Feriados de Ano Novo estão se aproximando. E como chegar ao Ano Novo sem presentes, a parentes, parentes e amigos. E, ao mesmo tempo, o velho ditado de que o melhor presente é um presente feito ainda não perdeu sua relevância faça você mesmo. E por que não, vamos tentar fazer de alguém um presente original de Ano Novo.
Propõe-se fazer o Levitron mais simples como presente. A levitação magnética sempre parece impressionante e fascinante. Usando uma força eletromagnética invisível, levantamos e mantemos um pequeno ímã de neodímio no ar. O efeito de subida é criado elevando e abaixando o ímã em uma faixa muito pequena de alturas, mas com alta frequência. Hoje você mesmo pode fazer esse dispositivo. E para isso não é necessário gastar muito dinheiro e tempo.
Neste artigo, consideramos o esquema e a tecnologia para a fabricação de levitron magnético a partir de componentes simples e baratos.
O esquema do dispositivo de levitação magnética apresentado abaixo.
O princípio de operação do dispositivo
Usando este circuito, a bobina L1 cria um campo eletromagnético específico que mantém o ímã permanente em seu peso. Como a posição de equilíbrio é extremamente instável, um sistema automático de controle e gerenciamento é usado para manter o ímã no circuito. O sensor de monitoramento de posição é um sensor MD1 controlado magneticamente, com base no efeito Hall. Ele está localizado e fixado no centro da bobina, do lado da extremidade de trabalho.
A operação do sensor Hall (MD1) consiste na redução do sinal de saída (pino 3), até o desligamento, com um aumento no campo magnético estático ou dinâmico. Com uma diminuição no campo magnético, o oposto é verdadeiro. O sensor Hall opera com uma pequena tensão de alimentação (4 ... 20 V) e baixa corrente (3 ... 20 mA), enquanto controla o transistor de potência VT1.
O LED1 é usado para controle visual sobre a operação do dispositivo.
O diodo VD2 fornece operação em alta velocidade da bobina.
O esquema funciona da seguinte maneira.
Quando você liga o dispositivo, a corrente passa pela bobina L1 e pelo transistor aberto VT1.
Nesse caso, a bobina cria um campo magnético e começa a atrair um ímã permanente. O ímã é atraído para o eletroímã, mas, subindo, ele cai no alcance do sensor de posição (MD1) e o alterna com seu campo magnético. Nesse caso, um sinal é aplicado ao transistor VT1, que desliga o eletroímã. Então o ímã permanente começa a cair, mas, deixando a zona de sensibilidade do sensor, ele liga novamente o eletroímã. Nesse caso, o ímã é novamente forçado a se mover para o eletroímã. Assim, o ímã permanente oscila continuamente em torno de um ponto definido pelo sistema.
Para impedir que o ímã permanente se vire durante as oscilações, sua posição é estabilizada, por exemplo, protegendo-o de baixo. Quando o ímã vira, seu polo muda, voltado para o sensor de posição MD1 e o circuito para de funcionar, pois o sensor é controlado apenas pelo polo sul do imã.
Fabricação de dispositivos
1. A base do dispositivo Levitron é determinada por uma bobina eletromagnética. Sua escolha determinará em grande parte o design do dispositivo.
A bobina pode ser fabricada de forma independente. Basta enrolar 500 ... 600 voltas de fio esmaltado com um diâmetro de 0,3 ... 0,4 mm no tubo (serão necessários cerca de 20 metros de fio). Para alimentar esse dispositivo, você pode usar uma fonte de alimentação ou carregador com uma voltagem de 5 a 9 volts.
É possível usar uma bobina industrial existente. Ao mesmo tempo, é desejável conhecer sua tensão de alimentação nominal e selecionar uma fonte de energia apropriada no futuro.
No nosso caso, para um presente original, é necessário um design compacto do dispositivo, por isso foi escolhida uma bobina de relé de tamanho pequeno.
2. Além da bobina, precisaremos de um transistor de efeito de campo, por exemplo, IRFZ44N ou outro MOSFET semelhante, novamente, dependendo dos parâmetros da bobina usada. No nosso caso, é usado o transistor IRF630, que permaneceu em um pedaço do quadro após o descarte do equipamento de vídeo.
Você também precisa de um sensor Hall, por exemplo, tipo A3144, AH443 ou outro, trabalhando em modos semelhantes. Nesse caso, foi utilizado o sensor barato encontrado na loja, modelo HAL 508 UA-A-2-B-1-00.
Suportaremos o dispositivo com o restante dos componentes de rádio adquiridos, de acordo com o diagrama acima.
3. Para verificar e ajustar a operação do Levitron, montamos a parte esquerda do circuito acima, com exceção do resistor R2 e com uma alteração no valor nominal de R3 para 330 Ohms. O lado direito do circuito é a fonte de energia do dispositivo e, nesta versão, não é necessário. É mais conveniente montar e testar o circuito em uma placa de circuito universal, mas como o transistor existente já foi soldado com o dissipador de calor em uma peça da placa de tamanho adequado, eu soldei o circuito próximo a ele.
4. Monte a bobina. Colocamos o sensor Hall e o fixamos temporariamente no centro do furo, na parte inferior da bobina.
5. Testando o dispositivo. Fixamos a bobina a uma certa distância da superfície da mesa. Depois disso, o dispositivo de levitação magnética pode ser alimentado. Como a bobina do relé mencionado anteriormente tem uma resistência de enrolamento de 210 Ohms e é projetada para tensão CC de 12V, conectamos-na à fonte de energia apropriada.
Então é necessário determinar qual lado orientar o ímã de neodímio permanente para o eletroímã. Ligamos o levitron (o LED deve acender) e trazemos o ímã para a parte inferior da bobina, na lateral do sensor Hall. Se o ímã é atraído para a bobina e o LED se apaga, o ímã é orientado corretamente, mas se o campo magnético da bobina o empurra para fora, o ímã deve ser girado. Se o LED não se apagar, ao conectar o ímã de qualquer lado, é necessário trocar as extremidades da bobina, ou seja, mudar seus pólos. Quando feita corretamente, a força eletromagnética pega o ímã e o mantém no ar. Não se esqueça de estabilizar a posição do ímã para que ele não role durante as oscilações. Nesse caso, foi utilizado um imã de neodímio com 7 mm de diâmetro e 1 mm de espessura, retirado de um micro fone de ouvido. Para estabilizá-lo, basta um pedaço de fita isolante colada em um lado do ímã.
Nota Os primeiros testes com esta bobina não foram bem-sucedidos. O núcleo da bobina do relé amplificou o campo magnético, mas também exerceu sua influência quando a bobina foi desligada. Durante a instalação, a posição do ímã não era estável ou o ímã foi atraído para o núcleo com a bobina desligada. Quando o núcleo foi removido da bobina, o processo se estabilizou, como pode ser visto na foto.
6. Atualize o dispositivo. Testes adicionais revelaram algumas falhas. Em primeiro lugar, a necessidade de uma fonte de energia adicional, que aumenta a complexidade e o tamanho e não adiciona originalidade ao presente. Em segundo lugar, com o aumento do alcance do voo (distância da bobina), é necessário aumentar a tensão de alimentação, o que leva a um aquecimento indesejável da bobina.
É possível, é claro, insistir nessa opção, usando as oportunidades obtidas. Resta apenas "empacotar" o dispositivo em um caso decente.
7. Você pode criar a segunda versão do dispositivo substituindo a bobina por uma tensão mais alta (mas com um consumo de corrente mais baixo) e criando uma fonte de alimentação sem transformador embutida. Um diagrama completo deste dispositivo é fornecido no início do artigo.
A segunda versão da bobina de um relé importado é projetada para uma tensão de 110 volts e tem uma resistência de enrolamento de 4700 Ohms. Concluímos o dispositivo com peças de acordo com o esquema.
8. Produzimos uma fonte de alimentação sem transformador (lado direito do circuito). Ele converte uma corrente alternada de 220 volts na tensão que precisamos - cerca de 100 volts (determinada pelo diodo Zener VD3) de uma pequena corrente direta (determinada pela capacitância de um capacitor C3 do tipo K73-17). Esse PSU tem vantagens - um circuito simples e pequenas dimensões. Mas também tem uma desvantagem - existe o perigo de choque elétrico quando ele entra em contato com peças no dispositivo ligado. No entanto, sujeito às normas de segurança, a ausência de isolamento galvânico em um dispositivo totalmente isolado será segura.
9. Como no caso do Levitron, usamos o tamanho correspondente, um cartucho de uma lâmpada fluorescente de economia de energia queimada e uma tampa difusora de luz de uma lâmpada LED. Colocamos e formamos um circuito na placa de acordo com as dimensões internas do cartucho, soldamos a placa nos terminais do cartucho.
Como o capacitor de suavização C2 não está incluído no cartucho, instale-o na placa Levitron. Também removemos o radiador do transistor, pois com baixa carga de carga é opcional.
10. Monte o dispositivo no suporte e teste.
Neste caso, foi utilizado um ímã de neodímio anel com um diâmetro de 10 mm e uma espessura de 3 mm. Coloque o sensor MD1 no centro da bobina e fixe-o com um pedaço de espuma. Ao mover o sensor Hall, conseguimos um pairar estável do ímã na distância máxima da bobina. Fixamos a posição do sensor em relação à bobina.
11. Depois de configurar o Levitron, montamos e colamos o dispositivo. Para dar ao dispositivo um efeito maior de uma lâmpada LED, você pode adicionar 2-3 permanentemente em LEDs com resistências limitadoras dentro do abajur. Para garantir a dissipação de calor, forneça orifícios de ventilação no cartucho, se eles não tiverem sido previstos pelo design da lâmpada anterior.
Para criar um efeito de empacotamento, o ímã pode ser velado com algum tipo de figura leve, por exemplo, o contorno de uma mariposa.
