Le vacanze di Capodanno si stanno avvicinando. E come venire al nuovo anno senza un regalo, a parenti, parenti e amici. E allo stesso tempo, il vecchio detto che il regalo migliore è un regalo fatto non ha ancora perso la sua rilevanza fallo da solo. E perché no, proviamo a fare di qualcuno un regalo originale di Capodanno.
Si propone di realizzare il Levitron più semplice come tale. La levitazione magnetica sembra sempre impressionante e ammaliante. Usando una forza elettromagnetica invisibile, solleviamo e tratteniamo un piccolo magnete al neodimio nell'aria. L'effetto impennato si crea alzando e abbassando il magnete in una gamma molto piccola di altezze, ma ad alta frequenza. Oggi puoi realizzare un dispositivo del genere da solo. E per questo non è necessario spendere molto tempo e denaro.
In questo articolo, consideriamo lo schema e la tecnologia per la produzione di levitron magnetico da componenti semplici ed economici.
Lo schema del dispositivo per la levitazione magnetica presentato di seguito.
Il principio di funzionamento del dispositivo
Usando questo circuito, la bobina L1 crea uno specifico campo elettromagnetico che mantiene il magnete permanente sul suo peso. Poiché la posizione di equilibrio è estremamente instabile, viene utilizzato un sistema di controllo e gestione automatico per trattenere il magnete nel circuito. Il sensore di monitoraggio della posizione è un sensore MD1 a controllo magnetico, basato sull'effetto Hall. Si trova e fissato al centro della bobina, dal lato dell'estremità di lavoro.
Il funzionamento del sensore Hall (MD1) consiste nell'abbassare il segnale di uscita (pin 3), fino allo spegnimento, con un aumento del campo magnetico statico o dinamico. Quando si abbassa il campo magnetico, è vero il contrario. Il sensore Hall funziona con una piccola tensione di alimentazione (4 ... 20 V) e bassa corrente (3 ... 20 mA), controllando al contempo il transistor di potenza VT1.
LED1 è utilizzato per il controllo visivo del funzionamento del dispositivo.
Il diodo VD2 fornisce il funzionamento ad alta velocità della bobina.
Lo schema funziona come segue.
Quando si accende il dispositivo, la corrente passa attraverso la bobina L1 e il transistor aperto VT1.
In questo caso, la bobina crea un campo magnetico e inizia ad attrarre un magnete permanente. Il magnete è attratto dall'elettromagnete, ma si alza, cade nel raggio del sensore di posizione (MD1) e lo commuta con il suo campo magnetico. In questo caso, viene applicato un segnale al transistor VT1, che disattiva l'elettromagnete. Quindi il magnete permanente inizia a cadere, ma dopo aver lasciato la zona di sensibilità del sensore, accende di nuovo l'elettromagnete. In questo caso, il magnete viene nuovamente forzato a spostarsi verso l'elettromagnete. Pertanto, il magnete permanente oscilla continuamente attorno a un punto definito dal sistema.
Al fine di evitare che il magnete permanente si capovolga durante le oscillazioni, la sua posizione viene stabilizzata, ad esempio, fissandogli qualcosa dal basso. Quando il magnete si ribalta, il suo polo cambia, rivolto verso il sensore di posizione MD1 e il circuito smette di funzionare, poiché il sensore è controllato solo dal polo sud del magnete.
Produzione di dispositivi
1. La base del dispositivo Levitron è determinata da una bobina elettromagnetica. La sua scelta determinerà in gran parte il design del dispositivo.
La bobina può essere realizzata in modo indipendente. È sufficiente avvolgere 500 ... 600 giri di filo smaltato con un diametro di 0,3 ... 0,4 mm sul tubo (saranno necessari circa 20 metri di filo). Per alimentare un dispositivo del genere, è possibile utilizzare un alimentatore o un caricabatterie con una tensione compresa tra 5 e 9 volt.
È possibile utilizzare una bobina industriale esistente. Allo stesso tempo, è desiderabile conoscere la sua tensione di alimentazione nominale e selezionare una fonte di alimentazione appropriata in futuro.
Nel nostro caso, per un regalo originale, è richiesto un design compatto del dispositivo, quindi è stata scelta una bobina di relè di piccole dimensioni.
2. Oltre alla bobina, avremo bisogno di un transistor ad effetto di campo, ad esempio IRFZ44N o un altro MOSFET simile, sempre, a seconda dei parametri della bobina utilizzata. Nel nostro caso, viene utilizzato il transistor IRF630, che è rimasto su un pezzo della scheda dopo lo smaltimento delle apparecchiature video.
È inoltre necessario un sensore Hall, ad esempio, tipo A3144, AH443 o altro, che funziona in modalità simili. In questo caso, è stato utilizzato il sensore economico trovato nel negozio, modello HAL 508 UA-A-2-B-1-00.
Sottoporteremo il personale con il resto dei componenti radio acquistati secondo lo schema sopra.
3. Per verificare e regolare il funzionamento del Levitron, assembliamo la parte sinistra del circuito sopra, ad eccezione del resistore R2 e con una variazione del valore nominale da R3 a 330 Ohm. Il lato destro del circuito è la fonte di alimentazione del dispositivo e in questa versione non è necessario. È più conveniente assemblare e testare il circuito su un circuito universale, ma poiché il transistor esistente era già saldato insieme al radiatore su un pezzo del circuito di dimensioni adeguate, ho saldato il circuito accanto ad esso.
4. Montare la bobina. Posizioniamo il sensore Hall e lo ripariamo temporaneamente al centro del foro, nella parte inferiore della bobina.
5. Test del dispositivo. Fissiamo la bobina ad una certa distanza dalla superficie del tavolo. Successivamente, il dispositivo di levitazione magnetica può essere alimentato. Poiché la bobina del relè precedentemente citato ha una resistenza di avvolgimento di 210 Ohm ed è progettata per una tensione CC di 12V, la colleghiamo alla fonte di alimentazione appropriata.
Quindi è necessario determinare da quale lato orientare il magnete al neodimio permanente verso l'elettromagnete. Accendiamo il levitron (il LED dovrebbe accendersi) e portiamo il magnete sul fondo della bobina, dal lato del sensore Hall. Se il magnete viene attratto dalla bobina e il LED si spegne, il magnete viene orientato correttamente, ma se il campo magnetico della bobina lo spinge fuori, il magnete deve essere capovolto. Se il LED non si spegne, quando si collega il magnete su entrambi i lati, è necessario scambiare le estremità della bobina, ad es. cambia i suoi poli. Se fatto correttamente, la forza elettromagnetica raccoglierà il magnete e lo manterrà in aria. Non dimenticare di stabilizzare la posizione del magnete in modo che non si ribalti durante le oscillazioni. In questo caso, è stato utilizzato un magnete ad anello al neodimio con un diametro di 7 mm e uno spessore di 1 mm, prelevato da un micro auricolare. Per stabilizzarlo, è sufficiente un pezzo di nastro isolante incollato su un lato del magnete.
Nota. I primi test con questa bobina non hanno avuto esito positivo. Il nucleo della bobina del relè ha amplificato il campo magnetico, ma ha anche esercitato la sua influenza quando la bobina è stata spenta. Durante l'installazione, la posizione del magnete non era stabile o il magnete era attratto dal nucleo con la bobina spenta. Quando il nucleo è stato rimosso dalla bobina, il processo si è stabilizzato, come si può vedere nella foto.
6. Aggiorna il dispositivo. Ulteriori test hanno rivelato alcuni difetti. In primo luogo, la necessità di una fonte di alimentazione aggiuntiva, che aumenta la complessità e le dimensioni e non aggiunge originalità al dono. In secondo luogo, con l'aumentare del raggio di volo (distanza dalla bobina), è necessario aumentare la tensione di alimentazione e questo porta a un riscaldamento indesiderato della bobina.
È possibile, ovviamente, soffermarsi su questa opzione, utilizzando le opportunità ottenute. Resta solo da "impacchettare" il dispositivo in un caso decente.
7. È possibile realizzare la seconda versione del dispositivo sostituendo la bobina con una tensione più elevata (ma con un consumo di corrente inferiore) e realizzare un alimentatore senza trasformatore integrato aggiuntivo. Un diagramma completo di questo dispositivo è riportato all'inizio dell'articolo.
La seconda versione della bobina da un relè importato è progettata per una tensione di 110 volt e ha una resistenza di avvolgimento di 4700 Ohm. Completiamo il dispositivo con parti secondo lo schema.
8. Produciamo un alimentatore senza trasformatore (lato destro del circuito). Converte una corrente alternata di 220 volt alla tensione di cui abbiamo bisogno - circa 100 volt (determinati dal diodo Zener VD3) di una piccola corrente continua (determinata dalla capacità di un condensatore C3 di tipo K73-17). Tale alimentatore presenta vantaggi: un circuito semplice e dimensioni ridotte. Ma ha anche uno svantaggio: esiste il pericolo di scosse elettriche quando viene a contatto con parti del dispositivo acceso. Tuttavia, nel rispetto delle norme di sicurezza, l'assenza di isolamento galvanico in un dispositivo completamente isolato sarà sicura.
9. Come nel caso del Levitron, utilizziamo l'accoppiamento in termini di dimensioni, una cartuccia da una lampada fluorescente bruciata a risparmio energetico e una copertura a diffusione luminosa da una lampada a LED. Posizioniamo e formiamo un circuito sulla scheda in base alle dimensioni interne della cartuccia, saldando la scheda ai terminali della cartuccia.
Poiché il condensatore di livellamento C2 non è incluso nella cartuccia, installarlo sulla scheda Levitron. Rimuoviamo anche il radiatore del transistor, poiché con una bassa potenza di carico è opzionale.
10. Montare il dispositivo sul supporto e testare.
In questo caso, è stato utilizzato un magnete al neodimio ad anello con un diametro di 10 mm e uno spessore di 3 mm. Posizionare il sensore MD1 al centro della bobina e fissarlo con un pezzo di schiuma. Spostando il sensore Hall, otteniamo un volo stabile del magnete alla massima distanza dalla bobina. Fissiamo la posizione del sensore rispetto alla bobina.
11. Dopo aver installato Levitron, assembliamo e incolliamo il dispositivo. Per dare al dispositivo un effetto maggiore di una lampada a LED, è possibile aggiungere 2-3 permanentemente sui LED con resistori limitanti all'interno del paralume. Per garantire la dissipazione del calore, prevedere fori di ventilazione nella cartuccia, se non previsti dal design della lampada precedente.
Per creare un effetto avvolgente, il magnete può essere velato con una sorta di figura leggera, ad esempio il contorno di una falena.
