Kõrgühenduseta traadita toide: 9 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:50

Ehitage juhtmevaba jõuülekandesüsteem, mis suudab elektripirni toita või telefoni laadida kuni 2 meetri kauguselt! See kasutab resonantsmähisüsteemi magnetväljade saatmiseks edastusmähiselt vastuvõtvale mähisele.

Kasutasime seda oma kirikus Maxwelli nelja suure võrrandi jutluse ajal demona! Vaadake seda aadressil:

www.youtube.com/embed/-rgUhBGO_pY

Samm: asjad, mida vajate

• 18 -meetrine magnetiline traat. Pange tähele, et te ei saa tavalist traati kasutada, peate kasutama magnettraati (millel on väga õhuke emailiga isolatsioon). Üks näide on Amazonis saadaval siin:

  www.amazon.com/gp/product/B00BJMVK02

• 6 W (või vähem) vahelduvvoolu/alalisvoolu 12 V LED -pirn. Üks näide on siin:

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

• 1uF kondensaatorid (mitte elektrolüütikud, need peavad olema polariseerimata). Siin on teil mõned valikud. Kui ehitate väikese võimsusega versiooni, saate Radio Shackilt või Frysilt 250 V 1uF kondensaatoreid. Kui soovite ehitada suure võimsusega versiooni, peate Digikeyst muretsema spetsiaalsed 560 V kondensaatorid.
• 0.47uF kondensaator (mitte elektrolüütikud, peavad olema polariseerimata)
• Mingi võimsusvõimendi. Kasutasime 450W HI-FI võimendit. Võite kasutada kõike alates arvuti kõlarist. Mida rohkem energiat kasutate, seda suuremat ulatust saate sellest välja.
• Jootma ja jootma. Traadilõikurid
• Tükk vineeri ja mõned väikesed naelad (kasutatakse mähiste kerimiseks)
• Must elektrilint
• Mõõdulint ja joonlaud
• Isoleeritud traat
• Hammer

• Muutuva sageduse ja amplituudiga heliallikas, mis tekitab 8 khz siinusheli. Kõrvaklappide pesaga ühendamiseks on lihtne kasutada arvutit, sülearvutit või telefoni, millel on vabalt saadaval toonide genereerimise tarkvara. Kasutasin selle tarkvaraga Maci:

  code.google.com/p/audiotools/downloads/det… Või võite kasutada seda tarkvara personaalarvuti jaoks: kui teil on see olemas, saate kasutada ka funktsioonigeneraatorit (kallis katseseade)

NTE kondensaatorite osade loend (väikese võimsusega versiooni jaoks). Neid osi saate Frysist

3 x 1uF 50V kondensaator, NTE CML105M50 (lambipirni ja väikese mähise külge kinnitamiseks)

1 x 0.47uF 50V kondensaator, NTE CML474M50 (kinnitamiseks lambipirnile ja väikesele mähisele paralleelselt 1uF korkidega)

1 x 1uF 250V kondensaator, NTE MLR105K250 (suure mähise külge kinnitamiseks)

Digikey tellimus (suure võimsusega versiooni jaoks)

Lisatud on Digikey osade loend, mida saate kasutada suurema võimsusega versiooni jaoks. Need kondensaatorid töötavad kuni 560 V, mis võimaldab teil kasutada ~ 500 W võimendit ja tõusta peaaegu kahe jala kaugusele. Lisatud versioon sisaldab ainult minimaalseid osi. Kuni teete Digikey tellimust, tellige mõni lisa, kui teete vea või lasete selle õhku (eriti kehtib see TVS -kaitsedioodide kohta, mida ma mitu korda suitsetasin).

Samm: valmistage mähise kerija

Mähiste kerimiseks on vaja raami, millega need ümber keerata.

Vineeritükil peate kasutama kompassi, et tõmmata välja täpne 20 cm ring ja täpne 40 cm ring.

Hammernaelad ringis ühtlaselt paigutatud. 20 cm ringi jaoks kasutasin umbes 12 naela ja 40 cm ringi jaoks umbes 16. Ühes kohas ringis soovite teha sisenemispunkti, mis hoiab traati esimese mähise alguses.. Selles kohas haamer teise küünte ühe naela lähedale, seejärel teise paari tolli kaugusele.

Samm: kerige 40 cm mähis 20 pöördega ja 20 cm mähis 15 pöördega

Esmalt tehke traadi kinnitamiseks paar silmust, mille traat on välimisel naelal, ja seejärel alustage silmuse ümber mähise. Jätke mähise algusesse ja lõppu palju lisatraati. Jätke 3 jalga turvaliseks (seda läheb vaja elektroonikaga ühendamiseks).

Mähiste arvu on üllatavalt raske jälgida. Kasutage sõpra, et teid aidata.

Tehke mähised TÕESTI tihedad. Kui lõpetate lahtiste mähistega, on mähis jama.

Mähiseid on tõesti raske korras hoida (eriti kui kasutate 18 -mõõtmelist traati, on 24 -juhtmelist gabariiti kergem käsitseda, kuid see kaotab palju rohkem). Nii et teil on vaja mõnda inimest, kes aitaksid seda kerimisel alla hoida.

Pärast pöörete lõpetamist soovite sisse- ja väljalasketraati keerduda, et mähis püsiks kindlalt. Seejärel kleepige mähis mitme koha külge elektrilindiga.

Kui olete selle sammuga lõpetanud, peaks teil olema kaks mähist, üks mähis läbimõõduga 20 cm ja 15 pööret ning üks mähis, mille läbimõõt on 40 cm ja 20 pööret. Rullid tuleb tihedalt kokku keerata ja kinnitada teibiga. Peaksite olema võimelised neid üles võtma ja neid hõlpsalt käsitsema, ilma et need laguneksid või lahti keriksid.

Samm: lisage lambipirn ja elektroonika 20 cm mähisele

Järgmisena kinnitate lambipirni väikese mähise külge. Peate lambipostide külge jootma kolm 1uf (1 mikrofarad või teisiti öeldes 1 000nF) ja ühe 0,47uF (teisiti 470nF) kondensaatorit. See on kokku 3.47uF (kondensaatorid liituvad paralleelselt). Kui kasutate suure võimsusega versiooni, peaksite ülepinge eest kaitsma ka 20 V kahesuunalist TVS -dioodi lambipostide vahel.

Pärast kondensaatorite jootmist peate mähise juhtme otsad kogu mähise keskosa keerama. Traat on piisavalt jäik, et toetada lambipirni. Kui olete traadi kogu läbimõõdu ulatuses keeranud, lõikate traadi otsad lihtsalt lahti ja jätate need lahti.

Seejärel asetate lambipirni keerutatud juhtme keskele. Tõmbate keerdud lahku, nii et iga traat puudutab lambipirni ühte klemmi. Siis kraapid traadiga emaili noaga maha ja siis joodad puhastatud traadi lambipostide külge. Veenduge, et kasutate kampoli südamiku jootet. Võib -olla soovite lisada täiendavat kampolit, mis aitab emaili tükke puhastada.

Samm: kinnitage 40 cm mähis elektroonika külge

Järgmisena peate ühendama 40 cm mähise 1uF kondensaatoriga. Siin on näidatud suure võimsusega versioon, kus olen ühendanud paralleelselt 10x 0,1uF kondensaatorit, et teha üks 1uF kondensaator (paralleelsed kondensaatorid liituvad). Kondensaator läheb mähise ja võimsusvõimendi positiivse väljundi vahele. Spiraali teine pool läheb otse võimsusvõimendisse GND.

Samm: ühendage siinuslaineallikas vooluvõimendiga ja proovige järele

Viimane samm on siinuslaine loomine. Funktsioonide generaatori rakenduse saate alla laadida oma telefoni, sülearvutisse või töölauale. Soovite katsetada, et leida parim töösagedus.

Ühendate siinusallika helivõimendiga ja seejärel ühendate helivõimsuse 40 cm mähisega ja 1uF kondensaatoriga ning siis peaks kõik toimima!

Kui kasutate suure võimsusega helivõimendit (100W või rohkem), olge ettevaatlik! See võib tekitada väga kõrgeid pingeid, mis ületavad +/- 500 V. Testisin kõrgepingeulatusega, et veenduda, et ma ei hakka kondensaatoreid õhku laskma. Samuti on lihtne šokeerida, kui puudutate avatud juhet.

Samuti, kui kasutate suure võimsusega helivõimendit, ei saa te 20 cm mähist 40 cm mähisele liiga lähedale. Kui need on liiga lähedal, põlevad TVS -diood või LED -pirn liigse võimsuse tõttu.

Samm: looge traadita telefoni laadija

Ahelat saate telefoni laadimiseks hõlpsasti muuta. Ehitasin teise 20 cm mähise ja lisasin seejärel kogu vooluringi. Kasutatakse sama 3,47uF kondensaatorit ja TVS dioodi. Sellele järgneb silla alaldi (Comchip P/N: CDBHM240L-HF), millele järgneb 5V lineaarne regulaator (Fairchild LM7805CT), millele järgneb 47uF tantaalkondensaator. Suure võimsusega võimendi abil saab vooluahel hõlpsalt laadida telefoni pooleteise jala kauguselt!

8. samm: tulemused

Mõõdetud pinge ja kauguse kõverad on lisatud.

Disaini mõõtmised ja võrdlus simulatsiooni ja teooriaga

40 cm mähis

• Peamähis = 0,2 m raadius, 0,4 m läbimõõt. 18 gabariidiga traat 20 mähist
• Teoreetiline takistus = 20,95e-3*(2*pi*0,2*20+0,29*2) = 0,5387 oomi
• Tegelik takistus = 0,609 oomi. Erinevus teooriast: +13%
• Simuleeritud induktiivsus = 0,435mH Tegelik induktiivsus: 0,49mH. Simulatsiooni erinevus: +12%

20 cm mähis

• Vastuvõtumähis = 0,1 m raadius 0,2 m läbimõõt 18 mõõtejuhe 15 mähist
• Teoreetiline takistus = (2*pi*0,1*15+0,29*2)*0,0209 = 0,2091
• Tegelik takistus = 0,2490. Simulatsiooni erinevus: +19%
• Simuleeritud induktiivsus = 0,105mH. Tegelik induktiivsus = 0,1186 mH. Simulatsiooni erinevus: +12%

9. samm: simulatsioon, optimeerimine ja arutelu

Kuidas me disaini simuleerisime

Simuleerisime ja optimeerisime disaini 2-D mangetostaatilises simulaatoris ja SPICE abil.

Kasutasime tasuta 2-D mangetostaatilist simulaatorit nimega Infolytica. Tasuta saate alla laadida siit:

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

Kasutasime tasuta SPICE simulaatorit nimega LTSPICE. Saate selle alla laadida siit:

www.linear.com/designtools/software/

Mõlema simulaatori disainifailid on lisatud.

Arutelu

See disain kasutab resonantsset magnetostaatilist jõuülekannet. Helivõimendi tekitab elektrivoolu, mis voolab läbi edastusmähise ja tekitab võnkuva magnetvälja. See magnetväli võetakse vastu vastuvõtva pooli poolt ja muudetakse elektriväljaks. Teoreetiliselt saaksime seda teha ilma komponentideta (st kondensaatoriteta). Tõhusus on aga äärmiselt madal. Algselt tahtsime teha lihtsama disaini, milles kasutati ainult mähiseid ja muid komponente, kuid energiatõhusus oli nii halb, et LED -i ei saanud sisse lülitada. Niisiis liikusime resonantssüsteemi juurde. Lisatud kondensaator resoneerib ühel eriti sagedusel (antud juhul umbes 8 kHz). Kõigil muudel sagedustel on ahel äärmiselt ebaefektiivne, kuid täpselt resonantssagedusel muutub see väga tõhusaks. Induktor ja kondensaator toimivad nagu trafod. Saatemähisele paneme väikese pinge ja suure voolu (10Vrms ja 15Arms). See tekitab kondensaatoris> 400Vrms, kuid palju väiksema vooluga. See ongi resonantsahelate võlu! Resonantsahelaid kvantifitseeritakse "Q -teguri" abil. 40 cm läbimõõduga saatjapoolis on mõõdetud Q -tegur umbes 40, mis tähendab, et see on üsna tõhus.

Simuleerisime ja optimeerisime pooli Infolytica 2-D magnetostaatilise simulaatoriga. See simulaator andis meile iga mähise jaoks simuleeritud induktiivsuse ja kahe mähise vastastikuse induktiivsuse.

Magnetilised simuleeritud väärtused:

• Edastav mähis = 4,35 mH
• Vastuvõtmismähis = 0,105mH
• Vastastikune induktiivsus = 9,87uH. K = 6.87e-3 (mähistega 0,2 m kaugusel)

Seejärel võtsime need numbrid ja sisestasime need SPICE -sse, et simuleerida elektrilisi omadusi.

Saate alla laadida lisatud simulatsioonifailid ning proovida oma optimeeringuid ja mõõtmisi teha!

Lisatud on ka graafikud, mis näitavad mähiste tekitatud magnetvälja. Huvitav on see, et kuigi me kasutame palju energiat, on absoluutsed väljad üsna väikesed (milliTesla vahemikus). Seda seetõttu, et põllud on laiali laotatud suurele pinnale. Seega, kui liita (integreerida) magnetväli suurele pinnale, oleks see märkimisväärne. Kuid helitugevuse igal hetkel on see väike. Vahemärkusena: seetõttu kasutavad trafod rauasüdamikke, nii et magnetväli koondub ühte piirkonda.