Близятся новогодние праздники. А как прийти в Новый год без подарка, к родным, близким и друзьям. И в тоже время, еще не потеряла актуальности старая присказка, что лучший подарок – это подарок сделанный своими руками. А почему бы и нет, давайте попробуем сделать кому-либо оригинальный новогодний подарок.
В качестве такого подарка предлагается изготовить простейший левитрон. Магнитная левитация всегда выглядит впечатляюще и завораживающе. С помощью невидимой электромагнитной силы поднимем и удержим в воздухе небольшой неодимовый магнит. Создание парящего эффекта осуществляется поднятием и опусканием магнита в очень небольшом диапазоне высот, но с высокой частотой. Такое устройство сегодня можно сделать самому. И для этого не обязательно тратить много денег и времени.
В данной статье рассмотрим схему и технологию изготовления магнитного левитрона из простых и дешевых компонентов.
Схема устройства для магнитной левитации представлена ниже.
Принцип работы устройства
С помощью данной схемы, катушка L1 создает определенное электромагнитное поле, которое удерживает на весу постоянный магнит. Так как равновесное положение крайне не стабильно, для удержания магнита в схеме используется система автоматического контроля и управления. Датчиком контроля положения, служит магнитоуправляемый датчик MD1, на основе эффекта Холла. Он расположен и закреплен в центре катушки, со стороны рабочего торца.
Работа датчика Холла (MD1) заключается в понижении выходного сигнала (выв.3), вплоть до отключения, при нарастании статического или динамического магнитного поля. При понижении магнитного поля, все наоборот. Датчик Холла работает при небольшом напряжении питания (4…20 V) и малом токе (3…20 mA), управляя при этом силовым транзистором VT1.
Светодиод LED1 служит для визуального контроля над работой устройства.
Диод VD2 обеспечивает быстродействие работы катушки.
Схема работает следующим образом.
При включении устройства, ток проходит через катушку L1 и открытый транзистор VT1.
При этом катушка создает магнитное поле и начинает притягивать постоянный магнит. Магнит притягивается к электромагниту, но поднимаясь, он попадает в зону действия датчика положения (МD1) и своим магнитным полем переключает его. При этом подается сигнал на транзистор VT1, который отключает электромагнит. Тогда постоянный магнит начинает падать, но выйдя из зоны чувствительности датчика, вновь включает электромагнит. При этом магнит вновь вынужден двигаться к электромагниту. Таким образом, постоянный магнит непрерывно колеблется около определенной системой точки.
Для того, чтобы постоянный магнит в процессе колебаний не перевернулся, его положение стабилизируют, например, закрепив к нему что либо снизу. При перевороте магнита, меняется его полюс, обращенный к датчику положения МD1 и схема перестает работать, так как датчик управляется только южным полюсом магнита.
Изготовление устройства
1. Основу устройства левитрона определяет катушка электромагнита. Ее выбор будет во многом определять конструкцию устройства.
Катушку можно изготовить самостоятельно. Достаточно намотать на трубку 500…600 витков эмалированного провода диаметром 0,3…0,4 мм (потребуется около 20 метров провода). Для питания такого устройства можно использовать блок питания или зарядное устройство на напряжение 5 - 9 вольт.
Возможен вариант использования имеющейся промышленной катушки. При этом желательно знать ее номинальное напряжение питания и подобрать в дальнейшем соответствующий источник питания.
В нашем случае, для оригинального подарка, требуется компактное исполнение устройства, поэтому была выбрана катушка малогабаритного реле.
2. Кроме катушки нам потребуется полевой транзистор, например, IRFZ44N или другой подобный MOSFET, опять же в зависимости от параметров применяемой катушки. В нашем случае задействован транзистор IRF630, оставшийся на кусочке платы, после утилизации видеоаппаратуры.
Также нужен датчик Холла, например, типа A3144, AH443 или другой, работающий на аналогичных режимах. В данном случае использован дешевый датчик, найденный в магазине, модели HAL 508 UA-A-2-B-1-00.
Доукомплектуем устройство остальными покупными радиодеталями согласно приведенной схеме.
3. Для проверки и настройки работы левитрона, собираем левую часть вышеприведенной схемы, за исключением резистора R2 и с изменением номинала R3 на 330 Ом. Правая часть схемы представляет собой источник питания устройства, и в этом варианте она не нужна. Сборку и отработку схемы удобнее выполнить на универсальной монтажной плате, но так как имеющийся транзистор уже был впаян вместе с радиатором на кусочке платы, подходящего размера, распаял схему рядом с ним.
4. Собираем катушку. Датчик Холла помещаем и временно закрепляем по центру отверстия, в самом низу катушки.
5. Испытание устройства. Зафиксируем катушку на некотором расстоянии от поверхности стола. После этого на устройство магнитной левитации можно подать питание. Так как катушка указанного ранее реле имеет сопротивление обмотки 210 Ом и рассчитана на постоянный ток напряжением 12В, подключаем ее к соответствующему источнику питания.
Затем необходимо определить, какой стороной ориентировать к электромагниту постоянный неодимовый магнит. Включаем левитрон (должен загореться светодиод) и подносим магнит к низу катушки, со стороны датчика Холла. Если магнит притягивается к катушке и светодиод при этом гаснет - то магнит ориентирован правильно, но если магнитное поле катушки выталкивает его, то магнит необходимо перевернуть. Если светодиод не гаснет, при подводе магнита любой стороной, необходимо поменять местами концы катушки, т.е. сменить ее полюса. Когда все сделано правильно, электромагнитная сила подхватит магнит и будет удерживать его в воздухе. Не забываем стабилизировать положение магнита, чтобы он в процессе колебаний не перевернулся. В данном случае использовался кольцевой неодимовый магнит диаметром 7 мм и толщиной 1 мм, взятый из микро наушника. Для его стабилизации достаточно кусочка изоленты приклеенного с одной стороны магнита.
Примечание. Первые испытания с этой катушкой прошли не удачно. Сердечник катушки реле усиливал магнитное поле, но и оказывал свое влияние при отключении катушки. В процессе наладки, положение магнита было не стабильно или магнит притягивался к сердечнику при выключенной катушке. При удалении сердечника из катушки процесс стабилизировался, что видно на фото.
6. Модернизация устройства. Дальнейшие испытания показали некоторые недостатки. Во-первых, необходимость дополнительного источника питания, что увеличивает сложность и размеры и не добавляет оригинальности подарку. Во-вторых, при увеличении дальности полета (расстоянии от катушки), нужно увеличивать напряжение питания, а это ведет к нежелательному нагреву катушки.
Возможно, конечно, остановиться и на этом варианте, используя полученные возможности. Осталось всего лишь «упаковать» устройство в достойный корпус.
7. Можно изготовить второй вариант устройства, заменив катушку на более высоковольтную (но с меньшим током потребления) и изготовить дополнительно встроенный бестрансформаторный блок питания. Полная схема этого устройства приведена в начале статьи.
Второй вариант катушки от импортного реле рассчитан на напряжение 110 вольт и имеет сопротивление обмотки 4700 Ом. Комплектуем устройство деталями согласно схеме.
8. Изготовим бестрансформаторный блок питания (правая часть схемы). Он преобразует переменный ток 220 вольт в нужное нам напряжение - около 100 вольт (определяется стабилитроном VD3) постоянного тока небольшой величины (определяется емкостью конденсатора С3 типа К73-17). Такой БП имеет преимущества – простая схема и малые габариты. Но имеет и недостаток – присутствует опасность поражения электрическим током при контакте с деталями на включенном устройстве. Однако при соблюдении правил техники безопасности, отсутствие гальванической развязки в полностью изолированном устройстве будет безопасным.
9. В качестве корпуса для левитрона используем сопрягаемые по размерам, патрон от сгоревшей люминесцентной энергосберегающей лампы и светорассеивающий плафон от светодиодной лампы. Разместим и сформируем схему на плате по внутренним размерам патрона, припаяем плату к выводам патрона.
Так как сглаживающий конденсатор С2 не входит в патрон, установим его на плату левитрона. Также уберем радиатор транзистора, так как при малой мощности нагрузки он необязателен.
10. Соберем устройство на стенде и испытаем.
В данном случае использовался кольцевой неодимовый магнит диаметром 10 мм и толщиной 3 мм. Датчик MD1 установим по центру катушки и предварительно зафиксируем кусочком поролона. Перемещая датчик Холла, добиваемся стабильного зависания магнита на максимальном расстоянии от катушки. Закрепляем положение датчика относительно катушки.
11. После настройки левитрона собираем и склеиваем устройство. Для придания устройству большего эффекта светодиодной лампы, можно добавить внутрь плафона 2-3 постоянно включенных светодиода с ограничительными резисторами. Для обеспечения теплоотвода, предусмотреть в патроне вентиляционные отверстия, если они не были предусмотрены конструкцией бывшей лампы.
Для создания заворачивающего парящего эффекта, магнит можно завуалировать какой либо легкой фигуркой, например, контуром мотылька.
Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.
