- Potrebné materiály
- Ako funguje zvitková pištoľ?
- Schéma zapojenia
- Navíjanie cievky
- Práca s Mini Coil Gun
Coil Gun, ako si veľa ľudí myslí (vrátane mňa), nie je len zábavná hračka s tubou a niekoľkými cievkami okolo nej, ktorá dokáže vystreliť projektily do určitej vzdialenosti. Vedci z Sandia National Laboratories sa domnievajú, že je možné vytvoriť coilgun na urýchlenie častíc pri vyššej rýchlosti, ktorá je dostatočne vysoká na to, aby unikla zemskej gravitácii. Áno, počuli ste dobre! Cievka by sa v budúcnosti mohla použiť na vypúšťanie satelitov. Možno sú ľudia, ktorí to vyskúšali, a tiež tí, ktorí to momentálne pracujú. Okrem vesmírnych aplikácií sa zdá, že armáda zaujíma aj iná forma zvinutej pištole zvaná železničná pištoľ alebo železničná pištoľ, ktorá by mohla vystreľovať projektily.
To všetko ma zaujalo pri zostavovaní mojej vlastnej verzie Coil Gun. Tiež je také uspokojivé hrať sa a sledovať, ako kovové projektily vyskakujú z cievky kliknutím na tlačidlo. Predtým, ako začneme, by som rád objasnil, že tento projekt má čisto vzdelávací účel, takže ak hľadáte zostrojiť túto zbraň na útek pred násilníkom na strednej škole, mali by ste pravdepodobne navštíviť psychológa. Projekt tiež zahrnuje lietajúce kovové časti a vysoké napätie, takže pri práci s nimi buďte opatrní. Ako už bolo povedané, poďme začať.
Potrebné materiály
- Medený drôt (smaltovaný)
- IR senzor (typ merania rýchlosti)
- MOSFET IRFZ44N
- BC557 PNP tranzistor
- Rezistor 10k a 1K
- Regulátor 7805
- 0,1 uF
- Tlačidlo
- Nepál
- Zdroj energie (RPS)
- 9V batéria
Ako funguje zvitková pištoľ?
Základným princípom cievkovej pištole je, že vodič prenášajúci prúd indukuje okolo seba magnetické pole, čo uviedol Faraday. Na zvýšenie sily tohto magnetického poľa je vodič prenášajúci prúd navinutý vo forme cievky. Teraz, keď je táto cievka napájaná, vytvára okolo nej magnetické pole, ktoré je dostatočne silné na to, aby do nej prilákalo kovové (alebo iné feromagnetické) kúsky alias projektily.
Takéto usporiadanie priťahuje projektil do nej iba z jedného konca a keď sa dostane na druhý koniec, bude opäť priťahované vo vnútri cievky, a tak projektil zostane vo vnútri samotnej cievky po niekoľkých osciláciách. Je to preto, že počas procesu sa projektil zmagnetizuje a funguje ako magnet, takže pokiaľ je prítomné magnetické pole, bude mať projektil (magnet) tendenciu zostať iba v cievke. Z nej by však mala vystreliť strela z cievky, takže by sme mali pomocou snímača skontrolovať, či projektil dosiahol druhý koniec cievky a keď by mala byť cievka vypnutá, takto bude projektil lietať rovnakou rýchlosťou a uniknúť z cievky.
Môže to znieť jednoducho, ale zložitosť je možné zvýšiť použitím viac ako jednej cievky. Použitím viacerých cievok sa dá rýchlosť strely zvýšiť, keď prechádza cievkou. Ďalšou náročnou úlohou je zabezpečenie dostatočného prúdu pre cievku. Cievka môže spotrebovať kdekoľvek medzi 5 A až 10 A pri 24 V na základe počtu závitov a hrúbky cievky. Takže na získanie tak vysokého prúdu väčšina ľudí používa veľký kondenzátor, aby sa s tým vyrovnala. Ale v našom tutoriále si z dôvodu zjednodušenia zostrojíme jednostupňovú cievkovú pištoľ a napájame ju pomocou jednotky RPS.
Schéma zapojenia
Kompletná schéma zapojenia tejto Single Stage Coil Gun je znázornená na obrázku nižšie.
Ako vidíte, okruh je dosť jednoduchý. Hlavnou zložkou v obvode je samotná cievka; uvidíme, ako to postavíme v ďalšej kapitole. Cievka s pohonom tvorí napájacie napätie 24 V tvoria naše RPR, prívod je riadený (zapnutý) prostredníctvom N-Channel MSFET IRF544Z. Pin hradla tranzistora je stiahnutý cez 10k rezistor (R1) a dióda D1 sa používa na obídenie spätného prúdu, keď sa cievka vybíja.
MOSFET je N-kanál, a preto zostáva vypnutý, kým sa na hradlový kolík nedodá prahové napätie hradla, v tomto prípade 5V. To sa deje tlačidlom cez PNP tranzistor (BC557), po stlačení tlačidla sa 5V dodá do hradla MOSFETu a cievka sa zapne. To priláka projektil a pretlačí ho cez druhý koniec. Len čo sa projektil dostane na druhý koniec, IR senzorto vycíti a vyšle signál 5V na základný kolík PNP tranzistora cez rezistor obmedzujúci prúd 1K. Tým sa otvorí tranzistor, a tým sa odpojí 5V až MOSFET a tiež sa vypne cievka. Preto projektil unikne z cievky a bude vystrelený von. 5V na napájanie IR snímača a spúšťanie tranzistora a MOSFET je regulované integrovaným obvodom regulátora napätia 7805 z 9V batérie.
Navíjanie cievky
Ako už bolo povedané, najdôležitejšou súčasťou v tomto obvode je cievka. Predtým, ako začnete navíjať cievku, mali by ste sa rozhodnúť, aká bude vaša veľkosť strely, v mojom prípade ako strely používam skrutkovacie bity. Môžete si však vybrať čokoľvek, čo má feromagnetické vlastnosti. Po výbere strely musíme zvoliť otvorovú štruktúru podobnú rúrke, ktorá stačí na to, aby sa cez ňu projektil posunul bez väčšieho trenia. Skúšal som použiť prázdne plniace pero a fungovalo mi to výborne. Môžete si vybrať jeden na základe veľkosti vášho projektilu. Potom môže byť dĺžka valcového podstavca až 5 cm. Nakoniec kúpte aj smaltovaný medený drôt strednej hrúbky, môj je hrubý 0,8 mm.
Po zhromaždení všetkých požadovaných materiálov si zahrajte obľúbený zoznam skladieb a začnite navíjať cievku na valcovú základňu. Dajte pozor, aby vinutie nekĺzalo jeden na druhého a ľahko sa neuvoľnilo. Po očistení prvej vrstvy vinutia ju môžete pomocou izolačnej pásky (elektrickej pásky) zaistiť na danom mieste a potom obdobne začať s druhou vetvou na svojom krídle. Pamätajte, že cievku by ste mali navíjať vždy iba jedným smerom, ak ste po dosiahnutí konca pre prvú vrstvu začínali zľava doprava, pre navíjanie druhej vrstvy začnite znova zľava. Tento krok môžete opakovať, kým nedosiahnete 5 - 7 vrstiev. Vytvoril som asi 6 vrstiev, pričom každá vrstva mala približne 60 závitov. Moje usporiadanie cievky vyzerá asi takto, ako je to znázornené na obrázku nižšie.Použil som dva 3D tlačené disky (biela farba) len na zaistenie cievky na mieste, ktoré sú voliteľné.
Práca s cievkami je vždy náročná a človek ju musí správne naťahovať, aby správne fungoval, rovnako ako v projekte Tesla Coil Project, veľa ľudí nezíska správny výstup kvôli nesprávnemu navinutiu cievky.
Práca s Mini Coil Gun
Po zostavení cievky môžete pokračovať v jej pripojení k zvyšku obvodu pištole cievky. Majte na pamäti, že špirála môže spotrebovať tak vysoko ako 5 A, a preto nemôže byť časť cievky postavená na nepájivej doske, pretože kontaktné plochy sú zvyčajne dimenzované iba na 500 mA. Takže môžete buď zostaviť celý obvod na doske perf spájkovaním komponentov, alebo nasledovať surový spôsob spájkovania silnoprúdových vedení priamo cez nepájivú dosku, ako som ukázal na obrázku nižšie.
Ako vidíte, cievka je napájaná svorkami regulovaného napájania (svorky aligátora) cez mosfet, ktorého kolíky sú priamo spájkované na drôtoch. Kolík brány mosfetu vyžaduje iba 5 V, a preto sa prenáša na kontaktné pole, kde je zabudovaný zostávajúci obvod vrátane regulátora napätia, tranzistora a spínača. Doštička na krájanie je napájaný 9V batériou Aj keď je batéria klipy.
Ak chcete vyskúšať projekt pištole cievky, jednoducho vložte kovový kúsok do cievky a stlačte tlačidlo na nepájivej doske. To by malo vystreliť projektil mimo cievku. Dbajte tiež na to, aby ste nestláčali tlačidlo nepretržite, pretože to po odpálení strely znovu aktivuje cievku a mohlo by dôjsť k trvalému poškodeniu cievky. Kompletné fungovanie projektu nájdete vo videu.
Dúfam, že ste projekt postavili a rozbehli ho. Ak máte akékoľvek otázky, môžete ich zanechať v sekcii komentárov nižšie alebo uverejniť na našom fóre s ďalšími technickými otázkami.