Novoroční svátky se blíží. A jak přijít na Nový rok bez dárků, příbuzným, příbuzným a přátelům. A zároveň staré přísloví, že nejlepším darem je dárek, neztratilo svůj význam udělej to sám. A proč ne, zkusme z někoho udělat originální novoroční dárek.
Navrhuje se vyrobit nejjednodušší Levitron jako takový dárek. Magnetická levitace vždy vypadá působivě a okouzluje. Pomocí neviditelné elektromagnetické síly zvedneme a držíme ve vzduchu malý neodymový magnet. Vytvoření stoupajícího účinku zvýšením a snížením magnetu ve velmi malém rozsahu výšek, ale s vysokou frekvencí. Dnes si můžete takové zařízení vyrobit sami. A proto není nutné utrácet spoustu peněz a času.
V tomto článku se zabýváme schématem a technologií pro výrobu magnetického levitronu z jednoduchých a levných komponent.
Schéma zařízení pro magnetickou levitaci uvedené níže.
Princip fungování zařízení
Pomocí tohoto obvodu vytváří cívka L1 specifické elektromagnetické pole, které drží permanentní magnet na jeho hmotnosti. Protože rovnovážná poloha je extrémně nestabilní, používá se k udržení magnetu v obvodu automatický řídicí a řídicí systém. Senzor pro sledování polohy je magneticky řízený senzor MD1, založený na Hallově efektu. Je umístěn a upevněn ve středu cívky, ze strany pracovního konce.
Činnost Hallova senzoru (MD1) spočívá ve snížení výstupního signálu (pin 3) až do vypnutí, se zvýšením statického nebo dynamického magnetického pole. S poklesem magnetického pole je opak pravdou. Hallův senzor pracuje s malým napájecím napětím (4 ... 20 V) a nízkým proudem (3 ... 20 mA), zatímco řídí výkonový tranzistor VT1.
LED1 se používá pro vizuální kontrolu nad provozem zařízení.
Dioda VD2 zajišťuje vysokorychlostní provoz cívky.
Schéma funguje následovně.
Když zapnete zařízení, proud prochází cívkou L1 a otevřeným tranzistorem VT1.
V tomto případě cívka vytvoří magnetické pole a začne přitahovat permanentní magnet. Magnet je přitahován k elektromagnetu, ale stoupá, spadá do dosahu snímače polohy (MD1) a přepíná jej magnetickým polem. V tomto případě je signál aplikován na tranzistor VT1, který vypíná elektromagnet. Poté permanentní magnet začne klesat, ale poté, co opustil citlivou oblast senzoru, opět zapne elektromagnet. V tomto případě je magnet znovu nucen přejít na elektromagnet. Takto permanentní magnet neustále kmitá kolem bodu definovaného systémem.
Aby se zabránilo trvalému magnetu v otáčení během oscilací, je jeho poloha stabilizována například zajištěním něčeho zdola. Když se magnet převrátí, jeho pól se změní směrem k čidlu polohy MD1 a obvod přestane fungovat, protože senzor je ovládán pouze jižním pólem magnetu.
Výroba zařízení
1. Základ přístroje Levitron je určen elektromagnetickou cívkou. Její volba do značné míry určuje design zařízení.
Cívka může být vyrobena nezávisle. Stačí na trubku navinout 500 ... 600 závitů smaltovaného drátu o průměru 0,3 ... 0,4 mm (bude zapotřebí asi 20 metrů drátu). K napájení takového zařízení můžete použít napájecí zdroj nebo nabíječku s napětím 5 - 9 voltů.
Je možné použít existující průmyslovou cívku. Současně je žádoucí znát jeho jmenovité napájecí napětí a v budoucnu zvolit vhodný zdroj energie.
V našem případě je pro originální dárek vyžadována kompaktní konstrukce zařízení, takže byla vybrána malá reléová cívka.
2. Kromě cívky budeme také potřebovat tranzistor s efektem pole, například IRFZ44N nebo jiný podobný MOSFET, v závislosti na parametrech použité cívky. V našem případě se používá tranzistor IRF630, který zůstal po odstranění video zařízení na kusu desky.
Potřebujete také Hallův senzor, například typ A3144, AH443 nebo jiný, pracující v podobných režimech. V tomto případě byl použit levný senzor nalezený v obchodě, model HAL 508 UA-A-2-B-1-00.
Podle výše uvedeného schématu budeme zařízení podhodnocovat se zbytkem zakoupených rádiových komponent.
3. Pro kontrolu a seřízení činnosti Levitronu sestavíme levou část výše uvedeného obvodu, s výjimkou rezistoru R2 a se změnou jmenovité hodnoty R3 na 330 Ohmů. Pravá strana obvodu je zdrojem napájení zařízení a v této verzi není potřeba. Je vhodnější sestavit a otestovat obvod na univerzální desce s obvody, ale protože existující tranzistor byl již pájen spolu s chladičem na kusu desky s obvody vhodné velikosti, pájel jsem obvod vedle něj.
4. Namontujte cívku. Umístíme Hallovy čidlo a dočasně jej upevníme do středu díry, na samém spodku cívky.
5. Testování zařízení. Cívku fixujeme v určité vzdálenosti od povrchu stolu. Poté může být magnetické levitační zařízení napájeno. Protože cívka výše uvedeného relé má odpor vinutí 210 Ohmů a je navržena pro stejnosměrné napětí 12 V, připojujeme jej k příslušnému zdroji energie.
Pak je nutné určit, na které straně se má permanentní neodymový magnet orientovat na elektromagnet. Zapneme levitron (LED by se měla rozsvítit) a přivedeme magnet ke dnu cívky ze strany Hallova senzoru. Pokud je magnet přitahován k cívce a LED zhasne, magnet je správně orientován, ale pokud ho magnetické pole cívky vytlačí, musí se magnet otočit. Pokud LED nesvítí, je nutné při připojení magnetu na obě strany vyměnit konce cívky, tzn. změnit póly. Při správném provedení elektromagnetická síla zachytí magnet a udrží ho ve vzduchu. Nezapomeňte stabilizovat polohu magnetu tak, aby se při kmitání nekroutil. V tomto případě byl použit neodymový prstenový magnet o průměru 7 mm a tloušťce 1 mm, odebraný z mikro sluchátek. K jeho stabilizaci stačí kus izolační pásky přilepený na jedné straně magnetu.
Poznámka: První testy s touto cívkou nebyly úspěšné. Jádro reléové cívky zesílilo magnetické pole, ale také projevilo svůj vliv, když byla cívka vypnuta. Během nastavování nebyla poloha magnetu stabilní nebo byl magnet přitahován k jádru s vypnutou cívkou. Když bylo jádro odstraněno z cívky, proces se stabilizoval, jak je vidět na fotografii.
6. Upgradujte zařízení. Další testy odhalily některé nedostatky. Za prvé, potřeba dalšího zdroje energie, který zvyšuje složitost a velikost a nepřidává dárku originalitu. Za druhé, s rostoucím letovým dosahem (vzdálenost od cívky) musíte zvýšit napájecí napětí, což vede k nežádoucímu zahřívání cívky.
Je samozřejmě možné se této možnosti zabývat, a to s využitím získaných příležitostí. Zbývá pouze „zabalit“ zařízení do slušného případu.
7. Druhou verzi zařízení můžete vytvořit nahrazením cívky vyšším napětím (ale s nižší spotřebou proudu) a dodatečným vestavěným beztransformátorovým napájením. Úplný diagram tohoto zařízení je uveden na začátku článku.
Druhá verze cívky z importovaného relé je navržena pro napětí 110 voltů a má odpor vinutí 4700 Ohmů. Zařízení doplňujeme díly podle schématu.
8. Vyrábíme beztransformátorové napájení (pravá strana obvodu). Převádí střídavý proud 220 voltů na napětí, které potřebujeme - asi 100 voltů (určeno Zenerovou diodou VD3) malého stejnosměrného proudu (určeno kapacitancí kondenzátoru C3 typu K73-17). Taková jednotka PSU má výhody - jednoduchý obvod a malé rozměry. Má však také tu nevýhodu - při kontaktu s částmi na zapnutém zařízení existuje nebezpečí úrazu elektrickým proudem. Avšak v souladu s bezpečnostními předpisy bude absence galvanické izolace v plně izolovaném zařízení bezpečná.
9. V případě Levitronu používáme krytí ve velikosti, kazetu z vyhořelé fluorescenční úsporné zářivky a kryt rozptylující světlo z LED lampy. Umístíme a vytvoříme obvod na desce podle vnitřních rozměrů patrony, připájíme desku k terminálům patrony.
Protože vyhlazovací kondenzátor C2 není součástí kazety, nainstalujte jej na desku Levitron. Odstraňujeme také chladič tranzistoru, protože při nízkém zatížení je volitelný.
10. Namontujte zařízení na stojan a vyzkoušejte.
V tomto případě byl použit prstencový neodymový magnet o průměru 10 mm a tloušťce 3 mm. Umístěte snímač MD1 do středu cívky a připevněte jej kusem pěny. Posunutím Hallova senzoru dosáhneme stabilního vznášení magnetu v maximální vzdálenosti od cívky. Opravujeme polohu senzoru vzhledem k cívce.
11. Po nastavení Levitronu sestavíme a přilepíme zařízení. Chcete-li dát zařízení větší účinek LED lampy, můžete přidat 2-3 trvale na LED diody s omezovacími rezistory uvnitř stínítka. Chcete-li zajistit odvod tepla, zajistěte ventilační otvory v kazetě, pokud nebyly zajištěny konstrukcí bývalé lampy.
Aby se vytvořil balicí účinek, může být magnet zahalen nějakou světelnou postavou, například obrysem můry.
