Жогорку диапазондогу зымсыз кубат: 9 кадам (сүрөттөр менен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:42

Лампочканы кубаттай турган же телефонду 2 фут алыстыктан кубаттай турган Зымсыз Электр берүү системасын куруңуз! Бул магнит талааларын өткөргүч катмардан кабыл алуучу катушка жөнөтүү үчүн резонанстык катушка системасын колдонот.

Биз муну чиркөөбүздө Максвеллдин Төрт Улуу Теңдемесине арналган насаат учурунда демо катары колдондук! Аны текшериңиз:

www.youtube.com/embed/-rgUhBGO_pY

1 -кадам: Сизге керектүү нерселер

• 18 калибрлүү магниттик зым. Эскертүү, сиз кадимки зымды колдоно албайсыз, магниттик зымды колдонушуңуз керек (үстүндө өтө ичке эмаль изоляциясы бар). Бир мисал Amazonдо жеткиликтүү бул жерде:

  www.amazon.com/gp/product/B00BJMVK02

• 6W (же андан аз) AC/DC 12V Dimmable LED лампочкасы. Бир мисал бул жерде:

  www.amazon.com/Original-Warranty-Dimmable-R…

• 1uF конденсаторлор (электролит эмес, поляризацияланбаган болушу керек). Бул жерде сизде кээ бир тандоолор бар. Эгерде сиз аз кубаттуулуктагы версияны курсаңыз, Radio Shack же Frysтен 250V 1uF конденсаторлорун ала аласыз. Эгерде сиз жогорку кубаттуулуктагы версияны кургуңуз келсе, Digikeyден атайын 560V конденсаторлорду алышыңыз керек болот.
• 0.47uF Capacitor (электролит эмес, поляризацияланбаган болушу керек)
• Кандайдыр бир күчөткүч. Биз 450W HI-FI күчөткүчүн колдондук. Сиз андан баштап компьютердин динамигине чейин каалаган нерсени колдоно аласыз. Күчтү канчалык көп колдонсоңуз, андан ошончолук көп диапазонду аласыз.
• Solder & Solder темир. Сым кескичтер
• Фанеранын бир бөлүгү жана кичинекей мыктар (ороом үчүн колдонулат)
• Кара электр лента
• Өлчөөчү лента жана сызгыч
• Изоляцияланган зым
• Hammer

• 8 кГц синусун жаратуучу өзгөрүлмө жыштыгы жана амплитудасы бар аудио булагы. Компьютерди, ноутбукту же телефонду үн чыгаруучу программасы бар жана гарнитуранын уячасына туташтыруу оңой. Мен бул программалык камсыздоо менен Mac колдонгон:

  code.google.com/p/audiotools/downloads/det… Же сиз бул программаны компьютер үчүн колдонсоңуз болот: эгер сизде функционалдык генератор болсо, анда аны колдонсоңуз болот (кымбат баалуу сыноо жабдуулары)

NTE Capacitor Part List (аз кубаттуу версия үчүн). Сиз бул тетиктерди Frysтен ала аласыз

3 x 1uF 50V конденсатор, NTE CML105M50 (лампочкага жана кичинекей катушка тиркөө үчүн)

1 x 0.47uF 50V конденсатор, NTE CML474M50 (лампочкага жана кичине катушка 1uF капкактары менен параллель тиркөө үчүн)

1 x 1uF 250V конденсатор, NTE MLR105K250 (чоң катушка тиркөө үчүн)

Digikey Order (жогорку кубаттуулуктагы версия үчүн)

Digikey бөлүктөрүнүн тизмеси тиркелет, аны сиз жогорку кубаттуулуктагы версия үчүн колдоно аласыз. Бул конденсаторлор 560В чейин барышат, бул ~ 500W күчөткүчтү колдонууга жана диапазондун дээрлик эки футуна чейин көтөрүлүүгө мүмкүндүк берет. Тиркелген версия жалаң минималдуу бөлүктөрдү камтыйт. Сиз Digikey буйрутмасын берип жатканыңызда, ката кетирип же жардырып жибергениңиз үчүн кээ бир кошумча нерселерге буйрутма бериңиз (бул, айрыкча, мен бир нече жолу ыштаган TVS коргоо диоддоруна тиешелүү).

2 -кадам: Coil Winder жасаңыз

Катушкаларды шамал үчүн, аларды айланып өтүүчү рамка керек.

Фанеранын бир бөлүгүндө 20 см тактыкты жана 40 см тактыкты чийүү үчүн компасты колдонуу керек.

Hammer мыктары тегерек тегеректелген. 20 см тегерек үчүн мен 12 мык, 40 см тегерек үчүн 16 тегерегинде колдоном. Тегеректин бир жеринде, сиз биринчи оромуңузду баштаганда зымды кармап турган кирүү чекитин түзгүңүз келет.. Ошол жерде, башка мыкка бир мыкка жакын, андан кийин дагы бир жуп дюйм алыстыкка чапкыла.

3 -кадам: 40см Катушканы 20 бурулуш менен жана 20см Катушкасын 15 Бурулуш менен шамал

Сиз адегенде зымды бекитүү үчүн сырттагы мык менен зым менен бир нече илмек кыласыз, андан кийин катуштун айланасындагы циклди баштайсыз. Катушканын башында жана аягында кошумча зымды көп калтырганыңызды текшериңиз. Коопсуз болуу үчүн 3 фут калтырыңыз (бул электроникага туташуу үчүн керек болот).

Ороолордун санын көзөмөлдөө таң калыштуу. Жардам берүү үчүн досуңузду колдонуңуз.

ОРОМДОРДУ ЧЫНЫНДА бекем кылыңыз. Эгер сиз бош ороом менен бүтсөңүз, анда катушка башаламан болуп калат.

Ороолорду ирээтке келтирүү чынында эле кыйын (айрыкча, эгерде сиз 18 гугл зымын колдонсоңуз, 24 зым өлчөгүчтү иштетүү оңой, бирок жоготуусу көп). Ошентип, аны шамал катары кармап туруу үчүн сизге бир нече адам керек болот.

Сиз бурулуштарды бүтүргөндөн кийин, катушту туруктуу кармоо үчүн кирүүчү зымды жана чыгуучу зымды бургуңуз келет. Андан кийин катушканы бир нече жерге электр лента менен чаптаңыз.

Бул кадамды бүтүргөнүңүздө, эки катушка ээ болушуңуз керек: диаметри 20см жана 15 бурулуш жана 40см диаметри менен 20 бурулуш. Катушкалар бекем оролуп, скотч менен бекитилиши керек. Сиз аларды түшүрбөй же чечпей туруп оңой эле алып кете алышыңыз керек.

4 -кадам: Лампочканы & Электрониканы 20см Катушкага кошуңуз

Андан кийин, сиз лампочканы кичинекей катушкага туташтырасыз. Сиз лампочка постторуна үч 1uf (1 микрофарад же башкача айтканда 1, 000nF) жана бир 0.47uF (башкача айтканда, 470nF) конденсаторлорун ширетишиңиз керек. Бул жалпы 3.47uF (конденсаторлор параллелдүү түрдө кошулат). Эгерде сиз жогорку кубаттуулуктагы версияны колдонуп жатсаңыз, лампочка постторунун ортосундагы 20В эки багыттуу TVS диодун ашыкча чыңалуудан коргоо катары кошууңуз керек.

Конденсаторлорду эриткенден кийин, катушка зымынын учтарын катушканын ортосуна чейин ийриңиз. Зым лампочканы көтөрө турганчалык катуу. Зымды диаметри боюнча бүт буруп бүткөндөн кийин, сиз зымдын учтарын кесип, ачык калтырасыз.

Анан лампочканы буралган зымдын ортосуна коёсуз. Ар бир зым лампочканын бир терминалына тийип тургандай, сиз бурулуштарды бөлүп аласыз. Андан кийин сиз зымдын эмалын бычак менен кырып, анан тазаланган зымды лампочка мамыларына ширетесиз. Розинанын негизги ширетүүсүн колдонгонуңузду текшериңиз. Сиз эмальдын бөлүктөрүн тазалоого жардам бере турган кошумча розинди кошуп койсоңуз болот.

5 -кадам: 40см Катушкасын Электроникага тиркеңиз

Андан кийин сиз 40см катушкасын 1uF конденсаторго туташтырышыңыз керек. Бул жерде жогорку кубаттуулуктагы версия көрсөтүлгөн, мен 10x 0.1uF конденсаторлорду бир 1uF конденсаторго кошуу үчүн параллель туташтырдым (конденсаторлор параллель кошулат). Конденсатор катушка менен күчөткүчтүн оң чыгуусуна барат. Катушканын экинчи тарабы GND күчөткүчүнө түз барат.

6 -кадам: Sine Wave булагын Power Ampке туташтырып көрүңүз

Акыркы кадам - синус толкунун түзүү. Сиз телефонуңузга же ноутбукка же рабочийге функция генераторунун колдонмосун жүктөп алсаңыз болот. Сиз иштөөнүн эң жакшы жыштыгын табуу үчүн эксперимент кылгыңыз келет.

Сиз синус булагыңызды аудио күчөткүчкө туташтырасыз, андан кийин аудио кубатын 40см катушка жана 1uF конденсаторго туташтырасыз, анан баары иштеши керек!

Эгерде сиз жогорку кубаттагы аудио ампти (100 Вт же андан жогору) колдонсоңуз, ЭТИПТҮҮ БОЛУҢУЗ! Бул +/- 500V ашкан өтө жогорку чыңалуу жаратышы мүмкүн. Мен конденсаторлорду жардырбайм деп камсыз кылуу үчүн жогорку чыңалуудагы диапазонду сынап көрдүм. Эгер ачык коргошунга тийсеңиз, шок болуу да оңой.

Ошондой эле, эгер сиз жогорку кубаттагы аудио ампти колдонсоңуз, 20см катушканы 40см катушка өтө жакын ала албайсыз. Эгерде алар өтө жакын болсо, ашыкча кубаттан улам TVS диоду же LED лампочкасы күйүп кетет.

7 -кадам: Зымсыз телефондун кубаттагычын түзүңүз

Телефонду кубаттоо үчүн схеманы оңой өзгөртө аласыз. Мен экинчи 20см катушканы куруп, андан кийин бардык схеманы коштум. Ошол эле 3.47uF конденсатор жана TVS диод колдонулат. Бул көпүрө түзөткүч (Comchip P/N: CDBHM240L-HF), андан кийин 5V сызыктуу жөнгө салуучу (Fairchild LM7805CT), андан кийин 47uF танталдык конденсатор. Күчтүү күчөткүч менен, схема телефонуңузду бир жарым фут аралыктан оңой кубаттай алат!

8 -кадам: Жыйынтыктар

Өлчөнгөн чыңалуу менен аралыктын ийри сызыгы тиркелет.

Дизайн өлчөөлөрү жана симуляция менен теорияга салыштыруу

40см катушка

• Негизги катушка = 0,2 м радиус, диаметри 0,4 м. 18 калибрлүү зым 20 ором
• Теориялык каршылык = 20.95e-3*(2*pi*0.2*20+0.29*2) = 0.5387 ом
• Чыныгы каршылык = 0.609 Ом. Теориядан айырмачылык: +13%
• Симуляцияланган индуктивдүүлүк = 0.435mH Чыныгы индуктивдүүлүк: 0.49mH. Симуляциянын варианты: +12%

20см катушка

• Катушка = 0,1м радиус 0,2м диаметри 18 гугр зымы 15 оромо алуу
• Теориялык каршылык = (2*pi*0.1*15+0.29*2)*0.0209 = 0.2091
• Чыныгы каршылык = 0.2490. Симуляциянын варианты: +19%
• Симуляцияланган индуктивдүүлүк = 0.105mH. Чыныгы индуктивдүүлүк = 0.1186mH. Симуляциянын варианты: +12%

9 -кадам: Симуляция, Оптималдаштыруу жана Талкуу

Дизайнды кантип окшоштурдук

Биз дизайнды 2-D мангетостатикалык симулятордо жана SPICE менен симуляциялап, оптималдаштырдык.

Биз Infolytica аттуу бекер 2-D мангетостатикалык симуляторун колдондук. Бул жерден бекер жүктөп алсаңыз болот:

www.infolytica.com/en/products/trial/magnet…

Биз LTSPICE деп аталган бекер SPICE тренажерун колдондук. Аны бул жерден жүктөп алсаңыз болот:

www.linear.com/designtools/software/

Эки тренажердун дизайн файлдары тиркелет.

Талкуу

Бул дизайн резонанстуу магнитостатикалык электр өткөрүүнү колдонот. Аудио күчөткүч электр тогун чыгарат, ал өткөргүч катушка аркылуу агат жана термелүү магнит талаасын пайда кылат. Бул магнит талаасы кабыл алуучу катушка кабыл алынат жана электр талаасына айланат. Теория боюнча, биз муну эч кандай компоненттерсиз (б.а. конденсаторлорсуз) кыла алмакпыз. Бирок, эффективдүүлүк өтө төмөн. Биз башында катушкаларды гана колдонуп, башка компоненттерди колдонбогон жөнөкөй дизайн жасоону кааладык, бирок кубаттуулуктун натыйжалуулугу ушунчалык начар болгондуктан, LEDди күйгүзө алган жок. Ошентип биз резонанстуу системага өттүк. Биз кошкон конденсатор өзгөчө бир жыштыкта резонанс жаратат (бул учурда болжол менен 8 кГц). Башка бардык жыштыктарда схема өтө эффективдүү эмес, бирок так резонанстык жыштыкта ал абдан эффективдүү болуп калат. Индуктор менен конденсатор кандайдыр бир трансформатор сыяктуу иштейт. Өткөрүүчү катушка биз кичинекей чыңалууну жана жогорку токту (10Vrms жана 15Arms) койдук. Бул конденсатор боюнча> 400Vrms өндүрүүнү аяктайт, бирок бир кыйла төмөн токто. Мына резонанстуу микросхемалардын сыйкыры! Резонанстык микросхемалардын саны "Q фактору" менен аныкталат. 40см диаметри өткөргүч катушкасында Q ченелген фактор 40ка жакын, бул абдан натыйжалуу.

Биз Infolytica нын 2-D magneto static симулятору менен катушту симуляциялап, оптималдаштырдык. Бул симулятор бизге ар бир катушка окшоштурулган индуктивдүүлүктү жана эки катуштун ортосундагы өз ара индуктивдүүлүктү берди.

Магниттик окшоштурулган баалуулуктар:

• Өткөрүүчү катушка = 4.35mH
• Кабыл алуу = 0.105mH
• Өз ара индуктивдүүлүк = 9.87uH. K = 6.87e-3 (0,2м бөлүнгөн катушкалар менен)

Андан кийин биз бул сандарды алып, электрдик мүнөздөмөлөрдү окшоштуруу үчүн SPICEке бердик.

Сиз тиркелген симуляция файлдарын жүктөп алып, оптимизацияңызды жана өлчөөңүздү жасоого аракет кыла аласыз!

Катушкалар чыгарган магнит талаасын көрсөтүүчү талаа участоктору да тиркелет. Кызыктуусу, биз көп күч жумшасак да, абсолюттук талаалар абдан кичине (миллиTesla диапазонунда). Себэби экин мейданлары улы мейданда яйбацланяр. Ошентип, эгер сиз магниттик талааны чоң бетке кошсоңуз (интеграцияласаңыз), бул олуттуу болмок. Бирок көлөмдүн кайсы бир учурунда бул кичинекей. Кошумча эскертүү катары, трансформаторлор магниттик талаа бир жерге топтолушу үчүн темир өзөктөрдү колдонушат.