Se acercan las vacaciones de año nuevo. Y cómo llegar al Año Nuevo sin obsequio, a familiares, familiares y amigos. Y al mismo tiempo, el viejo dicho de que el mejor regalo es un regalo hecho aún no ha perdido relevancia. hazlo tu mismo. Y por qué no, intentemos hacer de alguien un regalo original de Año Nuevo.
Se propone hacer el Levitron más simple como tal regalo. La levitación magnética siempre se ve impresionante y fascinante. Usando una fuerza electromagnética invisible, levantamos y sostenemos un pequeño imán de neodimio en el aire. El efecto de elevación se crea al subir y bajar el imán en un rango muy pequeño de alturas, pero con una frecuencia alta. Hoy puedes hacer ese dispositivo tú mismo. Y para esto no es necesario gastar mucho dinero y tiempo.
En este artículo, consideramos el esquema y la tecnología para fabricar levitrón magnético a partir de componentes simples y baratos.
El esquema del dispositivo para la levitación magnética. presentado a continuación.
El principio de funcionamiento del dispositivo.
Usando este circuito, la bobina L1 crea un campo electromagnético específico que mantiene el imán permanente sobre su peso. Dado que la posición de equilibrio es extremadamente inestable, se utiliza un sistema automático de control y gestión para mantener el imán en el circuito. El sensor de monitoreo de posición es un sensor MD1 controlado magnéticamente, basado en el efecto Hall. Está ubicado y fijado en el centro de la bobina, desde el lado del extremo de trabajo.
El funcionamiento del sensor Hall (MD1) consiste en reducir la señal de salida (pin 3), hasta el apagado, con un aumento en el campo magnético estático o dinámico. Con una disminución en el campo magnético, lo contrario es cierto. El sensor Hall funciona con una pequeña tensión de alimentación (4 ... 20 V) y baja corriente (3 ... 20 mA), mientras controla el transistor de potencia VT1.
LED1 se utiliza para el control visual sobre el funcionamiento del dispositivo.
El diodo VD2 proporciona una operación de alta velocidad de la bobina.
El esquema funciona de la siguiente manera.
Cuando enciende el dispositivo, la corriente pasa a través de la bobina L1 y el transistor abierto VT1.
En este caso, la bobina crea un campo magnético y comienza a atraer un imán permanente. El imán es atraído por el electroimán, pero al elevarse, cae dentro del rango del sensor de posición (MD1) y lo cambia con su campo magnético. En este caso, se aplica una señal al transistor VT1, que apaga el electroimán. Luego, el imán permanente comienza a caer, pero al salir de la zona de sensibilidad del sensor, vuelve a encender el electroimán. En este caso, el imán se ve obligado nuevamente a moverse hacia el electroimán. Por lo tanto, el imán permanente oscila continuamente alrededor de un punto definido por el sistema.
Para evitar que el imán permanente se voltee durante las oscilaciones, su posición se estabiliza, por ejemplo, asegurando algo desde abajo. Cuando el imán se voltea, su polo cambia, frente al sensor de posición MD1 y el circuito deja de funcionar, ya que el sensor está controlado solo por el polo sur del imán.
Fabricación de dispositivos
1. La base del dispositivo Levitron está determinada por una bobina de electroimán. Su elección determinará en gran medida el diseño del dispositivo.
La bobina se puede hacer de forma independiente. Es suficiente enrollar 500 ... 600 vueltas de alambre esmaltado con un diámetro de 0.3 ... 0.4 mm en el tubo (se requerirán unos 20 metros de alambre). Para alimentar dicho dispositivo, puede usar una fuente de alimentación o un cargador con un voltaje de 5 a 9 voltios.
Es posible utilizar una bobina industrial existente. Al mismo tiempo, es deseable conocer su voltaje de suministro nominal y seleccionar una fuente de alimentación adecuada en el futuro.
En nuestro caso, para un regalo original, se requiere un diseño compacto del dispositivo, por lo que se eligió una bobina de relé de tamaño pequeño.
2. Además de la bobina, necesitaremos un transistor de efecto de campo, por ejemplo, IRFZ44N u otro MOSFET similar, de nuevo, dependiendo de los parámetros de la bobina utilizada. En nuestro caso, se utiliza el transistor IRF630, que permaneció en un pedazo de la placa después de la eliminación del equipo de video.
También necesita un sensor Hall, por ejemplo, tipo A3144, AH443 u otro, que funcione en modos similares. En este caso, se utilizó el sensor barato que se encuentra en la tienda, modelo HAL 508 UA-A-2-B-1-00.
Reduciremos el dispositivo con el resto de los componentes de radio comprados de acuerdo con el diagrama anterior.
3. Para verificar y ajustar el funcionamiento del Levitron, ensamblamos la parte izquierda del circuito anterior, con la excepción de la resistencia R2 y con un cambio en el valor nominal de R3 a 330 ohmios. El lado derecho del circuito es la fuente de alimentación del dispositivo, y en esta versión no es necesaria. Es más conveniente ensamblar y probar el circuito en una placa de circuito universal, pero dado que el transistor existente ya estaba soldado junto con el radiador en una pieza de la placa de circuito de un tamaño adecuado, soldeé el circuito al lado.
4. Ensamble la bobina. Colocamos el sensor Hall y lo fijamos temporalmente en el centro del orificio, en el fondo de la bobina.
5. Prueba del dispositivo. Arreglamos la bobina a cierta distancia de la superficie de la mesa. Después de eso, el dispositivo de levitación magnética puede ser alimentado. Como la bobina del relé mencionado anteriormente tiene una resistencia de bobinado de 210 ohmios y está diseñada para un voltaje de CC de 12 V, la conectamos a la fuente de alimentación adecuada.
Entonces es necesario determinar de qué lado orientar el imán de neodimio permanente al electroimán. Encendemos el levitrón (el LED debería encenderse) y llevamos el imán al fondo de la bobina, desde el lado del sensor Hall. Si el imán es atraído hacia la bobina y el LED se apaga, el imán está orientado correctamente, pero si el campo magnético de la bobina lo empuja hacia afuera, entonces el imán debe darse vuelta. Si el LED no se apaga, al conectar el imán a ambos lados, es necesario intercambiar los extremos de la bobina, es decir. cambia sus polos. Cuando se hace correctamente, la fuerza electromagnética levantará el imán y lo mantendrá en el aire. No olvide estabilizar la posición del imán para que no se vuelque durante las oscilaciones. En este caso, se usó un imán de anillo de neodimio con un diámetro de 7 mm y un grosor de 1 mm, tomado de un microauricular. Para estabilizarlo, basta con un trozo de cinta aislante pegada a un lado del imán.
Nota Las primeras pruebas con esta bobina no tuvieron éxito. El núcleo de la bobina del relé amplificó el campo magnético, pero también ejerció su influencia cuando se apagó la bobina. Durante la configuración, la posición del imán no era estable o el imán fue atraído hacia el núcleo con la bobina apagada. Cuando se retiró el núcleo de la bobina, el proceso se estabilizó, como se puede ver en la foto.
6. Actualice el dispositivo. Pruebas posteriores revelaron algunos defectos. En primer lugar, la necesidad de una fuente de energía adicional, que aumenta la complejidad y el tamaño y no agrega originalidad al regalo. En segundo lugar, al aumentar el rango de vuelo (distancia desde la bobina), debe aumentar el voltaje de suministro, y esto conduce a un calentamiento indeseable de la bobina.
Es posible, por supuesto, detenerse en esta opción, utilizando las oportunidades obtenidas. Solo queda "empacar" el dispositivo en un caso decente.
7. Puede hacer la segunda versión del dispositivo reemplazando la bobina con un voltaje más alto (pero con un consumo de corriente más bajo) y hacer una fuente de alimentación incorporada sin transformador adicional. Se proporciona un diagrama completo de este dispositivo al comienzo del artículo.
La segunda versión de la bobina de un relé importado está diseñada para un voltaje de 110 voltios y tiene una resistencia de bobinado de 4700 ohmios. Completamos el dispositivo con piezas según el esquema.
8. Producimos una fuente de alimentación sin transformador (lado derecho del circuito). Convierte una corriente alterna de 220 voltios en el voltaje que necesitamos: aproximadamente 100 voltios (determinado por el diodo Zener VD3) de una pequeña corriente continua (determinada por la capacitancia de un condensador C3 del tipo K73-17). Tal fuente de alimentación tiene ventajas: un circuito simple y pequeñas dimensiones. Pero también tiene un inconveniente: existe el peligro de una descarga eléctrica cuando entra en contacto con las piezas del dispositivo encendido. Sin embargo, sujeto a las normas de seguridad, la ausencia de aislamiento galvánico en un dispositivo completamente aislado será segura.
9. Como el caso del Levitron, utilizamos el tamaño de acoplamiento, un cartucho de una lámpara fluorescente quemada de ahorro de energía y una cubierta difusora de luz de una lámpara LED. Colocamos y formamos un circuito en la placa de acuerdo con las dimensiones internas del cartucho, soldamos la placa a los terminales del cartucho.
Como el condensador de suavizado C2 no está incluido en el cartucho, instálelo en la placa Levitron. También eliminamos el radiador del transistor, ya que con una baja potencia de carga es opcional.
10. Ensamble el dispositivo en el soporte y pruebe.
En este caso, se usó un imán de neodimio en anillo con un diámetro de 10 mm y un espesor de 3 mm. Coloque el sensor MD1 en el centro de la bobina y fíjelo con un trozo de espuma. Al mover el sensor Hall, logramos un desplazamiento estable del imán a la distancia máxima de la bobina. Arreglamos la posición del sensor con respecto a la bobina.
11. Después de configurar el Levitron, ensamblamos y pegamos el dispositivo. Para darle al dispositivo un mayor efecto de una lámpara LED, puede agregar 2-3 permanentemente en LED con resistencias limitantes dentro de la pantalla de la lámpara. Para garantizar la disipación del calor, proporcione orificios de ventilación en el cartucho, si no fueron provistos por el diseño de la lámpara anterior.
Para crear un efecto envolvente, el imán se puede velar con algún tipo de figura ligera, por ejemplo, el contorno de una polilla.
