Yuqori masofali simsiz quvvat: 9 qadam (rasmlar bilan)

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:28

Lampochkani quvvatlantiradigan yoki telefonni 2 futgacha masofadan zaryad qila oladigan simsiz quvvat uzatish tizimini yarating! Bu magnit maydonlarni uzatuvchi lasanlardan qabul qiluvchi lasanlarga yuborish uchun rezonansli lasan tizimidan foydalanadi.

Biz buni cherkovimizda Maksvellning to'rtta buyuk tenglamasi haqidagi va'z paytida demo sifatida ishlatganmiz! Buni tekshiring:

www.youtube.com/embed/-rgUhBGO_pY

1 -qadam: Sizga kerak bo'lgan narsalar

• 18 o'lchovli magnit sim. E'tibor bering, siz oddiy simni ishlata olmaysiz, siz magnit simni ishlatishingiz kerak (uning ustida juda nozik emal izolyatsiyasi bor). Bitta misol Amazonda mavjud:

  www.amazon.com/gp/product/B00BJMVK02

• 6 Vt (yoki undan kam) AC/DC 12V dimlangan LED lampochkasi. Bir misol bu erda:

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

• 1uF kondansatörler (elektrolitik emas, qutblanmagan bo'lishi kerak). Bu erda sizda ba'zi tanlovlar bor. Agar siz kam quvvatli versiyani qursangiz, Radio Shack yoki Frysdan 250V 1uF kondansatkichlarni olishingiz mumkin. Agar siz yuqori quvvatli versiyani qurmoqchi bo'lsangiz, Digikey -dan maxsus 560V kondansatkichlarni olishingiz kerak bo'ladi.
• 0,47uF kondansatör (elektrolitik emas, qutblanmagan bo'lishi kerak)
• Qandaydir kuch kuchaytirgich. Biz 450 Vt quvvatga ega HI-FI quvvat kuchaytirgichidan foydalandik. Siz kompyuter karnayigacha bo'lgan hamma narsani ishlatishingiz mumkin. Quvvat qanchalik ko'p ishlatilsa, shuncha ko'p diapazondan chiqib ketasiz.
• Lehim va lehim temir. Tel kesgichlar
• Kontrplak va bir nechta kichik mixlar (rulonlarni o'rash uchun ishlatiladi)
• Qora elektr tasmasi
• O'lchov lentasi va o'lchagich
• Izolyatsiya qilingan sim
• Hammer

• 8 kHz chastotali sinus ohangini yaratadigan o'zgaruvchan chastota va amplitudali ovoz manbai. Kompyuter, noutbuk yoki telefonni erkin ishlab chiqaruvchi dasturiy ta'minotdan foydalanish va naushnik raz'emiga ulash oson. Men ushbu dasturiy ta'minot bilan Mac ishlatganman:

  code.google.com/p/audiotools/downloads/det… Yoki siz ushbu dasturiy ta'minotni shaxsiy kompyuter uchun ishlatishingiz mumkin: agar sizda bo'lsa (shuningdek, qimmatbaho sinov uskunalari) funktsiya generatoridan ham foydalanish mumkin.

NTE kondansatör qismlari ro'yxati (kam quvvatli versiya uchun). Siz bu qismlarni Frys -dan olishingiz mumkin

3 x 1uF 50V kondansatör, NTE CML105M50 (lampochka va kichik lasanga ulash uchun)

1 x 0,47uF 50V kondansatör, NTE CML474M50 (lampochkaga va kichik lasanga 1uF qopqoqlari bilan parallel ulanish uchun)

1 x 1uF 250V kondansatör, NTE MLR105K250 (katta lasanga ulash uchun)

Digikey ordeni (yuqori quvvatli versiya uchun)

Yuqori quvvatli versiya uchun foydalanishingiz mumkin bo'lgan Digikey qismlari ro'yxati ilova qilingan. Bu kondansatkichlar 560V gacha ko'tariladi, bu sizga ~ 500 Vt kuchaytirgichdan foydalanishga va deyarli ikki futlik diapazonga ko'tarilishga imkon beradi. Qo'shilgan versiya faqat minimal qismlarni o'z ichiga oladi. Agar siz Digikey -ga buyurtma berayotgan bo'lsangiz, xato qilsangiz yoki uni portlatib yuborgan bo'lsangiz, qo'shimcha narsalarga buyurtma bering (bu, ayniqsa, men bir necha marta chekgan TVS himoya diodlariga to'g'ri keladi).

2 -qadam: Sargichni o'rash

Rulonlarni shamollash uchun ularni aylantiradigan ramka kerak.

Kontrplakdan 20 sm va 40 sm aniq aylana chizish uchun kompasdan foydalanish kerak.

Hammer mixlari aylana bo'ylab teng ravishda joylashtirilgan. 20 sm uzunlikdagi doira uchun men 12 ta mixni, 40 sm uzunlikdagi doira uchun esa 16 ni ishlatardim. Siz aylananing bir joyida simni ushlab turadigan kirish nuqtasini o'rnatmoqchisiz.. Shu nuqtada, boshqa mixni bir mixga yaqinroq urib, so'ngra bir -ikki dyuym narida.

3 -qadam: 40 sm uzunlikdagi rulonni 20 burilish bilan va 20 sm uzunlikdagi rulonni 15 burilish bilan shamollang

Siz avval simni mahkamlash uchun tashqi tirnoqdagi sim bilan bir nechta halqa yasang, so'ngra rulon atrofidagi pastadirni boshlang. Bobinning boshida va oxirida juda ko'p qo'shimcha sim qoldirganingizga ishonch hosil qiling. Xavfsiz bo'lish uchun 3 fut qoldiring (sizga elektronikani ulash uchun kerak bo'ladi).

Ajablanarlisi, o'rashlar sonini kuzatib borish qiyin. Sizga yordam berish uchun do'stingizdan foydalaning.

Haqiqatan ham o'rashlarni mahkamlang. Agar siz bo'shashmasdan o'ralgan bo'lsangiz, rulon tartibsiz bo'ladi.

Sariqlarni tartibda saqlash juda qiyin (ayniqsa, agar siz 18 ta simli simdan foydalansangiz, 24 simli o'lchagichni boshqarish osonroq, lekin yo'qotishlar ko'p). Shunday qilib, uni shamollatayotganda ushlab turishingiz uchun sizga bir nechta odam kerak bo'ladi.

Burilishlarni tugatgandan so'ng, siz rulni barqaror ushlab turish uchun kirish simini va chiqish simini burishingiz kerak bo'ladi. Keyin rulonni elektr tasmasi bilan bir necha joylarga yopishtiring.

Ushbu qadamni bajarganingizdan so'ng sizda ikkita rulon bo'lishi kerak: bitta diametri 20 sm va 15 burilish va 40 sm diametrli va 20 burilishli bitta rulon. Bobinlarni mahkam o'rash va lenta bilan mahkamlash kerak. Siz ularni yiqilmasdan yoki ochmasdan osongina yig'ib olishingiz va boshqarishingiz kerak.

4 -qadam: Lampochka va elektronikani 20 sm lasanga qo'shing

Keyin siz lampochkani kichkina lasanga ulashingiz kerak. Lampochka ustunlariga uchta 1uf (1 mikrofarad yoki boshqacha aytilgan 1000nF) va bitta 0.47uF (boshqacha aytganda, 470nF) kondensatorni lehimlash kerak. Bu jami 3.47uF (kondansatörler parallel ravishda qo'shiladi). Agar siz yuqori quvvatli versiyada ishlayotgan bo'lsangiz, haddan tashqari kuchlanishdan himoya qilish uchun lampochka ustunlari orasidagi 20V ikki tomonlama TVS diodini lehimlashingiz kerak.

Kondensatorlarni lehimlagandan so'ng, siz simning uchlarini rulonning o'rtasiga qadar burishingiz kerak. Tel lampochkani ushlab turadigan darajada qattiq. Telni diametri bo'ylab aylantirgandan so'ng, siz simning uchlarini kesib, ochiq qoldirasiz.

Keyin siz lampochkani o'ralgan simning o'rtasiga qo'yasiz. Siz burilishlarni ajratasiz, shunda har bir sim lampochkaning bitta terminaliga tegadi. Keyin siz simli emalni pichoq bilan qirib tashlaysiz va keyin tozalangan simni lampochka ustunlariga lehimlaysiz. Rozin yadroli lehim ishlatganingizga ishonch hosil qiling. Siz emal bo'laklarini tozalashga yordam beradigan qo'shimcha rozin qo'shishingiz mumkin.

5 -qadam: 40 sm lasanni elektronikaga ulang

Keyin siz 40 sm lasanni 1 dyuymli kondansatgichga ulashingiz kerak. Bu erda yuqori quvvatli versiya ko'rsatiladi, bu erda men 1xF kondansatör (parallel ravishda kondansatörler qo'shish) qilish uchun 10x 0.1uF kondansatörlerini parallel uladim. Kondansatör bobin va quvvat kuchaytirgichining ijobiy chiqishi o'rtasida o'tadi. Bobinning boshqa tomoni to'g'ridan -to'g'ri GND quvvat kuchaytirgichiga o'tadi.

6 -qadam: Sinus to'lqin manbasini quvvat kuchaytirgichiga ulang va sinab ko'ring

Oxirgi qadam sinus to'lqinni yaratishdir. Siz telefon yoki noutbuk yoki ish stoliga funktsiya generatori ilovasini yuklab olishingiz mumkin. Siz eng yaxshi ish chastotasini topish uchun tajriba o'tkazmoqchisiz.

Siz sinus manbasini audio quvvat kuchaytirgichiga ulaysiz, so'ngra ovoz kuchini 40 sm lasan va 1uF kondansatkichga ulaysiz, keyin hamma narsa ishlashi kerak!

Agar siz yuqori quvvatli (100 Vt yoki undan yuqori) ovoz kuchaytirgichidan foydalansangiz, Diqqat qiling! U +/- 500V dan yuqori bo'lgan juda yuqori kuchlanish hosil qilishi mumkin. Men kondansatkichlarni portlatib yubormasligim uchun yuqori kuchlanishli sinovdan o'tkazdim. Agar siz ochilgan qo'rg'oshinga tegib qo'ysangiz, hayron bo'lish ham oson.

Bundan tashqari, agar siz yuqori quvvatli audio kuchaytirgichdan foydalansangiz, 20 sm lasanni 40 sm lasanga yaqinlashtira olmaysiz. Agar ular juda yaqin bo'lsa, haddan tashqari kuch tufayli TVS diodi yoki LED lampochkasi yonib ketadi.

7 -qadam: Simsiz telefon zaryadlovchisini yarating

Telefonni zaryad qilish uchun sxemani osongina o'zgartirish mumkin. Men 20 sm uzunlikdagi ikkinchi lasanni qurdim va keyin barcha sxemalarni qo'shdim. Xuddi shu 3.47uF kondansatör va TVS diodi ishlatiladi. Shundan so'ng ko'prikni to'g'rilash moslamasi (Comchip P/N: CDBHM240L-HF), keyin 5V chiziqli regulyator (Fairchild LM7805CT), keyin 47uF tantal kondansatkichi. Yuqori quvvatli kuchaytirgich bilan, kontaktlarning zanglashiga olib, telefoningizni bir yarim metr masofadan osongina zaryadlash mumkin!

8 -qadam: Natijalar

O'lchangan kuchlanish va masofaning egri chiziqlari biriktirilgan.

Dizayn o'lchovlari va simulyatsiya va nazariya bilan taqqoslash

40 sm rulon

• Asosiy lasan = radiusi 0,2 m, diametri 0,4 m. 18 o'lchovli sim 20 ta o'rash
• Nazariy qarshilik = 20.95e-3*(2*pi*0.2*20+0.29*2) = 0.5387 ohm
• Haqiqiy qarshilik = 0,609 ohm. Nazariyadan farq: +13%
• Simulyatsiya qilingan indüktans = 0.435mH haqiqiy indüktans: 0.49mH. Simulyatsiya farqi: +12%

20 sm lasan

• Qabul qilish bobini = 0,1 m radiusi 0,2 m diametrli 18 simli 15 sariq
• Nazariy qarshilik = (2*pi*0,1*15+0,29*2)*0,0209 = 0,2091
• Haqiqiy qarshilik = 0.2490. Simulyatsiya farqi: +19%
• Simulyatsiya qilingan indüktans = 0.105mH. Haqiqiy indüktans = 0.1186mH. Simulyatsiya farqi: +12%

9 -qadam: Simulyatsiya, optimallashtirish va muhokama

Dizaynni qanday taqlid qildik

Biz dizaynni 2 o'lchamli mangetostatik simulyatorda va SPICE yordamida simulyatsiya qildik va optimallashtirdik.

Biz Infolytica deb nomlangan bepul 2-D mangetostatik simulyatoridan foydalandik. Bu erda bepul yuklab olishingiz mumkin:

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

Biz LTSPICE deb nomlangan bepul SPICE simulyatoridan foydalandik. Siz bu yerdan yuklab olishingiz mumkin:

www.linear.com/designtools/software/

Ikkala simulyator uchun dizayn fayllari biriktirilgan.

Muhokama

Ushbu dizayn rezonansli magnetostatik quvvat uzatishni ishlatadi. Ovoz kuchaytirgichi elektr tokini ishlab chiqaradi, u uzatuvchi lasan orqali oqadi va tebranuvchi magnit maydon hosil qiladi. Bu magnit maydon qabul qiluvchi lasan tomonidan qabul qilinadi va elektr maydonga aylanadi. Nazariy jihatdan, biz buni hech qanday komponentlarsiz (ya'ni kondansatkichlarsiz) qilishimiz mumkin edi. Biroq, samaradorlik juda past. Dastlab biz faqat rulonlardan foydalanadigan va boshqa komponentlar bo'lmagan oddiy dizaynni yaratmoqchi bo'ldik, lekin energiya samaradorligi shu qadar yomon ediki, u LEDni yoqolmadi. Shunday qilib, biz rezonansli tizimga o'tdik. Biz qo'shgan kondansatör ma'lum bir chastotada aks etadi (bu holda taxminan 8 kHz). Boshqa barcha chastotalarda elektron juda samarasiz, lekin aniq rezonans chastotada u juda samarali bo'ladi. Induktor va kondansatör har xil turdagi transformator kabi ishlaydi. Uzatuvchi lasanga biz kichik kuchlanish va yuqori oqim (10Vrms va 15Arms) qo'yamiz. Bu kondansatör bo'ylab> 400Vrms ishlab chiqaradi, lekin ancha past oqimda. Bu rezonansli sxemalarning sehridir! Rezonansli sxemalar "Q faktori" bilan aniqlanadi. 40 sm diametrli transmitter lasanida o'lchangan Q faktor 40 ga yaqin, ya'ni bu juda samarali.

Biz Infolytica ning 2-D magneto statik simulyatori yordamida rulonni simulyatsiya qildik va optimallashtirdik. Bu simulyator bizga har bir lasan uchun simulyatsiya qilingan indüktans va ikkita bobin orasidagi o'zaro indüktans berdi.

Magnit simulyatsiya qilingan qiymatlar:

• Uzatuvchi lasan = 4.35mH
• Qabul qilish bobini = 0.105mH
• O'zaro indüktans = 9.87uH. K = 6.87e-3 (rulonlar 0,2 m bilan ajratilgan holda)

Keyin biz bu raqamlarni oldik va ularni elektr xususiyatlarini simulyatsiya qilish uchun SPICEga berdik.

Siz simulyatsiya qilingan fayllarni biriktirib, optimallashtirish va o'lchovlarni bajarishga harakat qilishingiz mumkin!

Bobinlar tomonidan ishlab chiqarilgan magnit maydonini ko'rsatadigan dala uchastkalari ham biriktirilgan. Qizig'i shundaki, biz ko'p kuch sarflasak ham, mutlaq maydonlar juda kichik (milliTesla diapazonida). Sababi, dalalar katta maydonga yoyilgan. Agar siz magnit maydonni katta sirt maydoniga qo'shsangiz (birlashtirsangiz), bu juda muhim bo'lar edi. Ammo hajmning istalgan nuqtasida bu juda kichik. Shuni esda tutish kerakki, shuning uchun transformatorlar temir yadrolardan foydalanadilar, shuning uchun magnit maydon bir joyga to'planadi.