Cum se face un pistol cu ​​bobină electromagnetică

Coil Gun, după cum cred mulți oameni (inclusiv eu), nu este doar o jucărie distractivă cu un tub și câteva bobine în jurul său, care poate trage proiectile la o anumită distanță. Oamenii de știință de la Sandia National Laboratories consideră că o armă cu bobină poate fi proiectată pentru a accelera particulele la o viteză mai mare, care este suficient de mare pentru a scăpa de gravitația pământului. Da, ai auzit bine! Arma cu bobină ar putea fi folosită pentru lansarea sateliților în viitor. Poate că există oameni care au încercat-o și, de asemenea, care lucrează la asta. În afară de aplicațiile spațiale, militarii par să fie interesați și de o altă formă de pistol cu ​​bobină numită Gun Gun sau Railway Gun, care ar putea trage proiectile.

Toate acestea m-au interesat să-mi construiesc propria versiune Coil Gun. De asemenea, este atât de satisfăcător să te joci și să urmărești proiectilele metalice scoase din bobină printr-un clic de buton. Înainte de a începe, aș dori să precizez că acest proiect are doar scop educativ, așa că, dacă doriți să construiți această armă pentru a scăpa de bătăușul din liceul dvs., probabil că ar trebui să vizitați un psiholog. Proiectul implică, de asemenea, zboruri de piese metalice și tensiuni ridicate, așa că fiți atenți în timp ce lucrați. Acestea fiind spuse, să începem.

Materiale necesare

• Sârmă de cupru (emailată)
• Senzor IR (tip măsurare viteză)
• MOSFET IRFZ44N
• BC557 PNP tranzistor
• Rezistor 10k și 1K
• 7805 Regulator
• 0,1 uF
• Apasa butonul
• Breadboard
• Sursa de alimentare (RPS)
• Baterie de 9V

Cum funcționează o armă cu bobină?

Principiul de bază din spatele unui pistol cu ​​bobină este că un conductor care transportă curent va induce un câmp magnetic în jurul său, ceea ce a fost afirmat de Faraday. Pentru a îmbunătăți puterea acestui câmp magnetic, conductorul care transportă curentul este înfășurat sub formă de bobină. Acum, atunci când această bobină este alimentată, produce un câmp magnetic în jurul său, care este suficient de puternic pentru a atrage piese metalice (sau alte feromagnetice), adică proiectile în ea.

Un astfel de aranjament va atrage proiectilul în el doar de la un capăt și atunci când va ajunge la celălalt capăt va fi din nou atras în interiorul bobinei și astfel proiectilul va rămâne în interiorul bobinei în sine după câteva oscilații. Acest lucru se datorează faptului că, în timpul procesului, proiectilul se magnetizează și acționează ca un magnet, astfel încât atâta timp cât este prezent câmpul magnetic, proiectilul (magnetul) va tinde să rămână numai în bobină. Dar un pistol cu ​​bobină ar trebui să lanseze proiectilul din el, așa că ar trebui să folosim un senzor pentru a verifica dacă proiectilul a ajuns la celălalt capăt al bobinei și când bobina trebuie oprită, astfel proiectilul va călători cu aceeași viteză și scapă din bobină.

S-ar putea să pară simplu, dar complexitatea poate fi mărită prin utilizarea mai multor bobine. Prin utilizarea mai multor bobine, viteza proiectilului poate fi mărită în timp ce trece prin bobină. O altă sarcină dificilă este aprovizionarea cu suficient curent pentru bobină. Bobina ar putea consuma oriunde între 5A și 10A la 24V în funcție de numărul de rotații și grosimea bobinei. Deci, pentru a obține un curent atât de mare, majoritatea oamenilor folosesc un condensator mare pentru a face față acestuia. Dar în tutorialul nostru pentru a simplifica lucrurile, vom construi un pistol cu ​​o singură etapă și îl vom alimenta cu o unitate RPS.

Diagrama circuitului

Diagrama completă a circuitului pentru acest pistol cu ​​o singură etapă este prezentată în imaginea de mai jos.

După cum puteți vedea, circuitul este destul de simplu. Componenta principală a circuitului este bobina în sine; vom vedea cum o construim în următoarea rubrică. Bobina este forma alimentat o tensiune de alimentare de 24V formează RPS nostru, alimentarea este controlată (pornit) printr - un N-Channel MSFET IRF544Z. Știftul de poartă al tranzistorului este tras în jos printr-un rezistor de 10k (R1) și dioda D1 este utilizată pentru a ocoli curentul invers atunci când bobina se descarcă.

MOSFET este un canal N și, prin urmare, rămâne oprit până când o tensiune de prag de poartă în acest caz 5V este furnizată pinului de poartă. Acest lucru se face cu un buton, deși un tranzistor PNP (BC557), atunci când butonul este apăsat, 5V este furnizat pinului Gate al MOSFET și bobina este pornită. Acest lucru va atrage proiectilul și îl va împinge prin celălalt capăt. De îndată ce proiectilul ajunge la celălalt capăt, senzorul IRîl va detecta și va trimite un semnal de 5V la pinul de bază al tranzistorului PNP prin rezistorul de limitare a curentului de 1K. Aceasta va deschide tranzistorul și, prin urmare, 5V la MOSFET va fi deconectat și bobina va fi, de asemenea, oprită. Prin urmare, proiectilul va scăpa din bobină și va fi lansat. 5V pentru a alimenta senzorul IR și a declanșa tranzistorul și MOSFET este reglat de un regulator de tensiune 7805 IC de la o baterie de 9V.

Înfășurarea bobinei

După cum am spus mai devreme, cea mai importantă componentă din acest circuit este bobina. Înainte de a începe să înfășurați bobina, ar trebui să decideți care va fi dimensiunea proiectilului dvs., în cazul meu, folosesc biți de șurubelniță ca proiectile. Dar puteți selecta orice are proprietăți magnetice Ferro. După selectarea proiectilului, trebuie să selectăm o structură asemănătoare unei țevi care este suficientă pentru a aluneca proiectilul, deși acesta nu are frecare mare. Am încercat să folosesc un stilou de umplere gol și a funcționat excelent pentru mine. Puteți selecta unul în funcție de dimensiunea proiectilului. Apoi lungimea bazei cilindrice poate fi de până la 5cm. În cele din urmă, cumpărați și sârmă de cupru emailată cu grosime medie, a mea are 0,8 mm grosime.

După ce ați adunat toate materialele necesare, redați lista de redare preferată și începeți să înfășurați bobina deasupra bazei cilindrice. Asigurați-vă că înfășurarea nu se învârte unul pe altul și nu se desface ușor. După finirea primului strat de înfășurare, puteți utiliza o bandă de izolație (bandă electrică) pentru a o fixa în poziție și apoi începeți să înaripați al doilea strat deasupra acestuia în mod similar. Rețineți că ar trebui să înfășurați întotdeauna bobina într-o singură direcție, dacă ați început de la stânga la dreapta după ce ați ajuns la capăt pentru primul strat, începeți din nou de la stânga pentru a înfășura al doilea strat. Puteți repeta acest pas până ajungeți la 5-7 straturi. Am făcut în jur de 6 straturi, fiecare strat având aproximativ 60 de rotații. Aranjamentul meu pentru bobină arată așa cum se arată în imaginea de mai jos.Am folosit două discuri tipărite 3D (culoare albă) doar pentru a fixa bobina în poziție, sunt opționale.

Lucrul cu bobine este întotdeauna o provocare și trebuie să-l înfășurați corect pentru a funcționa corect, ca în Tesla Coil Project, mulți oameni nu obțin rezultatul corect din cauza bobinării necorespunzătoare a bobinei.

Funcționarea pistolului Mini Coil

După construirea bobinei, puteți continua conectarea la restul circuitului pistolului bobinei. Rețineți că bobina ar putea consuma un 5A la fel de mare și, prin urmare, partea bobinei nu poate fi construită pe o placă de prindere, deoarece plăcile de prindere sunt în mod normal evaluate doar pentru 500mA. Deci, fie puteți construi circuitul complet pe o placă de perfecționare prin lipirea componentelor, fie urmați un mod brut de lipire a liniilor de mare putere direct printr-o placă de panou așa cum am făcut așa cum se arată în imaginea de mai jos.

După cum puteți vedea, bobina este alimentată de clemele de alimentare reglementate (cleme de aligator) printr-un mosfet ale cărui știfturi sunt lipite direct pe fire. Știftul de poartă al mosfetului necesită doar 5V și, prin urmare, este dus la panoul unde este construit circuitul rămas, inclusiv regulatorul de tensiune, tranzistorul și comutatorul. Panoul de alimentare este alimentat de bateria de 9V, deși clemele bateriei.

Pentru a testa proiectul pistolului cu bobină, pur și simplu puneți piesa de metal în interiorul bobinei și apăsați butonul de pe panou. Aceasta ar trebui să lanseze proiectilul în afara bobinei. De asemenea, asigurați-vă că nu apăsați butonul continuu, deoarece aceasta va energiza bobina din nou după lansarea proiectilului și ar putea deteriora bobina permanent. Funcționarea completă a proiectului poate fi găsită în videoclip.

Sper că ați construit proiectul și l-ați pus în funcțiune. Dacă aveți întrebări, le puteți lăsa în secțiunea de comentarii de mai jos sau le puteți posta pe forumurile noastre pentru alte întrebări tehnice.