Die Neujahrsferien stehen vor der Tür. Und wie man ohne Geschenk zum neuen Jahr kommt, zu Verwandten, Verwandten und Freunden. Gleichzeitig hat das alte Sprichwort, dass das beste Geschenk ein gemachtes Geschenk ist, seine Relevanz noch nicht verloren mit seinen eigenen Händen. Und warum nicht, versuchen wir, jemandem ein originelles Neujahrsgeschenk zu machen.
Es wird vorgeschlagen, das einfachste Levitron als solches Geschenk zu machen. Magnetschwebebahn sieht immer beeindruckend und bezaubernd aus. Mit einer unsichtbaren elektromagnetischen Kraft heben wir einen kleinen Neodym-Magneten an und halten ihn in der Luft. Erzeugen eines Höheneffekts durch Anheben und Absenken des Magneten in einem sehr kleinen Höhenbereich, jedoch mit einer hohen Frequenz. Heute können Sie ein solches Gerät selbst herstellen. Und dafür ist es nicht notwendig, viel Geld und Zeit aufzuwenden.
In diesem Artikel betrachten wir das Schema und die Technologie zur Herstellung von Magnet-Levitron aus einfachen und billigen Komponenten.
Das Schema der Vorrichtung zur Magnetschwebebahn unten dargestellt.
Das Funktionsprinzip des Gerätes
Unter Verwendung dieser Schaltung erzeugt die Spule L1 ein spezifisches elektromagnetisches Feld, das den Permanentmagneten auf seinem Gewicht hält. Da die Gleichgewichtsposition extrem instabil ist, wird ein automatisches Steuerungs- und Managementsystem verwendet, um den Magneten in der Schaltung zu halten. Der Positionsüberwachungssensor ist ein magnetisch gesteuerter Sensor MD1, der auf dem Hall-Effekt basiert. Es befindet sich in der Mitte der Spule von der Seite des Arbeitsende.
Der Betrieb des Hallsensors (MD1) besteht darin, das Ausgangssignal (Pin 3) bis zum Abschalten mit einem Anstieg des statischen oder dynamischen Magnetfelds abzusenken. Bei einer Abnahme des Magnetfeldes ist das Gegenteil der Fall. Der Hallsensor arbeitet mit einer kleinen Versorgungsspannung (4 ... 20 V) und einem niedrigen Strom (3 ... 20 mA), während er den Leistungstransistor VT1 steuert.
LED1 dient zur visuellen Steuerung des Betriebs des Geräts.
Die VD2-Diode sorgt für einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb der Spule.
Das Schema funktioniert wie folgt.
Wenn Sie das Gerät einschalten, fließt der Strom durch die Spule L1 und den offenen Transistor VT1.
In diesem Fall erzeugt die Spule ein Magnetfeld und beginnt, einen Permanentmagneten anzuziehen. Der Magnet wird vom Elektromagneten angezogen, steigt aber an, fällt in den Bereich des Positionssensors (MD1) und schaltet ihn mit seinem Magnetfeld um. In diesem Fall wird ein Signal an den Transistor VT1 angelegt, der den Elektromagneten ausschaltet. Dann beginnt der Permanentmagnet zu fallen, aber nachdem er die Empfindlichkeitszone des Sensors verlassen hat, schaltet er den Elektromagneten wieder ein. In diesem Fall wird der Magnet erneut gezwungen, sich zum Elektromagneten zu bewegen. Somit schwingt der Permanentmagnet kontinuierlich um einen vom System definierten Punkt.
Um zu verhindern, dass sich der Permanentmagnet während der Schwingungen umdreht, wird seine Position stabilisiert, indem beispielsweise etwas von unten daran befestigt wird. Wenn der Magnet umkippt, ändert sich sein Pol in Richtung des MD1-Positionssensors und der Stromkreis funktioniert nicht mehr, da der Sensor nur vom Südpol des Magneten gesteuert wird.
Geräteherstellung
1. Die Basis des Levitron-Geräts wird durch eine Elektromagnetspule bestimmt. Ihre Wahl wird maßgeblich das Design des Geräts bestimmen.
Die Spule kann unabhängig hergestellt werden. Es reicht aus, 500 ... 600 Windungen Lackdraht mit einem Durchmesser von 0,3 ... 0,4 mm auf das Rohr zu wickeln (ca. 20 Meter Draht sind erforderlich). Um ein solches Gerät mit Strom zu versorgen, können Sie ein Netzteil oder Ladegerät mit einer Spannung von 5 bis 9 Volt verwenden.
Es ist möglich, eine vorhandene Industriespule zu verwenden. Gleichzeitig ist es wünschenswert, die Nennversorgungsspannung zu kennen und in Zukunft eine geeignete Stromquelle auszuwählen.
In unserem Fall ist für ein originelles Geschenk ein kompaktes Design des Geräts erforderlich, daher wurde eine kleine Relaisspule gewählt.
2. Zusätzlich zur Spule benötigen wir einen Feldeffekttransistor, zum Beispiel IRFZ44N oder einen anderen ähnlichen MOSFET, abhängig von den Parametern der verwendeten Spule. In unserem Fall wird der IRF630-Transistor verwendet, der nach der Entsorgung der Videogeräte auf einem Stück der Platine verblieb.
Sie benötigen auch einen Hallsensor, z. B. Typ A3144, AH443 oder einen anderen, der in ähnlichen Modi arbeitet. In diesem Fall wurde der im Laden befindliche billige Sensor Modell HAL 508 UA-A-2-B-1-00 verwendet.
Wir werden das Gerät mit den restlichen gekauften Funkkomponenten gemäß dem obigen Diagramm unterbesetzen.
3. Um den Betrieb des Levitron zu überprüfen und einzustellen, bauen wir den linken Teil der obigen Schaltung mit Ausnahme des Widerstands R2 und mit einer Änderung des Nennwerts von R3 auf 330 Ohm zusammen. Die rechte Seite der Schaltung ist die Stromquelle des Geräts und wird in dieser Version nicht benötigt. Es ist bequemer, die Schaltung auf einer Universalplatine zusammenzubauen und zu testen, aber da der vorhandene Transistor bereits zusammen mit dem Kühlkörper auf einem Stück der Leiterplatte geeigneter Größe verlötet war, habe ich die Schaltung daneben gelötet.
4. Montieren Sie die Spule. Wir platzieren den Hallsensor und befestigen ihn vorübergehend in der Mitte des Lochs ganz unten an der Spule.
5. Testen des Geräts. Wir befestigen die Spule in einem bestimmten Abstand von der Oberfläche des Tisches. Danach kann das Magnetschwebegerät mit Strom versorgt werden. Da die Spule des zuvor genannten Relais einen Wicklungswiderstand von 210 Ohm hat und für eine Gleichspannung von 12 V ausgelegt ist, schließen wir sie an die entsprechende Stromquelle an.
Dann muss bestimmt werden, auf welcher Seite der permanente Neodym-Magnet zum Elektromagneten ausgerichtet werden soll. Wir schalten den Levitron ein (die LED sollte aufleuchten) und bringen den Magneten von der Seite des Hallsensors zum Boden der Spule. Wenn der Magnet von der Spule angezogen wird und die LED erlischt, ist der Magnet korrekt ausgerichtet. Wenn das Magnetfeld der Spule ihn jedoch herausdrückt, muss der Magnet umgedreht werden. Wenn die LED nicht erlischt, müssen beim Anschließen des Magneten an beide Seiten die Enden der Spule ausgetauscht werden, d. H. ändere ihre Pole. Bei korrekter Ausführung nimmt die elektromagnetische Kraft den Magneten auf und hält ihn in der Luft. Vergessen Sie nicht, die Position des Magneten so zu stabilisieren, dass er bei Schwingungen nicht überrollt. In diesem Fall wurde ein Neodym-Ringmagnet mit einem Durchmesser von 7 mm und einer Dicke von 1 mm verwendet, der einem Mikrokopfhörer entnommen wurde. Um es zu stabilisieren, reicht ein Stück Isolierband, das auf eine Seite des Magneten geklebt ist.
Hinweis Die ersten Tests mit dieser Spule waren nicht erfolgreich. Der Kern der Relaisspule verstärkte das Magnetfeld, übte aber auch seinen Einfluss aus, wenn die Spule ausgeschaltet wurde. Während des Aufbaus war die Magnetposition nicht stabil oder der Magnet wurde bei ausgeschalteter Spule vom Kern angezogen. Als der Kern von der Spule entfernt wurde, stabilisierte sich der Prozess, wie auf dem Foto zu sehen ist.
6. Aktualisieren Sie das Gerät. Weitere Tests ergaben einige Mängel. Erstens die Notwendigkeit einer zusätzlichen Stromquelle, die die Komplexität und Größe erhöht und dem Geschenk keine Originalität verleiht. Zweitens müssen Sie mit zunehmender Flugreichweite (Abstand von der Spule) die Versorgungsspannung erhöhen, was zu einer unerwünschten Erwärmung der Spule führt.
Es ist natürlich möglich, über diese Option nachzudenken und die sich bietenden Möglichkeiten zu nutzen. Es bleibt nur, das Gerät in einem anständigen Fall zu "verpacken".
7. Sie können die zweite Version des Geräts herstellen, indem Sie die Spule durch eine höhere Spannung (aber mit einem geringeren Stromverbrauch) ersetzen und ein zusätzliches eingebautes transformatorloses Netzteil herstellen. Ein vollständiges Diagramm dieses Geräts finden Sie am Anfang des Artikels.
Die zweite Version der Spule eines importierten Relais ist für eine Spannung von 110 Volt ausgelegt und hat einen Wicklungswiderstand von 4700 Ohm. Wir vervollständigen das Gerät mit Teilen gemäß dem Schema.
8. Wir produzieren ein transformatorloses Netzteil (rechte Seite der Schaltung). Es wandelt einen Wechselstrom von 220 Volt in die von uns benötigte Spannung um - etwa 100 Volt (bestimmt durch die Zenerdiode VD3) eines kleinen Gleichstroms (bestimmt durch die Kapazität eines Kondensators C3 vom Typ K73-17). Ein solches Netzteil hat Vorteile - eine einfache Schaltung und kleine Abmessungen. Es hat aber auch einen Nachteil: Es besteht die Gefahr eines Stromschlags, wenn es mit Teilen des eingeschalteten Geräts in Kontakt kommt. Vorbehaltlich der Sicherheitsbestimmungen ist das Fehlen einer galvanischen Trennung in einem vollständig isolierten Gerät jedoch sicher.
9. Wie beim Levitron verwenden wir eine passende Größe, eine Patrone einer ausgebrannten fluoreszierenden Energiesparlampe und eine lichtstreuende Abdeckung einer LED-Lampe. Wir platzieren und bilden einen Stromkreis auf der Platine entsprechend den Innenabmessungen der Patrone, löten die Platine an die Anschlüsse der Patrone.
Da der Glättungskondensator C2 nicht in der Patrone enthalten ist, installieren Sie ihn auf der Levitron-Platine. Wir entfernen auch den Kühler des Transistors, da er bei geringer Lastleistung optional ist.
10. Montieren Sie das Gerät auf dem Ständer und testen Sie es.
In diesem Fall wurde ein Ring-Neodym-Magnet mit einem Durchmesser von 10 mm und einer Dicke von 3 mm verwendet. Setzen Sie den MD1-Sensor in die Mitte der Spule und befestigen Sie ihn mit einem Stück Schaum. Durch Bewegen des Hallsensors erreichen wir ein stabiles Schweben des Magneten im maximalen Abstand von der Spule. Wir fixieren die Position des Sensors relativ zur Spule.
11. Nach dem Einrichten des Levitron montieren und kleben wir das Gerät. Um dem Gerät eine größere Wirkung einer LED-Lampe zu verleihen, können Sie 2-3 LEDs mit Begrenzungswiderständen im Lampenschirm dauerhaft hinzufügen. Um die Wärmeableitung sicherzustellen, sorgen Sie für Belüftungsöffnungen in der Patrone, sofern diese nicht durch das Design der früheren Lampe vorgesehen waren.
Um einen Wickeleffekt zu erzielen, kann der Magnet mit einer Art Lichtfigur verhüllt werden, beispielsweise mit dem Umriss einer Motte.
