Coil Gun, jak wielu ludzi myśli (w tym ja) to nie tylko fajna zabawka z rurką i kilkoma cewkami wokół niej, które mogą strzelać pociskami na określoną odległość. Naukowcy z Sandia National Laboratories uważają, że cewkę można zaprojektować tak, aby przyspieszała cząstki z większą prędkością, która jest wystarczająco duża, aby uciec przed ziemską grawitacją. Tak, dobrze słyszałeś! Cewkę można by ewentualnie wykorzystać do wystrzelenia satelitów w przyszłości. Być może są ludzie, którzy go wypróbowali, a także obecnie nad tym pracują. Oprócz zastosowań kosmicznych wojsko wydaje się być również zainteresowane inną formą Coil Gun, zwaną Rail Gun lub Railway Gun, która może strzelać pociskami.
Wszystko to zainteresowało mnie budową własnej wersji Coil Gun. Poza tym zabawa i oglądanie metalowych pocisków wyskakujących z cewki za jednym kliknięciem przycisku jest bardzo satysfakcjonujące. Zanim zaczniemy, chciałbym wyjaśnić, że ten projekt ma charakter wyłącznie edukacyjny, więc jeśli chcesz zbudować tę broń do ucieczki przed łobuzem w swojej szkole średniej, prawdopodobnie powinieneś odwiedzić psychologa. Projekt obejmuje również latające metalowe elementy i wysokie napięcie, dlatego należy zachować ostrożność podczas pracy. Biorąc to pod uwagę, zacznijmy.
Wymagane materiały
- Drut miedziany (emaliowany)
- Czujnik podczerwieni (typ pomiaru prędkości)
- MOSFET IRFZ44N
- Tranzystor BC557 PNP
- Rezystor 10k i 1K
- 7805 Regulator
- 0,1 uF
- Naciśnij przycisk
- Płytka prototypowa
- Źródło zasilania (RPS)
- Bateria 9V
Jak działa Coil Gun?
Podstawową zasadą działania Coil Gun jest to, że przewodnik przenoszący prąd będzie indukował wokół niego pole magnetyczne, co stwierdził Faraday. W celu poprawy natężenia tego pola magnetycznego przewodnik przewodzący prąd jest nawinięty w postaci cewki. Teraz, gdy ta cewka jest zasilana, wytwarza wokół siebie pole magnetyczne, które jest wystarczająco silne, aby przyciągnąć do niej metalowe (lub inne ferromagnetyczne) kawałki, czyli pociski.
Taki układ przyciągnie do siebie pocisk tylko z jednego końca, a kiedy dotrze do drugiego końca, zostanie ponownie przyciągnięty do wnętrza cewki, a zatem pocisk pozostanie wewnątrz samej cewki po kilku oscylacjach. Dzieje się tak, ponieważ podczas tego procesu pocisk zostaje namagnesowany i działa jak magnes, tak długo, jak długo obecne jest pole magnetyczne, pocisk (magnes) będzie miał tendencję do pozostawania tylko w cewce. Ale pistolet cewkowy powinien wystrzelić z niego pocisk, więc powinniśmy użyć czujnika, aby sprawdzić, czy pocisk dotarł do drugiego końca cewki i kiedy cewka powinna zostać wyłączona, w ten sposób pocisk będzie leciał z tą samą prędkością i wydostać się z cewki.
Może się to wydawać proste, ale złożoność można zwiększyć, używając więcej niż jednej cewki. Używając wielu cewek, prędkość pocisku można zwiększyć, gdy przechodzi przez cewkę. Innym trudnym zadaniem jest dostarczenie wystarczającej ilości prądu dla cewki. Cewka może pobierać od 5 A do 10 A przy 24 V w zależności od liczby zwojów i grubości cewki. Tak więc, aby uzyskać tak duży prąd, większość ludzi używa dużego kondensatora, aby sobie z tym poradzić. Ale w naszym samouczku, aby wszystko było proste , zbudujemy jednostopniowy pistolet cewkowy i zasilimy go jednostką RPS.
Schemat obwodu
Pełny schemat obwodu tego jednostopniowego pistoletu z cewką pokazano na poniższym rysunku.
Jak widać obwód jest dość prosty. Głównym elementem obwodu jest sama cewka; zobaczymy, jak go zbudujemy w następnym nagłówku. Cewka jest zasilana formy tworzą napięcie 24V naszego RPS, zasilanie jest sterowane (włączony) poprzez N kanałów MSFET IRF544Z. Sworzeń bramki tranzystora jest ściągany w dół przez rezystor 10k (R1), a dioda D1 służy do obejścia prądu wstecznego, gdy cewka się rozładowuje.
Tranzystor MOSFET jest kanałem typu N, a zatem pozostaje wyłączony, dopóki napięcie progowe bramki w tym przypadku 5 V nie zostanie dostarczone na pin bramki. Odbywa się to za pomocą przycisku przez tranzystor PNP (BC557), po naciśnięciu przycisku 5 V jest dostarczane na styk bramki MOSFET i cewka jest włączana. To przyciągnie pocisk i przepchnie go przez drugi koniec. Gdy tylko pocisk dotrze do drugiego końca, czujnik podczerwieniwykryje to i wyśle sygnał 5 V do styku bazowego tranzystora PNP przez rezystor ograniczający prąd 1K. Spowoduje to otwarcie tranzystora, a zatem 5 V do MOSFET zostanie odłączony, a cewka również zostanie wyłączona. W ten sposób pocisk ucieknie z cewki i zostanie wystrzelony. 5 V do zasilania czujnika podczerwieni i wyzwalania tranzystora i MOSFET jest regulowane przez układ scalony regulatora napięcia 7805 z baterii 9 V.
Nawijanie cewki
Jak powiedziano wcześniej, najważniejszym elementem tego obwodu jest cewka. Zanim zaczniesz nawijać cewkę, powinieneś zdecydować, jaki będzie rozmiar twojego pocisku, w moim przypadku używam śrubokrętów jako pocisków. Ale możesz wybrać wszystko, co ma właściwości magnetyczne Ferro. Po wybraniu pocisku, musimy wybrać strukturę przypominającą rurę dziurową, która wystarczy, aby przesunąć pocisk bez większego tarcia. Próbowałem użyć pustego wkładu zapasowego i działał świetnie. Możesz wybrać jeden w zależności od rozmiaru pocisku. Wówczas długość cylindrycznej podstawy może wynosić do 5 cm. Na koniec kupię również emaliowany drut miedziany średniej grubości, mój ma 0,8mm.
Po zebraniu wszystkich wymaganych materiałów zagraj w swoją ulubioną listę odtwarzania i zacznij nawijać cewkę na cylindrycznej podstawie. Upewnij się, że uzwojenie nie zachodzi na siebie i nie poluzowuje się łatwo. Po wypolerowaniu pierwszej warstwy uzwojenia można użyć taśmy izolacyjnej (taśmy izolacyjnej), aby zabezpieczyć go na miejscu, a następnie podobnie zacząć układać drugą warstwę na wierzchu. Zwróć uwagę, że zawsze powinieneś nawijać cewkę tylko w jednym kierunku, jeśli zaczynasz od lewej do prawej po osiągnięciu końca pierwszej warstwy, zacznij ponownie od lewej, aby nawinąć drugą warstwę. Możesz powtarzać ten krok, aż osiągniesz 5-7 warstw. Zrobiłem około 6 warstw, z których każda miała około 60 zwojów. Mój układ cewek wygląda mniej więcej tak, jak pokazano na poniższym obrazku.Użyłem dwóch drukowanych dysków 3D (kolor biały) tylko po to, aby zabezpieczyć cewkę na miejscu, są opcjonalne.
Praca z cewkami jest zawsze trudna i trzeba ją odpowiednio nawinąć, aby działała poprawnie, tak jak w projekcie cewki Tesli, wiele osób nie uzyska prawidłowej wydajności z powodu niewłaściwego uzwojenia cewki.
Działanie Mini Coil Gun
Po zbudowaniu cewki można przystąpić do podłączania jej do pozostałej części obwodu pistoletu na cewkę. Należy pamiętać, że cewka może zużywać aż 5 A, a zatem część cewki nie może być zbudowana na płytce stykowej, ponieważ płytki prototypowe są zwykle oceniane tylko na 500 mA. Możesz więc albo zbudować kompletny obwód na płytce perf, lutując komponenty, albo postępować zgodnie z prostym sposobem lutowania linii dużej mocy bezpośrednio przez płytkę prototypową, tak jak pokazano na poniższym obrazku.
Jak widać, cewka jest zasilana przez zaciski zasilacza regulowanego (zaciski krokodylkowe) przez mosfet, którego styki są bezpośrednio przylutowane do przewodów. Kołek bramki mosfetu wymaga tylko 5 V i dlatego jest przenoszony do płytki prototypowej, gdzie zbudowany jest pozostały obwód, w tym regulator napięcia, tranzystor i przełącznik. Makiet jest zasilany przez baterię 9V chociaż zaciskami.
Aby przetestować projekt pistoletu do cewek, po prostu włóż metalowy element do cewki i naciśnij przycisk na płytce stykowej. Powinno to wystrzelić pocisk poza cewkę. Uważaj również, aby nie naciskać przycisku w sposób ciągły, ponieważ spowoduje to ponowne zasilenie cewki po wystrzeleniu pocisku i może spowodować trwałe uszkodzenie cewki. Pełne działanie projektu można znaleźć na wideo.
Mam nadzieję, że zbudujesz projekt i zaczniesz działać. Jeśli masz jakieś pytania, możesz je zostawić w sekcji komentarzy poniżej lub opublikować na naszych forach, aby uzyskać odpowiedzi na inne pytania techniczne.