Podstawowy bezprzewodowy transfer zasilania: 6 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

Około sto lat temu szalony naukowiec znacznie wyprzedzający swój czas założył laboratorium w Colorado Springs. Był wypełniony najbardziej ekscentryczną technologią, począwszy od masywnych transformatorów, przez wieże radiowe, aż po iskrzące cewki, które generowały dziesiątki stóp energii elektrycznej. Przygotowanie laboratorium zajęło miesiące, stanowiło znaczną inwestycję i zostało sfinansowane przez człowieka, który nie był znany z tego, że był szczególnie bogaty. Ale jaki był cel tej rzeczy? Po prostu szalony naukowiec chciał opracować metodę przesyłania energii elektrycznej bezpośrednio przez powietrze. Pionier wyobrażał sobie świat, w którym nie będziemy potrzebować dziesiątek tysięcy mil linii energetycznych, milionów ton drutu miedzianego ani drogich transformatorów i mierników mocy.

Znany wynalazca Nikola Tesla był człowiekiem, którego błyskotliwość pchnęła naukę o elektryczności i magnetyzmie do przodu o wiele lat. Wynalazki, takie jak silnik prądu przemiennego, maszyny sterowane radiowo i nowoczesna infrastruktura energetyczna, mają swoje korzenie w nim. Jednak pomimo jego głębokiego wpływu, Tesli nigdy nie udało się opracować sposobu przesyłania energii bez przewodów w swoim laboratorium w Kolorado. A jeśli tak, to albo było to niepraktyczne, albo po prostu brakowało mu środków, by osiągnąć dojrzałość. Niemniej jednak jego wynalazcza spuścizna żyje nadal i chociaż dzisiaj możemy nie być wolni od ciężaru ogromnych sieci elektrycznych, dysponujemy technologią umożliwiającą przesyłanie energii na krótkie odległości bez przewodów. W rzeczywistości taka technologia jest łatwo dostępna w pobliskim sklepie elektronicznym.

W tym Instructable będziemy projektować i budować własne miniaturowe urządzenia do bezprzewodowego przesyłania energii.

Krok 1: Materiały

Do zbudowania tego prostego urządzenia potrzeba stosunkowo niewielu materiałów. Są one wymienione poniżej.

1. Świetlówka zasilana bateryjnie. Można je kupić w lokalnym Wal-Marcie, Dollar General lub sklepie z narzędziami za zaledwie kilka dolarów. Każdy z nich się nada, ale postaraj się wybrać taki, w którym możesz łatwo sięgnąć i wyjąć świetlówkę z gniazda.

2. Drut magnetyczny pokryty emalią. Do tego projektu potrzebujesz kilkudziesięciu stóp drutu. Im więcej masz, tym lepiej. Dodatkowo najlepiej jest używać cieńszego drutu, ponieważ więcej drutu upakowane na mniejszej przestrzeni oznacza większy zasięg i wydajność. Mój wybór drutu tutaj nie jest idealny – wolałbym, żeby był cieńszy – ale to było wszystko, co miałem pod ręką, kiedy projektowałem ten projekt.

3. Zapasowy drut miedziany. Nie jest to konieczne, ale bardzo pomaga. Jeśli masz zaciski krokodylkowe (najlepiej cztery), jesteś w jeszcze lepszej formie.

4. Dioda LED. Każda dioda LED załatwi sprawę, ale w tym zastosowaniu jaśniejsza jest generalnie lepsza. Kolor nie ma znaczenia, ponieważ napięcie dostarczane przez urządzenie będzie więcej niż wystarczające do oświetlenia dowolnego koloru diody LED. Rezystory nie są wymagane.

5. (Bez zdjęcia) - Papier ścierny, bateria C lub D i zapalniczka. Te rzeczy nie są niezbędne do powodzenia projektu, ale przydadzą się podczas budowania różnych elementów bezprzewodowego urządzenia zasilającego.

Krok 2: Cewka pierwotna

Na początek zacznij od pobrania odcinka drutu magnetycznego (od dwudziestu do piętnastu stóp, w zależności od grubości drutu) i zwinięcia go w cewkę. Tutaj przydaje się bateria C lub D, ponieważ możesz po prostu owinąć wokół niej przewód. Postaraj się, aby cewka była tak schludna, jak to możliwe. Ponadto upewnij się, że całkowicie i dokładnie usunięto izolację emaliowaną z każdego końca cewki. Może to wymagać zapalniczki, aby wypalić izolację (jak pokazano na rysunku), a także papieru ściernego, aby całkowicie ją usunąć.

Kiedy skończysz z cewką, zsuń ją z baterii (lub zostaw na czymkolwiek ją owinęłaś; w moim przypadku użyłem resztki szpuli z poprzedniego projektu) i zawiąż ją taśmą lub opaskami błyskawicznymi. Ostatnią rzeczą, jakiej potrzebujesz w tym przypadku, jest szybko rozwijający się zwój drutu. Jeśli się rozplącze, zaplącze się, zawiąże, a nawet może stać się bezużyteczny. Aby temu zapobiec, przytrzymaj oba wystające końce drutu przy cewce podczas jej zabezpieczania.

Krok 3: Cewka wtórna

Cewka wtórna, podobnie jak pierwotna, może być drutem o dowolnej długości (najlepiej raz jeszcze dłuższy niż 20 stóp) i nie musi być tego samego typu ani grubości. Jednak, podobnie jak cewka pierwotna, musi być wykonana z drutu magnetycznego pokrytego emalią, musi mieć usuniętą izolację z każdego końca i powinna mieć mniej więcej taki sam rozmiar i kształt jak pierwsza cewka.

Kiedy skończysz cewkę wtórną, zwiąż ją, a następnie podłącz do niej diodę LED. Tutaj przydaje się zapasowy przewód i/lub zaciski krokodylkowe. Miałem szczęście mieć cewkę, która była na tyle cienka, że mogłem po prostu owinąć drut wokół wyprowadzeń diody LED, ale gdyby moja cewka była wykonana z grubszego drutu (jak ta pierwotna), najlepiej byłoby dołączyć LED do niego za pomocą cieńszego drutu miedzianego lub klipsów.

W ostatecznym rozrachunku nie ma znaczenia, która strona diody zostanie przyłączona do którego wyprowadzenia cewki, o ile oba końce cewki są mocno i pewnie połączone z końcówkami żarówki.

Krok 4: Okablowanie wszystkiego

Jeśli jeszcze tego nie zrobiłeś, wyjmij żarówkę fluorescencyjną z lampy na baterie i znajdź zaciski, które były wcześniej podłączone do żarówki. Upewnij się w tym momencie, aby wyłączyć urządzenie. Prąd nie jest wystarczająco silny, aby był śmiertelny, ale może wywołać dość bolesny szok, jeśli zdarzy się, że dotkniesz gołych przewodów do obu zacisków w tym samym czasie.

Po zlokalizowaniu zacisków podłącz do nich cewkę pierwotną, podłączając jeden przewód do jednego zacisku, a drugi przewód do drugiego zacisku. Upewnij się, że masz bezpieczne połączenie. Zaciski krokodylkowe mogą tu zdziałać cuda, ale jeśli ich nie masz (tak jak ja), możesz wcisnąć duże śruby w zaciski, a nawet przyczepić zwiniętą folię aluminiową na końcach cewki, a następnie je przykleić do połączeń. Niezależnie od tego, jak to zrobisz, po prostu upewnij się, że połączenie jest stabilne i stabilne.

Wracając do uzwojenia wtórnego, nie musisz wiele robić poza upewnieniem się, że jest bezpiecznie podłączony do diody LED.

Krok 5: Obwód w działaniu

Pozostało nam tylko odpalić! Upewniając się jeszcze raz, że wszystkie połączenia są dobre, połóż cewkę wtórną na górze cewki pierwotnej i przestaw przełącznik, aby włączyć „światło”. Powinieneś zobaczyć, jak twoja dioda LED ożywa. Jeśli się nie zaświeci, ponownie sprawdź połączenia. Jest to dość wyrozumiały projekt, więc prawdopodobnie nie zajmie Ci dużo czasu, aby rozwiązać problem.

Podczas eksperymentowania z obwodem powinieneś zauważyć, że możesz podnieść cewkę wtórną z cewki pierwotnej, a dioda LED nadal będzie świecić. To dowodzi, że przekazujesz energię „bezprzewodowo”. Spróbuj wsunąć kilka kartek, książkę lub inny nieprzewodzący przedmiot między dwie cewki. W większości przypadków (chyba że masz naprawdę grubą książkę) dioda powinna się świecić. W moim osobistym doświadczeniu z innymi konstrukcjami tego projektu byłem w stanie umieścić cewkę wtórną tak daleko od sześciu do ośmiu cali od pierwotnej i nadal widzieć słabą poświatę pochodzącą z diody LED.

Krok 6: Jak to działa

W gruncie rzeczy to urządzenie jest tym, co nazwalibyśmy transformatorem z rdzeniem powietrznym. Normalne transformatory (takie jak te na słupach zasilających, te znajdujące się w ładowarkach telefonicznych itp.) składają się z dwóch lub więcej cewek drutu owiniętych wokół kawałka żelaza. Gdy prąd przemienny (AC) przepływa przez jedną cewkę, wytwarza szybko zmieniające się pole magnetyczne w żelazie, które następnie indukuje prąd w drugiej cewce drutu. Jest to ta sama zasada, na której działają generatory elektryczne – poruszające się pole magnetyczne spowoduje ruch elektronów w przewodzie.

Nasze urządzenie działa w bardzo podobny (choć nieco inny) sposób. Jak się okazuje, każda świetlówka zasilana bateryjnie ma w sobie mały obwód, który pobiera prąd stały o niskim napięciu z baterii i podnosi go do znacznie wyższego napięcia, gdzieś rzędu kilkuset wolty. Bez tego wysokiego napięcia lampy fluorescencyjne nie mogłyby działać. Aby jednak wygenerować to wyższe napięcie, nasz obwód sterujący światłem fluorescencyjnym musi przekształcić stałą moc prądu stałego z akumulatora w inną formę energii elektrycznej, znaną jako pulsacyjny prąd stały. Impulsowy prąd stały działa tak samo, jak prąd przemienny w transformatorze – „impulsowy” charakter prądu zasadniczo wytwarza pole magnetyczne w przewodzie, które zapada się i odradza tysiące razy na sekundę. Ten pulsujący prąd stały umożliwia niewielkiemu transformatorowi wbudowanemu w obwód zwiększenie mocy z sześciu lub dwunastu woltów do kilkuset. Jednak ze względu na sposób, w jaki działa zasilacz, energia elektryczna na zaciskach „pulsuje” z szybkością kilku tysięcy razy na sekundę. Zasadniczo możemy powiedzieć, że prąd wysokiego napięcia wychodzący z urządzenia „brzęczy”.

Kiedy ta pulsująca moc prądu stałego jest podawana do naszej pierwotnej cewki, zamienia cewkę w elektromagnes, który emituje szybko zmieniające się pole magnetyczne. Gdy zbliżamy naszą cewkę wtórną do pierwotnej, w wyniku pulsującego pola magnetycznego generowany jest w niej prąd. Prąd ten przechodzi następnie przez diodę LED, powodując jej zapalenie. Im dalej od cewki pierwotnej znajduje się wtórna, tym mniejszy wpływ ma na nią pole magnetyczne i wytwarzany jest mniejszy prąd. Podobnie efekt ten można „zniwelować”, dodając więcej drutu. Więcej drutu oznacza więcej magnetyzmu w cewce pierwotnej, a więcej drutu w cewce wtórnej oznacza, że można przechwycić więcej tego pola magnetycznego.

Z tego powodu możemy nazwać nasz projekt „transformatorem z rdzeniem powietrznym”, ponieważ konstruujemy urządzenie, które ma dwie cewki – pierwotną i wtórną – i działa na zasadzie pulsujących pól magnetycznych. Jednak w przeciwieństwie do tradycyjnych transformatorów, które wykorzystują żelazo do „przesyłania” pola magnetycznego z jednej cewki do drugiej, nasz nie ma nic do przenoszenia pola magnetycznego. Dlatego mówimy, że ma „rdzeń powietrzny”. Krótko mówiąc, to małe, proste urządzenie to po prostu inne podejście do technologii tak powszechnej jak chmury na niebie.

Ciesz się swoim urządzeniem do bezprzewodowego przesyłania energii i dziękujemy za przeczytanie!