- Materials necessaris
- Com funciona una pistola de bobina?
- Esquema de connexions
- Bobina de la bobina
- Funcionament de Mini Coil Gun
Coil Gun, com molta gent pensa (inclòs jo), no és només una joguina divertida amb un tub i poques bobines al voltant que poden disparar projectils a una certa distància. Els científics dels Laboratoris Nacionals Sandia creuen que es pot dissenyar una pistola de bobina per accelerar les partícules a una velocitat més gran que sigui suficient per escapar de la gravetat de la Terra. Sí, ho has sentit bé! La pistola de bobina es podria utilitzar per llançar satèl·lits en el futur. Potser hi ha gent que ho ha provat i que actualment hi treballa. A part de les aplicacions espacials, els militars també estan interessats en una altra forma de pistola coil anomenada Rail Gun o Railway Gun que podria disparar projectils.
Tot això em va interessar a construir la meva pròpia versió Coil Gun. A més, és tan satisfactori jugar i veure com es projecten els projectils metàl·lics de la bobina amb un clic de botó. Abans, comencem, voldria deixar clar que aquest projecte té una finalitat purament educativa, de manera que si voleu construir aquesta arma per fugir d’aquell assetjador al vostre institut, probablement hauríeu de visitar un psicòleg. El projecte també implica volar peces metàl·liques i altes tensions, així que aneu amb compte mentre treballeu. Dit això, comencem.
Materials necessaris
- Filferro de coure (esmaltat)
- Sensor IR (tipus de mesura de velocitat)
- MOSFET IRFZ44N
- BC557 PNP Transistor
- Resistència de 10k i 1K
- 7805 Regulador
- 0,1 uF
- Polsador
- Taula de pa
- Font d'alimentació (RPS)
- Bateria de 9V
Com funciona una pistola de bobina?
El principi bàsic darrere d'una pistola de bobina és que un conductor que transporta corrent induirà un camp magnètic al seu voltant, cosa que va afirmar Faraday. Per millorar la força d’aquest camp magnètic, el conductor que transporta el corrent s’enrotlla en forma de bobina. Ara, quan aquesta bobina s’alimenta, produeix al seu voltant un camp magnètic prou fort per atreure-hi peces metàl·liques (o altres ferromagnètiques), també conegudes com a projectils.
Aquesta disposició només atraurà el projectil cap a ell des d’un extrem i, quan arribi a l’altre extrem, es tornarà a atraure a l’interior de la bobina i, per tant, el projectil romandrà dins de la mateixa bobina després de poques oscil·lacions. Això es deu al fet que durant el procés el projectil s’imanta i actua com un imant, de manera que mentre el camp magnètic estigui present, el projectil (imant) tendeix a romandre només a la bobina. Però una pistola de bobina hauria de llançar un projectil, de manera que hauríem d’utilitzar un sensor per comprovar si el projectil ha arribat a l’altre extrem de la bobina i quan s’ha d’apagar la bobina, d’aquesta manera el projectil viatjarà amb la mateixa velocitat i escapar de la bobina.
Pot semblar senzill, però es pot augmentar la complexitat utilitzant més d’una bobina. Mitjançant l’ús de múltiples bobines es pot augmentar la velocitat del projectil mentre passa per la bobina. Una altra tasca desafiant consisteix en obtenir prou corrent per a la bobina. La bobina pot consumir entre 5A i 10A a 24V segons el nombre de voltes i el gruix de la bobina. Així doncs, per obtenir un corrent tan elevat, la majoria de la gent utilitza un gran condensador per fer-hi front. Però en el nostre tutorial per simplificar les coses , construirem una pistola de bobina d’una sola etapa i l’alimentarem amb una unitat RPS.
Esquema de connexions
El diagrama complet del circuit d’aquesta pistola de bobina d’una sola etapa es mostra a la imatge següent.
Com podeu veure, el circuit és força senzill. El component principal del circuit és la pròpia bobina; veurem com el construïm al següent encapçalament. La bobina s’alimenta a partir d’una tensió d’alimentació de 24V del nostre RPS, l’alimentació es controla (commuta) a través d’un canal N MSFET IRF544Z. El passador del transistor es tira cap avall a través d'una resistència de 10 k (R1) i el díode D1 s'utilitza per evitar el corrent invers quan es descarrega la bobina.
El MOSFET és de canal N i, per tant, roman apagat fins que es proporciona un voltatge de llindar de porta en aquest cas 5V al pin de porta. Això es fa amb un polsador mitjançant un transistor PNP (BC557), quan es prem el botó, el subministrament de 5 V es fa al pin Gate del MOSFET i la bobina s'encén. Això atraurà el projectil i el farà passar per un altre extrem. Tan bon punt el projectil arriba a l’altre extrem, el sensor IRel detectarà i enviarà un senyal de 5V al pin base del transistor PNP a través de la resistència limitadora de corrent de 1K. Això obrirà el transistor i, per tant, es desconnectarà el 5V a MOSFET i també s’apagarà la bobina. Per tant, el projectil s’escaparà de la bobina i es llançarà. El 5V per alimentar el sensor IR i activar el transistor i el MOSFET està regulat per un regulador de voltatge 7805 IC des d’una bateria de 9V.
Bobina de la bobina
Com s’ha dit anteriorment, el component més important d’aquest circuit és la bobina. Abans de començar a enrotllar la bobina, heu de decidir quina serà la mida del vostre projectil, en el meu cas estic fent servir un tornavís com a projectils. Però podeu seleccionar qualsevol cosa que tingui propietats magnètiques Ferro. Després de seleccionar el projectil, hem de seleccionar una estructura de tub de forat que sigui suficient per fer lliscar el projectil tot i que no té friccions. Vaig provar d’utilitzar un bolígraf de recàrrega buit i em va funcionar molt bé. Podeu seleccionar-ne un en funció de la mida del projectil. Llavors la longitud de la base cilíndrica pot arribar als 5 cm. Finalment, també compreu filferro de coure esmaltat de gruix mitjà, el meu fa 0,8 mm de gruix.
Després de reunir tots els materials necessaris, toqueu la vostra llista de reproducció preferida i comenceu a enrotllar la bobina a la part superior de la base cilíndrica. Assegureu-vos que l’enrotllament no es cola l’un sobre l’altre i no s’afluixa fàcilment. Després d’afinar la primera capa d’enrotllament, podeu utilitzar una cinta d’aïllament (cinta elèctrica) per fixar-la al seu lloc i començar a alar de forma similar la segona capa a sobre. Tingueu en compte que sempre heu de bobinar la bobina en una sola direcció, si heu començat d'esquerra a dreta després d'arribar al final de la primera capa, torneu a començar des de l'esquerra per enrotllar la segona capa. Podeu repetir aquest pas fins arribar a 5-7 capes. Vaig fer al voltant de 6 capes amb cada capa que tenia aproximadament 60 voltes. La meva disposició de bobina té un aspecte semblant a aquest que es mostra a la imatge següent.He utilitzat dos discos impresos en 3D (color blanc) només per assegurar la bobina al seu lloc. Són opcionals.
Treballar amb bobines sempre és un repte i cal enrotllar-lo correctament per funcionar correctament, com en Tesla Coil Project, moltes persones no obtindran la sortida correcta a causa de l’enrotllament inadequat de la bobina.
Funcionament de Mini Coil Gun
Després de construir la bobina, podeu procedir a connectar-la a la resta del circuit de la pistola de bobina. Tingueu en compte que la bobina pot consumir un màxim de 5A i, per tant, la part de la bobina no es pot construir sobre una placa de taula perquè les taules de suport normalment es classifiquen només en 500 mA. Per tant, podeu construir el circuit complet en una placa de perfils soldant els components o seguir una manera crua de soldar les línies d’alta potència directament mitjançant una taula de tall, tal com he fet a la imatge següent.
Com podeu veure, la bobina s’alimenta mitjançant els clips de la font d’alimentació regulada (clips d’al·ligàtor) a través d’un mosfet els pins estan soldats directament als cables. El passador del mosfet només requereix 5V i, per tant, es porta a la placa de control on es construeix el circuit restant, inclòs el regulador de tensió, el transistor i l'interruptor. La tauleta d’alimentació s’alimenta amb la bateria de 9 V tot i que els clips de la bateria.
Per provar el projecte de la pistola de bobina, simplement poseu la peça metàl·lica a l'interior de la bobina i premeu el botó de la placa. Això hauria de llançar el projectil fora de la bobina. Assegureu-vos també de no prémer el botó contínuament, ja que això tornarà a dinamitzar la bobina després de llançar el projectil i pot danyar la bobina permanentment. El funcionament complet del projecte es pot trobar al vídeo.
Espero que construïu el projecte i el feu funcionar. Si teniu cap pregunta, podeu deixar-les a la secció de comentaris o publicar-les als nostres fòrums per a altres qüestions tècniques.