Πώς να φτιάξετε ένα ηλεκτρομαγνητικό όπλο

Το Coil Gun, όπως πιστεύουν πολλοί άνθρωποι (συμπεριλαμβανομένου και εγώ) δεν είναι απλώς ένα διασκεδαστικό παιχνίδι με ένα σωλήνα και λίγα πηνία γύρω του που μπορούν να πυροβολήσουν βλήματα σε μια συγκεκριμένη απόσταση. Οι επιστήμονες στα Sandia National Laboratories πιστεύουν ότι ένα coilgun μπορεί να κατασκευαστεί για να επιταχύνει τα σωματίδια με μεγαλύτερη ταχύτητα που είναι αρκετά υψηλή ώστε να ξεφύγει από τη βαρύτητα της γης. Ναι, το ακούσατε σωστά! Το Coil gun θα μπορούσε ενδεχομένως να χρησιμοποιηθεί για την εκτόξευση δορυφόρων στο μέλλον. Ίσως υπάρχουν άνθρωποι που το έχουν δοκιμάσει και επίσης που εργάζονται επί του παρόντος. Εκτός από τις διαστημικές εφαρμογές, ο στρατός φαίνεται επίσης να ενδιαφέρεται για μια άλλη μορφή Coil Gun που ονομάζεται Rail Gun ή Rail Gun που θα μπορούσε να πυροδοτήσει βλήματα.

Όλα αυτά με ενδιέφεραν να φτιάξω τη δική μου έκδοση Coil Gun. Επίσης, είναι τόσο ικανοποιητικό να παίζεις και να βλέπεις τα μεταλλικά βλήματα να βγαίνουν από το πηνίο με ένα κλικ ενός κουμπιού. Πριν ξεκινήσουμε, θα ήθελα να καταστήσω σαφές ότι αυτό το έργο είναι αποκλειστικά για εκπαιδευτικούς σκοπούς, οπότε αν ψάχνετε να φτιάξετε αυτό το όπλο για να ξεφύγετε από αυτόν τον φοβερό στο γυμνάσιο σας, τότε μάλλον θα πρέπει να επισκεφθείτε έναν ψυχολόγο. Το έργο περιλαμβάνει επίσης ιπτάμενα μεταλλικά κομμάτια και υψηλές τάσεις, επομένως να είστε προσεκτικοί ενώ εργάζεστε. Τούτου λεχθέντος ας ξεκινήσουμε.

Απαιτούμενα υλικά

• Σύρμα χαλκού (σμάλτο)
• Αισθητήρας IR (Τύπος μέτρησης ταχύτητας)
• IRFZ44N MOSFET
• Τρανζίστορ BC557 PNP
• Αντίσταση 10k και 1K
• 7805 Ρυθμιστής
• 0.1uF
• Πλήκτρο
• Ψωμί
• Πηγή ισχύος (RPS)
• Μπαταρία 9V

Πώς λειτουργεί ένα Coil Gun;

Η βασική αρχή πίσω από ένα Coil Gun είναι ότι ένας τρέχων αγωγός μεταφοράς θα προκαλέσει ένα μαγνητικό πεδίο γύρω από αυτό, το οποίο δήλωσε ο Faraday. Για να βελτιωθεί η αντοχή αυτού του μαγνητικού πεδίου, ο τρέχων αγωγός μεταφοράς τυλίγεται σε μορφή πηνίου. Τώρα, όταν τροφοδοτείται αυτό το πηνίο παράγει ένα μαγνητικό πεδίο γύρω του, το οποίο είναι αρκετά ισχυρό ώστε να προσελκύει μεταλλικά (ή άλλα μαγνητικά Ferro) κομμάτια και βλήματα σε αυτό.

Μια τέτοια διάταξη θα προσελκύσει το βλήμα μόνο από το ένα άκρο και όταν φτάσει στο άλλο άκρο θα προσελκύσει ξανά μέσα στο πηνίο και έτσι το βλήμα θα παραμείνει μέσα στο ίδιο το πηνίο μετά από λίγες ταλαντώσεις. Αυτό συμβαίνει επειδή κατά τη διάρκεια της διαδικασίας το βλήμα μαγνητίζεται και λειτουργεί ως μαγνήτης, αρκεί να υπάρχει μαγνητικό πεδίο, το βλήμα (μαγνήτης) θα τείνει να παραμείνει μόνο μέσα στο πηνίο. Όμως, ένα πηνίο πηνίου πρέπει να εκτοξεύει βλήμα από αυτό, οπότε πρέπει να χρησιμοποιήσουμε έναν αισθητήρα για να ελέγξουμε εάν το βλήμα έχει φτάσει στο άλλο άκρο του πηνίου και πότε το πηνίο πρέπει να απενεργοποιηθεί, με αυτόν τον τρόπο το βλήμα θα ταξιδέψει με την ίδια ταχύτητα και ξεφύγουν από το πηνίο.

Μπορεί να ακούγεται απλό, αλλά η πολυπλοκότητα μπορεί να αυξηθεί χρησιμοποιώντας περισσότερα από ένα πηνία. Με τη χρήση πολλαπλών πηνίων, η ταχύτητα του βλήματος μπορεί να αυξηθεί ενώ διέρχεται μέσω πηνίου. Ένα άλλο δύσκολο έργο είναι να προμηθευτείτε αρκετό ρεύμα για το πηνίο. Το πηνίο μπορεί να καταναλώνει οπουδήποτε μεταξύ 5Α έως 10Α στα 24V με βάση τον αριθμό στροφών και το πάχος του πηνίου. Έτσι, για να βρει τόσο υψηλό ρεύμα, οι περισσότεροι άνθρωποι χρησιμοποιούν έναν μεγάλο πυκνωτή για να το αντιμετωπίσουν. Αλλά στο σεμινάριό μας για να κρατήσουμε τα πράγματα απλά , θα φτιάξουμε ένα όπλο πηνίου ενός σταδίου και θα το τροφοδοτήσουμε με μονάδα RPS

Διάγραμμα κυκλώματος

Το πλήρες διάγραμμα κυκλώματος για αυτό το μονόπλευρο Coil Gun φαίνεται στην παρακάτω εικόνα.

Όπως μπορείτε να δείτε, το κύκλωμα είναι πολύ απλό. Το κύριο συστατικό του κυκλώματος είναι το ίδιο το Coil. θα δούμε πώς θα το φτιάξουμε στον επόμενο τίτλο. Το πηνίο τροφοδοτείται από μια τάση τροφοδοσίας 24V από το RPS μας, η παροχή ελέγχεται (αλλάζει) μέσω ενός N-Channel MSFET IRF544Z. Ο πείρος πύλης του τρανζίστορ τραβιέται κάτω από μια αντίσταση 10k (R1) και η δίοδος D1 χρησιμοποιείται για να παρακάμψει το αντίστροφο ρεύμα όταν το πηνίο εκφορτώνεται.

Το MOSFET είναι κανάλι Ν και ως εκ τούτου παραμένει απενεργοποιημένο έως ότου τροφοδοτηθεί τάση κατωφλίου πύλης στην περίπτωση αυτή 5V στον πείρο πύλης. Αυτό γίνεται με ένα μπουτόν μέσω ενός τρανζίστορ PNP (BC557), όταν πατηθεί το κουμπί, το 5V παρέχεται στον πείρο πύλης του MOSFET και το πηνίο είναι ενεργοποιημένο. Αυτό θα προσελκύσει το βλήμα και θα το προωθήσει σε άλλο άκρο. Μόλις το βλήμα φτάσει στο άλλο άκρο, ο αισθητήρας υπερύθρωνθα το αντιληφθεί και θα στείλει ένα σήμα 5V στον ακροδέκτη βάσης του τρανζίστορ PNP μέσω της περιοριστικής αντίστασης ρεύματος 1Κ. Αυτό θα ανοίξει το τρανζίστορ και ως εκ τούτου το 5V στο MOSFET θα αποσυνδεθεί και το πηνίο θα απενεργοποιηθεί επίσης. Ως εκ τούτου, το βλήμα θα ξεφύγει από το πηνίο και θα εκτοξευθεί. Το 5V για να τροφοδοτήσει τον αισθητήρα υπερύθρων και να ενεργοποιήσει το τρανζίστορ και το MOSFET ρυθμίζεται από ένα IC ρυθμιστή τάσης 7805 από μια μπαταρία 9V.

Εκκαθάριση του πηνίου

Όπως ειπώθηκε νωρίτερα, το πιο σημαντικό στοιχείο σε αυτό το κύκλωμα είναι το πηνίο. Πριν ξεκινήσετε να τυλίγετε το πηνίο θα πρέπει να αποφασίσετε ποιο θα είναι το μέγεθος του βλήματός σας, στην περίπτωσή μου χρησιμοποιώ ένα κοχλία οδηγού ως βλήματα. Αλλά μπορείτε να επιλέξετε οτιδήποτε έχει μαγνητικές ιδιότητες Ferro. Αφού επιλέξουμε το βλήμα, πρέπει να επιλέξουμε μια δομή τύπου οπής που να αρκεί για να γλιστρήσει το βλήμα αν και χωρίς τριβή. Προσπάθησα να χρησιμοποιήσω ένα κενό στυλό επαναπλήρωσης και λειτούργησε τέλεια για μένα. Μπορείτε να επιλέξετε ένα με βάση το μέγεθος του βλήματός σας. Στη συνέχεια, το μήκος της κυλινδρικής βάσης μπορεί να είναι έως 5 εκατοστά. Τέλος αγοράζουν επίσης εμαγιέ χάλκινο σύρμα των μεσαίου πάχους, η δική μου είναι πάχους 0.8mm.

Αφού συγκεντρώσετε όλα τα απαιτούμενα υλικά, παίξτε την αγαπημένη σας λίστα αναπαραγωγής και ξεκινήστε να τυλίγετε το πηνίο πάνω από την κυλινδρική βάση σας. Βεβαιωθείτε ότι η περιέλιξη δεν περιστρέφεται το ένα πάνω στο άλλο και δεν χαλαρώνει εύκολα. Αφού τελειώσετε το πρώτο στρώμα περιέλιξης, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μια μονωτική ταινία (ηλεκτρική ταινία) για να την ασφαλίσετε στη θέση της και στη συνέχεια να αρχίσετε να φτερώνετε το δεύτερο στρώμα πάνω του με παρόμοιο τρόπο. Σημειώστε ότι πρέπει πάντα να τυλίγετε το πηνίο σε μία μόνο κατεύθυνση, εάν έχετε ξεκινήσει από αριστερά προς τα δεξιά αφού φτάσετε στο τέλος για το πρώτο στρώμα ξεκινήστε ξανά από αριστερά για να τυλίξετε το δεύτερο στρώμα. Μπορείτε να επαναλάβετε αυτό το βήμα μέχρι να φτάσετε τα 5-7 επίπεδα. Έκανα περίπου 6 στρώματα με κάθε στρώμα να έχει περίπου 60 στροφές. Η διάταξη των πηνίων μου μοιάζει με αυτό που φαίνεται στην παρακάτω εικόνα.Έχω χρησιμοποιήσει δύο τρισδιάστατους τυπωμένους δίσκους (λευκό χρώμα) μόνο για να στερεώσω το πηνίο στη θέση που είναι προαιρετικά.

Η εργασία με πηνία είναι πάντα δύσκολη και πρέπει κανείς να το τυλίξει σωστά για να λειτουργήσει σωστά, όπως στο Tesla Coil Project, πολλοί άνθρωποι δεν θα έχουν τη σωστή έξοδο λόγω ακατάλληλης περιέλιξης πηνίων.

Εργασία του Mini Coil Gun

Αφού χτίσετε το πηνίο, μπορείτε να το συνδέσετε με το υπόλοιπο κύκλωμα του πηνίου. Λάβετε υπόψη ότι το πηνίο μπορεί να καταναλώνει τόσο υψηλό όσο το 5Α και ως εκ τούτου το πηνίο δεν μπορεί να χτιστεί πάνω σε ένα ψωμί, επειδή οι ψωμίδες βαθμολογούνται κανονικά μόνο για 500mA. Επομένως, μπορείτε είτε να δημιουργήσετε το πλήρες κύκλωμα σε μια πλακέτα perf με συγκόλληση των εξαρτημάτων ή να ακολουθήσετε έναν ακατέργαστο τρόπο συγκόλλησης των γραμμών υψηλής ισχύος απευθείας μέσω ενός breadboard όπως έχω κάνει όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα.

Όπως μπορείτε να δείτε, το πηνίο ενεργοποιείται από τα κλιπ Ρυθμιζόμενης τροφοδοσίας (κλιπ αλιγάτορα) μέσω ενός mosfet του οποίου οι καρφίτσες συγκολλούνται απευθείας στα καλώδια. Ο πείρος πύλης του mosfet απαιτεί μόνο 5V και ως εκ τούτου μεταφέρεται στον πίνακα ψωμιού όπου είναι κατασκευασμένο το υπόλοιπο κύκλωμα, συμπεριλαμβανομένου του ρυθμιστή τάσης, του τρανζίστορ και του διακόπτη. Το breadboard τροφοδοτείται από την μπαταρία 9V μέσω της μπαταρίας.

Για να δοκιμάσετε το πηνίο, απλά τοποθετήστε το μεταλλικό κομμάτι μέσα στο πηνίο και πατήστε το κουμπί στην πλακέτα. Αυτό πρέπει να εκτοξεύσει το βλήμα έξω από το πηνίο. Επίσης, βεβαιωθείτε ότι δεν πατάτε συνεχώς το κουμπί, καθώς αυτό θα ενεργοποιήσει ξανά το πηνίο μετά την εκτόξευση του βλήματος και ενδέχεται να καταστρέψει μόνιμα το πηνίο. Το πλήρες έργο του έργου βρίσκεται στο βίντεο.

Ελπίζω να χτίσετε το έργο και να το λειτουργήσετε. Αν έχετε απορίες, μπορείτε να τα αφήσετε στην ενότητα σχολίων παρακάτω ή να τα δημοσιεύσετε στα φόρουμ μας για άλλες τεχνικές ερωτήσεις.