Elektromagnetické levitační zařízení pro kutily

Toto elektromagnetické levitační zařízení je skvělé pro vytvoření antigravitačního projektu, který je vzrušující a zajímavý ke sledování. Zařízení dokáže něco plavat bez jakékoli viditelné podpory, je to jako předmět plavat ve volném prostoru nebo ve vzduchu. Aby toto zařízení fungovalo, musíte přitáhnout předmět pomocí elektromagnetu, ale pokud je velmi blízko elektromagnetu, měl by se elektromagnet deaktivovat a přitahovaný objekt by měl spadnout kvůli gravitaci a znovu přitáhnout padající předmět, než spadne zcela kvůli gravitaci a tento proces pokračuje. Projekt je podobný naší ultrazvukové akustické levitaci, ale místo ultrazvukových vln zde budeme používat elektromagnetické vlny.

Když se nyní vracíme zpět k tomuto konceptu, není možné, aby člověk zapnul a vypnul elektromagnet, protože tento přepínací proces musí probíhat velmi rychle a ve stanoveném intervalu. Postavili jsme tedy spínací obvod, který ovládá elektromagnet tak, aby bylo dosaženo elektromagnetického plovoucího pohybu.

Komponenta požadována

S.No	Název součásti / součásti	Typ / Model / Hodnota	Množství
1	Hallův snímač	A3144	1
2	Mosfetový tranzistor	Irfz44N	1
3	Odpor	330ohm	1
4	Odpor	1k	1
5	Kontrolka LED	5 mm libovolná barva	1
6	Dioda	IN4007	1
7	26 nebo 27 Gauge Magnet wire	0,41 až 0,46 mm	1 kg nebo více
8	Tečkovaná deska Vero	Malý	1

Schéma magnetické levitace

Kompletní schéma magnetické levitace najdete níže. Jak vidíte, skládá se pouze z několika normálně dostupných komponent.

Hlavní součásti tohoto DIY magnetického levitačního obvodu jsou snímač Hallova jevu a tranzistor MOSFET a elektromagnetická cívka. Dříve jsme používali elektromagnetické cívky k výrobě dalších zajímavých projektů, jako je Mini Tesla Coil, elektromagnetická cívka atd.

K prvnímu zapnutí a vypnutí elektromagnetů používáme Irfz44N N-kanálový Mosfet. K tomuto účelu lze použít výkonný tranzistor Irfz44n / jakýkoli N-kanálový MOSFET nebo podobný (NPN), který má vysokou schopnost manipulace s proudem, jako je TIP122 / 2N3055 atd. snadno dostupné na místních trzích. Na druhou stranu má schopnost manipulace s odtokovým proudem 49A při teplotě 25 stupňů. Může být použit s širokou škálou napětí.

Nejprve jsem experimentoval a testoval obvod a celý projekt na 12voltové konfiguraci, ale našel jsem svou elektromagnetickou cívku a MOSFET, oba byly extrémně horké, takže jsem musel přepnout zpět na 5v. Nezaznamenal jsem žádný rozdíl ani žádné problémy a MOSFET a cívka byly při normální teplotě. Také pro Mosfet nebylo potřeba chladiče.

Rezistor R1 se používá k udržení vysokého napětí MOSFET hradlového kolíku (jako vytahovací rezistor) pro získání správného prahového napětí nebo spouštěcího napětí. Ale když jsou neodymové magnety poblíž senzoru Hallova efektu umístěného ve středu (uprostřed elektromagnetů) nebo neodymové magnety jsou v dosahu senzoru Hallova efektu, měl by náš obvod poskytovat záporný výstup na hradlový kolík MOSFET. Ve výsledku poklesne napětí kolíku / ovládacího kolíku, výstup MOSFET odtokového kolíku pro kontrolku LED a elektromagnet také poklesne a zablokuje se. Když objekty připojené pomocí neodymových magnetů poklesnou nebo spadnou z důvodu gravitace, neodymové magnety se dostanou mimo dosah snímače Hallova jevu a snímač Hallova jevu nyní neposkytuje žádný výstup.Kolík hradla MOSFET se stává vysoko a rychle se aktivuje (pro pin odporu odporu / kolík hradla již je vysoký) rychle napájí elektromagnetickou cívku a přitahuje objekt připojený neodymovými magnety. Tento cyklus pokračuje a objekty zůstávají viset.

Odpor R2 330ohm se používá pro svítící LED na 5V (indikační LED) a omezuje tok napětí a proudu pro ochranu LED. Dioda D1 není nic jiného než dioda blokující zpětnou vazbu používaná v každém cívkovém zařízení, jako je relé pro blokování zpětné vazby napětí.

Budování obvodu magnetické levitace

Začněte tím, že vytvoříte cívku pro elektromagnet. Pro výrobu elektromagnetu vzduchové díry je nejprve nutné vytvořit rám nebo těleso pro elektromagnety. K tomu si vezměte staré pero o průměru přibližně 8 mm, které již má středový otvor (v mém případě jsem změřil průměr v měřítku Vernier). Označte požadovanou délku trvalou značkou a nakrájejte přibližně na délku 25 mm.

Dále vezměte malý kousek lepenky / jakýkoli tvrdý kvalitní papírový materiál, nebo můžete použít plexisklo a vyříznout dva kusy o průměru asi 25 mm se středovým otvorem, jak je znázorněno na obrázku níže.

Opravte vše pomocí „feviquick“ nebo pomocí silného lepidla. Nakonec by měl rám vypadat takto.

Pokud jste na to příliš líní, můžete si vzít starý držák pájecího drátu.

Rámeček elektromagnetu je připraven. Nyní přejděte k výrobě elektromagnetické cívky. Nejprve vytvořte malý otvor na jedné straně průměru vinutí a upevněte drát. Začněte vinutí elektromagnetu a ujistěte se, že provede přibližně 550 otáček. Každá vrstva je oddělena violoncellovou páskou nebo jinými druhy pásky. Pokud jste tak líní vyrábět své elektromagnety (v mém případě jsem vyrobil své elektromagnety, které mají také tu výhodu, že pracují s 5v), můžete je vyjmout ze 6 V nebo 12 V relé, ale měli byste být opatrní, aby váš Hallův senzor A3144 akceptuje pouze 5V maximum. Musíte tedy použít IC regulátoru napětí LM7805 k napájení vašeho snímače Hallova jevu.

Až bude vaše elektromagnetická cívka se středovým vzduchem připravena, ponechte ji stranou a přejděte ke kroku 2. Uspořádejte všechny komponenty a připájejte je na desku Vero, jak vidíte na obrázcích zde.

Pro upevnění nastavení elektromagnetické cívky a snímače Hallova jevu je nutný podstavec, protože stavové vyrovnání cívky a nastavení snímače je důležité pro stabilní zavěšení objektu směrem k gravitační síle. Uspořádal jsem dva kusy trubky, lepenky a malý kousek pláště z PVC. Pro označení požadované délky jsem použil permanentní značkovač a pro stříhání jsem použil ruční pilu a nůž. A vše zafixovali pomocí lepidla a lepicí pistole.

Uprostřed pláště z PVC vytvořte otvor a cívku zafixujte pomocí lepidla. Poté senzor sklopte. Vložte dovnitř otvoru elektromagnetické cívky. Mějte na paměti, že vzdálenost visícího předmětu (připevněného neodymovými magnety) od elektromagnetické cívky závisí na tom, jak moc je senzor zasunut do středového otvoru elektromagnetu. Snímač Hallova jevu má specifickou snímací vzdálenost, která by měla být v rozsahu elektromagnetické přitažlivosti, aby byly objekty dokonale zavěšeny. Naše domácí elektromagnetické levitační zařízení je nyní připraveno k akci.

Práce a testování obvodu magnetické levitace

Upevněte ovládací desku kartonem pomocí obou bočních pásků. Pěkně se připojte k rámu stojanu pomocí kabelového svazku. Proveďte všechna propojení s řídicím obvodem. Vložte senzor do středového otvoru elektromagnetu. Nalaďte dokonalou polohu snímače Hallova jevu uvnitř elektromagnetu a nastavte maximální vzdálenost mezi elektromagnetem a neodymovými magnety. Vzdálenost se může lišit v závislosti na síle přitažlivosti elektromagnetu. Napájejte jej z mobilní nabíječky 5 V 1 A nebo 2 A a proveďte první test fungování projektu.

Vezměte prosím na vědomí několik důležitých bodů o tomto projektu elektromagnetické levitace. Zarovnání cívky a nastavení senzoru je zásadní. Je tedy nutné předměty stabilně a rovně pověsit směrem k gravitační síle. Stabilní systém znamená, že je něco vyvážené. Jako příklad zvažte dlouhou tyč drženou shora. Je stabilní a visí přímo dolů směrem ke gravitaci. Pokud zatlačíte spodní část z rovné polohy dolů, bude mít gravitace tendenci ji táhnout zpět do stabilní polohy. Z tohoto příkladu tedy jasně chápete, jak důležité je přímé vyrovnání cívky a snímače. Je důležité objekt dlouhodobě pověsit rovně bez pádu, a proto pro tento projekt stojíme. Pro lepší porozuměníVytvořil jsem blokové schéma, které ukazuje důležitost stabilního zavěšení a způsobu montáže snímače a cívky, aby bylo dosaženo vynikajícího výkonu.

• Chcete-li zvětšit vzdálenost visících předmětů od elektromagnetu, musíte zvýšit výkon a dosah elektromagnetu a změnit uspořádání / polohu senzoru.
• Chcete-li pověsit větší předměty, musíte zvýšit elektromagnetickou sílu. K tomu je třeba zvýšit magnetický vodič GAUGE a počet závitů a je také nutný zvýšený počet neodymových magnetů připevněných visícími předměty.
• Větší elektromagnet spotřebovává více proudu a můj obvod v současné době pracuje pouze na 5 V, ale v některých případech může existovat nutnost zvýšeného napětí v závislosti na parametru cívky.
• Pokud používáte 12v reléovou cívku nebo jakoukoli vysokonapěťovou silnou elektromagnetickou cívku, nezapomeňte použít regulátor napětí LM7805 pro snímač Hallova jevu A3144.

Obrázek níže ukazuje, jak náš projekt funguje po dokončení. Doufám, že jste pochopili výukový program a naučili se něco užitečného.

Kompletní fungování tohoto projektu si můžete také prohlédnout ve videu připojeném níže. Máte-li jakékoli dotazy, můžete je zanechat v sekci komentářů níže nebo můžete použít naše fóra pro další technické dotazy.