Nyårssemestern närmar sig. Och hur man kommer till det nya året utan gåva, till släktingar, släktingar och vänner. Och samtidigt har det gamla talesättet att den bästa presenten är en presenterad present ännu inte förlorat sin relevans gör det själv. Och varför inte, låt oss försöka göra någon till en original nyårsgåva.
Det föreslås att göra den enklaste Levitron som en sådan gåva. Magnetisk levitation ser alltid imponerande och förtrollande ut. Med en osynlig elektromagnetisk kraft lyfter och håller vi en liten neodymmagnet i luften. Den stigande effekten skapas genom att lyfta och sänka magneten i ett mycket litet höjdområde, men med en hög frekvens. Idag kan du skapa en sådan enhet själv. Och för detta är det inte nödvändigt att spendera mycket pengar och tid.
I denna artikel behandlar vi schemat och tekniken för tillverkning av magnetisk levitron från enkla och billiga komponenter.
Systemet för anordning för magnetisk levitation presenteras nedan.
Enhetsprincipen
Med hjälp av denna krets skapar spolen L1 ett specifikt elektromagnetiskt fält som håller den permanenta magneten på sin vikt. Eftersom jämviktspositionen är extremt instabil, används ett automatiskt styr- och hanteringssystem för att hålla magneten i kretsen. Lägesövervakningssensorn är en magnetiskt styrd sensor MD1, baserad på Hall-effekten. Den är placerad och fixerad i mitten av spolen, från sidan av arbetsänden.
Hallsensorns (MD1) funktion består i att sänka utsignalen (stift 3), upp till avstängning, med en ökning av det statiska eller dynamiska magnetfältet. Med en minskning av magnetfältet är det motsatta sant. Hall-sensorn arbetar med en liten matningsspänning (4 ... 20 V) och låg ström (3 ... 20 mA), medan han kontrollerar krafttransistorn VT1.
LED1 används för visuell kontroll över driften av enheten.
VD2-dioden tillhandahåller spolen snabb drift.
Schemat fungerar enligt följande.
När du slår på enheten passerar strömmen genom spolen L1 och den öppna transistorn VT1.
I detta fall skapar spolen ett magnetfält och börjar locka en permanent magnet. Magneten attraheras av elektromagneten, men stiger, den faller inom räckvidden för positionssensorn (MD1) och byter den med sitt magnetfält. I detta fall tillförs en signal till transistorn VT1, som stänger av elektromagneten. Sedan börjar den permanenta magneten att falla, men efter att ha lämnat sensorkänslighetszonen slår den igen på elektromagneten. I detta fall tvingas magneten igen att flytta till elektromagneten. Således oscillerar permanentmagneten kontinuerligt runt en punkt definierad av systemet.
För att förhindra att permanentmagneten vrider sig under svängningar stabiliseras dess position, till exempel genom att säkra något till den underifrån. När magneten vänds över ändras polen mot MD1-lägesgivaren och kretsen slutar fungera, eftersom sensorn endast styrs av magnetens sydpol.
Enhetstillverkning
1. Basen för Levitron-enheten bestäms av en elektromagnetspole. Hennes val kommer i hög grad att avgöra enhetens design.
Spolen kan tillverkas oberoende. Det räcker med att linda 500 ... 600 varv av emaljerad tråd med en diameter av 0,3 ... 0,4 mm på röret (cirka 20 meter tråd krävs). För att driva en sådan enhet kan du använda en strömförsörjning eller laddare med en spänning på 5 - 9 volt.
Det är möjligt att använda en befintlig industrispole. Samtidigt är det önskvärt att känna till dess nominella matningsspänning och att välja en lämplig kraftkälla i framtiden.
I vårt fall krävs en kompakt design av enheten för en originalgåva, så en liten storlek reläspole valdes.
2. Förutom spolen kommer vi att behöva en fälteffekttransistor, till exempel IRFZ44N eller en annan liknande MOSFET, igen, beroende på parametrarna för den använda spolen. I vårt fall används IRF630-transistorn, som förblev på en bit av kortet efter avfallshantering av videoutrustning.
Du behöver också en Hall-sensor, till exempel, typ A3144, AH443 eller annat, som arbetar i liknande lägen. I detta fall användes den billiga sensorn som hittades i butiken, modell HAL 508 UA-A-2-B-1-00.
Vi kommer att underbemanne enheten med resten av de köpta radiokomponenterna enligt diagrammet ovan.
3. För att kontrollera och justera Levitron-funktionen monterar vi den vänstra delen av ovanstående krets, med undantag av motståndet R2 och med en förändring av det nominella värdet från R3 till 330 ohm. Höger sida av kretsen är strömkällan för enheten, och i denna version behövs den inte. Det är bekvämare att montera och testa kretsen på ett universellt kretskort, men eftersom den befintliga transistorn redan löddes tillsammans med kylflänsen på en bit av kretskortet i lämplig storlek lödde jag kretsen bredvid.
4. Montera spolen. Vi placerar Hall-sensorn och fixerar den tillfälligt i mitten av hålet, längst ner i spolen.
5. Testa enheten. Vi fixerar spolen på ett visst avstånd från bordets yta. Därefter kan den magnetiska levitationsenheten drivas. Eftersom spiralen i det tidigare nämnda reläet har en lindningsmotstånd på 210 Ohm och är konstruerad för DC-spänning på 12V, ansluter vi den till rätt kraftkälla.
Då är det nödvändigt att bestämma vilken sida som ska ställa in den permanenta neodymmagneten till elektromagneten. Vi slår på levitronen (lysdioden ska tända) och tar med magneten till botten av spolen, från Hall-sensorns sida. Om magneten dras till spolen och lysdioden slocknar orienteras magneten korrekt, men om magnetfältet för spolen skjuter ut den, måste magneten vridas. Om lysdioden inte slocknar, när magnet ansluts till endera sidan, är det nödvändigt att byta ut ändarna på spolen, d.v.s. byta stolpar. När den görs korrekt kommer den elektromagnetiska kraften att ta upp magneten och hålla den i luften. Glöm inte att stabilisera magnetpositionen så att den inte rullar under svängningar. I detta fall användes en neodymiumringmagnet med en diameter av 7 mm och en tjocklek av 1 mm, tagen från en mikrohörlur. För att stabilisera det räcker det med en bit isolerande tejp limmad på ena sidan av magneten.
Anm. De första testerna med denna spole var inte framgångsrika. Reläspolens kärna förstärkte magnetfältet, men utövade också sitt inflytande när spolen stängdes av. Under installationen var magnetpositionen inte stabil eller magneten lockades till kärnan med spolen avstängd. När kärnan togs bort från spolen stabiliserades processen, vilket kan ses på fotot.
6. Uppgradera enheten. Ytterligare test avslöjade vissa brister. För det första behovet av en extra strömkälla, vilket ökar komplexiteten och storleken och inte ger originaliteten till gåvan. För det andra, med ökande flygområde (avstånd från spolen), måste du öka matningsspänningen, och detta leder till oönskad upphettning av spolen.
Det är naturligtvis möjligt att stanna vid detta alternativ genom att använda möjligheterna. Det återstår bara att "packa" enheten i ett anständigt fall.
7. Du kan göra den andra versionen av enheten genom att byta ut spolen med en högre spänning (men med en lägre strömförbrukning) och göra en extra inbyggd transformatorfri strömförsörjning. Ett komplett diagram över denna enhet ges i början av artikeln.
Den andra versionen av spolen från ett importerat relä är konstruerat för en spänning på 110 volt och har ett lindningsmotstånd på 4700 Ohms. Vi kompletterar enheten med delar enligt schemat.
8. Vi producerar en transformatorfri strömförsörjning (kretsens högra sida). Den konverterar en växelström på 220 volt till den spänning vi behöver - cirka 100 volt (bestämd av Zener-dioden VD3) för en liten likström (bestämd av kapacitansen för en kondensator C3 av typ K73-17). En sådan PSU har fördelar - en enkel krets och små dimensioner. Men det har också en nackdel - det finns en risk för elektrisk chock när den kommer i kontakt med delar på den påslagna enheten. Med undantag för säkerhetsföreskrifter kommer emellertid frånvaron av galvanisk isolering i en helt isolerad enhet att vara säker.
9. Liksom fallet med Levitron använder vi parning i storlek, en patron från en utbränd lysrörande energibesparande lampa och ett ljusspridande lock från en LED-lampa. Vi placerar och bildar en krets på kortet enligt kassettens inre dimensioner, löd kortet till plintens plintar.
Eftersom utjämningskondensatorn C2 inte ingår i kassetten, installera den på Levitron-kortet. Vi tar också bort transistorns radiator, eftersom det med valfri effekt är valfritt.
10. Montera enheten på stativet och testa.
I detta fall användes en ringneodymmagnet med en diameter av 10 mm och en tjocklek av 3 mm. Ställ MD1-sensorn i mitten av spolen och fixera den med en bit skum. Genom att flytta Hall-sensorn uppnår vi en stabil svävning av magneten på det maximala avståndet från spolen. Vi fixar sensorns position relativt spolen.
11. När vi har satt upp Levitron monterar vi och limer fast enheten. För att ge enheten en större effekt av en LED-lampa kan du lägga till 2-3 permanent på lysdioder med begränsande motstånd i lampskärmen. För att säkerställa värmeavledning ska du tillhandahålla ventilationshål i patronen, om de inte tillhandahölls av konstruktionen av den tidigare lampan.
För att skapa en svepande höjningseffekt kan magneten slöjas med någon form av ljus figur, till exempel konturen av en mal.
