Elektromagnetické levitačné zariadenie pre domácich majstrov

Toto zariadenie na elektromagnetickú levitáciu je skvelé na vytvorenie antigravitačného projektu, ktorý je vzrušujúci a zaujímavý na sledovanie. Zariadenie dokáže niečo vznášať bez akejkoľvek viditeľnej podpory, je ako predmet plávajúci vo voľnom priestranstve alebo na vzduchu. Aby toto zariadenie fungovalo, musíte prilákať predmet pomocou elektromagnetu, ale keď je veľmi blízko elektromagnetu, elektromagnet by sa mal deaktivovať a priťahovaný objekt by mal spadnúť z dôvodu gravitácie a opäť prilákať padajúci predmet skôr, ako spadne úplne kvôli gravitácii a tento proces pokračuje. Projekt je podobný našej ultrazvukovej akustickej levitácii, ale tu namiesto použitia ultrazvukových vĺn budeme používať elektromagnetické vlny.

Keď sa teraz vrátime k tejto koncepcii, nie je možné, aby človek zapol a vypol elektromagnet, pretože tento proces prepínania musí prebiehať veľmi rýchlo a v stanovenom intervale. Postavili sme teda spínací obvod, ktorý riadi elektromagnet tak, aby sa dosiahlo elektromagnetické plávanie.

Vyžaduje sa komponent

S.No	Názov dielu / komponentu	Typ / Model / Hodnota	Množstvo
1	Hallov snímač	A3144	1
2	Mosfetový tranzistor	Irfz44N	1
3	Odpor	330ohm	1
4	Odpor	1k	1
5	Kontrolka LED	5mm ľubovoľná farba	1
6	Dióda	IN4007	1
7	Drôt s magnetom 26 alebo 27	0,41 až 0,46 mm	1 kg alebo viac
8	Bodkovaná doska Vero	Malý	1

Schéma magnetickej levitácie

Kompletnú schému magnetickej levitácie nájdete nižšie. Ako vidíte, skladá sa iba z niekoľkých bežne dostupných komponentov.

Hlavnými súčasťami tohto obvodu magnetickej levitácie s vlastnou výrobou sú snímač Hallovho efektu a tranzistor MOSFET a elektromagnetická cievka. Predtým sme pomocou elektromagnetických cievok vyrábali ďalšie zaujímavé projekty, ako napríklad Mini Tesla Coil, pištoľ elektromagnetických cievok atď.

Na prvé prepínanie a zapínanie a vypínanie elektromagnetov používame Irfz44N N-kanálový Mosfet. Na tento účel možno použiť výkonný tranzistor Irfz44n / akýkoľvek N-kanálový MOSFET alebo podobný (NPN), ktorý má vysokú schopnosť manipulácie s prúdom ako TIP122 / 2N3055 atď. Tranzistor Irfz44N je vybraný, pretože sa bežne používa v projektoch mikrokontrolérov prevádzkovaných na 5 V a je ľahko dostupné na miestnych trhoch. Na druhej strane má schopnosť manipulácie s odtokovým prúdom 49A pri teplote 25 stupňov. Môže byť použitý so širokým rozsahom napätí.

Najskôr som experimentoval a testoval obvod a celý projekt na 12 voltovej konfigurácii, ale našiel som svoju elektromagnetickú cievku a MOSFET, obe boli extrémne horúce, takže som musel prepnúť späť na 5v. Nezaznamenal som žiadny rozdiel ani problémy, ktoré sa dejú, a MOSFET a cievka boli pri normálnej teplote. Rovnako nebol potrebný chladič pre Mosfet.

Rezistor R1 sa používa na udržanie vysokého napätia kolíka hradla MOSFET (ako pull-up rezistor) na získanie správneho prahového napätia alebo spúšťacieho napätia. Ale keď sú neodýmové magnety blízko senzora Hallovho efektu namontovaného na strede (uprostred elektromagnetov) alebo neodýmové magnety sú v dosahu senzora Hallovho efektu, náš obvod by mal poskytovať záporný výstup na hradlový kolík MOSFET. V dôsledku toho poklesne napätie kolíka / ovládacieho kolíka, výstup MOSFET odtokového kolíka pre kontrolku LED a elektromagnet tiež poklesne a deaktivuje sa. Keď predmety pripevnené neodýmovými magnetmi poklesnú alebo spadnú z dôvodu gravitácie, neodymové magnety sa dostanú mimo rozsah snímača hallového efektu a snímač hallového efektu teraz neposkytuje žiadny výstup.Kolík hradla MOSFET je vysoký a rýchlo sa spustil (pre pin odporu odporu / kolík hradla už je vysoký) rýchlo napája elektromagnetickú cievku a priťahuje predmet pripevnený neodýmovými magnetmi. Tento cyklus pokračuje a predmety zostávajú visieť.

Odpor R2 330ohm sa používa pre svietiacu LED na 5 V (kontrolka LED) a obmedzuje tok napätia a prúdu na ochranu LED. Dióda D1 nie je nič iné ako dióda blokujúca spätnú väzbu používaná v každom cievkovom zariadení ako relé na blokovanie spätnej väzby napätia.

Budovanie obvodu magnetickej levitácie

Začnite budovaním cievky pre elektromagnet. Pri výrobe elektromagnetu vzduchovej diery musíte najskôr vytvoriť rám alebo teleso pre elektromagnety. Ak to chcete urobiť, vezmite si staré pero s priemerom asi 8 mm, ktoré už má stredový otvor (v mojom prípade som zmeral priemer vo Vernierovej mierke). Požadovanú dĺžku označte trvalou značkou a nakrájajte na približne 25 mm dĺžku.

Ďalej vezmite malý kúsok lepenky / akýkoľvek tvrdý kvalitný papierový materiál, alebo môžete použiť plexisklo a vyrezať dva kúsky s priemerom vinutia asi 25 mm so stredovým otvorom, ako je to znázornené na obrázku nižšie.

Všetko zafixujte pomocou „feviquick“ alebo pomocou akéhokoľvek silného lepidla. Nakoniec by mal rám vyzerať takto.

Ak ste príliš leniví na zostavenie, môžete si vziať starý držiak spájkovacieho drôtu.

Rám elektromagnetu je pripravený. Teraz pokračujte k výrobe elektromagnetickej cievky. Najskôr urobte na jednej strane priemeru navíjania malý otvor a zafixujte drôt. Začnite navíjať elektromagnet a skontrolujte, či je okolo 550 otáčok. Každá vrstva je oddelená páskou na violončelo alebo inými typmi pásky. Ak ste takí leniví vyrábať svoje elektromagnety (v mojom prípade som vyrobil svoje elektromagnety, ktoré majú tiež výhodu v práci s 5 V), môžete ich vytiahnuť zo 6 V alebo 12 V relé, mali by ste však byť opatrní, aby vaše Hallov snímač A3144 akceptuje iba maximum 5 V. Preto musíte na napájanie snímača s Hallovým efektom použiť integrovaný obvod regulátora napätia LM7805.

Keď je vaša elektromagnetická cievka s centrálnym vzduchom pripravená, nechajte ju bokom a prejdite na krok 2. Usporiadajte všetky komponenty a pripájajte ich na dosku Vero, ako vidíte na obrázkoch tu.

Na upevnenie nastavenia elektromagnetickej cievky a snímača Hallovho efektu je nevyhnutný stojan, pretože je potrebné stabilné vyrovnanie stavu cievky a snímača, aby bolo stabilné zavesenie objektu smerom k gravitačnej sile. Usporiadal som dva kusy rúrky, lepenky a malý kúsok plášťa z PVC. Na označenie potrebnej dĺžky som použil permanentný značkovač a na rezanie ručnú pílku a nôž. A všetko zafixovali pomocou lepidla a lepiacej pištole.

Uprostred káblového vedenia z PVC urobte otvor a cievku zafixujte pomocou lepidla. Potom zložte senzor. Vložte dovnútra otvor elektromagnetickej cievky. Majte na pamäti, že vzdialenosť zaveseného predmetu (pripevneného neodýmovými magnetmi) od elektromagnetickej cievky závisí od toho, ako veľmi je snímač zasunutý do stredového otvoru elektromagnetu. Senzor Hallovho efektu má špecifickú snímaciu vzdialenosť, ktorá by mala byť v rozmedzí elektromagnetickej príťažlivosti, aby bolo možné objekty dokonale zavesiť. Naše domáce zariadenie na elektromagnetickú levitáciu je teraz pripravené na akciu.

Práca a testovanie obvodu magnetickej levitácie

Ovládaciu dosku zafixujte lepenkou pomocou oboch bočných pások. Pomocou káblového zväzku môžete pomocou drôteného stojana pekne spojiť. Vykonajte všetky prepojenia s riadiacim obvodom. Vložte snímač do stredového otvoru elektromagnetu. Nalaďte si dokonalú polohu Hallovho snímača vo vnútri elektromagnetu a nastavte maximálnu vzdialenosť medzi elektromagnetom a neodýmovými magnetmi. Vzdialenosť sa môže líšiť v závislosti od príťažlivej sily elektromagnetu. Napájajte ho z mobilnej nabíjačky s napätím 1 V alebo 2 A a absolvujte prvý test fungovania projektu.

Pozorne si všimnite niektoré dôležité body týkajúce sa tohto projektu elektromagnetickej levitácie. Zarovnanie cievky a nastavenia snímača je nevyhnutné. Preto je potrebné predmety stabilne a rovno zavesiť smerom k gravitačnej sile. Stabilný systém znamená, že je niečo vyvážené. Ako príklad zvážte dlhú palicu držanú zhora. Je stabilný a visí priamo dole smerom k gravitácii. Ak odtlačíte dno z priamej polohy nadol, gravitácia bude mať tendenciu ťahať ho späť do stabilnej polohy. Z tohto príkladu teda jasne chápete, aké dôležité je priame vyrovnanie cievky a snímača. Je dôležité zavesiť objekt na dlhší čas bez pádu, a preto pre tento projekt robíme stojan. Pre lepšie pochopenieVytvoril som blokový diagram, ktorý ukazuje dôležitosť stabilného zavesenia a spôsobu montáže snímača a cievky, aby sa dosiahol vynikajúci výkon.

• Ak chcete zväčšiť vzdialenosť visiacich predmetov od elektromagnetu, musíte zvýšiť výkon a príťažlivosť elektromagnetu a zmeniť usporiadanie / polohu snímača.
• Ak chcete zavesiť väčšie predmety, musíte zvýšiť elektromagnetický výkon. Z tohto dôvodu musíte zväčšiť merací drôt merača a počet závitov a je tiež potrebný zvýšený počet neodýmových magnetov pripevnených závesnými predmetmi.
• Väčší elektromagnet spotrebováva viac prúdu a môj obvod momentálne pracuje iba na 5 V, ale v niektorých prípadoch môže byť potrebné zvýšenie napätia v závislosti od parametra cievky.
• Ak používate 12V reléovú cievku alebo akúkoľvek vysokonapäťovú silnú elektromagnetickú cievku, nezabudnite použiť regulátor napätia LM7805 pre snímač hallového efektu A3144.

Obrázok nižšie ukazuje, ako náš projekt funguje po dokončení. Dúfam, že ste pochopili návod a naučili sa niečo užitočné.

Kompletné fungovanie tohto projektu si môžete tiež pozrieť vo videu priloženom nižšie. Ak máte nejaké otázky, môžete ich zanechať v sekcii komentárov nižšie alebo môžete použiť naše fóra na ďalšie technické otázky.