光感自动跟踪,具有采用遮光和滤光技术,保证跟踪精确度,是目前较理想的跟踪太阳控制装置。
Description
本实用新型属一种能使太阳能设备自动跟踪太阳的控制装置。
已知中国专利实用新型专利公报的公告号为CN2106997U公开的“多方位太阳能光感自动跟踪器”它主要采用光电接收器和复合管放大电路,控制传动机构正反向自动跟踪太阳,使太阳能设备与太阳光焦点固定。由于光感跟踪器采用了正反向光电接收器,只能控制太阳能设备作水平方向的移动,无法实现跟踪太阳升高或降低控制太阳能设备作垂直方向的移动。所以未能实现全方位太阳能光感自动跟踪。
本实用新型的目的,是为解决上述的问题,而提供一种可实现跟踪太阳的偏转和倾斜既垂直和水平方向的全自动跟踪太阳控制器。
为实现上述目的,本实用新型的技术解决方案,是通过以下措施来完成的:具有利用光敏电阻Rcds1-Rcds4组成的光电传感器,与电阻R1-R4、可调电阻W1、W2、电源V1接成两组桥式电路,接收转换垂直或水平方向的光强差和电压差,当垂直方向的不同光强时,使Rcds1、Rcds2的阻值改变,电桥上A、B两点输出的零电压失去平衡,此电压输出到运放器A1输入端Ic1的9、10脚,经放大后由A1的输出端Ic1的8脚输出,通过电阻R28加到运放器A3、A5组成的电压上下限比较器同相输入端Ic1的5脚和Ic2的3脚,当A1输出端大于设定的电压U1或A1小于设定电压U2时,分别由运放器A8、A5的输出端Ic1的7脚和Ic21脚输出,使电压经二极管D6的正极或D12负极输出给由可调电阻W3、电容C1、电阻R37或W6、C4、R40组成的延时电路的输入端W3或W6,通过电阻R37或R40输出到晶体管BG3、BG4或BG9、BG10组成开关电路的输入端1或2端子上,使BG4或BG10导通,继电器J1或J2的常开点J1-K或J2-k闭合,使电机M1正反转,驱动传动机构形成由下向上或由上向下的垂直方向转动;当水平方向的不同光强时,使Rcds3、Rcds4的阻值改变,电桥上C、D两点输出的零电压失去平衡,此电压输出到运放器A2输入端Ic1的12、13脚,经放大后由A2的输出端Ic1的14脚输出,通过电阻R11加到由A4、A6组成的电压上下限比较器同相输入端Ic1的3脚和Ic2的5脚,当A2输出端大于A4或小于A6设定的电压U3、U4时,分别由运放器A4、A6输出端Ic1的1脚和Ic27脚输出,使电压经二极管D8正极或D10负极输出给由可调电阻W4、电容C2、电阻R38或W8、C3、R39组成的延时电路的输入端W4或W5,通过电阻R38或R39输出到晶体管BG5、BG6或BG7、BG8组成开关电路的输入端3或4端子上,使BG6或BG8导通,继电器J3或J4的常开点J3-K或J4-k闭合,使电机M2正反转,驱动传动机构形成由东向西或由西向东的水平方向转动。
本实用新型具有如下特点:
1、整个控制器自动控制部分所用半导体元件少,绝大部分采用电阻元件,因而结构简单、可靠性高。
2、光电传感放大器采用电桥和运算放大器组成,使整机调整十分方便,只要将传感器与太阳对正,调节可调电阻使电桥平衡,整机工作状态就调整完毕。另一方面采用电桥组成光电传感器如外界温度变化时,传感器内的光敏电阻阻值变化,其阻值变化的绝对值不同,但比率相同(因光敏电阻采用相同材料制成,且采用同一批产品),因而通过电桥作用,其输出电压不变,具有温度补偿作用。
3、光敏电阻(或光敏二级管)运用遮挡和滤光技术,不直接暴露在直射阳光下,电桥采用低电压供电,因而其通过电流极小,可延长使用寿命。
4、由于光电传感放大器只对差模输入信号放大,对共模信号有抑制作用,所以从光电传感器到控制器之间的导线可采用任意导线而不怕电场干扰,这就可避免使用多蕊屏蔽电缆,可大大减少安装线路费用。
5、由于采用电阻可调试延时电路,可使跟踪太阳时电动机运转时间和间歇时间的长短可调,以适应不同的驱动器和太阳能设备的使用要求。同时保证了跟踪精度要求,使最高跟踪精度可小于0.05度(以水平运转时间间隔计算为小于12秒)。
6、控制器具有二级光控开关,使电动机在阴雨天停止转动,又能使天黑后太阳能设备自动返回原处,做到无人置守。
7、控制电动机电路既可采用继电器控制电路又可采用晶体管功率放大器。既可采用直流电动机,又可采用交流电动机,这就为使用地点和使用方法(如有人看守太阳能设备,无人看守太阳能设备,只有直流电源的地方等),提供了最佳选择方案。
8、采用四运放集成电路可以减少元件数量,便于安装调整,同时可缩小电路板面积,减小控制器的体积。这就大大降低了控制器的成本,扩大了跟踪器的使用范围。
9、控制器安装手动开关,可作为演示或人工调节太阳能设备转向时使用,使其可在任意位置停放,这就为使用太阳能设备带来方便。
10、控制器可自动搜寻太阳,如阳光斜射在受光面上的入射角度很大时,控制器可自动找寻太阳,搜寻范围:太阳射线与受光面平行或在受光面后面一定范围里,均可自动跟踪。
此外,跟踪太阳的机械传动部分,由齿轮减速机、丝杠(或滚珠丝杠)、涡轮涡杆减速机等根据不同的太阳能设备作不同组合而成。并把垂直转动与水平转动两部分相组合,由两台电动机分别带动绕水平轴作上下转动和绕垂直轴作水平转动,这样就达到带动太阳能设备的受光面跟踪太阳转动的目的。
本实用新型将结合附图实施例作具体的描述:
图1为全自动跟踪太阳控制器的电路原理图。
图2为继电器控制交流电机电路原理图。
图3为图2另一实施例的继电器控制直流电机电路原理图。
图4为另一实施例的晶体管无触点功率输出电路原理图。
图5为光电传感器结构示意图。
图1中Rcds1、Rcds2、R1、R2、W1、电源V1接成桥式电路,光敏电阻Rcds1、Rcds2随光照强度不同其阻值改变,由它们组成垂直方向的光电变换电路。传感器接收上下方向光强相同时,调节W1使电桥平衡,此时电桥上A、B两点输出电压为零。当上下方向光强不同时,电桥失去平衡,A、B两点输出电压不为零。该电压输出到运算放大器A1的两个输入端子即Ic1的9、10脚,经放大后由A1的输出端Ic1的8脚输出,此电压加到由运放器A3、A5组成的电压上下限比较器同相输入端Ic1的5脚和Ic2的3脚。运放A3设定的比较电平U1是由电阻R13、R14组成的分压电路确定。运放A5设定的比较电平U2是由电阻R15、R16组成的分压电路确定。当运放A1放大后的电压经Ic1的8脚输出后,通过电阻R28加到运放器A3、A5同相端,由运放A3、A5的输出端Ic1的7脚和Ic21脚输出。当A3输入电压大于U1时,Ic1的7脚输出正电压,此电压加到二极管D6的正极,由D6负极输出后输入到由W3、C1、R37组成的延时电路的输入端W3,通过电阻R37输出到晶体管BG3、BG4组成的开关电路的输入端1上,使BG4导通,由于继电器J1线圈两端接在BG4的集电极和电源V1之间,故J1吸合,见图2J1-K的常开点闭合,常闭点断开,电机M1电路接通,电机正转,带动驱动器正转,使传动机构由下向上转。此时即是太阳由地平线上升至最高点时的电机转动方向。
当运放A1输出电压小于A5设定电压U2时,A5的输出端Ic2的1脚输出负电压,此电压加到二极管D12负极,由正极输出,加到W6、C4、R40组成的延时电路输入端W6,由电阻R40输出到晶体管BG9、BG10的输入端子2上。此时BG10导通,接在BG10集电极和电源V之间的继电器J2吸合,其接点J2K的常开点闭合,常闭点断开。将电机M1的电源电路接通,电机M1反向转动,带动驱动器反转,使传动机构带动太阳能设备随太阳从最上点向下运行。
当运放A1输出电压小于U1时,Ic1的7脚输出负电压,此电压加到二极管D6的正极,D6截止,其负极无正电压输出。延时电容C1上的正电压经电阻R33和二极管D5,Ic17脚放电,C1两端电压由正变零再变负。此时,由BG3、BG4组成的开关电路的输入端子1的电位为负。BG4截止,继电器释放,常开接点J1-K释放,常闭点闭合。电动机M1停转,太阳能设备停止转动。
当运放A1输出电压大于U2时,运放器A5的输出端Ic2的1脚输出正电压,此电压加到二极管D12的负极,D12截止,其正极端无电压输出,此时延时电容C4通过电阻R36、D11与A5输出端Ic2的1脚放电,此时开关电路的输入端子2为正,晶体管BG10截止,继电器J2释放,接点J2-K常开点断开,常闭点闭合,此时电机停转,太阳能设备不动。
由Rcds3、Rcds4、电阻R3、R4、W2与电源V1组成电桥,当传感器东西方向光强相等时,调节W2使电桥C、D两点输出电压为零。当东西方向光强不同时,Rcds3、Rcds4的阻值改变,电桥失去平衡,C、D两点有电压输出。该电压由运放器A2的两个输入端Ic1的12、13两脚输入,经放大后由A2的输出端Ic1的14脚输出。通过电阻R11加到由A4、A6组成的电压上下限比较器的输入端Ic1的3脚和Ic2的5脚,A4比较电平U3由电阻R19、R20分压设定,A6的比较电压由电阻R17、R18组成的分压电路设定。当A2的输出电压加到A4的同相输入端Ic1的3脚时,此电压大于A4的比较电平U3,则A4的输出端Ic1的1脚输出正电压,此电压加到二极管D8正极,从D8负极输出后加到由W4、电容C2、R38组成的延时电路上,经延时后由R38输出到由晶体管BG5、BG6组成的开关电路的输入端子3上,使BG6导通,接在BG6集电极与电源V+之间的继电器J3吸合,见图2其接点J3-k的常开接点闭合,常闭点断开,使电动机M2的电路接通,电机正向转动,带动驱动器使太阳能设备跟随太阳自东向西转动。
当输入A4的电压小于比较电压U3时,A4的输出电压为负,此电压从Ic11脚输出后加到二极管D8正极,二极管D8截止,此时延时电容C2通过R34、D7,Ic11脚放电,输出端子3的电位由正到零再变负,此时开关电路的输入端子3电位为负,因此BG8截止,继电器J3释放,其常开接点断开,常闭接点闭合,电机M2停转,太阳能设备不动。
当运放A2输出端电压加到A6的同相端Ic2的5脚时,若此电压小于A6的比较电压U4,则A6输出负电压,此电压由Ic2的7脚输出加到二极管D10的负极,由D10正极输出加到由W5、电容C3、R39组成的延时电路的输入端W5上,经延时后从R39输出到由BG7、BG8组成的开关电路的输入端子4上,使BG8导通,由于J4的线圈两端接在BG8的集电极与电源负极之间,故继电器J4吸合。此时J4的接点J4-k的常开点闭合,常闭点断开,电动机M2反转,通过驱动器带动太阳能设备自西向东转动。该部分电路可根据需要取舍,因为太阳只能从东向西转,所以只能出现在光电传感器的西侧,不可能出现在光电传感器的东侧。若非演示用的控制器,此部分电路可以不加,但控制电机反转的继电器必须安装。
若A2的输出电压大于A6的比较电压U4时,则A6的输出端电压为正,Ic2的7脚输出正电压,此电压加到二极管D10上,使D10截止,延时电容C3通过R35、D9,Ic27脚放电,输出端子4的电位由负到零再变正,开关电路输入端子4的电位变正,BG8截止,接在BG8的集电极和电源负极之间的继电器J4释放,其接点J4-k的常开接点断开,常闭接点闭合,电动机停转,太阳能设备不动。
跟踪控制器的阴雨天电机停止转动和黑天后自动返回朝向东方的控制是由光敏电阻Rcds5和运放A7、A8晶体管BG1、BG2等元件组成。运放A7、A8组成上下限电压比较器,其比较电压U5由R21、R24对电压V+的分压确定,U6由R22、R25对电压V+的分压确定。信号电压由Rcds5、R23、R26对V+的分压电路组成,当Rcds5受的光强较大时(即有太阳时),其阻值变小,此时E点电位升高。当该电位大于U5时,运放器A8的输出端Ic2的8脚输出正电压,此电压加到二极管D14的负极,D14截止,晶体管BG2基极通过R32、R41和D15与正电位接通,BG2截止。当E点电位大于U6时,运放器A7输出端Ic2的14脚负电压,此电压输入到二极管D13的正极,D13截止,BG1截止,此时通过BG1的集电极和电源V+相连的继电器J5和通过BG2的集电极和电源V-相连的继电器J6都不吸合,这两个继电器的常开接点J5-K1-J5-K4,J6-k1、J6-K2断开,开关电路J1、J2、J3、J4处于正常工作状态,此时跟踪器将跟随太阳转动。
当太阳被阴雨天的云层遮挡时,天空亮度降低,光敏电阻Rcds5的阻值增大,E点电位降低。当此电位小于A7比较电位U6时,A7输出端Ic2的14脚输出正电压,此电压输入到二极管D13的正极,D13导通,由D13负极输出加到由R29、C5、R30组成的延时电路的输入端R29上,由R30输出到BG1基极,此时BG1导通,连接于BG1集电极和电源V+之间的继电器J5导通。其接点J5-K1-J5-k4闭合。此时开关电路J1-J4的输入端子1-4全部接地.开关管BG4、BG6、BG8、BG10截止,连接在它们的集电极与电源V+或V-之间的继电器线圈断电,J1、J2、J3、J4的常开点断开,两个电动机均不动。
当天黑以后,光敏电阻Rcds5的阻值进一步增大,E点电位也进一步下降。当该电位小于运放器A8的比较电位U5时,A8的输出端Ic2的8脚输出负电压,此电压加到二极管D14的负极,通过D14正极输出加到由R31、C6、R32组成的延时电路输入端R31,由R32输出加到晶体管BG2的基极,BG2导通,连接于BG2集电极和电源V-之间的继电器线圈J6导通。J6的常开点J6-K1、J6-k2闭合,继电器J1、J4线圈一端由于与电源V-、V+相连,另一端通过J6-K1、J6-k2常开点与公共地端相连,故当常开点闭合后,J1、J4导通,其常开点J1-k、J4-K接通,电机M1、M2电路接通,M1正转,太阳能设备自下向上转,碰到限位开关K11后,K11断开,电机M1停止转动,太阳能设备在垂直方向不动。当J4-K接通后,M2反转,太阳能设备自西向东转,当碰到限位开关K1-3后,K1-3常开点闭合,BG2、BG1截止,其工作过程如同Rcds5被阳光照射时的工作情况,这时BG2、BG1截止,J5、J6断电,其常开接点断开,电动机M2停止转动,太阳能设备东西方向停止不动。
为了控制采用直流电机,还可作下述的改变。
图3所示为继电器控制直流电动机转动电路原理图。当垂直方向光强变化时,控制器的开关电路J1动作,使常开点J1-k1、J1-K2闭合,控制垂直方向转动的电机M1正转,太阳能设备自下向上转动。当开关电路J2吸合时,常开点J2-k1、J2-K2闭合,电机M1反转,太阳能设备自上向下转动。从而完成垂直方向对太阳的跟踪。
当控制器的开关电路J3吸合时,常开点J3-k1、J3-K2闭合,控制水平转动的电机M2正向转动,太阳能设备自东向西转,完成跟踪太阳的动作。当开关电路J4吸合时,常开点J4-k1、J4-K2闭合,电机M2反向转动,完成自动返回的动作。
为了适应不同太阳能设备的需要,其功率输出可采用晶体管无触点开关电路和继电器有触点开关电路两种输出形式驱动电动机。继电器有触点开关电路可直接驱动交流电机和直流电机,但由于接点寿命和电火花等因素影响,其故障较多,寿命较短,因此可采用晶体管无触点开关电路,此电路寿命长,故障少,但只限于驱动直流电动机。
图4示出了晶体管无触点功率输出电路原理图。
由图1中的输出端子1的电压为正时,电压放大器BG11的输入端子1a为正电位,BG11导通,其集电极电位降低,通过R802加到由BG13组成的电压放大器输入端a1s、BG13导通,BG13的集电极电位升高。由于其集电极通过电阻R305、R307接到开关电路输入端BG14的基极,则BG14基极电位升高,BG14导通,其集电极电位下降,由于BG14集电极接在由BG16-BG19组成的功率放大器的输入端即BG16、BG17的基极a16上,故a16的电位下降。
BG16与BG17组成互补对称电路,BG18与BG19组成另一组对称电路,电动机接在这两个互补电路的输出端之间形成桥式接法,四个晶体管为电桥四个臂,此时由于a16的电位下降,BG17与BG18导通,直流电动机M1正转,通过驱动器带动太阳能设备自下向上转动。
当输出端子1的电压为负时,输入端子1a为负电位,BG11截止,BG13、BG14都截止,此时如BG12截止,则BG15截止,功率放大器的两个输入端电位相等,电机M1停止,太阳能设备不动。
如输出端子2的电压为正时,BG12的输入端2。为正电压,BG12截止,则BG15截止,此时如BG11截止,则BG14截止,功率放大器两个输入端a16、a18电位相等,直流电机M1停止,太阳能设备不动。
如输出端子2的电压为负时,输入端26为负电压,BG12导通,开关管BG15导通,a18电位下降为负值,此时BG16、BG19导通,电机M1反转,带动太阳能设备跟随太阳从上向下转动。
水平转动电机电路工作原理图与垂直转动原理图相同,只是应将图1控制电路中的输出端子3、4接到图4的(3a)和(4a)两个输入端子上,四个功率输出管控制电动机(M2)作东西方向转动。
图5示出了光电传感器的整体结构图。它具有采用一支不透明的遮光管1,在其下部对称开有四个透光孔6,将光敏电阻(Rcds1-Rcds4)4(或光敏二极管)分别安装在分隔成“十”字形不透明绝缘隔离体内,兼作R1的引线固定基座,并将基座整体设置在遮光管1内,将管口堵严,分别使电阻(Rcds1-Rcds4)4的各光敏面正对应于透光孔6上,以充分接收阳光。透光孔6的部位处分别装置的反射光套管7和挡光圈8,将光敏电阻(Rcds5)3装在遮光管1的上端部,并罩以半透明的顶罩2组成。反射光套管7的端面应光滑平整,其作用是将照射在套管7端面上的阳光反射到透光孔6内的光敏(Rcds1-Rcds4)4上。这样只要相对的两个小孔外面套管7两侧光强下同,相对应的两个阻值就会一个增大,另一个减小。从而将光的强弱变成电阻值大小的变化,完成光电信号的变换。
为了提高在弱光和有障碍物影响光线的地理位置时的跟踪精度,使其挡光圈8的端面高度比透光孔6上沿略高,其作用是遮挡圆管四周射入小孔内的散射光,以提高直射到套管端面上的阳光向小孔内反射的光强度与四周散射光向小孔内散射的光强度的比值,从而提高了跟踪太阳的精度,可在反射光套管7的上端安装红色或黄色滤光透明片5组成透光窗将小孔遮挡,这样更进一步滤掉散射光,使遮光管1两侧的光强更接近于太阳直射光强,这样就更进一步提高了跟踪太阳的精度。通过滤光和遮光处理,使跟踪器在任何情况下全天跟踪太阳最低精度小于±2度,如果不加滤色片5和挡光圈8,在弱光和有障碍物靠近或遮挡太阳的一部分时,跟踪器的全天跟踪精度将达到±10度以上。
Claims (6)
1、全自动跟踪太阳控制器,包括光电传感器和放大电路组成垂直或水平方向光电转换空制电路,其特征在于,由光敏电阻Rcds1-Rcds4组成的光电传感器,与电阻R1-R4、可调电阻W1、W2、电源V1接成两组桥式电路,接收转换垂直或水平方向的光强差和电压差,当垂直方向的不同光强时,使Rcds1、Rcds2的阻值改变,电桥上A、B两点输出的零电压失去平衡,此电压输出到运放器A1输入端Ic1的9、10脚,经放大后由A1的输出端Ic1的8脚输出,通过电阻R28加到运放器A3、A5组成的电压上下限比较器同相输入端Ic1的5脚和Ic2的3脚,当A1输出端大于设定的电压U1或A1小于设定电压U2时,分别由运放器A3、A5的输出端Ic1的7脚和Ic21脚输出,使电压经二极管D6的正极或D12负极输出给由可调电阻W3、电容C1、电阻R37或W6、C4、R40组成的延时电路的输入端W3或W6,通过电阻R37或R40输出到晶体管BG3、BG4或BG9、BG10组成开关电路的输入端1或2端子上,使BG4或BG10导通,继电器J1或J2的常开点J1-K或J2-k闭合,使电机M1正反转,驱动传动机构形成由下向上或由上向下的垂直方向转动;当水平方向的不同光强时,使Rcds、Rcds4的阻值改变,电桥上C、D两点输出的零电压失去平衡,此电压输出到运放器A2输入端Ic1的12、13脚,经放大后由A2的输出端Ic1的14脚输出,通过电阻R11加到由A4、A6组成的电压上下限比较器同相输入端Ic1的3脚和Ic2的5脚,当A2输出端大于A4或小于A6设定的电压U3、U4时,分别由运放器A4、A6输出端至c1的1脚和Ic27脚输出,使电压经二极管D8正极或D10负极输出给由可调电阻W4、电容C2、电阻R38或W5、C3、R39组成的延时电路的输入端W4或W5,通过电阻R38或R39输出到晶体管BG5、BG6或BG7、BG8组成开关电路的输入端3或4端子上,使BG6或BG8导通,继电器J3或J4的常开点J3-K或J4-k闭合,使电机M2正反转,驱动传动机构形成由东向西或由西向东的水平方向转动。
2、按权利要求1所述的控制器,其特征在于,运放A3、A4设定比较电平U1、U3的分压电路,是由电阻R13、R14和R19、R20组成。
3、按权利要求1所述的控制器,其特征在于,运放A5设定比较电平U2的分压电路,是由电阻R15、R16组成。
4、按权利要求1所述的控制器,其特征在于,运放A6设定比较电平U4的分压电路,是由电阻R17、R18组成。
5、按权利要求1所述的控制器,其特征在于,所述的光电传感器,它是由四支光敏电阻(Rcds1-Rcds4)4,分别安装在分隔成“十”字形不透明绝缘隔离体内,将其整体设置在带有对应透光孔6的不透明遮光管1内及将电阻(Rcds5)3设置在半透明的顶罩2内,使电阻(Rcds1-Rcds4)4的光敏面分别对应于透光孔6上。
6、按权利要求1所述的控制器,其特征在于,遮光管1的透光孔6处分别设置反射光套管7和挡光圈8,挡光圈8的端面应略高于透光孔6,并在反射光套管7上端安装滤光透明片5组透光窗。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN96219031U CN2248853Y (zh) | 1996-09-16 | 1996-09-16 | 全自动跟踪太阳控制器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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1996
- 1996-09-16 CN CN96219031U patent/CN2248853Y/zh not_active Expired - Fee Related
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