Nieuwjaarsvakanties komen eraan. En hoe je zonder cadeau naar het nieuwe jaar kunt komen, aan familie, familie en vrienden. En tegelijkertijd heeft het oude gezegde dat het beste cadeau een gemaakt cadeau is, zijn relevantie nog niet verloren doe het zelf. En waarom niet, laten we van iemand een origineel nieuwjaarsgeschenk maken.
Er wordt voorgesteld om de eenvoudigste Levitron als zo'n geschenk te maken. Magnetische levitatie ziet er altijd indrukwekkend en betoverend uit. Met behulp van een onzichtbare elektromagnetische kracht heffen en houden we een kleine neodymiummagneet in de lucht. Het stijgende effect wordt gecreëerd door de magneet in een zeer klein bereik van hoogtes te verhogen en te verlagen, maar met een hoge frequentie. Tegenwoordig kun je zo'n apparaat zelf maken. En hiervoor is het niet nodig om veel geld en tijd uit te geven.
In dit artikel beschouwen we het schema en de technologie voor het vervaardigen van magnetische levitron uit eenvoudige en goedkope componenten.
Het schema van het apparaat voor magnetische levitatie hieronder gepresenteerd.
Het werkingsprincipe van het apparaat
Met behulp van dit circuit creëert de spoel L1 een specifiek elektromagnetisch veld dat de permanente magneet op zijn gewicht houdt. Omdat de evenwichtspositie uiterst onstabiel is, wordt een automatisch controle- en beheersysteem gebruikt om de magneet in het circuit te houden. De positiebewakingssensor is een magnetisch gestuurde sensor MD1, gebaseerd op het Hall-effect. Het bevindt zich in het midden van de spoel, vanaf de zijkant van het werkende uiteinde.
De werking van de Hall-sensor (MD1) bestaat uit het verlagen van het uitgangssignaal (pin 3) tot het uitschakelen, met een toename van statisch of dynamisch magnetisch veld. Bij een afname van het magnetische veld is het tegendeel waar. De Hall-sensor werkt met een kleine voedingsspanning (4 ... 20 V) en lage stroom (3 ... 20 mA), terwijl de vermogenstransistor VT1 wordt bestuurd.
LED1 wordt gebruikt voor visuele controle over de werking van het apparaat.
De VD2-diode zorgt voor een snelle werking van de spoel.
De regeling werkt als volgt.
Wanneer u het apparaat inschakelt, gaat de stroom door de spoel L1 en de open transistor VT1.
In dit geval creëert de spoel een magnetisch veld en begint een permanente magneet aan te trekken. De magneet wordt aangetrokken door de elektromagneet, maar stijgt op, valt in het bereik van de positiesensor (MD1) en schakelt deze met zijn magnetische veld. In dit geval wordt een signaal toegevoerd aan transistor VT1, die de elektromagneet uitschakelt. Dan begint de permanente magneet te vallen, maar nadat hij de gevoeligheidszone van de sensor heeft verlaten, wordt de elektromagneet weer ingeschakeld. In dit geval wordt de magneet opnieuw gedwongen naar de elektromagneet te bewegen. De permanente magneet oscilleert dus continu rond een door het systeem bepaald punt.
Om te voorkomen dat de permanente magneet tijdens oscillaties omdraait, wordt de positie gestabiliseerd, bijvoorbeeld door er iets van onderaf aan vast te zetten. Wanneer een magneet omdraait, verandert zijn pool, naar de MD1-positiesensor gericht en stopt het circuit met werken, omdat de sensor alleen wordt bestuurd door de zuidpool van de magneet.
Fabricage van apparaten
1. De basis van het Levitron-apparaat wordt bepaald door een elektromagneetspoel. Haar keuze zal grotendeels het ontwerp van het apparaat bepalen.
De spoel kan onafhankelijk worden gemaakt. Het volstaat om 500 ... 600 windingen geëmailleerde draad met een diameter van 0,3 ... 0,4 mm op de buis te winden (er is ongeveer 20 meter draad nodig). Om een dergelijk apparaat van stroom te voorzien, kunt u een voeding of oplader gebruiken met een spanning van 5-9 volt.
Het is mogelijk om een bestaande industriële spoel te gebruiken. Tegelijkertijd is het wenselijk om de nominale voedingsspanning te kennen en in de toekomst een geschikte voedingsbron te selecteren.
In ons geval is voor een origineel geschenk een compact ontwerp van het apparaat vereist, dus is er gekozen voor een kleine relaisspoel.
2. Naast de spoel hebben we weer een veldeffecttransistor nodig, bijvoorbeeld IRFZ44N of een andere soortgelijke MOSFET, afhankelijk van de parameters van de gebruikte spoel. In ons geval wordt de IRF630-transistor gebruikt, die na verwijdering van videoapparatuur op een stuk van het bord is achtergebleven.
Je hebt ook een Hall-sensor nodig, bijvoorbeeld type A3144, AH443 of een andere, die in vergelijkbare modi werkt. In dit geval werd de goedkope sensor in de winkel, model HAL 508 UA-A-2-B-1-00, gebruikt.
We zullen het apparaat onderbieden met de rest van de gekochte radiocomponenten volgens het bovenstaande diagram.
3. Om de werking van de Levitron te controleren en aan te passen, assembleren we het linkerdeel van het bovenstaande circuit, met uitzondering van de weerstand R2 en met een verandering in de nominale waarde van R3 tot 330 Ohm. De rechterkant van het circuit is de stroombron van het apparaat en in deze versie is dit niet nodig. Het is handiger om het circuit te monteren en te testen op een universele printplaat, maar aangezien de bestaande transistor al samen met de heatsink op een stuk van de printplaat van een geschikte maat was gesoldeerd, heb ik het circuit ernaast gesoldeerd.
4. Monteer de spoel. We plaatsen de Hall-sensor en fixeren deze tijdelijk in het midden van het gat, helemaal onderaan de spoel.
5. Testen van het apparaat. We bevestigen de spoel op een bepaalde afstand van het oppervlak van de tafel. Daarna kan het magnetische levitatie-apparaat worden aangedreven. Omdat de spoel van het eerder genoemde relais een wikkelweerstand heeft van 210 Ohm en is ontworpen voor gelijkspanning van 12V, verbinden we hem met de juiste stroombron.
Vervolgens moet worden bepaald aan welke zijde de permanente neodymiummagneet op de elektromagneet moet worden gericht. We zetten de levitron aan (de LED moet oplichten) en brengen de magneet naar de onderkant van de spoel, vanaf de zijkant van de Hall-sensor. Als de magneet wordt aangetrokken door de spoel en de LED dooft, is de magneet correct georiënteerd, maar als het magnetische veld van de spoel hem naar buiten duwt, moet de magneet worden omgedraaid. Als de LED niet uitgaat, is het bij het aansluiten van de magneet aan beide zijden noodzakelijk om de uiteinden van de spoel te verwisselen, d.w.z. verander haar polen. Als het goed is gedaan, zal de elektromagnetische kracht de magneet oppakken en in de lucht houden. Vergeet niet de positie van de magneet te stabiliseren zodat deze tijdens oscillaties niet omrolt. In dit geval werd een neodymium-ringmagneet gebruikt met een diameter van 7 mm en een dikte van 1 mm, afkomstig van een micro-oortelefoon. Om het te stabiliseren volstaat een stuk isolatietape dat aan één kant van de magneet is vastgelijmd.
Opmerking De eerste tests met deze spoel waren niet succesvol. De kern van de relaisspoel versterkte het magnetische veld, maar oefende ook zijn invloed uit toen de spoel werd uitgeschakeld. Tijdens het instellen was de magneetpositie niet stabiel of werd de magneet aangetrokken door de kern terwijl de spoel was uitgeschakeld. Toen de kern van de spoel werd verwijderd, stabiliseerde het proces, zoals te zien is op de foto.
6. Upgrade het apparaat. Verdere tests brachten enkele gebreken aan het licht. Ten eerste de behoefte aan een extra stroombron, die de complexiteit en omvang vergroot en niet originaliteit toevoegt aan het geschenk. Ten tweede moet u bij een groter vliegbereik (afstand tot de spoel) de voedingsspanning verhogen en dit leidt tot ongewenste verwarming van de spoel.
Het is natuurlijk mogelijk om bij deze optie stil te staan, gebruikmakend van de verkregen kansen. Het blijft alleen om het apparaat in een fatsoenlijke koffer te "verpakken".
7. U kunt de tweede versie van het apparaat maken door de spoel te vervangen door een hogere spanning (maar met een lager stroomverbruik) en een extra ingebouwde transformatorloze voeding te maken. Een volledig diagram van dit apparaat wordt aan het begin van het artikel gegeven.
De tweede versie van de spoel van een geïmporteerd relais is ontworpen voor een spanning van 110 volt en heeft een wikkelweerstand van 4700 Ohm. We vullen het apparaat aan met onderdelen volgens het schema.
8. We produceren een transformatorloze voeding (rechterkant van het circuit). Het zet een wisselstroom van 220 volt om in de spanning die we nodig hebben - ongeveer 100 volt (bepaald door de Zenerdiode VD3) van een kleine gelijkstroom (bepaald door de capaciteit van een condensator C3 van het type K73-17). Zo'n PSU heeft voordelen - een eenvoudig circuit en kleine afmetingen. Maar het heeft ook een nadeel: er bestaat gevaar voor elektrische schokken wanneer het in contact komt met onderdelen van het ingeschakelde apparaat. Echter, onderhevig aan veiligheidsvoorschriften, zal het ontbreken van galvanische isolatie in een volledig geïsoleerd apparaat veilig zijn.
9. Als het geval voor de Levitron gebruiken we paring in grootte, een patroon van een uitgebrande fluorescente spaarlamp en een lichtverspreidend deksel van een LED-lamp. We plaatsen en vormen een circuit op het bord volgens de interne afmetingen van de cartridge, soldeer het bord aan de terminals van de cartridge.
Aangezien de afvlakcondensator C2 niet in de cartridge zit, installeert u deze op het Levitron-bord. We verwijderen ook de radiator van de transistor, omdat deze bij een laag laadvermogen optioneel is.
10. Monteer het apparaat op de standaard en test het.
In dit geval werd een ringneodymiummagneet met een diameter van 10 mm en een dikte van 3 mm gebruikt. Plaats de MD1-sensor in het midden van de spoel en bevestig deze met een stuk schuim. Door de Hall-sensor te verplaatsen, bereiken we een stabiel zweven van de magneet op de maximale afstand van de spoel. We bepalen de positie van de sensor ten opzichte van de spoel.
11. Na het instellen van de Levitron monteren en lijmen we het apparaat. Om het apparaat een groter effect van een LED-lamp te geven, kunt u 2-3 permanent toevoegen aan LED's met begrenzende weerstanden in de lampenkap. Om warmteafvoer te garanderen, moet u ventilatiegaten in de patroon voorzien, als dit niet was voorzien door het ontwerp van de voormalige lamp.
Om een zwevend effect te creëren, kan de magneet worden versluierd met een soort lichtfiguur, bijvoorbeeld de omtrek van een mot.
