Fuqia pa tela me rreze të lartë: 9 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:28

Ndërtoni një sistem të transmetimit të energjisë pa tel që mund të ndezë një llambë ose të ngarkojë një telefon deri në 2 metra larg! Kjo përdor një sistem spirale rezonante për të dërguar fusha magnetike nga një spirale transmetuese në një spirale marrëse.

Ne e përdorëm këtë si një demonstrim gjatë një predikimi mbi Katër Ekuacionet e Mëdha të Maxwell në kishën tonë! Kontrolloni atë në:

www.youtube.com/embed/-rgUhBGO_pY

Hapi 1: Gjërat që ju nevojiten

• Teli magnetik 18 matës. Vini re se nuk mund të përdorni tela të rregullt, duhet të përdorni tela magnetikë (e cila ka një izolim smalt të hollë mbi të). Një shembull është i disponueshëm në Amazon këtu:

  www.amazon.com/gp/product/B00BJMVK02

• Një llambë LED 6W (ose më pak) AC/DC 12V e Dimmable. Një shembull është këtu:

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

• Kondensatorët 1uF (jo elektrolitikë, duhet të jenë të pa polarizuar). Ju keni disa zgjedhje këtu. Nëse ndërtoni një version me fuqi të ulët, mund të merrni kondensatorë 250V 1uF nga Radio Shack ose Frys. Nëse doni të ndërtoni një version me fuqi të lartë, do t'ju duhet të merrni kondensatorë të veçantë 560V nga Digikey.
• Kondensator 0.47uF (jo elektrolitikë, duhet të jetë jo i polarizuar)
• Një lloj përforcuesi i energjisë. Ne përdorëm një përforcues të energjisë 450W HI-FI. Ju mund të përdorni çdo gjë nga ajo deri në një altoparlant PC. Fuqia më shumë që përdorni, aq më shumë diapazon do të dilni prej saj.
• Saldator & hekur ngjitës. Preres telash
• Një copë kompensatë dhe disa thonj të vegjël (përdoret për mbështjelljen e mbështjelljeve)
• Shirit elektrik i zi
• Shirit matës dhe vizore
• Teli i izoluar
• Çekiç

• Burim audio me frekuencë dhe amplitudë të ndryshueshme që gjenerojnë një ton sinus 8khz. Easyshtë e lehtë të përdorësh një PC, Laptop ose telefon me softuer të lirë të gjenerimit të tonit dhe të lidhesh me prizën e kufjeve. Kam përdorur një Mac me këtë softuer:

  code.google.com/p/audiotools/downloads/det…Ose mund ta përdorni këtë softuer për një PC: Ju gjithashtu mund të përdorni një gjenerator funksionesh nëse keni një të tillë (pjesë e shtrenjtë e pajisjeve të provës)

Lista e Pjesëve të Kondensatorëve NTE (për versionin me fuqi të ulët). Ju mund t'i merrni këto pjesë në Frys

3 x 1uF 50V kondensator, NTE CML105M50 (për tu lidhur me llambën e dritës dhe spiralen e vogël)

1 x 0.47uF 50V kondensator, NTE CML474M50 (për tu lidhur me llambën e dritës dhe spiralen e vogël paralelisht me kapakët 1uF)

1 x 1uF 250V kondensator, NTE MLR105K250 (për tu lidhur me spiralen e madhe)

Digikey Order (për versionin me fuqi të lartë)

Bashkangjitur është një Listë Pjesësh Digikey që mund ta përdorni për versionin më të fuqishëm. Këta kondensatorë shkojnë deri në 560V, gjë që ju lejon të përdorni një përforcues W 500W dhe të ngriheni gati dy metra distancë. Versioni i bashkangjitur përfshin vetëm pjesët minimale të zhveshura. Për sa kohë që jeni duke bërë një porosi Digikey, porositni disa shtesa në rast se bëni një gabim ose shpërtheni një (kjo është veçanërisht e vërtetë për diodat e mbrojtjes TVS, të cilat i kam tymosur disa herë).

Hapi 2: Bëni mbështjellësin e mbështjelljes

Në mënyrë që të mbështillni mbështjelljet, keni nevojë për një kornizë për t'i mbështjellur ato përreth.

Në një copë kompensatë, duhet të përdorni një busull për të nxjerrë një rreth të saktë 20 cm dhe një rreth të saktë 40 cm.

Thonjtë e çekiçit të shpërndarë në mënyrë të barabartë rreth rrethit. Për rrethin 20 cm, kam përdorur rreth 12 gozhdë dhe për rrethin 40 cm, kam përdorur rreth 16. Në një vend në rreth, ju do të dëshironi të bëni një pikë hyrjeje që do të mbajë tela ndërsa filloni dredha -dredha e parë Me Në atë vend, goditni një gozhdë tjetër afër një gozhdë, pastaj një tjetër disa centimetra larg.

Hapi 3: Erë spiralen 40cm me 20 kthesa dhe spiralen 20cm me 15 kthesa

Së pari do të bëni disa sythe me tela në gozhdën e jashtme për të ankoruar tela, pastaj filloni lakin rreth spirales. Sigurohuni që të lini shumë tela shtesë në fillim dhe në fund të spirales. Lini 3 këmbë për të qenë të sigurt (do t'ju duhet kjo për t'u lidhur me pajisjet elektronike).

Surprisingshtë çuditërisht e vështirë të mbash gjurmët e numrit të mbështjelljeve. Përdorni një mik për t'ju ndihmuar.

Bëni mbështjelljet vërtet të shtrënguara. Nëse përfundoni me dredha -dredha të lirshme, spiralja do të jetë një rrëmujë.

Reallyshtë vërtet e vështirë të mbash mbështjelljet në rregull (veçanërisht nëse përdor tela 18 guage, matësi i 24 telave është më i lehtë për tu trajtuar, por ka shumë më tepër humbje). Kështu që do t'ju duhen disa njerëz që t'ju ndihmojnë ta mbani atë ndërsa e mbështillni.

Pasi të keni përfunduar kthesat, do të dëshironi të ktheni tela hyrëse dhe tela dalëse për ta mbajtur spiralen të qëndrueshme. Pastaj ngjiteni spiralën me shirit elektrik në disa pika.

Kur të keni mbaruar me këtë hap, duhet të keni dy spirale, një spirale me diametër 20cm dhe 15 kthesa dhe një spirale me diametër 40cm dhe 20 kthesa. Spiralet duhet të plagosen fort dhe të sigurohen me shirit. Ju duhet të jeni në gjendje t'i merrni dhe t'i trajtoni me lehtësi pa u copëtuar ose lëshuar.

Hapi 4: Shtoni llambën dhe elektronikën në spiralen 20 cm

Tjetra, ju do të lidhni llambën e dritës në spiralen e vogël. Ju duhet të lidhni tre kondensatorë 1uf (1 mikrofarad, ose thënë ndryshe 1, 000nF) dhe një kondensator 0.47uF (thënë ndryshe, 470nF) në shtyllat e llambës. Kjo është një total prej 3.47uF (kondensatorët shtohen paralelisht). Nëse jeni duke bërë një version me fuqi të lartë, duhet gjithashtu të lidhni një diodë 20V dy -drejtimëshe TVS midis shtyllave të llambës si mbrojtje kundër mbitensionit.

Pasi të lidhni kondensatorët, duhet të ktheni skajet e telit të spirales deri në qendër të spirales. Teli është mjaft i ngurtë për të mbështetur llambën. Pasi ta ktheni telin deri në diametër, thjesht do të shkurtoni skajet e telit dhe do t'i lini të hapura.

Pastaj do ta vendosni llambën në qendër të telit të përdredhur. Ju do t'i ndani kthesat, në mënyrë që çdo tel të prekë një terminal të llambës. Pastaj ju hiqni smaltin prej teli me një thikë dhe pastaj lidhni tela të pastruar në shtyllat e llambës. Sigurohuni që përdorni saldim të bërthamës së kolofonit. Ju mund të dëshironi të shtoni kolofon shtesë, i cili do të ndihmojë në pastrimin e copave të smaltit.

Hapi 5: Bashkojeni Spiralën 40cm në Elektronikë

Tjetra do t'ju duhet të lidhni spiralen 40 cm në një kondensator 1uF. Këtu shfaqet versioni me fuqi të lartë, ku unë kam lidhur 10x kondensatorë 0.1uF paralelisht për të bërë një kondensator 1uF (kondensatorët paralelisht shtohen). Kondensatori shkon midis spirales dhe prodhimit pozitiv të përforcuesit të fuqisë. Ana tjetër e spirales shkon drejtpërdrejt në përforcuesin e fuqisë GND.

Hapi 6: Lidhni një Burim Sine Wave me një Amplikues dhe Provojeni

Hapi i fundit është krijimi i një valë sinusiale. Mund të shkarkoni një aplikacion të gjeneratorit të funksioneve në telefonin tuaj ose laptop ose desktop. Ju do të dëshironi të eksperimentoni për të gjetur frekuencën më të mirë të funksionimit.

Ju lidhni burimin tuaj sinus me përforcuesin e fuqisë audio, dhe më pas lidhni fuqinë audio me spiralen 40cm dhe kondensatorin 1uF, dhe pastaj gjithçka duhet të funksionojë!

Nëse përdorni një përforcues audio me fuqi të lartë (100 W ose më shumë), KUJDES! Mund të gjenerojë tensione shumë të larta mbi +/- 500V. Unë testova me një shtrirje të tensionit të lartë për të siguruar që nuk do të shpërtheja kondensatorët. Alsoshtë gjithashtu e lehtë të tronditeni nëse prekni një plumb të ekspozuar.

Gjithashtu, nëse përdorni një përforcues audio me fuqi të lartë, nuk mund ta merrni spiralen 20cm shumë afër spirales 40cm. Nëse ato janë shumë afër, dioda TVS ose llamba LED do të digjen për shkak të fuqisë së tepërt.

Hapi 7: Krijoni ngarkuesin e telefonit pa tel

Ju lehtë mund të modifikoni qarkun për të ngarkuar një telefon. Ndërtova një spirale të dytë 20 cm dhe pastaj shtova të gjithë qarkun. Përdoret i njëjti kondensator 3.47uF dhe dioda TVS. Kjo pasohet nga një ndreqës ure (Comchip P/N: CDBHM240L-HF), i ndjekur nga një rregullator linear 5V (Fairchild LM7805CT), i ndjekur nga një kondensator tantali 47uF. Me një përforcues të fuqisë së lartë, qarku mund të ngarkojë me lehtësi telefonin tuaj nga një distancë prej një e gjysmë!

Hapi 8: Rezultatet

Tensioni i matur kundrejt kurbave të distancës janë bashkangjitur.

Matjet e Dizajnit, dhe krahasimi me simulimin dhe teorinë

Spirale 40cm

• Spiralja kryesore = rreze 0.2m, diametër 0.4m. Teli 18 matës 20 mbështjellje
• Rezistenca teorike = 20.95e-3*(2*pi*0.2*20+0.29*2) = 0.5387 ohms
• Rezistenca aktuale = 0.609 Ohm. Variacioni nga teoria: +13%
• Induktancë e Simuluar = 0.435mH Induktancë Aktuale: 0.49mH. Variant nga simulimi: +12%

Spirale 20cm

• Marr spirale = rreze 0.1m diametër 0.2m 18 tela guage 15 mbështjellje
• Rezistenca teorike = (2*pi*0.1*15+0.29*2)*0.0209 = 0.2091
• Rezistenca aktuale = 0.2490. Variant nga simulimi: +19%
• Induktancë e Simuluar = 0.105mH. Induktiviteti Aktual = 0.1186mH. Variant nga simulimi: +12%

Hapi 9: Simulimi, Optimizimi & Diskutimi

Si e simuluam dizajnin

Ne simuluam dhe optimizuam modelin në një imitues mangetostatik 2-D, dhe me SPICE.

Ne përdorëm imituesin 2-D falas mangetostatik të quajtur Infolytica. Mund ta shkarkoni falas këtu:

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

Ne përdorëm imituesin falas SPICE të quajtur LTSPICE. Mund ta shkarkoni këtu:

www.linear.com/designtools/software/

Dosjet e projektimit për të dy simulatorët janë bashkangjitur.

Diskutimi

Ky dizajn përdor transmetim rezonant të fuqisë magnetostatike. Përforcuesi i fuqisë audio prodhon një rrymë elektrike që rrjedh përmes spirales transmetuese dhe gjeneron një fushë magnetike lëkundëse. Ajo fushë magnetike merret nga spiralja marrëse dhe kthehet në një fushë elektrike. Në teori, ne mund ta bëjmë atë pa asnjë përbërës (domethënë pa kondensatorë). Sidoqoftë, efikasiteti është jashtëzakonisht i ulët. Ne fillimisht donim të bënim një dizajn më të thjeshtë që përdorte vetëm mbështjelljet dhe asnjë përbërës tjetër, megjithatë, efikasiteti i energjisë ishte aq i dobët sa nuk mund të ndizte LED. Kështu kaluam në një sistem tingëllues. Kondensatori që shtuam rezonon në një frekuencë veçanërisht (në këtë rast rreth 8kHz). Në të gjitha frekuencat e tjera qarku është jashtëzakonisht joefikas, por në frekuencën e saktë rezonante bëhet shumë efikas. Induktori dhe kondensatori veprojnë si një lloj transformatori. Në spiralen transmetuese, ne vendosim një tension të vogël dhe një rrymë të lartë (10Vrms dhe 15Arms). Kjo përfundon duke prodhuar> 400Vrm në të gjithë kondensatorin, por në një rrymë shumë më të ulët. Kjo është magjia e qarqeve tingëlluese! Qarqet rezonante përcaktohen nga "faktori Q". Në spiralen e transmetuesit me diametër 40 cm, faktori i matur Q është rreth 40, që do të thotë se është mjaft efikas.

Ne simuluam dhe optimizuam spiralën me imituesin magneto statik 2-D të Infolytica. Ai imitues na dha një induktancë të simuluar për secilën spirale, dhe induktancën reciproke midis dy spiraleve.

Vlerat e Simuluara Magnetike:

• Spiralja Transmetuese = 4.35mH
• Spiralja Marrëse = 0.105mH
• Induktancë e ndërsjellë = 9.87uH. K = 6.87e-3 (me mbështjelljet e ndara me 0.2m)

Ne pastaj i morëm ata numra dhe i futëm në SPICE për të simuluar karakteristikat elektrike.

Ju mund të shkarkoni skedarët simulues të bashkangjitur dhe të përpiqeni të bëni optimizimet dhe matjet tuaja!

Gjithashtu janë bashkangjitur edhe komplote fushore, që tregojnë fushën magnetike të prodhuar nga mbështjelljet. Interestingshtë interesante që edhe pse ne po japim shumë fuqi, fushat absolute janë goxha të vogla (në rangun milliTesla). Kjo sepse fushat janë të shpërndara në një sipërfaqe të madhe. Pra, nëse shtoni (integroni) fushën magnetike në sipërfaqen e madhe, do të ishte thelbësore. Por në çdo pikë të vëllimit është e vogël. Si një shënim anësor, kjo është arsyeja pse transformatorët përdorin bërthama hekuri, në mënyrë që fusha magnetike të përqendrohet në një zonë.