1. Īss apraksts
Levitron ir ierīce, kas, izmantojot magnētisko lauku, uztur objektu līdzsvarā ar gravitācijas spēkiem. Jau sen ir zināms, ka nav iespējams levitēt objektu, izmantojot statiskos magnētiskos laukus. Skolas fizikā, cik atceros, to sauca par nestabila līdzsvara stāvokli. Tomēr ar nelielu vēlmi, zināšanām, piepūli, naudu un laiku ir iespējams dinamiski levitēt objektu, izmantojot elektroniku kā atgriezenisko saiti.Izrādījās šādi:
2.Funkciju diagramma
Elektromagnētiskie sensori, kas atrodas spoles galos, rada spriegumu, kas ir proporcionāls magnētiskās indukcijas līmenim. Ja nav ārēja magnētiskā lauka, šie spriegumi būs vienādi neatkarīgi no spoles strāvas lieluma.
Ja pie apakšējā sensora atrodas pastāvīgais magnēts, vadības bloks ģenerēs signālu, kas ir proporcionāls magnēta laukam, pastiprinās to līdz vēlamajam līmenim un pārsūtīs uz PWM, lai kontrolētu strāvu caur spoli. Tādējādi notiek atgriezeniskā saite un spole radīs tādu magnētisko lauku, kas saglabās magnētu līdzsvarā ar gravitācijas spēkiem.
Viss izrādījās kaut kas neparasts, mēģināšu savādāk:
- Magnēta nav - indukcija spoles galos ir vienāda - signāls no sensoriem ir tāds pats - vadības bloks dod minimālo signālu - spole strādā ar pilnu jaudu;
- Viņi pietuvināja magnētu - indukcija ir ļoti dažāda - signāli no sensoriem ir ļoti dažādi - vadības bloks dod maksimālo signālu - spole pilnībā izslēdzas - neviens netur magnētu un tas sāk krist;
- Beckons krīt - attālinās no spoles - samazinās sensoru signālu atšķirība - vadības bloks samazina izejas signālu - palielinās strāva caur spoli - palielinās spoles indukcija - magnēts sāk pievilkt;
- tiek piesaistīts Bekons - tuvojas spolei - palielinās sensoru signālu atšķirība - vadības bloks palielina izejas signālu - samazinās strāva caur spoli - samazinās spoles indukcija - magnēts sāk krist;
- Brīnums - magnēts nekrīt un netiek pievilkts - pareizāk sakot, tas krīt un tiek pievilkts vairākus tūkstošus reižu sekundē - tas ir, rodas dinamisks līdzsvars - magnēts vienkārši karājas gaisā.
3.Dizains
Dizaina galvenais elements ir elektromagnētiskā spole (solenoīds), kas ar savu lauku notur pastāvīgo magnētu.Uz D36x48 plastmasas rāmja ir cieši uztīti 78 metri vara emaljētas stieples ar diametru 0,6 mm, ap 600 apgriezieniem. Pēc aprēķiniem, ar pretestību 4,8 omi un barošanas avotu 12V, strāva būs 2,5A, jauda būs 30W. Tas ir nepieciešams, lai izvēlētos ārējo barošanas avotu. (Patiesībā izrādījās, ka tas ir 6,0 omi, viņi gandrīz nesagrieza vairāk stieples, drīzāk ietaupīja diametru.)
Spoles iekšpusē ir ievietota tērauda serdeņa no durvju eņģes ar diametru 20 mm. Sensori tiek fiksēti tā galos ar karstu līmi, kurai jābūt orientētai vienā virzienā.
Spole ar sensoriem ir uzstādīta uz alumīnija sloksnes kronšteina, kas, savukārt, ir piestiprināts pie korpusa, kura iekšpusē atrodas vadības panelis.
Uz korpusa ir LED, slēdzis un strāvas kontaktligzda.
Ārējais barošanas avots (GA-1040U) tiek ņemts ar jaudas rezervi un nodrošina strāvu līdz 3,2A pie 12V.
Kā levitējošs objekts tiek izmantots N35H magnēts D15x5 ar pielīmētu Coca-Cola skārdeni. Uzreiz jāsaka, ka pilna burka nav labi, tāpēc ar tievu urbi galos iztaisām bedrītes, notecinām vērtīgo dzērienu (var dzert, ja nebaidās no čipsiem) un augšējam riņķim pielīmējam magnētu.
4.Shēma
Signāli no sensoriem U1 un U2 tiek ievadīti darbības pastiprinātājā OP1 / 4, kas savienots saskaņā ar diferenciālo ķēdi. Augšējais sensors U1 ir pievienots invertējošajai ieejai, apakšējais U2 ir savienots ar neinvertējošo, tas ir, signāli tiek atņemti, un izejā OP1/4 mēs iegūstam spriegumu, kas ir proporcionāls tikai magnētiskās indukcijas līmenim. izveidots ar pastāvīgo magnētu pie apakšējā sensora U2.
Elementu C1, R6 un R7 kombinācija ir šīs shēmas izcēlums un ļauj sasniegt pilnīgas stabilitātes efektu, magnēts karājas savās sliedēs. Kā tas strādā? Signāla līdzstrāvas komponents iet caur dalītāju R6R7 un tiek vājināts 11 reizes. Mainīgais komponents iet caur C1R7 filtru bez vājināšanās. No kurienes nāk mainīgais komponents? Pastāvīgā daļa ir atkarīga no magnēta novietojuma apakšējā sensora tuvumā, mainīgā daļa rodas magnēta svārstību dēļ ap līdzsvara punktu, t.i. no pozīcijas maiņas laikā, t.i. no ātruma. Mūs interesē tas, ka magnēts ir stacionārs, t.i. tā ātrums bija vienāds ar 0. Tādējādi vadības signālā mums ir divas sastāvdaļas - konstante ir atbildīga par pozīciju, un mainīgais ir atbildīgs par šīs pozīcijas stabilitāti.
Tālāk sagatavotais signāls tiek pastiprināts ar OP1/3. Ar mainīgā rezistora P2 palīdzību regulēšanas fāzē tiek iestatīts nepieciešamais pastiprinājums, lai sasniegtu līdzsvaru, atkarībā no magnēta un spoles specifiskajiem parametriem.
Uz OP1 / 1 ir samontēts vienkāršs komparators, kas izslēdz PWM un attiecīgi spoli, ja tuvumā nav magnēta. Ļoti ērta lieta, nav nepieciešams izņemt barošanas bloku no kontaktligzdas, ja magnēts ir noņemts. Sprūda līmeni nosaka mainīgais rezistors P1.
Tālāk vadības signāls tiek pievadīts impulsa platuma modulatoram U3. Izejas sprieguma diapazons ir 12 V, izejas impulsu frekvenci nosaka C2, R10 un P3 vērtības, un darba cikls ir atkarīgs no ieejas signāla līmeņa DTC ieejā.
PWM kontrolē jaudas tranzistora T1 pārslēgšanu, kas savukārt kontrolē strāvu caur spoli.
LED1 LED nevar uzstādīt, bet SD1 diode ir nepieciešama, lai novadītu lieko strāvu un izvairītos no pārsprieguma brīžos, kad spole tiek izslēgta pašindukcijas fenomena dēļ.
NL1 ir mūsu paštaisītā spole, kas ir veltīta atsevišķai sadaļai.
Rezultātā līdzsvara režīmā attēls būs apmēram šāds: U1_OUT=2.9V, U2_OUT=3.6V, OP1/4_OUT=0.7V, U3_IN=1.8V, T1_OPEN=25%, NL1_CURR=0.5A.
Skaidrības labad es izmantoju pārraides raksturlielumu, frekvences reakcijas un fāzes reakcijas grafikus, kā arī oscilogrammas PWM un spoles izejā.
5. Komponentu izvēle
Ierīce ir samontēta no lētām un pieejamām sastāvdaļām. WIK06N vara stieple izrādījās visdārgākā, par 78 metriem WIK06N maksāja 1200 rubļus, viss pārējais, kopā ņemot, bija daudz lētāks. Eksperimentiem vispār ir plašs lauks, var iztikt bez serdes, var paņemt plānāku stiepli. Galvenais, kas jāatceras, ir tas, ka indukcija gar spoles asi ir atkarīga no apgriezienu skaita, strāvas caur tiem un spoles ģeometrijas.Kā magnētiskā lauka sensori U1 un U2 tiek izmantoti SS496A analogie Hall sensori ar lineāro raksturlielumu līdz 840 gausiem, tas ir mūsu gadījumā. Izmantojot analogus ar atšķirīgu jutību, jums būs jāpielāgo pastiprinājums par OP1 / 3, kā arī jāpārbauda maksimālās indukcijas līmenis spoles galos (mūsu gadījumā ar serdi tas sasniedz 500 gauss) , lai sensori netiktu piesātināti pie maksimālās slodzes.
OP1 ir LM324N četru darbības pastiprinātājs. Kad spole ir izslēgta, tā pie izejas 14 nulles vietā izdala 20 mV, bet tas ir diezgan pieņemami. Galvenais ir neaizmirst izvēlēties no virknes 100 000 rezistoru, kas ir vistuvākie uzstādīšanai faktiskajā vērtībā, piemēram, R1, R2, R3, R4.
Novērtējumi C1, R6 un R7 tika izvēlēti izmēģinājumu un kļūdu ceļā kā labākais variants dažāda kalibra magnētu stabilizēšanai (pārbaudīti N35H magnēti D27x8, D15x5 un D12x3). R6 / R7 attiecību var atstāt tādu, kāda tā ir, un problēmu gadījumā C1 vērtību var palielināt līdz 2-5 mikrofaradiem.
Izmantojot ļoti mazus magnētus, jūs varat nesaņemt pietiekamu pastiprinājumu, un tādā gadījumā samaziniet R8 vērtību līdz 500 omiem.
D1 un D2 ir parastas 1N4001 taisngriežu diodes, šeit der jebkura.
Parastā TL494CN mikroshēma tiek izmantota kā impulsa platuma modulators U3. Darba frekvenci nosaka elementi C2, R10 un P3 (saskaņā ar 20 kHz shēmu). Optimālais diapazons ir 20-30 kHz, pie zemākas frekvences parādās spoles svilpe. R10 un P3 vietā varat vienkārši ievietot 5,6K rezistoru.
T1 ir IRFZ44N lauka efekta tranzistors, derēs jebkurš cits no tās pašas sērijas. Izvēloties citus tranzistorus, var būt nepieciešams uzstādīt radiatoru, vadoties pēc kanāla pretestības un vārtu lādiņa minimālajām vērtībām.
SD1 ir VS-25CTQ045 Schottky diode, te paķēru ar lielu rezervi, derēs parastā ātrgaitas diode, bet laikam ļoti uzkarsīs.
LED1 dzeltens LED L-63YT, šeit, kā saka, garša un krāsa, varat tos iestatīt nedaudz vairāk, lai viss spīd ar daudzkrāsainām gaismām.
U4 ir 5 V sprieguma regulators L78L05ACZ, lai darbinātu sensorus un darbības pastiprinātāju. Lietojot ārējo barošanas avotu ar papildus 5V izeju, var iztikt bez tā, bet kondensatorus labāk atstāt.
6.Secinājums
Viss izdevās kā iecerēts. Ierīce strādā stabili visu diennakti, patērē tikai 6W. Ne diode, ne spole, ne tranzistors netiek uzkarsēti. Es pievienoju vēl pāris fotoattēlus un pēdējo video:
7. Atruna
Es neesmu elektronikas inženieris vai rakstnieks, es vienkārši nolēmu padalīties savā pieredzē. Varbūt jums kaut kas šķitīs pārāk pašsaprotams un kaut kas pārāk sarežģīts, bet es aizmirsu kaut ko pieminēt. Jūtieties brīvi izteikt konstruktīvus ieteikumus gan tekstam, gan diagrammas uzlabošanai, lai cilvēki varētu to viegli atkārtot, ja vēlas.Magnētiskā levitācija vienmēr izskatās iespaidīga un valdzinoša. Šādu ierīci mūsdienās var ne tikai iegādāties, bet arī izgatavot pats. Un, lai izveidotu šādu magnētiskās levitācijas ierīci, nav nepieciešams tai tērēt daudz naudas un laika.
Šajā materiālā tiks parādīta diagramma un instrukcijas magnētiskā levitatora montāžai no lētām sastāvdaļām. Pati montāža prasīs ne vairāk kā divas stundas.
Šīs ierīces ar nosaukumu Levitron ideja ir ļoti vienkārša. Elektromagnētiskais spēks paceļ gaisā magnētiskā materiāla gabalu, un, lai radītu peldošu efektu, objekts paceļas un krīt ļoti mazā augstuma diapazonā, bet ar ļoti augstu frekvenci.
Lai saliktu Levitron, jums ir nepieciešami tikai septiņi komponenti, ieskaitot spoli. Magnētiskās levitācijas ierīces shēma ir parādīta zemāk.
Tātad, kā redzam no diagrammas, papildus spolei mums ir nepieciešams lauka efekta tranzistors, piemēram, IRFZ44N vai cits līdzīgs MOSFET, HER207 diode vai kaut kas līdzīgs 1n4007, 1KΩ un 330Ω rezistori, A3144 Hall sensors, un papildu indikatora LED. Spoli var izgatavot neatkarīgi, tam būs nepieciešami 20 metri stieples ar diametru 0,3-0,4 mm. Lai barotu ķēdi, varat ņemt 5 V lādētāju.
Lai izveidotu spoli, jums jāņem pamatne ar izmēriem, kas parādīti nākamajā attēlā. Mūsu spolei pietiks uztīt 550 apgriezienus. Pabeidzot tinumu, spoli vēlams izolēt ar kādu elektrisko lenti.
Tagad pielodējiet gandrīz visas sastāvdaļas, izņemot Hall sensoru un spoli uz nelielas plātnes. Ievietojiet Hall sensoru spoles atverē.
Piestipriniet spoli tā, lai tā noteiktā attālumā atrastos virs virsmas. Pēc tam šai magnētiskās levitācijas ierīcei var tikt piegādāta strāva. Paņemiet nelielu neodīma magnēta gabalu un novietojiet to spoles apakšā. Ja viss ir izdarīts pareizi, tad elektromagnētiskais spēks to uzņems un paturēs gaisā.
Ja šī ierīce jums nedarbojas pareizi, pārbaudiet sensoru. Tās jutīgajai daļai, tas ir, plakanajai pusei ar uzrakstiem, jābūt paralēli zemei. Arī levitācijai planšetdatora forma, kas raksturīga lielākajai daļai pārdoto neodīma magnētu, nav pati veiksmīgākā. Lai smaguma centrs “nestaigātu”, tas jāpārnes uz magnēta apakšu, piestiprinot kaut ko ne pārāk smagu, bet arī ne pārāk vieglu. Piemēram, varat pievienot kartona gabalu vai biezu papīru, kā tas ir pirmajā attēlā.
.
Šajā rakstā Konstantīns, How-todo darbnīca, parādīs, kā izgatavot levitronu.
Tātad, levitrons. Šīs priblūdas darbības princips ir vienkāršs, piemēram, pašvītņojošām skrūvēm. Mēs izmantojam elektromagnētu, lai paceltu gaisā kāda magnētiska materiāla gabalu. Lai radītu planēšanas efektu, elektromagnēts tiek ieslēgts un izslēgts ar augstu frekvenci.
Tas ir, it kā mēs paceļam un izmetam magnētisko paraugu.
Šādas ierīces shēma ir pārsteidzoši vienkārša, un to nav grūti atkārtot. Šeit ir shēma.
Mums ir nepieciešami materiāli un sastāvdaļas.
Jebkuras krāsas LED, tas nav nepieciešams.
Tranzistors IRFZ44N derēs gandrīz jebkuram lauka darbiniekam, kuram ir līdzīgi parametri.
Diode, te autors izmanto HER207, tik pat labi derēs kāds 1N4007.
Rezistori 1 kOhm un 330 Ohm (pēdējais nav obligāts).
Hall sensors, man ir šis A3144, var arī nomainīt pret līdzīgu.
Vara tinuma emaljēta stieple ar diametru 0,3 0,4 mm, 20 metri.Autore ir stieple 0,36 mm.
Neodīma planšetdatora tipa magnēts, kura izmērs ir 5 x 1 mm, arī nav īpaši svarīgs, ievērojot saprātīgumu.
Kā barošanas avots ir piemērots nevajadzīgs piecu voltu lādētājs no tālruņa.
Līme, papīrs, lodāmurs... standarta lodēšanas komplekts.
Pārejam pie montāžas. Vispirms jums jāizgatavo kartona spole topošā elektromagnēta korpusam.
Spoles parametri ir šādi:
6 mm iekšējās piedurknes diametrs, tinuma slāņa platums ir aptuveni 23 mm un vaigu diametrs ar malu ir aptuveni 25 mm.
Kā redzat, Konstantīns no kartona uzcēla maciņu spolei un apgrieza piezīmju grāmatiņas lapu, labi ieeļļojot tās ar superlīmi.
Nofiksējam rāmī stieples sākumu, esiet pacietīgi un sākam tīt apmēram 550 apgriezienus.
Tīšanas virzienam nav nozīmes. Jūs pat varat to uztīt vairumā, taču šī nav mūsu metode.
Aptinam 12 slāņus, pagriežam, lai pagrieztu, katru slāni izolējot ar elektrisko lenti.
Pavadot pusotru stundu, salabojam stieples galu un noliekam malā spoli.
Mēs turpinām lodēšanu, viss notiek saskaņā ar shēmu, bez atšķirībām.
Pagarinām Hall Sensor izejas ar vadiem un izolējam ar termisko saraušanos, jo tas jāliek spoles iekšpusē.
Faktiski viss, atliek tikai iestatīt, šim nolūkam mēs uzstādām Hall sensoru spoles iekšpusē un salabojam to ar improvizētiem līdzekļiem.
Mēs pakarinām spoli, mēs piegādājam strāvu.
Atnesot magnētu, mēs jūtam, ka tas tiek pievilkts vai atgrūsts, atkarībā no polaritātes.
Kādā attālumā magnēts mēģina karāties, bet ilgi nekarājas.
Pētot sensora dokumentāciju, kur bildēs speciāli parādīts, kurā pusē tam ir jūtīgā zona.
Izņemam un saliecam tā, lai plakanā puse ar uzrakstiem nonāktu paralēli zemei.
Atstumjam, šoreiz viss ir daudz labāk.
Bet joprojām nepaceļas.
Problēma slēpjas magnēta formā, proti, "planšetdatora" plakanajā formā.
Nav labākais, ko varat iedomāties levitācijai. Pietiek tikai nobīdīt smaguma centru uz leju. Mēs to organizējam ar bieza papīra gabalu.
Starp citu, pirms pretsvara līmēšanas neaizmirstiet vispirms apskatīties, kurā pusē magnēts tiek piesaistīts spolei.
Pašam tagad viss vairāk vai mazāk darbojas, atliek tikai centrēt un salabot sensoru.
Šeit tiek stāstīts un parādīts, kā ar savām rokām pagatavot foršu levitronu!
Šo amatu biju spiesta samontēt universitātē :)
Es to darīju tandēmā ar klasesbiedru, kura uzdevums bija uztaisīt frīka korpusu, un no manis - elektronisko pildījumu.
Cik forši viss izvērtās - spriediet paši, rakstiet komentārus, būs interesanti palasīt, apspriest.
Es precīzi neatceros, kā mums radās ideja par Levitron izgatavošanu, amata tēma bija brīva. Šķiet, ka dizains ir vienkāršs, taču tas piesaista acis.
Kopumā Levitron pati par sevi ir ierīce, kas atbalsta objektu vidē, kas nekādā veidā nesaskaras ar virsmu, izņemot caur gaisu. Tas darbosies arī vakuumā.
Šajā gadījumā elektronika liek magnētam peldēt, un magnētu jau var pielīmēt, piemēram, kāda garda lēta dzēriena skārdenei :)
Ja rūpīgi meklējat internetā, jūs varat redzēt daudzas dažādas elektromagnētiskā levitrona iespējas, piemēram:
Tos var iedalīt apturētajos un atgrūžos. Ja pirmajā gadījumā vienkārši nepieciešams kompensēt gravitācijas spēku, tad otrajā tas ir arī pārvietojums horizontālajā plaknē, jo saskaņā ar Ernšova teorēmu "jebkura punktveida lādiņu līdzsvara konfigurācija ir nestabila, ja uz tiem nekas neiedarbojas izņemot Kulona pievilkšanas un atgrūšanas spēkus." - citāts no wiki.
No tā izriet, ka piekaramo levitronu ir vieglāk izgatavot un konfigurēt, ja tas ir nepieciešams. Negribējās īpaši mocīt, tāpēc uztaisīja universitātei piekaramo levitronu, par ko šeit ir runa, un atgrūžošais jau ir sev uztaisījis mīļoto :) Par to tiks rakstīts citā rakstā. Nedaudz vēlāk izdzēsīšu šo tekstu un iedošu saiti uz to šeit. Tas darbojas lieliski, taču tam ir arī savi trūkumi.
Savukārt visus piekārtos levitronus var arī nosacīti iedalīt digitālajos un analogajos atbilstoši objekta turēšanas metodei vienādā attālumā. Un pēc sensoru veida tos var iedalīt optiskajos, elektromagnētiskajos, skaņas un, iespējams, visās.
Tas ir, mēs saņemam analogo signālu par magnēta attālumu līdz Levitronam un koriģējam magnēta ietekmes spēku jau digitālā veidā. Tomēr augstās tehnoloģijas.
Pati ideja tika aizgūta no geektimes vietnes, un iespiedshēmas plate jau tika izgatavota personīgi mūsu detaļu komplektam. Arī oriģinālajā projektā tika izmantoti trīs kontaktu SS49 sensori, taču termiņi bija ļoti saspringti, tie mums, maigi izsakoties, bija nepamatoti dārgi (4$ par gabalu pret 6$ par 10 gab. Ķīnā - saite piemēram), tāpēc mēs izmantojām četru kontaktu Hall sensorus. Man bija jāmaina shēma un jāveic ierīces struktūras papildinājumi. Tāpat lielākai košamībai tika pievienots LED bloks, kas gludi iedegas, kad magnēts tiek pacelts, tas ir, Levitron sāk darboties un gludi izslēdzas, kad magnēts tiek noņemts. Tas viss tiks atspoguļots diagrammā.
Faktiski Levitron ķēde uz četru kontaktu sensoriem:
Un Levitron ķēde ar trīs kontaktu sensoriem un vienkāršāku fona apgaismojumu:
Darbības princips ir diezgan vienkāršs. Spole, kas ir elektromagnēts, pievelk magnētu, kad tas ir pieslēgts - objekts tiek piesaistīts. Sensors, kas piestiprināts starp magnētu un spoli, nosaka magnētiskās plūsmas palielināšanos, kas nozīmē, ka magnēts tuvojas. Elektronika to uzrauga un atvieno spoli no sprieguma avota. Magnēts sāk krist gravitācijas spēka ietekmē. Sensors konstatē magnētiskās plūsmas samazināšanos, ko uzreiz konstatē elektronika un elektromagnētam tiek pielikts spriegums, magnēts tiek pievilkts – un tas notiek ļoti bieži – aptuveni 100 tūkstošus reižu sekundē. Ir dinamisks līdzsvars. Cilvēka acs to nepamana. Oscilatora frekvenci nosaka rezistors un kondensators TL494 mikroshēmas 5. un 6. tapās.
Otrais sensors elektromagnēta otrā pusē ir nepieciešams, lai kompensētu pašas spoles radīto magnētisko lauku. Tas ir, ja šī otrā sensora nebūtu, tad, kad elektromagnēts tika ieslēgts, sistēma nespētu atšķirt neodīma magnēta magnētiskā lauka intensitāti no paša elektromagnēta radītā magnētiskā lauka.
Tātad mums ir divu sensoru sistēma, no kuras signāls tiek padots uz darbības pastiprinātāju diferenciālā savienojumā. Tas nozīmē, ka darbības pastiprinātāja izejā parādās tikai no sensoriem saņemtā sprieguma starpība.
Piemēram. Vienam no sensoriem izejas spriegums ir 2,5 V, bet otram - 2,6 V. Izeja būs 0,1 V. Šis diferenciālais signāls atrodas LM324 mikroshēmas 14. tapā saskaņā ar diagrammu.
Tālāk šis signāls tiek padots nākamajiem diviem darbības pastiprinātājiem - OP1.1, OP 1.3, kuru izejas signāli iet caur diodes vārstu uz TL494 mikroshēmas 4. izeju. Diodes vārsts uz diodēm D1, D2 izlaiž tikai vienu no spriegumiem - to, kas būs augstāks pēc nominālvērtības. PWM kontrollera secinājums Nr.4 darbojas šādi - jo augstāks spriegums pie šīs tapas, jo mazāks impulsu darba cikls. Rezistors R9 ir veidots tā, ka situācijā, kad spriegums pie diodes vārsta ieejām ir mazāks par 0,6 V - izeja Nr.4 tiek viennozīmīgi novilkta uz zemi - savukārt PWM radīs maksimālo darba ciklu.
Atgriezīsimies pie operacionālajiem pastiprinātājiem OP1.1, OP 1.3. Pirmais kalpo, lai izslēgtu PWM kontrolieri, kamēr magnēts atrodas pietiekami lielā attālumā no sensora, lai spole nedarbotos maksimālajā tukšgaitā.
Izmantojot OP 1.3, mēs iestatām diferenciālā signāla pastiprinājumu - patiesībā tas nosaka atgriezeniskās saites dziļumu (OS). Jo spēcīgāka atgriezeniskā saite, jo spēcīgāk sistēma reaģēs uz magnēta tuvošanos. Ja OS dziļums nav pietiekams, magnētu var pietuvināt, un ierīce nesāks samazināt elektromagnētā iesūknēto jaudu. Un, ja OS dziļums ir pārāk liels, darba cikls sāks kristies, pirms magnēta pievilkšanās spēks to spēs noturēt šajā attālumā.
Nav nepieciešams iestatīt mainīgo rezistoru P3 - tas kalpo ģeneratora frekvences regulēšanai.
OP1.2 ir 2,5 V sprieguma ģenerators, kas nepieciešams četru kontaktu sensoriem. Tas nav nepieciešams SS49 3 kontaktu sensoriem.
Es aizmirsu pieminēt elementus C1, R6 un R7. Viņu viltība ir tāda, ka rezistoru dēļ pastāvīgais signāls šeit tiek samazināts 10 reizes, un mainīgais signāls klusi iet tālāk kondensatora dēļ, tādējādi panākot ķēdes uzsvaru uz krasām magnēta attāluma līdz sensoram izmaiņām.
Diode SD1 ir paredzēta, lai slāpētu apgrieztos pārspriegumus brīdī, kad elektromagnēta spriegums tiek izslēgts.
T2 mezgls ļauj vienmērīgi ieslēgt un izslēgt LED līniju, kad uz elektromagnēta parādās impulsi.
Pāriesim pie dizaina.
Viens no galvenajiem Levitron punktiem ir elektromagnēts. Uztaisījām rāmi pēc kaut kādas konstrukcijas skrūves, uz kuras no saplākšņa tika izgrieztas apaļas malas.
Magnētiskā plūsma šeit ir atkarīga no vairākiem galvenajiem faktoriem:
- serdes klātbūtne;
- spoles ģeometrija;
- spoles strāva
Vienkārši sakot, jo lielāka ir spole un jo vairāk tajā plūst strāva, jo spēcīgāk tā piesaista magnētiskos materiālus.
Kā tinums tika izmantots PEL stieple 0,8 mm. Viņi savijās ar aci, līdz spoles izmēri šķita iespaidīgi. Izrādījās sekojošais:
Iespējams, ka mūsu rajonā nav iespējams atrast vajadzīgo vadu, bet interneta veikalos to ir diezgan vienkārši atrast - 0,4 mm vads spoles uztīšanai.
Pa to laiku tika uztīta spole un sagatavots un iegravēts dēlis. Tas tapis, izmantojot LUT tehnoloģiju, tāfeles rasējums tapis programmā Sprint LayOut. Levitron plati var lejupielādēt no saites.
Plāksne tika iegravēta amonija persulfāta atlikumos, no kuras tukša kanna tika veiksmīgi izmantota vēlāk šajā projektā :)
Es gribu atzīmēt, ka detaļu izvietojums, kā arī sliežu ceļu vads nozīmē ļoti precīzu lodēšanu, jo savienojumus ir viegli izveidot tur, kur tiem nevajadzētu būt. Ja šādu prasmju nav, ir pilnīgi pieļaujams to darīt ar liela izmēra komponentiem uz maizes dēļa, piemēram, šo, un izveidot savienojumus, izmantojot vadus otrā pusē.
Rezultātā maksājums izrādījās šāds:
Plāksne ļoti ergonomiski iederējās spoles izmēros un tika piestiprināta tieši pie tās ar jaudīgas karstās kausēšanas līmes palīdzību, tādējādi pārvēršoties par vienu monobloku - pieslēdza strāvai, uzstādīja to un sistēma strādāja.
Bet tas viss bija pirms elektromagnēta bija gatavs. Plāksne tika izgatavota nedaudz agrāk, un, lai kaut kā pārbaudītu ierīces veiktspēju, uz laiku tika pievienota mazāka spole. Pirmais rezultāts priecēja.
Sensori, kā jau minēts iepriekš, tiek izmantoti no BLDC dzinēju pozīcijas izsekošanas sistēmām, četru kontaktu. Tā kā dokumentāciju par tiem atrast nebija iespējams, nācās empīriski noskaidrot, kuri secinājumi par ko ir atbildīgi. Formas faktors izskatās šādi:
Tikmēr laicīgi ieradās liels elektromagnēts. Šis man deva daudz cerību :)
Pirmie testi ar lielu elektromagnētu uzrādīja diezgan lielu darba attālumu. Šeit ir viens brīdinājums - sensoram, kas atrodas neodīma magnēta sānos, jābūt nedaudz tālāk no spoles, lai nodrošinātu drošu elektronikas darbību.
Pēdējā fotogrāfija vairāk atgādina kosmosa satelītu. Starp citu, šādi varētu izveidot šo Levitronu. Un tiem, kas plāno atkārtot dizainu - viss ir priekšā :)
Kā levitējošu objektu tika nolemts izmantot bezalkoholiskā dzēriena skārdeni. Mēs uz abpusējas lentes piespraužam magnētu bankai, pārbaudiet.
Strādā lieliski, kopumā ierīci var uzskatīt par gatavu. Viss, kas palicis, ir ārpuse. No stieņiem un nūjām tika izgatavota atbalsta sija, mūsu monobloka korpuss tika izgatavots no tās pašas tukšas plastmasas kannas no amonija persulfāta. No monobloka, kā paredzēts, iziet tikai divi strāvas vadi.
Līdz tam laikam ķēde vienmērīgai LED līnijas ieslēgšanai jau bija pielodēta ar virsmas montāžu, pati līnija tika veiksmīgi uzmontēta uz visuresošās karstās kausēšanas līmes.
No kāda printera aizgūts bloks, kas pārveidots no 42 V uz 12 V, darbojas kā barošanas avots.
Parādīšu arī barošanas bloka izskatu :)
Tālāk no saplākšņa tika izgatavots statīvs, kurā tika ievietots barošanas bloks un savienotājs 220 V pieslēgšanai. Skaistumam virsū uzlīmēts auduma audums, visa konstrukcija nokrāsota dzeltenmelnā krāsā. Burciņa tika mainīta, jo eksperimentu laikā tā bija nedaudz saburzīta.
No tā visa, papildus levitācijas efektam, tā izrādījās ļoti brīnišķīga nakts gaisma.
Video pievienošu nedaudz vēlāk, bet pagaidām visam pa virsu gribu teikt, ka manu dizainu viegli atkārtoja kāds 13 gadus vecs mana radio pulciņa students.
Pagaidām izskats nav novests līdz gatavajai versijai, bet elektroniskais pildījums darbojas kā paredzēts. Viņa dizaina fotoattēls:
Īss video par to, kāds ir izgatavotais levitrons:
www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=vypjmqq9...
Ja kāds nebaidās darīt to pašu interesantu, tad šeit ir detalizēta instrukcija:
Mazliet teorijas
Sāksim, iespējams, ar platformas levitrona mehānisko shēmu, kas ir izveidojusies manā izpratnē. Magnētu, kas lidinās virs platformas, es īsuma labad nosaukšu vārdu "mikroshēma".
Levitron platformas skice(augšā) ir parādīts attēlā. viens.
Uz att. 2 - vertikālās sekcijas jaudas diagramma pa platformas centrālo asi (kā es to iztēlojos) miera stāvoklī un bez strāvas spoles. Viss ir labi, izņemot to, ka atpūtas stāvoklis šādā sistēmā ir nestabils. Mikroshēma mēdz attālināties no sistēmas vertikālās ass un ar spēku atsitoties pret vienu no magnētiem. Ar mikroshēmu "taustot" telpu virs magnētiem, virs platformas centra ir jūtams spēka "kupris", kura augšdaļa atrodas uz centrālās ass.
mg - skaidas svars,
F1 un F2 - mikroshēmas mijiedarbības spēki ar platformas magnētiem,
Fmag - kopējais trieciens, kas līdzsvaro mikroshēmas svaru,
DH - Hall sensori.
Uz att. 3. parāda mikroshēmas mijiedarbību ar spolēm (atkal, manuprāt), un pārējie spēki ir izlaisti.
3. attēlā parādīts, ka spoles vadības mērķis ir radīt horizontālu spēku Fss, kas vienmēr ir vērsts uz līdzsvara asi, kad notiek nobīde. X. Lai to izdarītu, pietiek ieslēgt spoles, lai tajās viena un tā pati strāva radītu magnētisko lauku pretējā virzienā. Nekas neatlika: izmēriet mikroshēmas nobīdi no ass (vērtība X) un nosakiet šīs nobīdes virzienu, izmantojot Hola sensorus, un pēc tam izvadiet strāvas piemērotas stiprības spoles.
Vienkārša elektronisko shēmu atkārtošana nav mūsu tradīcijās, jo īpaši tāpēc, ka:
- divi TDA2030A nav pieejami, bet ir TDA1552Q;
- nav SS496 Hall sensoru (pieejami aptuveni par 2$ katrs), bet ir HW101 līdzīgi sensori, katrā CD vai DVD diskdzinī 3 gab.;
- pārāk slinks, lai sajauktos ar bipolāru spēku.
Datu lapas:
SS496 — http://sccatalog.honeywell.com/pdbdownload/images/ss496.seri...HW101- http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/143838/ETC1/HW101A.html
Ķēde sastāv no diviem identiskiem pastiprināšanas kanāliem ar diferenciālām ieejām un tiltiem. Uz att. 4 parāda tikai viena pastiprināšanas kanāla pilnu diagrammu. Izmantotās mikroshēmas bija LM358 (http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm158-n.pdf) un TDA1552Q (http://www.nxp.com/documents/data_sheet/TDA1552Q_CNV.pdf).
Katra kanāla ieejai ir pievienots Hall sensoru pāris, lai pastiprinātājam piegādātu diferenciālo signālu. Sensoru izejas tiek ieslēgtas pretējos virzienos. Tas nozīmē, ka tad, kad sensoru pāris atrodas vienādas intensitātes magnētiskajā laukā, no tā uz pastiprinātāja ieeju tiek piegādāts nulles diferenciālais spriegums.
Balansēšanas rezistori R10 ir daudzkārtu, veci, padomju.
Mēģinot izspiest pietiekami lielu pastiprinājumu no pastiprinātāja, es saņēmu banālu pašuzbudinājumu, iespējams, shēmas plates nekārtības dēļ. "Tīrīšanas" vietā ķēdē tiek ievadītas no frekvences atkarīgas RC ķēdes R15C2; tie nav nepieciešami. Ja jums tie joprojām bija jāinstalē, tad pretestība R15 ir jāizvēlas kā lielākā, pie kuras pašieksiga nodziest.
Visas ierīces barošanas avots ir adapteris (impulss) 12V 1,2A, pārkonfigurēts uz 15V. Enerģijas patēriņš normālā stāvoklī (ar izslēgtu ventilatoru) izrādījās diezgan pieticīgs: 210-220 mA.
Dizains
Kā korpuss tika izvēlēts 3,5” disketes diska apvalks, kas aptuveni atbilst prototipu izmēriem. Lai izlīdzinātu platformu
kājas izgatavotas no M3 skrūvēm.
Korpusa augšdaļā ir izgriezts figūrveida caurums, kas labi redzams 5. att. Pēc tam tas tiek aizvērts ar dekoratīvu spoguļa plāksni, kas izgatavota no hromēta misiņa, kas piestiprināta ar cieto disku skrūvēm.
1 - magnētu (apakšā) un līdzsvara indikatoru (pēc izvēles) uzstādīšanas vietas
2 - spoļu "polu gabali".
3 - Hall sensori
4 — fona apgaismojuma gaismas diodes (pēc izvēles)
Hall sensori atrodas platformas stikla šķiedras pamatnes caurumos un ir pielodēti uz savienotāju nesaliektajām kājām (veidu nezinu). Savienotāji izskatījās kā 6. attēlā.
Sensori tiek pielodēti no CD vai DVD diskdziņa motoriem. Tur tie atrodas zem rotora malas un ir skaidri redzami 7. att. Vienam kanālam jums ir jāņem pāris sensoru no viena dzinēja - tāpēc tie būs identiskākie. Lodētie sensori - 8. att.
Spolēm tika iegādātas plastmasas spoles šujmašīnām, taču uz tām bija maz vietas tīšanai. Pēc tam no spolēm tika nogriezti vaigi un uzlīmēti uz plānsienu misiņa caurules segmentiem, kuru ārējais diametrs bija 6 mm un garums 14 mm. Caurule agrāk bija teleskopiskā stieņa antenas segments. Uz četriem šādiem rāmjiem ar 0,3 mm stiepli tinumi tiek uztīti “gandrīz kārtās” (bez fanātisma!) Līdz aizpildīšanai. Pretestība ir noregulēta uz 13 omi.
Magnēti - taisnstūrveida 20x10x5 mm un disku magnēti ar diametru 25 un 30 mm 4 mm biezi (9. att.) - Man vēl bija jāiegādājas ... Taisnstūra magnēti ir uzstādīti zem platformas pamatnes, un mikroshēmas ir izgatavotas no diska magnēti.
Ierīces skats no apakšas un aizmugures (apgriezts uz leju) - att. 10 un 11 (viena leģenda abām figūrām). Nekārtība, protams, ir gleznaina...
U2 TDA1552Q mikroshēma (3) atrodas uz siltuma izlietnes (9), kas agrāk strādāja pie videokartes. Pats radiators ir piestiprināts ar skrūvēm uz augšējā korpusa vāka saliektajām daļām. Pie radiatora (9) ir piestiprināta arī strāvas kontaktligzda (1), vadības ligzdas (2) un termiskās vadības bloks (5).
Stikla šķiedras gabals, kas agrāk bija tastatūra, kalpo par platformas pamatni. Spoles (7) ir piestiprinātas pie pamatnes ar M4 skrūvēm un uzgriežņiem. Magnēti (6) tiek piestiprināti pie tā ar skavu un pašvītņojošo skrūvju palīdzību.
Vadības ligzdas (2) ir izgatavotas no datora barošanas savienotāja un ir piestiprinātas ierīces aizmugurē netālu no balansēšanas rezistoriem (10), lai tās būtu viegli pieejamas bez demontāžas. Kontaktligzdas, protams, ir savienotas ar pastiprinātāja abu kanālu izejām.
Priekšpastiprinātāja ķēde un tā jaudas stabilizators, ieskaitot balansēšanas rezistorus (10), ir uzstādīts uz maizes dēļa un regulēšanas rezultātā pārvērtās par gleznainu cūku kūti, no kuras nācās atturēties no makro fotografēšanas.
1 - strāvas kontaktligzdas nostiprināšana
2 - vadības ligzdas
3 — TDA1552Q
4 - strāvas slēdzis
5 - siltuma vadības bloks
6 - magnēti zem skavām
7 - spoles
8 - magnētiskie šunti
9 - siltuma izlietne
10 - balansēšanas rezistori
Pielāgošana
Nulles iestatīšana abu kanālu izejās katrā atkļūdošanas sākumā ir obligāta. Tas ir iespējams bez fanātisma: + -20 mV ir diezgan pieņemama precizitāte. Starp kanāliem var būt zināmi traucējumi, tāpēc ar ievērojamu sākotnējo novirzi (vairāk nekā 1-1,5 volti pie kanāla izejas), labāk ir divas reizes iestatīt nulles. Der atcerēties, ka ar dzelzs korpusu izjauktas un saliktas ierīces līdzsvars ir divas lielas atšķirības.
Kanāla fāzēšanas pārbaude
Mikroshēma jāpaņem rokā un jānovieto virs iekļautā Levitron platformas centra aptuveni 10-12 mm augstumā. Kanāli tiek pārbaudīti pa vienam un atsevišķi. Kad mikroshēma tiek pārvietota ar roku pa līniju, kas savieno sensorus pretējā virzienā no centra, rokai vajadzētu sajust ievērojamu pretestību, ko rada spoļu magnētiskais lauks. Ja nav jūtama pretestība un roka ar mikroshēmu "pūš" prom no ass, jums ir jāapmaina vadi no pārbaudāmā kanāla izejas.
Peldošās mikroshēmas stāvokļa regulēšana
Video par paštaisītiem platformas levitroniem bieži var redzēt, ka mikroshēma svārstās slīpā stāvoklī, pat ja tā ir izgatavota uz diska magnētiem, tas ir, tā ir diezgan labi simetriska. Ne bez kropļojumiem aprakstītajā dizainā. Iespējams, pie vainas ir metāla korpuss...
Pirmā doma: pārvietojiet magnētus uz leju no tās puses, kur mikroshēma ir nevajadzīgi "atbalstīta".
Otrā doma: pārvietojiet magnētus tālāk no centra no tās puses, kur mikroshēma ir nevajadzīgi "atbalstīta".
Trešā doma: ja magnēti tiks pārvietoti, tad platformas pastāvīgo magnētu sistēmas magnētiskā ass būs šķība attiecībā pret spoles sistēmas magnētisko asi, kā rezultātā mikroshēmas uzvedība kļūs neparedzama (īpaši ar dažādi svari).
Ceturtā doma - padarīt magnētus stiprākus tajā pusē, kur čips ir sasvērts - tika atmesta kā nerealizējama, jo nebija kur dabūt plašo magnētu klāstu, kas der.
Piektā ideja: padarīt magnētus vājākus tajā pusē, kur mikroshēma ir nevajadzīgi “atbalstīta” – izrādījās veiksmīga. Turklāt tas ir diezgan vienkārši īstenojams. Magnētu kā magnētiskā lauka avotu var šuntēt, tas ir, daļu magnētiskās plūsmas var saīsināt, tā ka magnētiskais lauks apkārtējā telpā kļūst nedaudz vājāks. Kā magnētiskie šunti tika izmantoti nelieli ferīta gredzeni (10x6x3, 8x4x2 u.c.), kas bez maksas noplūkti no izlādētām ekonomijas lampām (10. att. 8). Šie gredzeni vienkārši ir jāmagnetizē ar pārāk spēcīgu magnētu (vai diviem vai trim) pusē, kas atrodas tālāk no platformas centra. Izrādījās, ka katram “pārāk spēcīgam” magnētam izvēloties šuntu skaitu un izmērus, iespējams pietiekami precīzi nolīdzināt peldošas simetriskas mikroshēmas pozīciju. Neaizmirstiet veikt elektrisko balansēšanu pēc katras izmaiņas magnētiskajā sistēmā!
Iespējas
Iespējas ietver: pastiprinātāja nelīdzsvarotības indikatorus, siltuma vadības bloku, apgaismojumu un regulējamas platformas kājas.
Pastiprinātāja nelīdzsvarotības indikatori ir divi gaismas diožu pāri, kas atrodas vienādos rādiusos ar sensoriem, platformas stikla šķiedras pamatnes biezumā (1 5. att.). Gaismas diodes, ļoti mazas un plakanas, agrāk darbojās kaut kādā modemā, taču tās darbosies arī no veca mobilā telefona (SMD versijā). Gaismas diodes ir iegremdētas caurumos, jo mikroshēma, atdaloties no centra, uzkrīt uz tuvākā magnēta un diezgan spēj iznīcināt LED.
Indikatora shēma vienam kanālam ir parādīta attēlā. 12. Gaismas diodēm jābūt ar darba spriegumu 1,1-1,2 V, t.i. vienkārša sarkana, oranža, dzeltena. Pie lielākiem LED spriegumiem (2,9-3,3 V īpaši spilgtām) ir jāpārrēķina diožu skaits ķēdē D3-D6, lai samazinātu "mirušo zonu" - minimālo spriegumu kanāla izejā, pie kura neviens no Gaismas diodes spīd.
Indikatorus sakārtoju tā, lai spīdētu tas, uz kuru čips nobīdīts no centra. Indikatori palīdz viegli pakārt mikroshēmu virs Levitron, kā arī izlīdzināt platformu. Parastā stāvoklī tie visi ir izpirkti.
Termiskās vadības bloka shēma ir attēlā. 13. Tā mērķis ir novērst gala pastiprinātāja pārkaršanu. Termobloka izejā tiek ieslēgts ventilators 50x50 mm 12V 0,13A no datora.
Termiskā mezgla ķēdē ir viegli atpazīt nedaudz modificētu Schmitt sprūda. Pirmā tranzistora vietā tika izmantota TL431 mikroshēma. Tranzistora Q1 tips ir norādīts nosacīti - pieķēru pirmo NPN, kas sastapās, kas varēja izturēt ventilatora darba strāvu. Kā temperatūras sensors tika izmantots termistors, kas atradās uz vecās mātesplates procesora ligzdā. Temperatūras sensors ir pielīmēts pie gala pastiprinātāja radiatora. Izvēloties rezistoru R1, var regulēt termobloku darbībai 50-60C temperatūrā. Rezistors R5 kopā ar kolektora strāvu Q1 nosaka histerēzes apjomu ķēdē attiecībā pret spriegumu vadības ieejā U1.
Diagrammā attēlā. 13 rezistors R7 tiek ieviests, lai samazinātu ventilatora spriegumu un attiecīgi no tā radīto troksni.
Uz att. 14 parāda, kā ventilators ir iestrādāts korpusa apakšējā vākā.
Vēl viens veids, kā izmantot termisko mezglu, ir pievienot gala pastiprinātāja mikroshēmu MUTE vadības kontaktam (15. att.). Diagrammā norādītā R5 vērtējuma vērtība pieņem, ka MUTE (U2 mikroshēmas 11. kontakts 4. attēlā) ir pievienots barošanas avotam caur 1kΩ rezistoru (NAV tieši, kā datu lapā!). Šajā gadījumā ventilators nav nepieciešams. Tiesa, kad pastiprinātājam tiek uzlikts MUTE signāls, mikroshēma nokrīt, un pēc MUTE signāla noņemšanas tas pats (nez kāpēc?) nepaceļas.
Apgaismojums - 4 spilgtas gaismas diodes ar diametru 3 mm, kas atrodas slīpi pret centru platformas pamatnes un dekoratīvās plāksnes atverēs tajās vietās, kur mikroshēma nekrīt. Tie ir savienoti virknē un caur 150 omu rezistoru ar 15 V ierīces vispārējo barošanas ķēdi.
Secinājums
kravnesība
Lai “nobeigtu” tēmu, Levitron ar 25 un 30 mm diametra skaidām tika izņemti “kravas raksturlielumi”. Es šeit par kravas raksturlielumiem nosaucu mikroshēmas lidojuma augstuma virs platformas (no dekoratīvās plāksnes) atkarību no čipa kopējā svara.
Mikroshēmai ar 25 mm magnētu un kopējo svaru 19 g maksimālais augstums bija 16 mm, bet minimālais – 8 mm ar svaru 38 g. Starp šiem punktiem raksturlielums ir gandrīz lineārs. Mikroshēmai ar 30 mm magnētu slodzes raksturlielums izrādījās starp punktiem 16 mm pie 24 g un 8 mm pie 48 g.
No augstuma zem 8 mm no platformas mikroshēma nokrīt, pievelkot spoļu dzelzs serdeņus.
NEdari tā, kā es!
Pirmkārt, netaupiet uz sensoriem. "Kailie" Hall sensori, kas izņemti pa pāriem katram divu dzinēju kanālam (tas ir, gandrīz vienāds!) - joprojām parāda savu neglīti lielo temperatūras pretestības koeficientu. Pat ar vienādām strāvas ķēdēm un sensoru izeju pārslēgšanu atpakaļ pret otru, mainoties temperatūrai, kanāla izejā var iegūt ievērojamu nulles nobīdi. Integrētajiem sensoriem SS496 (SS495) ir ne tikai iebūvēts pastiprinātājs, bet arī termiskā stabilizācija. Sensoru iekšējais pastiprinātājs ļaus ievērojami palielināt kanālu kopējo pastiprinājumu, un to barošanas shēma ir vienkāršāka.
Otrkārt, ja iespējams, vajadzētu atturēties no Levitron ievietošanas dzelzs apvalkā.
Treškārt, bipolārā jauda joprojām ir vēlama, jo pastiprinājuma kontrole un nulles regulēšana ir vieglāka.
Paldies par jūsu uzmanību!