Grunnleggende trådløs strømoverføring: 6 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:25

For rundt hundre år siden etablerte en gal forsker et godt stykke før sin tid et laboratorium i Colorado Springs. Den var fylt med den mest eksentriske teknologien, alt fra massive transformatorer til radiotårn til gnistspoler som genererte strømbolter som var dusinvis av meter lange. Laboratoriet tok flere måneder å sette opp, representerte en betydelig investering og ble finansiert av en mann som ikke akkurat var kjent for å være spesielt velstående. Men hva var hensikten med tingen? Ganske enkelt hadde den gale forskeren som mål å utvikle en metode for å overføre elektrisitet direkte gjennom luften. Den banebrytende mannen så for seg en verden der vi ikke ville ha behov for titusenvis av miles med kraftledninger, ikke behov for millioner av tonn kobbertråd og ikke behov for dyre transformatorer og kraftmålere.

Den berømte oppfinneren Nikola Tesla var en mann hvis glans drev vitenskapen om elektrisitet og magnetisme fremover i mange år. Oppfinnelser som vekselstrømsmotor, radiostyrte maskiner og den moderne kraftinfrastrukturen kan alle spores tilbake til ham. Til tross for sin dype innflytelse lyktes Tesla aldri å utvikle et middel for å overføre strøm uten ledninger på laboratoriet hans i Colorado. Eller hvis han gjorde det, var det enten upraktisk eller han manglet rett og slett midler til å utvikle det til modenhet. Ikke desto mindre lever hans oppfinnsomme arv videre, og selv om vi kanskje ikke er fri for byrden av massive elektriske nett i dag, har vi teknologien til å sende strøm korte avstander uten ledninger. Slik teknologi er faktisk lett tilgjengelig i en elektronikkbutikk i nærheten av deg.

I denne instruksen skal vi designe og bygge våre egne miniatyr trådløse kraftoverføringsenheter.

Trinn 1: Materialer

Det kreves relativt få materialer for å bygge denne enkle enheten. De er listet opp nedenfor.

1. Et batteridrevet lysrør. Disse kan kjøpes på den lokale Wal-Mart, Dollar General eller maskinvarebutikken for bare noen få dollar. Enhver av dem vil gjøre det, men prøv ditt beste for å velge en der du enkelt kan nå inn og koble lysrøret fra kontakten.

2. Emaljebelagt magnettråd. Du trenger flere titalls meter ledning til dette prosjektet. Jo mer du har, jo bedre. I tillegg er det best å bruke tynnere ledning, ettersom mer ledning pakket inn i et mindre rom vil utgjøre større rekkevidde og effektivitet. Mitt trådvalg her er ikke ideelt - jeg vil heller at det skal være tynnere - men det var alt jeg hadde for hånden da jeg designet dette prosjektet.

3. Reserve kobbertråd. Dette er ikke nødvendig, men det hjelper mye. Hvis du tilfeldigvis har krokodilleklipp (helst fire av dem), er du i enda bedre form.

4. En LED. Enhver LED vil gjøre susen, men for denne applikasjonen er lysere generelt bedre. Fargen spiller ingen rolle, for spenningen levert av enheten vil være mer enn tilstrekkelig til å lyse hvilken som helst farge på LED. Motstander kreves ikke.

5. (Ikke avbildet) - Sandpapir, et C- eller D -batteri og en lighter. Disse tingene er ikke nødvendige for å lykkes med prosjektet, men de vil komme godt med når du bygger de forskjellige delene av den trådløse kraftenheten.

Trinn 2: Primærspolen

For å begynne, begynn med å ta en del av magnettråden (alt fra tjue til femti fot, avhengig av tykkelsen på ledningen) og vikle den inn i en spole. Det er her et C- eller D -batteri kommer godt med, siden du enkelt kan vikle ledningen rundt den gjentatte ganger. Prøv å gjøre spolen så fin som mulig. I tillegg må du sørge for at du fjerner emaljisoleringen helt og grundig i hver ende av spolen. Dette kan kreve en lighter for å brenne isolasjonen av (som vist på bildet), samt sandpapir for å fjerne den helt.

Når du er ferdig med spolen, skyv den av batteriet (eller la den ligge på hva du har viklet den rundt; i mitt tilfelle brukte jeg en spole fra et tidligere prosjekt) og fest den med tape eller glidelåser. Det siste du vil ha i dette tilfellet er en trådspole som raskt utvikler seg. Hvis den løser seg ut, blir den sammenflettet, knytt og kan til og med bli ubrukelig. For å forhindre at dette skjer, hold begge utstående ender av ledningen mot spolen mens du fester den.

Trinn 3: Sekundærspolen

Den sekundære spolen, som den primære, kan ha en hvilken som helst trådlengde (fortrinnsvis lengre enn 20 fot, nok en gang), og trenger ikke være av samme type eller tykkelse. Imidlertid er det omtrent det samme som primærspolen, den må være laget av emaljebelagt magnettråd, den må ha isolasjonen fjernet fra hver ende, og den skal ha omtrent samme størrelse og form som din første spole.

Når du har fullført den sekundære spolen, bind den opp og fest deretter LED -en til den. Det er her reservetråd og/eller krokodilleklipp begynner å komme godt med. Jeg var så heldig å ha en spole som var tynn nok til at jeg bare kunne vikle ledningen rundt LED -lampene, men hvis spolen min var laget av tykkere ledning (slik den primære var), hadde det vært best å feste LED til den ved hjelp av tynnere kobbertråd eller klips.

På slutten av dagen spiller det ingen rolle hvilken side av LED -en som er festet til hvilken ledning av spolen, så lenge spolens to ender er fast og sikkert forbundet med pærens terminaler.

Trinn 4: Koble til alt

Hvis du ikke allerede har gjort det, må du fjerne lysrøret fra det batteridrevne lyset og finne terminalene som tidligere var koblet til pæren. På dette tidspunktet må du slå av enheten. Strømmen er ikke sterk nok til å være dødelig, men det kan gi deg et ganske smertefullt sjokk hvis du tilfeldigvis berører bare ledninger til begge terminalene samtidig.

Når du har funnet terminalene, kobler du primærspolen til dem, og kobler den ene ledningen til den ene terminalen og den andre til den andre terminalen. Sørg for at du har en sikker tilkobling. Alligatorklips kan gjøre underverker her, men hvis du ikke har noen (som meg) kan du stramme store bolter inn i terminalene, eller du kan til og med feste oppballet aluminiumsfolie til enden av spolen og deretter stikke dem fast inn i forbindelsene. Uansett hvordan du gjør dette, må du bare sørge for at forbindelsen din er stabil og stabil.

Når det gjelder sekundærspolen, trenger du ikke gjøre mye, bortsett fra å sørge for at den er godt koblet til LED -en.

Trinn 5: Kretsen i aksjon

Alt vi har igjen å gjøre er å fyre den av! Sørg nok en gang for at alle tilkoblingene er gode, legg den sekundære spolen på toppen av primærspolen og snu bryteren for å slå på 'lyset'. Du bør se LED -en din komme til liv. Hvis det ikke lyser, må du kontrollere tilkoblingene igjen. Dette er et ganske tilgivende prosjekt, og det vil sannsynligvis ikke ta lang tid før du feilsøker kilden til problemet ditt.

Når du eksperimenterer med kretsen, bør du legge merke til at du kan løfte den sekundære spolen av primærspolen, og LED -lampen vil fortsatt være tent. Dette viser at du "trådløst" overfører strøm. Prøv å skyve noen papirer, en bok eller et annet ikke-ledende objekt mellom de to spolene. I de fleste tilfeller (med mindre du har en veldig tykk bok), bør LED -en forbli på. I min egen personlige erfaring med andre bygg av dette prosjektet, har jeg vært i stand til å plassere sekundærspolen så langt som seks til åtte tommer fra primæren og fremdeles se en svak glød fra LED -en.

Trinn 6: Hvordan det fungerer

I hovedsak er denne enheten det vi vil kalle en luftkjernetransformator. Normale transformatorer (som de på strømstolper, de som finnes i telefonladere, etc.) består av to eller flere trådspoler viklet rundt et stykke jern. Når vekselstrøm (AC) strøm ledes gjennom en spole, skaper det et hurtigskiftende magnetfelt i jernet, som deretter induserer en strøm i den andre trådspolen. Dette er det samme prinsippet som elektriske generatorer jobber ut fra - at et magnetisk felt i bevegelse vil få elektroner til å bevege seg i en ledning.

Enheten vår fungerer på en veldig lik (om enn litt annerledes) måte. Som det viser seg, har hvert batteridrevet fluorescerende lys en liten krets i det som tar lavspennings DC (likestrøm) fra batteriene og trinn det opp til en mye høyere spenning, et sted i størrelsesorden noen hundre volt. Uten denne høyspenningen ville lysrørene ikke kunne fungere. For å generere denne høyere spenningen, må vår fluorescerende lysdrevne krets imidlertid konvertere den jevne likestrømmen fra et batteri til en annen form for elektrisitet kjent som pulserende likestrøm. Pulserende likestrøm fungerer på samme måte som vekselstrøm i en transformator - den "pulserende" naturen til strømmen skaper i hovedsak et magnetfelt i ledningen som kollapser og reformerer tusenvis av ganger hvert sekund. Denne pulserende DC gjør det mulig for en liten transformator innebygd i kretsen å øke strømmen fra seks eller tolv volt til flere hundre. Men på grunn av måten strømforsyningen fungerer på, pulserer elektrisiteten ved terminalene med flere tusen ganger i sekundet. Vi kan i hovedsak si at høyspenningsstrømmen som kommer ut av enheten 'summer'.

Når denne pulserende likestrømmen mates inn i vår primære spole, gjør den spolen til en elektromagnet som projiserer et raskt skiftende magnetfelt. Når vi bringer vår sekundære spole nær den primære, genereres en strøm i den på grunn av det pulserende magnetfeltet. Denne strømmen passerer deretter gjennom LED -en og får den til å lyse. Jo lenger vekk fra primærspolen sekundæren blir, desto mindre påvirker magnetfeltet på den, og jo mindre strøm blir det. På samme måte kan denne effekten motvirkes ved å legge til mer ledning. Mer ledning betyr mer magnetisme i primærspolen, og mer ledning i sekundærspolen betyr at mer av det magnetiske feltet kan fanges opp.

På grunn av dette kan vi kalle prosjektet vårt for en 'luftkjernetransformator' fordi vi konstruerer en enhet som har to spoler - en primær og en sekundær - og fungerer ut av pulserende magnetfelt. I motsetning til tradisjonelle transformatorer som bruker jern for å 'overføre' magnetfeltet fra en spole til en annen, har vår ingenting å bære magnetfeltet. Dermed sier vi at den har en 'luftkjerne'. For å sette ting i et nøtteskall, er denne lille, enkle enheten bare en annen oppfatning av en teknologi som er så vanlig som skyene på himmelen.

Nyt den trådløse kraftoverføringsenheten, og takk for at du leser!