Жоғары ауқымды сымсыз қуат: 9 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:27

Шамды қуаттандыратын немесе телефонды 2 футқа дейін зарядтай алатын сымсыз қуат беру жүйесін жасаңыз! Бұл магниттік өрісті таратушы катушкадан қабылдаушы катушкаға жіберу үшін резонансты катушкалар жүйесін қолданады.

Біз мұны біздің шіркеуде Максвеллдің төрт ұлы теңдеуі туралы уағыз кезінде демо ретінде қолдандық! Оны мына жерден тексеріңіз:

www.youtube.com/embed/-rgUhBGO_pY

1 -қадам: Сізге қажет нәрселер

• 18 калибрлі магниттік сым. Назар аударыңыз, сіз кәдімгі сымды қолдана алмайсыз, магнитті сымды қолдануға тура келеді (оның үстіне эмаль оқшаулағышы өте жұқа). Бір мысал Amazon -да қол жетімді:

  www.amazon.com/gp/product/B00BJMVK02

• 6 Вт (немесе одан аз) айнымалы ток/тұрақты ток кернеуі 12 В светодиодты шам. Бір мысал мына жерде:

  www.amazon.com/Original-Warranty-Dimmable-R…

• 1uF конденсаторлары (электролит емес, поляризацияланбаған болуы керек). Мұнда сізде бірнеше таңдау бар. Егер сіз қуаты төмен нұсқаны жасасаңыз, Radio Shack немесе Frys -тен 250 В 1uF конденсаторларын ала аласыз. Егер сіз қуатты нұсқасын жасағыңыз келсе, сізге Digikey -ден 560В арнайы конденсаторларды алу қажет болады.
• 0.47uF конденсаторы (электролит емес, поляризацияланбаған болуы керек)
• Қандай да бір күшейткіш. Біз 450 Вт HI-FI күшейткішті қолдандық. Сіз кез келген нәрсені компьютер динамигіне дейін пайдалана аласыз. Қуат неғұрлым көп пайдаланылса, соғұрлым сіз одан шығасыз.
• Дәнекерлеуші және дәнекерленген темір. Сым кескіштер
• Фанераның бір бөлігі және кішкене шегелер (орамдарды орау үшін қолданылады)
• Қара электрлік таспа
• Өлшеуіш таспа мен сызғыш
• Оқшауланған сым
• Балға

• Айнымалы жиілігі мен амплитудасы бар 8 кГц синусын шығаратын дыбыс көзі. Компьютерді, ноутбукті немесе телефонды дыбыс шығаратын бағдарламалық жасақтамасы бар және құлаққап ұясына қосу оңай. Мен осы бағдарламалық жасақтамамен Mac қолдандым:

  code.google.com/p/audiotools/downloads/det… Немесе сіз бұл бағдарламалық жасақтаманы дербес компьютерге қолдана аласыз: егер сізде функционалды генератор болса (сынақ қондырғысының қымбат бөлігі)

NTE конденсаторларының бөлшектер тізімі (қуаты аз нұсқа үшін). Сіз бұл бөлшектерді Frys -те ала аласыз

3 x 1uF 50V конденсатор, NTE CML105M50 (шамға және шағын катушкаға бекіту үшін)

1 x 0.47uF 50V конденсатор, NTE CML474M50 (шамға және кішкене катушкаға 1uF қақпақтармен параллель бекіту үшін)

1 x 1uF 250В конденсатор, NTE MLR105K250 (үлкен катушкаға бекіту үшін)

Digikey Order (жоғары қуатты нұсқа үшін)

Жоғары қуатты нұсқа үшін қолдануға болатын Digikey бөліктерінің тізімі қоса берілген. Бұл конденсаторлар 560 В дейін көтеріледі, бұл ~ 500 Вт күшейткішті қолдануға және екі футқа жуық диапазонға көтерілуге мүмкіндік береді. Қосылған нұсқа тек ең аз бөліктерді қамтиды. Егер сіз Digikey -ге тапсырыс берсеңіз, қателескенде немесе жарып жіберген кезде қосымша заттарға тапсырыс беріңіз (бұл мен бірнеше рет тартқан TVS қорғау диодтарына қатысты).

2 -қадам: катушканы орауыш жасаңыз

Катушкаларды орау үшін оларды айналдыру үшін жақтау қажет.

Фанера бөлігінде дәл 20 см шеңбер мен 40 см дәл шеңбер сызу үшін компасты қолдану қажет.

Балға шегелері шеңбер бойымен біркелкі орналасқан. 20 см шеңбер үшін мен шамамен 12 шегені қолдандым, ал 40 см шеңбер үшін шамамен 16 қолдандым. Шеңбердің бір жерінде сіз бірінші ораманы бастаған кезде сымды ұстап тұратын кіру нүктесін жасағыңыз келеді.. Бұл жерде бір шегеге жақын басқа шегені ұрыңыз, содан кейін тағы екі жұп қашықтықта.

3 -қадам: 40см катушканы 20 бұрылыспен және 20см катушканы 15 айналдырумен ораңыз

Сіз алдымен сымды бекіту үшін сыртқы шегеге сыммен бірнеше ілмек жасайсыз, содан кейін катушканың айналасындағы ілмекті бастаңыз. Катушканың басында және соңында қосымша сым көп қалдырылғанына көз жеткізіңіз. Қауіпсіз болу үшін 3 фут қалдырыңыз (электроникаға қосылу үшін сізге қажет).

Орамдардың санын қадағалап отыру таңқаларлық. Сізге көмектесу үшін досыңызды қолданыңыз.

Орамдарды шынымен тығыз етіңіз. Егер сіз бос орамалармен аяқталсаңыз, онда катушка тәртіпсіздікке ұшырайды.

Орамдарды ретке келтіру өте қиын (әсіресе егер сіз 18 сымды қолдансаңыз, 24 сымды өлшеуішті басқару оңай, бірақ одан да көп шығын бар). Сондықтан оны желмен ұстап тұру үшін сізге бірнеше адам қажет.

Бұрылыстарды аяқтағаннан кейін, катушканы орнында ұстау үшін кіріс сымы мен шығыс сымын бұру қажет болады. Содан кейін катушканы электрлік таспамен бірнеше жерге бекітіңіз.

Бұл қадамды аяқтағаннан кейін сізде екі катушка болуы керек: диаметрі 20 см және 15 бұрылысы бар бір катушкасы, диаметрі 40 см және бұрылысы 20. Катушкалар мықтап оралып, таспамен бекітілуі керек. Сіз оларды алып кетіп, шешіп алмауыңыз керек.

4 -қадам: Шам мен электрониканы 20 см катушкаға қосыңыз

Содан кейін сіз шамды кішкене катушкаға бекітесіз. Электр шамдарының тіректеріне үш 1уф (1 микрофарад немесе әр түрлі әдіспен 1 000нФ) және бір 0,47уФ (басқаша айтқанда 470нФ) конденсаторларды дәнекерлеу қажет. Бұл барлығы 3.47uF (конденсаторлар параллель қосылады). Егер сіз жоғары қуатты нұсқаны қолдансаңыз, шамадан тыс кернеуден қорғаныс ретінде шамдар тіректерінің арасында 20В екі бағытты TVS диодын дәнекерлеу керек.

Конденсаторларды дәнекерлегеннен кейін, катушка сымының ұштарын катушканың ортасына дейін бұрау керек. Сым шамды көтеруге жеткілікті қатаң. Сымды диаметрі бойынша толық бұрап алғаннан кейін, сіз сымның ұштарын кесіп, ашық қалдырасыз.

Содан кейін сіз шамды бұралған сымның ортасына қоясыз. Сіз бұрылыстарды ажыратасыз, осылайша әрбір сым шамның бір терминалына тиеді. Содан кейін сіз сым эмальын пышақпен қырып тастаңыз, содан кейін тазартылған сымды электр шамының тіректеріне дәнекерлеңіз. Кәдімгі дәнекерлеуішті қолданғаныңызға көз жеткізіңіз. Сіз эмальдың бөлшектерін тазартуға көмектесетін қосымша розин қосқыңыз келуі мүмкін.

5 -қадам: 40 см катушканы электроникаға бекітіңіз

Содан кейін сізге 40см катушканы 1ФФ конденсаторға қосу керек. Мұнда жоғары қуатты нұсқасы көрсетілген, онда мен 1xF конденсаторды жасау үшін параллель 10x 0.1uF конденсаторларды қостым (конденсаторлар параллель қосылады). Конденсатор катушка мен күшейткіштің оң шығысының арасында жүреді. Катушканың екінші жағы тікелей GND күшейткішіне өтеді.

6 -қадам: Синусоидалық толқын көзін қуат күшейткішке жалғап көріңіз

Соңғы қадам - синусикалық толқын құру. Сіз телефонға, ноутбукке немесе жұмыс үстеліне функция генераторы қосымшасын жүктей аласыз. Ең жақсы жұмыс жиілігін табу үшін тәжірибе жасағыңыз келеді.

Сіз синус көзін дыбыс күшейткішке қосасыз, содан кейін дыбыс күшейткішін 40см катушка мен 1uF конденсаторға қосасыз, содан кейін бәрі жұмыс істеуі керек!

Егер сіз жоғары қуатты аудио күшейткішті қолдансаңыз (100 Вт немесе одан жоғары), АБАЙ БОЛЫҢЫЗ! Ол +/- 500В-тан асатын өте жоғары кернеулерді шығара алады. Мен конденсаторларды жарып жібермеу үшін жоғары кернеулі диапазонда сынап көрдім. Егер сіз қорғасынға тиіп кетсеңіз, таң қалу оңай.

Сондай -ақ, егер сіз жоғары қуатты дыбыс күшейткішті қолдансаңыз, 20см катушканы 40см катушкасына тым жақындата алмайсыз. Егер олар тым жақын болса, ТВС диоды немесе жарықдиодты шам шамадан тыс қуаттан күйіп кетеді.

7 -қадам: сымсыз телефон зарядтағышын жасаңыз

Телефонды зарядтау үшін тізбекті оңай өзгертуге болады. Мен 20 см екінші катушканы салдым, содан кейін барлық схеманы қостым. Сол 3.47uF конденсатор мен TVS диоды қолданылады. Одан кейін көпір түзеткіші (Comchip P/N: CDBHM240L-HF), содан кейін 5В желілік реттегіш (Fairchild LM7805CT), одан кейін 47uF танталдық конденсатор. Қуатты күшейткіштің көмегімен тізбек телефонды бір жарым фут қашықтықтан оңай зарядтай алады!

8 -қадам: Нәтижелер

Өлшенген кернеуге қарсы қашықтық қисықтары бекітілген.

Дизайн өлшемдері және модельдеу мен теорияға салыстыру

40 см катушка

• Негізгі катушка = радиусы 0,2 м, диаметрі 0,4 м. 18 калибрлі сым 20 орам
• Теориялық қарсылық = 20.95e-3*(2*pi*0.2*20+0.29*2) = 0.5387 ом
• Нақты қарсылық = 0,609 Ом. Теориядан айырмашылық: +13%
• Симуляцияланған индуктивтілік = 0.435mH Нақты индуктивтілік: 0.49mH. Модельдеудің айырмашылығы: +12%

20 см катушка

• Катушканы алу = 0,1м радиусы 0,2м диаметрі 18 бұрандалы сым 15 орам
• Теориялық қарсылық = (2*pi*0,1*15+0,29*2)*0,0209 = 0,2091
• Нақты қарсылық = 0.2490. Модельдеудің айырмашылығы: +19%
• Симуляцияланған индуктивтілік = 0.105mH. Нақты индуктивтілік = 0.1186mH. Модельдеудің айырмашылығы: +12%

9 -қадам: модельдеу, оңтайландыру және талқылау

Біз дизайнды қалай модельдедік

Біз дизайнды екі өлшемді мангетостатикалық тренажерда және SPICE көмегімен модельдеп, оңтайландырдық.

Біз Infolytica деп аталатын тегін 2-D мангетостатикалық тренажерды қолдандық. Сіз бұл жерден тегін жүктей аласыз:

www.infolytica.com/kz/products/trial/magnet…

Біз LTSPICE деп аталатын SPICE тегін тренажерін қолдандық. Сіз оны мына жерден жүктей аласыз:

www.linear.com/designtools/software/

Екі тренажер үшін дизайн файлдары қоса берілген.

Талқылау

Бұл дизайн резонансты магнитостатикалық электр берілуін қолданады. Дыбыс күшейткіші электр тогын шығарады, ол жіберуші катушка арқылы өтеді және тербелмелі магнит өрісін тудырады. Бұл магнит өрісін қабылдайтын катушка қабылдайды және электр өрісіне айналады. Теорияда біз мұны ешқандай компоненттерсіз (яғни конденсаторларсыз) жасай аламыз. Алайда, тиімділік өте төмен. Біз бастапқыда катушкалар мен басқа компоненттері жоқ қарапайым дизайнды жасағымыз келді, алайда қуат тиімділігі соншалықты нашар болды, сондықтан жарық диодты қосуға болмады. Осылайша біз резонанстық жүйеге көштік. Біз қосқан конденсатор бір жиілікте резонанс жасайды (бұл жағдайда шамамен 8 кГц). Барлық басқа жиіліктерде тізбек өте тиімсіз, бірақ дәл резонанстық жиілікте ол өте тиімді болады. Индуктивті және конденсаторлық трансформатор сияқты әрекет етеді. Өткізгіш катушкаға біз кішкене кернеу мен жоғары ток (10Врм және 15Арм) саламыз. Бұл конденсатор бойынша> 400 Врм шығарады, бірақ ток әлдеқайда төмен. Бұл резонанстық схемалардың сиқыры! Резонанстық тізбектер «Q коэффициентімен» сандық түрде есептеледі. Диаметрі 40 см таратқыш катушкаларда Q коэффициенті шамамен 40 құрайды, бұл өте тиімді.

Біз катушканы Infolytica 2-D магнитті статикалық тренажерімен модельдедік және оңтайландырдық. Бұл тренажер бізге әр катушка үшін имитацияланған индуктивтілікті және екі катушка арасындағы өзара индуктивтілікті берді.

Магниттік модельдеу мәндері:

• Өткізгіш катушка = 4.35мГц
• Қабылдау катушкасы = 0.105 мГц
• Өзара индуктивтілік = 9.87uH. K = 6.87e-3 (катушкалар 0,2 м бөлінген)

Содан кейін біз электрлік сипаттамаларды имитациялау үшін сол сандарды алып, оларды SPICEке жібердік.

Сіз қоса берілген имитациялық файлдарды жүктей аласыз және оңтайландырулар мен өлшемдерді жасауға тырысасыз!

Сонымен қатар катушкалар шығаратын магнит өрісін көрсететін өріс учаскелері бекітілген. Бір қызығы, біз көп күш салсақ та, абсолютті өрістер өте аз (миллиTesla диапазонында). Бұл өрістер үлкен беткейге жайылғандықтан. Егер сіз магнит өрісін үлкен бетке қоссаңыз (біріктірсеңіз), бұл маңызды болар еді. Бірақ көлемнің кез келген нүктесінде ол кішкентай. Ескерту ретінде трансформаторлар магнит өрісінің бір аймаққа шоғырлануы үшін темір ядроларды пайдаланады.