Dispositiu de levitació electromagnètica de bricolatge

Aquest dispositiu de levitació electromagnètica és fantàstic per construir un projecte contra la gravetat que sigui emocionant i interessant de veure. El dispositiu pot fer flotar alguna cosa sense cap suport visible, és com un objecte nedant en espai lliure o aire. Per fer funcionar aquest dispositiu, heu d’atraure un objecte mitjançant l’electroimant, però quan està molt a prop de l’electroimant, l’electroimant s’hauria de desactivar i l’objecte atret hauria de caure a causa de la gravetat i tornar a atraure l’objecte que cau abans de caure completament a causa de la gravetat i aquest procés continua. El projecte és similar a la nostra levitació acústica per ultrasons, però en lloc d’utilitzar ones ultrasòniques, utilitzarem ones electromagnètiques.

Ara, tornant al concepte, no és possible que un ésser humà encengui i apagui l'electroimant perquè aquest procés de commutació s'ha de fer molt ràpidament i en un interval especificat. Per tant, hem construït un circuit de commutació que controla l’electroimant per aconseguir flotació electromagnètica.

Component obligatori

S.No	Parts / Nom del component	Tipus / Model / Valor	Quantitat
1	Sensor d'efecte Hall	A3144	1
2	Transistor Mosfet	Irfz44N	1
3	Resistència	330ohm	1
4	Resistència	1k	1
5	LED indicador	5 mm qualsevol color	1
6	Diodo	IN4007	1
7	Fil de imant de calibre 26 o 27	0,41 a 0,46 mm	1 kg o més
8	Tauler Vero amb punts	Petit	1

Diagrama del circuit de levitació magnètica

A continuació es pot trobar l’ esquema complet de la levitació magnètica. Com podeu veure, només consta de pocs components disponibles normalment.

Els components principals d’aquest circuit de levitació magnètica de bricolatge són el sensor d’efecte Hall i el transistor MOSFET i una bobina electromagnètica. Anteriorment, hem utilitzat bobines electromagnètiques per construir altres projectes interessants com una Mini Tesla Coil, una pistola de bobina electromagnètica, etc.

Utilitzem el Mosfet Irfz44N de canal N per a la primera activació i apagada dels electroimants. Per a aquest propòsit es pot utilitzar Irfz44n / qualsevol transistor MOSFET de canal N o similar (NPN), que té una elevada capacitat de maneig de corrent com el TIP122 / 2N3055, etc. fàcilment disponible als mercats locals. D'altra banda, té capacitat de maneig de corrent de drenatge 49A a temperatura de 25 graus. Es pot utilitzar amb una àmplia gamma de tensions.

En primer lloc, he experimentat i provat el circuit i tot el projecte en configuració de 12 volts, però he trobat la meva bobina electromagnètica i el MOSFET, tots dos s’estaven escalfant molt, de manera que vaig haver de tornar a canviar a 5v. No vaig notar cap diferència ni cap problema, i el MOSFET i la bobina estaven a temperatura normal. A més, no hi havia cap necessitat de dissipador de calor per al Mosfet.

La resistència R1 s'utilitza per mantenir el voltatge del pin de la porta MOSFET elevat (com una resistència de tracció) per obtenir una tensió de llindar o un disparador adequada. Però quan els imants de neodimi estan a prop del sensor d’efecte hall muntat al centre (al mig dels electroimants) o els imants de neodimi es troben dins del rang del sensor d’efecte hall, el nostre circuit hauria de proporcionar una sortida negativa al pin de la porta MOSFET. Com a resultat, obteniu caigudes de tensió del pin / control del pin, la sortida del pin de drenatge MOSFET per al LED indicador i l’electroimant també cauen i es desactiva. Quan els objectes units amb imants de neodimi cauen o cauen a causa de la gravetat, els imants de neodimi sortiran del rang del sensor d’efecte hall i ara el sensor d’efecte hall no proporciona cap sortida.El passador de la porta MOSFET s’activa i s’activa ràpidament (per al pin de control de resistència R1 / passador de porta ja alt) energitzeu la bobina electromagnètica ràpidament i atraieu l’objecte unit amb imants de neodimi. Aquest cicle continua i els objectes romanen penjats.

La resistència R2 330ohm s'utilitza per al LED brillant a 5v (LED indicador) i limita el voltatge i el flux de corrent per a la protecció del LED. El díode D1 no és res més que un díode de bloqueig de retroalimentació utilitzat en tots els dispositius de bobina, com un relé per bloquejar el voltatge de retroalimentació invertit.

Construint el circuit de levitació magnètica

Comenceu construint la bobina per a electroimant. Per fabricar un electroimant de forat, primer cal fer un marc o un cos per als electroimants. Per fer-ho, agafa un bolígraf vell d’uns 8 mm de diàmetre que ja té un forat central (en el meu cas, he mesurat el diàmetre a escala de Vernier). Marqueu la longitud necessària amb un marcador permanent i talleu-la aproximadament en una longitud de 25 mm.

A continuació, agafeu un petit tros de cartró / qualsevol material de paper dur de qualitat, o bé podeu fer servir plexiglàs i tallar dos trossos de diàmetre d’enrotllament d’uns 25 mm de longitud amb un forat central com es mostra a la imatge següent.

Arregleu-ho tot amb l'ajut de "feviquick" o amb l'ajuda de qualsevol cola forta. Finalment, el marc hauria de ser així.

Si us fa mandra construir-lo, podeu agafar un vell porta-filferro per soldar.

El marc de l’electroimant està llest. Ara passeu a la fabricació d’una bobina electromagnètica. En primer lloc, feu un petit forat a un costat del diàmetre del bobinatge i fixeu el filferro. Comenceu a bobinar l'electroimant i assegureu-vos que faci uns 550 girs. Cada capa està separada per cinta de violoncel o altres tipus de cintes. Si us fa mandra fabricar els vostres electroimants (en el meu cas, he fabricat els meus electroimants que també tenen l’avantatge de treballar amb 5v), podeu treure’ls del relé de 6v o 12v, però heu d’anar amb compte El sensor d’efecte hall A3144 només accepta el màxim de 5V. Per tant, heu d’utilitzar un circuit regulador de tensió LM7805 per donar energia al sensor d’efecte hall.

Quan la bobina d'electroimant amb aire central estigui llesta, mantingueu-la de banda i passeu al pas 2. Organitzeu tots els components i soldeu-los a la placa Vero, com podeu veure a les imatges aquí.

Per fixar la configuració del sensor de la bobina electromagnètica i l’efecte hall, cal un suport perquè l’alineació de l’estat de la bobina i la configuració del sensor són importants per a la fixació estable de l’objecte cap a la força de gravetat. Vaig disposar dos trossos de canonada, cartró i un petit tros de carcassa de cablejat de PVC. Per marcar la longitud necessària, he utilitzat un marcador permanent i per tallar, he utilitzat una serra de mà i un ganivet. I ho vam arreglar tot amb l'ajut de cola i Glue Gun.

Feu un forat al mig de la carcassa del cablejat de PVC i fixeu la bobina amb l'ajut de cola. Després, plegueu el sensor. Introduïu el forat de la bobina electromagnètica. Tingueu en compte que la distància de l’objecte penjat (unit amb imants de neodimi) de la bobina electromagnètica depèn de la quantitat d’empenta del sensor dins del forat central de l’electroimant. El sensor d’efecte hall té una distància de detecció específica, que hauria d’estar dins del rang d’atracció electromagnètica per penjar perfectament els objectes. El nostre dispositiu de levitació electromagnètica casolà ja està a punt per accionar.

Treballar i provar el circuit de levitació magnètica

Fixeu el tauler de control amb cartró amb cinta lateral. Connecteu-lo bé amb el marc del suport amb l'ajut d'un tirant de cable. Feu totes les connexions amb el circuit de control. Introduïu el sensor dins del forat central de l’electroimant. Sintonitzeu la posició perfecta del sensor d'efecte Hall a l'interior de l'electroimant i configureu la distància màxima entre els electroimants i els imants de neodimi. La distància pot variar en funció de la potència d’atracció de l’electroimant. Alimenteu-lo des d’un carregador mòbil de 5V 1Amp o 2Amp i feu la primera prova de com funciona el projecte.

Tingueu en compte alguns punts importants detingudament sobre aquest projecte de levitació electromagnètica. L’alineació de la configuració de la bobina i del sensor és essencial. Per tant, cal penjar els objectes de forma estable i recta cap a la força de la gravetat. Un sistema estable significa que alguna cosa està equilibrada. Com a exemple, considerem un pal llarg sostingut des de la part superior. És estable i penjat cap avall cap a la gravetat. Si allunyeu la part inferior de la posició recta cap avall, la gravetat tendirà a tornar-la a la posició estable. Per tant, a partir d’aquest exemple, enteneu clarament com de vital és l’alineació recta de la bobina i del sensor. És important penjar l'objecte recte durant molt de temps sense caure, i és per això que defensem aquest projecte. Per a una millor comprensió,He creat un diagrama de blocs per mostrar la importància d’una suspensió estable i com s’ha de muntar el sensor i la bobina per aconseguir un rendiment excel·lent.

• Si voleu augmentar la distància d'objectes penjats de l'electroimant, heu d'augmentar la potència i el rang d'atracció de l'electroimant i canviar la disposició / posició del sensor.
• Si voleu penjar objectes més grans, haureu d’augmentar la potència electromagnètica. Per a això, haureu d'incrementar el CALIBRE i el nombre de voltes del fil imant, i també es necessita un major nombre d'imants de neodimi connectats amb objectes penjants.
• L’electroimant més gran consumeix més corrent i actualment el meu circuit només funciona a 5V, però en alguns casos pot existir la necessitat d’augmentar el voltatge en funció del paràmetre de la bobina.
• Si utilitzeu una bobina de relé de 12V o qualsevol bobina electromagnètica potent d’alt voltatge, no us oblideu d’utilitzar un regulador de voltatge LM7805 per al sensor d’efecte hall A3144.

La imatge següent mostra com funciona el nostre projecte en finalitzar-se. Espero que hàgiu entès el tutorial i que hàgiu après alguna cosa útil.

També podeu consultar el funcionament complet d’aquest projecte al vídeo adjunt a continuació. Si teniu cap pregunta, podeu deixar-les a la secció de comentaris o fer servir els nostres fòrums per a altres qüestions tècniques.