- Nødvendig materiale
- Hvordan fungerer en spiralpistol?
- Kretsdiagram
- Spoling av spolen
- Arbeid av Mini Coil Gun
Coil Gun, som mange tror (inkludert meg) er ikke bare et morsomt leketøy med et rør og få spoler rundt det som kan skyte prosjektiler til en viss avstand. Forskere ved Sandia National Laboratories mener at en pistol kan konstrueres for å akselerere partikler i en større hastighet som er høy nok til å unnslippe jordens tyngdekraft. Ja, du hørte det riktig! Spolepistol kan muligens brukes til å starte satellitter i fremtiden. Kanskje det er mennesker som har prøvd det, og som også jobber med det. Bortsett fra romapplikasjoner, ser militæret også ut til å være interessert i en annen form for Coil Gun som kalles Rail Gun eller Railway Gun som kan skyte prosjektiler.
Alt dette fikk meg til å interessere meg for å bygge min egen versjon Coil Gun. Dessuten er det så tilfredsstillende å leke med og se metallprosjektilene bli spratt ut av spolen ved å klikke på en knapp. Før vi begynner, vil jeg gjøre det klart at dette prosjektet er utelukkende for pedagogisk formål, så hvis du ønsker å bygge denne pistolen for å unnslippe den mobberen på videregående skole, bør du sannsynligvis besøke en psykolog. Prosjektet involverer også flygende metallstykker og høye spenninger, så vær forsiktig mens du arbeider med. Når det er sagt, la oss komme i gang.
Nødvendig materiale
- Kobbertråd (emaljert)
- IR-sensor (hastighetsmålingstype)
- IRFZ44N MOSFET
- BC557 PNP-transistor
- 10k og 1K motstand
- 7805 Regulator
- 0,1 uF
- Trykknapp
- Brettbrett
- Strømkilde (RPS)
- 9V batteri
Hvordan fungerer en spiralpistol?
Det grunnleggende prinsippet bak en spiralpistol er at en strømførende leder vil indusere et magnetfelt rundt det, noe som ble uttalt av Faraday. For å forbedre styrken til dette magnetfeltet blir den nåværende bærelederen viklet i form av en spole. Nå, når denne spolen er drevet, produserer den et magnetfelt rundt den som er sterk nok til å tiltrekke metall (eller andre ferromagnetiske) stykker, aka prosjektiler, inn i den.
Et slikt arrangement vil bare tiltrekke prosjektilet inn i det fra den ene enden, og når det når den andre enden vil det igjen bli tiltrukket inne i spolen, og dermed vil prosjektilet forbli inne i selve spolen etter få svingninger. Dette er fordi prosjektilet blir magnetisert og fungerer som en magnet under prosessen, så så lenge magnetfeltet er tilstede, vil prosjektilet (magneten) bare ha en tendens til å holde seg innenfor spolen. Men en spiralpistol skal starte prosjektil ut av det, så vi bør bruke en sensor for å sjekke om prosjektilet har nådd den andre enden av spolen, og når spolen skal skrus av, på denne måten vil prosjektilet bevege seg med samme hastighet og unnslippe ut av spolen.
Det høres kanskje enkelt ut, men kompleksiteten kan økes ved å bruke mer enn en spole. Ved å bruke flere spoler kan prosjektilets hastighet økes mens den passerer gjennom spolen. En annen utfordrende oppgave er å skaffe nok strøm til spolen. Spolen kan forbruke hvor som helst mellom 5A og 10A ved 24V basert på antall svinger og tykkelsen på spolen. Så for å finne så høy strøm bruker de fleste en stor kondensator for å takle den. Men i veiledningen vår for å holde ting enkelt vil vi bygge en en-trinns spiralpistol og drive den med en RPS-enhet.
Kretsdiagram
Hele kretsskjemaet for denne Single Stage Coil Gun er vist på bildet nedenfor.
Som du kan se er kretsen ganske enkel. Hovedkomponenten i kretsen er selve spolen; vi får se hvordan vi bygger den i neste overskrift. Den polen er drevet danner en 24 volts spennings danne våre RPS, den tilførselen reguleres (vekslende) gjennom en N-kanal MSFET IRF544Z. Porten til transistoren trekkes ned gjennom en 10k motstand (R1) og dioden D1 brukes til å omgå omvendt strøm når spolen utlades.
MOSFET er N-kanal, og derfor forblir den slått av til en portterskelspenning i dette tilfellet 5V tilføres porten. Dette gjøres med en trykknapp gjennom en PNP-transistor (BC557). Når du trykker på knappen, leveres 5V til portpinnen til MOSFET og spolen slås på. Dette vil tiltrekke prosjektilet og skyve det gjennom andre enden. Så snart prosjektilet når den andre enden, IR-sensorenvil ane det og sende et 5V signal til basestiften til PNP-transistoren gjennom 1K strømbegrensende motstand. Dette vil åpne transistoren, og dermed vil 5V til MOSFET kobles fra, og spolen vil også bli slått av. Derfor vil prosjektilet rømme fra spolen og vil bli lansert. 5V for å drive IR-sensoren og utløse transistoren og MOSFET reguleres av en 7805 spenningsregulator IC fra et 9V batteri.
Spoling av spolen
Som tidligere fortalt er spolen den viktigste komponenten i denne kretsen. Før du begynner å spole spolen, bør du bestemme hva som vil være din prosjektilstørrelse, i mitt tilfelle bruker jeg en skrutrekkerbit som prosjektil. Men du kan velge alt som har ferromagnetiske egenskaper. Etter å ha valgt prosjektilet, må vi velge en hullrørlignende struktur som er akkurat nok til å skyve prosjektilet selv om det uten mye friksjon. Jeg prøvde å bruke en tom påfyllingspenn, og det fungerte bra for meg. Du kan velge en basert på størrelsen på prosjektilet ditt. Da kan lengden på den sylindriske basen være opptil 5 cm. Til slutt kjøper du også emaljert kobbertråd av middels tykkelse, min er 0,8 mm tykk.
Etter å ha samlet alt nødvendig materiale, spill din favoritt spilleliste og begynn å spole spolen på toppen av den sylindriske basen. Forsikre deg om at viklingen ikke hviler på hverandre og ikke løsner lett. Etter å ha finbelagt det første viklingen, kan du bruke et isolasjonstape (elektrisk tape) for å feste det på plass og deretter begynne å vinge det andre laget på toppen av det på samme måte. Vær oppmerksom på at du alltid bør spole spolen i bare én retning, hvis du har startet fra venstre til høyre etter å ha nådd slutten for første lag, start igjen fra venstre for å vikle det andre laget. Du kan gjenta dette trinnet til du når 5-7 lag. Jeg lagde rundt 6 lag med hvert lag ca. 60 omdreininger. Spolearrangementet mitt ser omtrent slik ut som vist på bildet nedenfor.Jeg har brukt to 3D-trykte skiver (hvit farge) bare for å sikre spolen på plass de er valgfri.
Å jobbe med spoler er alltid utfordrende, og man må spole det riktig for å fungere ordentlig, som i Tesla Coil Project, vil mange mennesker ikke få riktig effekt på grunn av feil spolevikling.
Arbeid av Mini Coil Gun
Etter at du har bygget spolen, kan du fortsette å koble den til resten av kretsen. Husk at spolen kan forbruke så høyt en 5A, og derfor kan ikke spoledelen bygges på et brødbrett, fordi brødbrett normalt bare er vurdert for 500mA. Så du kan enten bygge den komplette kretsen på et perf-kort ved å lodde komponentene eller følge en grov måte å lodde høykraftlinjene direkte gjennom et brødbrett som jeg har gjort som vist på bildet nedenfor.
Som du kan se, blir spolen aktivert av de regulerte strømforsyningsklemmene (alligatorklemmer) gjennom en mosfet hvis pinner er direkte loddet til ledninger. Porten til mosfetten krever bare 5V, og den blir derfor ført til brødplaten der den gjenværende kretsen inkludert spenningsregulator, transistor og bryter er bygget. Den brødfjel er drevet av 9V batteri om batteriklemmene.
For å teste spiralpistolprosjektet legger du bare metallstykket inne i spolen og trykker på knappen på brødplaten. Dette skal starte prosjektilet utenfor spolen. Sørg også for ikke å trykke på knappen kontinuerlig, siden det vil aktivere spolen igjen etter at prosjektilet er lansert og kan skade spolen permanent. Fullstendig bearbeiding av prosjektet finner du i videoen.
Håper du bygger prosjektet og fikk det til å fungere. Hvis du har spørsmål, kan du legge dem igjen i kommentarfeltet nedenfor eller legge dem ut på forumet vårt for andre tekniske spørsmål.