Як зробити електромагнітну котушку

Катушка-пістолет, як вважають багато людей (в тому числі і я), - це не просто весела іграшка з трубкою і кількома котушками навколо неї, яка може стріляти снарядами на певну відстань. Вчені з національних лабораторій Sandia вважають, що спіраль може бути спроектована для прискорення частинок з більшою швидкістю, яка є достатньо високою, щоб уникнути земного тяжіння. Так, ви правильно чули! Котушковий пістолет може бути використаний для запуску супутників у майбутньому. Можливо, є люди, які це спробували, а також зараз працюють над цим. Окрім космічних застосувань, військові, схоже, цікавляться ще однією формою котушкової гармати, яка називається залізнична зброя або залізнична зброя, яка може стріляти снарядами.

Все це зацікавило мене у створенні власної версії Coil Gun. Крім того, так приємно грати і спостерігати, як металеві снаряди вискакують з котушки одним натисканням кнопки. Перш ніж ми почнемо, я хотів би чітко пояснити, що цей проект призначений виключно для освітніх цілей, тому, якщо ви хочете створити цей пістолет для втечі від цього хулігана у вашій середній школі, то, мабуть, вам слід відвідати психолога. Проект також передбачає розлітання металевих шматків та високу напругу, тому будьте обережні під час роботи. Сказано, давайте почнемо.

Необхідні матеріали

• Мідний дріт (емальований)
• ІЧ-датчик (тип вимірювання швидкості)
• МОП-транзистор IRFZ44N
• BC557 Транзистор PNP
• Резистор 10k та 1K
• 7805 Регулятор
• 0,1 мкФ
• Нажимна Кнопка
• Макет
• Джерело живлення (RPS)
• 9 В акумулятор

Як працює котушковий пістолет?

Основним принципом котушкового пістолета є те, що струмопровідний індуктор буде індукувати навколо нього магнітне поле, про що заявив Фарадей. Для поліпшення сили цього магнітного поля провідник струму намотується у вигляді котушки. Тепер, коли ця котушка живиться, вона створює навколо неї магнітне поле, яке є достатньо сильним, щоб залучити в неї металеві (або інші феромагнітні) шматки, а саме снаряди.

Таке розташування приверне до нього снаряд лише з одного кінця, а коли він досягне іншого кінця, він знову залучиться всередину котушки, і, таким чином, снаряд залишиться всередині самої котушки після кількох коливань. Це пов’язано з тим, що під час процесу снаряд намагнічується і діє як магніт, тому поки магнітне поле присутнє, снаряд (магніт) буде прагнути залишатися лише в котушці. Але гвинтовий пістолет повинен випустити з нього снаряд, тому нам слід використовувати датчик, щоб перевірити, чи досягнув снаряд іншого кінця котушки, і коли котушку слід вимкнути, таким чином снаряд рухатиметься з такою ж швидкістю і вирватися з котушки.

Це може звучати просто, але складність можна збільшити, використовуючи більше однієї котушки. За допомогою кількох котушок можна збільшити швидкість снаряда, коли він проходить крізь котушку. Ще одним складним завданням є отримання достатнього струму для котушки. Котушка може споживати десь між 5А і 10А при 24В залежно від кількості витків і товщини котушки. Отже, для джерела такої великої сили струму більшість людей використовують великий конденсатор для боротьби з ним. Але в нашому навчальному посібнику, щоб зробити речі простішими, ми побудуємо одноступінчату котушкову рушницю та запустимо її з блоком RPS.

Кругова діаграма

Повна електрична схема цієї одностадійної котушкової пістолета показана на зображенні нижче.

Як бачите, схема досить проста. Основна складова в ланцюзі - сама котушка; ми побачимо, як ми будуємо це в наступному заголовку. Котушка знаходиться під напругою, утворюють напруга живлення 24В формують наш RPS, подача контролюється (перемикається) через N-Channel MSFET IRF544Z. Штифт затвора транзистора витягується вниз через резистор 10k (R1), а діод D1 використовується для обходу зворотного струму при розряді котушки.

MOSFET є N-канальним, і, отже, він залишається вимкненим, поки порогова напруга затвора в цьому випадку не подається на штифт затвора 5В. Це робиться кнопкою, хоча транзистор PNP (BC557), при натисканні кнопки 5 В подається на штифт затвора MOSFET і котушка вмикається. Це приверне снаряд і проштовхне його через інший кінець. Як тільки снаряд досягає іншого кінця, ІЧ-датчиквідчує це і надішле сигнал 5 В на базовий штифт транзистора PNP через резистор обмеження струму 1 К. Це відкриє транзистор, і, отже, 5 В до MOSFET буде відключено, а котушка також вимкнена. Отже, снаряд вирветься з котушки і буде випущений. 5 В для живлення ІЧ-датчика і спрацьовування транзистора і MOSFET регулюється 7805 IC регулятора напруги від акумулятора 9 В.

Намотування котушки

Як було сказано раніше, найважливішим компонентом цієї схеми є котушка. Перш ніж почати намотувати котушку, вам слід вирішити, яким буде ваш розмір снаряда, у моєму випадку я використовую в якості снарядів біти викрутки. Але ви можете вибрати все, що має феромагнітні властивості. Вибравши снаряд, ми повинні вибрати отвір, подібний до отвору, який достатньо для зсуву снаряда, хоча і без особливого тертя. Я спробував використовувати порожню ручку для заправки, і вона мені чудово підходила. Ви можете вибрати один, виходячи з розміру вашого снаряда. Тоді довжина циліндричної основи може становити до 5 см. Нарешті також придбайте емальований мідний дріт середньої товщини, шахта товщиною 0,8 мм.

Зібравши всі необхідні матеріали, відтворіть улюблений плейлист і починайте накручувати котушку на верх циліндричної основи. Переконайтеся, що обмотка не лягає одна на іншу і не послаблюється легко. Після фінішного покриття першого шару обмотки ви можете скористатися ізоляційною стрічкою (ізолентою), щоб закріпити його на місці, а потім почати крилати другий шар поверх нього так само. Зверніть увагу, що ви завжди повинні намотувати котушку лише в одному напрямку, якщо ви почали зліва направо після досягнення кінця першого шару, знову почніть зліва для намотування другого шару. Ви можете повторювати цей крок, поки не дійдете до 5-7 шарів. Я зробив близько 6 шарів, кожен шар мав приблизно 60 обертів. Моє розташування котушок виглядає приблизно так, як показано на малюнку нижче.Я використав два 3D-друковані диски (білого кольору), щоб лише закріпити котушку на місці, вони є необов’язковими.

Робота з котушками завжди складна, і для правильної роботи потрібно правильно її намотувати, як у проекті Tesla Coil Project, багато людей не отримують правильний вихід через неправильну обмотку котушки.

Робота міні-рушниці

Після побудови котушки ви можете продовжувати приєднувати її до решти контуру котушки. Майте на увазі, що котушка може споживати до 5 А, отже, частина котушки не може бути побудована на макеті, оскільки макети зазвичай розраховані лише на 500 мА. Таким чином, ви можете або побудувати повну схему на платі для перфорації, припаюючи компоненти, або слідувати грубому способу пайки ліній високої потужності безпосередньо через макет, як я це зробив, як показано на малюнку нижче.

Як ви можете бачити, котушка живиться регульованими затискачами живлення (затискачами алігатора) через MOSFET, штифти якого безпосередньо припаяні до проводів. Штифт затвора MOSFET вимагає лише 5 В, і, отже, він потрапляє до макетної плати, де побудована решта ланцюга, включаючи регулятор напруги, транзистор і перемикач. Макетний харчуються від батареї 9V, хоча затискачі для акумулятора.

Щоб протестувати проект котушки, просто вставте металевий шматок всередину котушки та натисніть кнопку на макеті. Це повинно запустити снаряд поза котушкою. Також переконайтеся, що не натискаєте кнопку безперервно, оскільки це знову подасть живлення на котушку після запуску снаряда і може назавжди пошкодити котушку. Повну роботу проекту можна знайти у відео.

Сподіваюся, ви побудували проект і змусили його працювати. Якщо у вас є запитання, ви можете залишити їх у розділі коментарів нижче або опублікувати їх на наших форумах для інших технічних питань.