Базовая беспроводная передача энергии: 6 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:54

Около ста лет назад сумасшедший ученый, опередивший свое время, основал лабораторию в Колорадо-Спрингс. Он был наполнен самыми эксцентричными технологиями, начиная от массивных трансформаторов и заканчивая радиовышками и искровыми катушками, которые генерировали электрические разряды длиной в десятки футов. На создание лаборатории потребовались месяцы, это были значительные вложения, и ее финансировал человек, который не был особенно известен своим богатством. Но в чем была цель? Проще говоря, сумасшедший ученый стремился разработать метод передачи электричества непосредственно по воздуху. Первопроходец представлял себе мир, в котором у нас не будет необходимости в десятках тысяч миль линий электропередач, в миллионах тонн медного провода и в дорогих трансформаторах и измерителях мощности.

Известный изобретатель Никола Тесла был человеком, чей талант на много лет продвинул вперед науку об электричестве и магнетизме. Изобретения, такие как двигатель переменного тока, радиоуправляемые машины и современная энергетическая инфраструктура, восходят к нему. Тем не менее, несмотря на его огромное влияние, Тесле так и не удалось разработать средства передачи энергии без проводов в своей лаборатории в Колорадо. А если и делал, то это было либо непрактично, либо ему просто не хватало средств развить это до зрелости. Тем не менее, его изобретательское наследие живет, и хотя сегодня мы, возможно, не избавимся от бремени огромных электрических сетей, у нас есть технология для передачи энергии на короткие расстояния без проводов. Фактически, такую технологию можно легко найти в ближайшем к вам магазине электроники.

В этом руководстве мы будем проектировать и создавать собственные миниатюрные устройства беспроводной передачи энергии.

Шаг 1: материалы

Для изготовления этого простого устройства требуется относительно немного материалов. Они перечислены ниже.

1. Люминесцентная лампа с питанием от батареек. Их можно купить в местном магазине Wal-Mart, Dollar General или в хозяйственном магазине всего за несколько долларов. Подойдет любой из них, но постарайтесь выбрать тот, в котором вы сможете легко добраться до люминесцентной лампы и отсоединить ее от гнезда.

2. Магнитный провод с эмалевым покрытием. Для этого проекта вам понадобится несколько десятков футов проволоки. Чем больше у вас будет, тем лучше. Кроме того, лучше использовать более тонкую проволоку, поскольку большее количество проволоки, упакованное в меньшее пространство, соответствует большему радиусу действия и эффективности. Мой выбор проволоки здесь не идеален - я бы предпочел, чтобы она была тоньше, - но это все, что у меня было под рукой, когда я разрабатывал этот проект.

3. Запасной медный провод. В этом нет необходимости, но это очень помогает. Если у вас есть зажимы из кожи аллигатора (желательно четыре), вы в еще лучшей форме.

4. Светодиод. Подойдет любой светодиод, но для этого приложения, как правило, лучше ярче. Цвет не имеет значения, поскольку напряжение, подаваемое устройством, будет более чем достаточным, чтобы зажечь светодиоды любого цвета. Резисторы не требуются.

5. (Без изображения) - Наждачная бумага, батарейка типа C или D и зажигалка. Эти вещи не являются необходимыми для успеха проекта, но они пригодятся вам при создании различных частей беспроводного устройства питания.

Шаг 2: первичная катушка

Для начала возьмите отрезок магнитного провода (от двадцати до пятидесяти футов, в зависимости от толщины провода) и намотайте его в катушку. Здесь вам пригодится батарея C или D, так как вы можете просто наматывать на нее провод несколько раз. Постарайтесь сделать катушку максимально аккуратной. Кроме того, убедитесь, что вы полностью и тщательно удалили эмалевую изоляцию с каждого конца змеевика. Для этого может потребоваться зажигалка, чтобы сжечь изоляцию (как показано на рисунке), а также наждачная бумага, чтобы удалить ее полностью.

Когда вы закончите с катушкой, снимите ее с батареи (или оставьте на том, чем вы ее обернули; в моем случае я использовал оставшуюся катушку из предыдущего проекта) и закрепите ее лентой или стяжками. Последнее, что вам нужно в этом случае, - это быстро разматывающаяся катушка с проволокой. Если он распутается, он запутается, завяжется узлом и даже может стать непригодным для использования. Чтобы этого не произошло, прижмите оба выступающих конца провода к катушке, когда будете закреплять ее.

Шаг 3: вторичная катушка

Вторичная обмотка, как и первичная, может быть любой длины провода (предпочтительно длиннее 20 футов, опять же) и не обязательно должна быть такого же типа или толщины. Однако, как и первичная катушка, она должна быть сделана из покрытого эмалью магнитного провода, с каждого конца должна быть удалена изоляция, и она должна быть примерно того же размера и формы, что и ваша первая катушка.

Когда вы закончите вторичную катушку, свяжите ее, а затем прикрепите к ней светодиод. Вот тут-то и пригодятся запасная проволока и / или зажимы типа «крокодил». Мне посчастливилось иметь катушку, которая была достаточно тонкой, чтобы я мог просто намотать провод вокруг выводов светодиода, но если бы моя катушка была сделана из более толстого провода (как и была первичная), лучше всего было бы прикрепить Подключите к нему светодиод с помощью более тонкой медной проволоки или зажимов.

В конце концов, не имеет значения, какая сторона светодиода прикреплена к какому выводу катушки, если два конца катушки надежно и надежно соединены с выводами лампы.

Шаг 4: Подключите все

Если вы еще этого не сделали, снимите люминесцентную лампу с лампы, работающей от батареек, и найдите клеммы, которые ранее были подключены к лампочке. Не забудьте на этом этапе выключить устройство. Сила тока недостаточна, чтобы быть смертельной, но она может вызвать довольно болезненный шок, если вы случайно коснетесь оголенных проводов к обоим клеммам одновременно.

После того, как вы найдете клеммы, подключите к ним свою первичную катушку, подключив один вывод к одной клемме, а другой - к другой клемме. Убедитесь, что у вас безопасное соединение. Зажимы типа «крокодил» здесь могут творить чудеса, но если у вас их нет (как у меня), вы можете вставить большие болты в клеммы или даже прикрепить скомканную алюминиевую фольгу к концам катушки, а затем приклеить их. в соединения. Как бы вы ни поступали, просто убедитесь, что ваше соединение стабильное и устойчивое.

Что касается вторичной катушки, вам не нужно ничего делать, кроме как убедиться, что она надежно подключена к светодиоду.

Шаг 5: Схема в действии

Все, что нам осталось сделать, это запустить его! Еще раз убедившись, что все ваши соединения в порядке, положите вторичную катушку поверх первичной катушки и нажмите выключатель, чтобы включить «свет». Вы должны увидеть, как ваш светодиод оживает. Если он не загорается, проверьте соединения еще раз. Это довольно щадящий проект, поэтому вам, скорее всего, не понадобится много времени, чтобы устранить источник вашей проблемы.

По мере того, как вы экспериментируете со схемой, вы должны заметить, что можете снять вторичную катушку с первичной катушки, и светодиод все равно будет гореть. Это доказывает, что вы передаете энергию «по беспроводной сети». Попробуйте вставить листы бумаги, книгу или любой другой непроводящий предмет между двумя катушками. В большинстве случаев (если у вас нет действительно толстой книги) светодиод должен гореть. По моему личному опыту работы с другими сборками этого проекта, мне удалось разместить вторичную катушку на расстоянии от шести до восьми дюймов от первичной и все еще видеть слабое свечение, исходящее от светодиода.

Шаг 6: как это работает

По сути, это устройство мы бы назвали трансформатором с воздушным сердечником. Обычные трансформаторы (например, на полюсах, в зарядных устройствах для телефонов и т. Д.) Состоят из двух или более катушек проволоки, намотанных на кусок железа. Когда переменный ток (AC) пропускается через одну катушку, он создает в железе быстро переключающееся магнитное поле, которое затем индуцирует ток во второй катушке провода. Это тот же принцип, по которому работают электрические генераторы: движущееся магнитное поле заставляет электроны двигаться в проводе.

Наше устройство работает очень похоже (хотя и немного по-другому). Оказывается, каждый люминесцентный светильник с батарейным питанием имеет небольшую схему, которая принимает низковольтный постоянный ток от батарей и повышает его до гораздо более высокого напряжения, где-то порядка нескольких сотен. вольт. Без этого высокого напряжения люминесцентные лампы не смогли бы работать. Однако для того, чтобы генерировать это более высокое напряжение, наша схема управления флуоресцентным светом должна преобразовывать постоянную мощность постоянного тока от батареи в другую форму электричества, известную как импульсный постоянный ток. Импульсный постоянный ток действует так же, как переменный ток в трансформаторе - «импульсный» характер тока по существу создает магнитное поле в проводе, которое сжимается и восстанавливается тысячи раз в секунду. Этот пульсирующий постоянный ток позволяет крошечному трансформатору, встроенному в схему, повышать мощность с шести или двенадцати вольт до нескольких сотен. Но из-за того, как работает источник питания, электричество на терминалах «пульсирует» со скоростью несколько тысяч раз в секунду. По сути, можно сказать, что высоковольтное электричество, выходящее из устройства, «гудит».

Когда эта пульсирующая мощность постоянного тока подается в нашу первичную катушку, она превращает катушку в электромагнит, создающий быстро меняющееся магнитное поле. Когда мы приближаем нашу вторичную катушку к первичной, в ней генерируется ток из-за пульсирующего магнитного поля. Затем этот ток проходит через светодиод, заставляя его загораться. Чем дальше от первичной обмотки оказывается вторичная, тем меньше на нее влияет магнитное поле и тем меньше генерируется ток. Точно так же этому эффекту можно «противодействовать», добавив больше проволоки. Больше провода означает больший магнетизм в первичной катушке, а большее количество провода во вторичной катушке означает, что может быть захвачено больше этого магнитного поля.

Из-за этого мы можем назвать наш проект «трансформатором с воздушным сердечником», потому что мы конструируем устройство, которое имеет две катушки - первичную и вторичную - и работает с пульсирующими магнитными полями. Однако, в отличие от традиционных трансформаторов, в которых железо используется для «передачи» магнитного поля от одной катушки к другой, у нашего нет ничего, что могло бы переносить магнитное поле. Таким образом, мы говорим, что он имеет «воздушное ядро». Короче говоря, это небольшое и простое устройство представляет собой новый подход к технологии, столь же банальной, как облака в небе.

Наслаждайтесь своим устройством беспроводной передачи энергии и благодарим вас за чтение!