Βασική ασύρματη μεταφορά ισχύος: 6 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:38

Περίπου εκατό χρόνια πριν, ένας τρελός επιστήμονας πολύ πριν από την εποχή του ίδρυσε ένα εργαστήριο στο Κολοράντο Σπρινγκς. Ταν γεμάτο με την πιο εκκεντρική τεχνολογία, που κυμαινόταν από τεράστιους μετασχηματιστές μέχρι ραδιοφωνικούς πύργους έως σπινθήρες που πυροδοτούσαν, οι οποίοι παρήγαγαν μπουλόνια ηλεκτρικής ενέργειας μήκους δεκάδων ποδιών. Το εργαστήριο χρειάστηκε μήνες για να δημιουργηθεί, αντιπροσώπευε μια σημαντική επένδυση και χρηματοδοτήθηκε από έναν άνθρωπο που δεν ήταν ακριβώς γνωστός ως ιδιαίτερα πλούσιος. Ποιος ήταν όμως ο σκοπός του πράγματος; Πολύ απλά, ο τρελός επιστήμονας είχε ως στόχο να αναπτύξει μια μέθοδο μετάδοσης ηλεκτρικής ενέργειας απευθείας μέσω του αέρα. Ο πρωτοπόρος άντρας οραματιζόταν έναν κόσμο στον οποίο δεν θα χρειαζόμασταν δεκάδες χιλιάδες μίλια ηλεκτροφόρων καλωδίων, ούτε εκατομμύρια τόνους χάλκινου σύρματος και ούτε δαπανηρούς μετασχηματιστές και μετρητές ισχύος.

Ο διάσημος εφευρέτης Νίκολα Τέσλα ήταν ένας άνθρωπος του οποίου η λαμπρότητα ώθησε την επιστήμη του ηλεκτρισμού και του μαγνητισμού μπροστά για πολλά χρόνια. Εφευρέσεις όπως ο κινητήρας εναλλασσόμενου ρεύματος, τα ραδιοελεγχόμενα μηχανήματα και η σύγχρονη υποδομή ισχύος μπορούν να εντοπιστούν σε αυτόν. Ωστόσο, παρά τη βαθιά επιρροή του, ο Τέσλα δεν κατάφερε ποτέ να αναπτύξει ένα μέσο μετάδοσης ισχύος χωρίς καλώδια στο εργαστήριό του στο Κολοράντο. Or αν το έκανε, ήταν είτε ανέφικτο είτε απλώς του έλειπαν τα μέσα για να το εξελίξει σε ωριμότητα. Παρ 'όλα αυτά, η εφευρετική κληρονομιά του εξακολουθεί να υπάρχει, και ενώ μπορεί να μην είμαστε απαλλαγμένοι από το βάρος των τεράστιων ηλεκτρικών δικτύων σήμερα, έχουμε την τεχνολογία για να στείλουμε ενέργεια σε μικρές αποστάσεις χωρίς καλώδια. Στην πραγματικότητα, μια τέτοια τεχνολογία είναι άμεσα διαθέσιμη σε ένα κατάστημα ηλεκτρονικών ειδών κοντά σας.

Σε αυτό το Instructable, θα σχεδιάσουμε και θα κατασκευάσουμε τις δικές μας μικροσκοπικές ασύρματες συσκευές μεταφοράς ισχύος.

Βήμα 1: Υλικά

Σχετικά λίγα υλικά απαιτούνται για την κατασκευή αυτής της απλής συσκευής. Παρατίθενται παρακάτω.

1. Φως φθορισμού με μπαταρία. Αυτά μπορούν να αγοραστούν στο τοπικό Wal-Mart, Dollar General ή κατάστημα υλικού για λίγα μόνο δολάρια. Οποιοσδήποτε από αυτούς θα το κάνει, αλλά προσπαθήστε το καλύτερο για να επιλέξετε ένα στο οποίο μπορείτε εύκολα να φτάσετε και να αποσυνδέσετε τον σωλήνα φθορισμού από την πρίζα του.

2. Μαγνητικό σύρμα επικαλυμμένο με σμάλτο. Θα χρειαστείτε πολλές δεκάδες πόδια σύρματος για αυτό το έργο. Όσο περισσότερα έχετε, τόσο το καλύτερο. Επιπλέον, είναι καλύτερο να χρησιμοποιείτε λεπτότερο σύρμα, καθώς περισσότερο σύρμα συσκευασμένο σε μικρότερο χώρο ισοδυναμεί με μεγαλύτερο εύρος και αποτελεσματικότητα. Η επιλογή μου από σύρμα εδώ δεν είναι ιδανική - θα προτιμούσα να είναι πιο λεπτή - αλλά ήταν το μόνο που είχα στο χέρι όταν σχεδίασα αυτό το έργο.

3. Ανταλλακτικό χάλκινο σύρμα. Αυτό δεν είναι απαραίτητο, αλλά βοηθάει πολύ. Εάν τυχαίνει να έχετε κλιπ αλιγάτορα (κατά προτίμηση τέσσερα από αυτά), είστε σε ακόμα καλύτερη κατάσταση.

4. Ένα LED. Οποιοδήποτε LED θα κάνει το κόλπο, αλλά για αυτήν την εφαρμογή, το πιο φωτεινό είναι γενικά καλύτερο. Το χρώμα δεν έχει σημασία, γιατί η τάση που παρέχεται από τη συσκευή θα είναι υπεραρκετή για να ανάψει οποιοδήποτε χρώμα LED. Δεν απαιτούνται αντιστάσεις.

5. (Δεν απεικονίζεται) - Γυαλόχαρτο, μπαταρία κυψελών C ή D και αναπτήρας. Αυτά τα πράγματα δεν είναι απαραίτητα για την επιτυχία του έργου, αλλά θα είναι χρήσιμα καθώς κατασκευάζετε τα διάφορα κομμάτια της ασύρματης συσκευής τροφοδοσίας.

Βήμα 2: Το κύριο πηνίο

Αρχικά, ξεκινήστε παίρνοντας ένα τμήμα καλωδίου μαγνήτη (οπουδήποτε από είκοσι έως πενήντα πόδια, ανάλογα με το πάχος του σύρματος) και τυλίγοντάς το σε ένα πηνίο. Εδώ είναι χρήσιμη μια μπαταρία C ή D, καθώς μπορείτε απλά να τυλίξετε το καλώδιο επανειλημμένα. Προσπαθήστε να κάνετε το πηνίο σας όσο το δυνατόν πιο τακτοποιημένο. Επιπλέον, βεβαιωθείτε ότι αφαιρέσατε πλήρως και σχολαστικά τη μόνωση από σμάλτο σε κάθε άκρο του πηνίου σας. Αυτό μπορεί να απαιτήσει έναν αναπτήρα για να καεί η μόνωση (όπως φαίνεται στην εικόνα), καθώς και γυαλόχαρτο για να την αφαιρέσετε εντελώς.

Όταν τελειώσετε με το πηνίο, αφαιρέστε το από την μπαταρία (ή αφήστε το σε ό, τι τυλίξατε; στην περίπτωσή μου χρησιμοποίησα περισσευούμενο καρούλι από προηγούμενο έργο) και δέστε το χρησιμοποιώντας ταινία ή φερμουάρ. Το τελευταίο πράγμα που θέλετε σε αυτή την περίπτωση είναι ένα πηνίο σύρματος που ξετυλίγεται γρήγορα. Αν ξεδιπλωθεί, θα μπερδευτεί, θα δημιουργηθεί κόμπος και μπορεί ακόμη και να καταστεί άχρηστο. Για να μην συμβεί αυτό, κρατήστε και τα δύο προεξέχοντα άκρα του σύρματος στο πηνίο καθώς το ασφαλίζετε.

Βήμα 3: Το δευτερεύον πηνίο

Το δευτερεύον πηνίο, όπως το πρωτεύον, μπορεί να έχει οποιοδήποτε μήκος σύρματος (κατά προτίμηση μεγαλύτερο από 20 πόδια, για άλλη μια φορά) και δεν χρειάζεται να είναι του ίδιου τύπου ή πάχους. Ωστόσο, σχεδόν το ίδιο με το κύριο πηνίο, πρέπει να είναι κατασκευασμένο από καλώδιο μαγνήτη επικαλυμμένο με σμάλτο, πρέπει να αφαιρείται η μόνωση από κάθε άκρο και να έχει περίπου το ίδιο μέγεθος και σχήμα με το πρώτο σας πηνίο.

Όταν ολοκληρώσετε το δευτερεύον πηνίο, συνδέστε το και στη συνέχεια συνδέστε το LED σας σε αυτό. Αυτό είναι όπου τα ανταλλακτικά σύρματα και/ή οι συνδετήρες αλιγάτορων αρχίζουν να είναι χρήσιμοι. Είχα την τύχη να έχω ένα πηνίο αρκετά λεπτό ώστε να μπορώ να τυλίξω το σύρμα γύρω από τα καλώδια του LED, αλλά αν το πηνίο μου ήταν κατασκευασμένο από παχύτερο σύρμα (όπως ήταν το πρωτεύον), θα ήταν καλύτερο να το συνδέσω LED σε αυτό χρησιμοποιώντας λεπτότερο σύρμα χαλκού ή συνδετήρες.

Στο τέλος της ημέρας, δεν έχει σημασία ποια πλευρά της λυχνίας LED συνδέεται σε ποιο καλώδιο του πηνίου, αρκεί τα δύο άκρα του πηνίου να είναι σταθερά και ασφαλώς συνδεδεμένα με τους ακροδέκτες του λαμπτήρα.

Βήμα 4: Καλωδίωση όλων

Εάν δεν το έχετε κάνει ήδη, αφαιρέστε τον λαμπτήρα φθορισμού από το φως που λειτουργεί με μπαταρία και εντοπίστε τους ακροδέκτες που ήταν προηγουμένως συνδεδεμένοι με τον λαμπτήρα. Φροντίστε σε αυτό το σημείο να απενεργοποιήσετε τη συσκευή. Το ρεύμα δεν είναι αρκετά δυνατό για να είναι θανατηφόρο, αλλά μπορεί να σας προκαλέσει το οδυνηρό σοκ αν τυχαίνει να αγγίξετε γυμνά καλώδια και στους δύο ακροδέκτες ταυτόχρονα.

Μόλις εντοπίσετε τους ακροδέκτες, συνδέστε το κύριο πηνίο σε αυτά, συνδέοντας το ένα καλώδιο στο ένα τερματικό και το άλλο καλώδιο στο άλλο τερματικό. Βεβαιωθείτε ότι έχετε ασφαλή σύνδεση. Τα κλιπ αλιγάτορα μπορούν να κάνουν θαύματα εδώ, αλλά αν δεν τυχαίνει να έχετε (όπως εγώ), μπορείτε να κολλήσετε μεγάλα μπουλόνια στους ακροδέκτες ή μπορείτε ακόμη και να στερεώσετε μεταλλικό αλουμινόχαρτο στα άκρα του πηνίου σας και στη συνέχεια να τα κολλήσετε στις συνδέσεις. Όπως και να το κάνετε, βεβαιωθείτε ότι η σύνδεσή σας είναι σταθερή και σταθερή.

Στρίβοντας στο δευτερεύον πηνίο, δεν χρειάζεται να κάνετε πολλά παρά μόνο για να βεβαιωθείτε ότι είναι ασφαλώς συνδεδεμένο με το LED.

Βήμα 5: Το κύκλωμα σε δράση

Το μόνο που μας μένει να κάνουμε είναι να το πυροδοτήσουμε! Βεβαιωθείτε για άλλη μια φορά ότι όλες οι συνδέσεις σας είναι καλές, τοποθετήστε το δευτερεύον πηνίο πάνω από το πρωτεύον πηνίο και γυρίστε το διακόπτη για να ανάψετε το "φως". Θα πρέπει να δείτε το LED σας να ζωντανεύει. Εάν δεν ανάψει, ελέγξτε ξανά τις συνδέσεις σας. Αυτό είναι ένα αρκετά συγχωρητικό έργο και επομένως πιθανότατα δεν θα αργήσει να αντιμετωπίσετε την πηγή του προβλήματός σας.

Καθώς πειραματίζεστε με το κύκλωμα, θα πρέπει να παρατηρήσετε ότι μπορείτε να σηκώσετε το δευτερεύον πηνίο από το κύριο πηνίο και το LED θα παραμείνει αναμμένο. Αυτό αποδεικνύει ότι μεταφέρετε «ασύρματα» ενέργεια. Δοκιμάστε να σύρετε μερικά χαρτιά, ένα βιβλίο ή οποιοδήποτε άλλο μη αγώγιμο αντικείμενο ανάμεσα στα δύο πηνία σας. Στις περισσότερες περιπτώσεις (εκτός αν έχετε ένα πραγματικά παχύ βιβλίο) το LED πρέπει να παραμείνει αναμμένο. Στη δική μου προσωπική εμπειρία με άλλες κατασκευές αυτού του έργου, κατάφερα να τοποθετήσω το δευτερεύον πηνίο σε απόσταση έξι έως οκτώ ίντσες από το πρωτεύον και εξακολουθώ να βλέπω μια αμυδρή λάμψη που προέρχεται από το LED.

Βήμα 6: Πώς λειτουργεί

Στην ουσία, αυτή η συσκευή είναι αυτό που θα ονομάζαμε μετασχηματιστή αέρα-πυρήνα. Οι κανονικοί μετασχηματιστές (όπως αυτοί στους πόλους τροφοδοσίας, εκείνους που βρίσκονται στους φορτιστές τηλεφώνου κ.λπ.) αποτελούνται από δύο ή περισσότερα πηνία σύρματος τυλιγμένα γύρω από ένα κομμάτι σίδερο. Όταν η ισχύς εναλλασσόμενου ρεύματος (AC) διέρχεται από ένα πηνίο, δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο ταχείας μεταγωγής στο σίδερο, το οποίο στη συνέχεια προκαλεί ρεύμα στο δεύτερο πηνίο σύρματος. Αυτή είναι η ίδια αρχή από την οποία λειτουργούν οι ηλεκτρικές γεννήτριες - ότι ένα κινούμενο μαγνητικό πεδίο θα προκαλέσει την κίνηση των ηλεκτρονίων σε ένα σύρμα.

Η συσκευή μας λειτουργεί με πολύ παρόμοιο (αν και ελαφρώς διαφορετικό) τρόπο. Όπως αποδεικνύεται, κάθε λαμπτήρας φθορισμού που λειτουργεί με μπαταρία έχει ένα μικρό κύκλωμα που παίρνει το DC χαμηλής τάσης (συνεχές ρεύμα) από τις μπαταρίες και το ανεβάζει σε πολύ υψηλότερη τάση, κάπου στην τάξη μερικών εκατοντάδων βολτ Χωρίς αυτήν την υψηλή τάση, οι σωλήνες φθορισμού δεν θα μπορούσαν να λειτουργήσουν. Ωστόσο, για να δημιουργηθεί αυτή η υψηλότερη τάση, το κύκλωμα φθορισμού με φως πρέπει να μετατρέψει τη σταθερή ισχύ DC από μια μπαταρία σε μια άλλη μορφή ηλεκτρικής ενέργειας γνωστή ως παλμική DC. Το Pulsed DC δρα το ίδιο με το ηλεκτρικό ρεύμα σε έναν μετασχηματιστή - η «παλμική» φύση του ρεύματος ουσιαστικά δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο στο σύρμα το οποίο καταρρέει και μεταρρυθμίζεται χιλιάδες φορές κάθε δευτερόλεπτο. Αυτό το παλλόμενο DC επιτρέπει σε έναν μικροσκοπικό μετασχηματιστή ενσωματωμένο στο κύκλωμα να αυξήσει την ισχύ από έξι ή δώδεκα βολτ σε αρκετές εκατοντάδες. Αλλά λόγω του τρόπου με τον οποίο λειτουργεί το τροφοδοτικό, η ηλεκτρική ενέργεια στα τερματικά «πάλλεται» με ρυθμό αρκετών χιλιάδων φορές το δευτερόλεπτο. Μπορούμε ουσιαστικά να πούμε ότι η ηλεκτρική ενέργεια υψηλής τάσης που βγαίνει από τη συσκευή «βουίζει».

Όταν αυτή η παλμική ισχύς τροφοδοτείται στο κύριο πηνίο μας, μετατρέπει το πηνίο σε ηλεκτρομαγνήτη που προβάλλει ένα ταχέως μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο. Καθώς φέρνουμε το δευτερεύον πηνίο μας κοντά στο πρωτεύον, δημιουργείται ένα ρεύμα σε αυτό λόγω του παλλόμενου μαγνητικού πεδίου. Αυτό το ρεύμα περνά στη συνέχεια από το LED, προκαλώντας το να ανάψει. Όσο πιο μακριά από το πρωτεύον πηνίο παίρνει το δευτερεύον, τόσο μικρότερη είναι η επίδραση του μαγνητικού πεδίου σε αυτό και τόσο λιγότερο ρεύμα δημιουργείται. Ομοίως, αυτό το φαινόμενο μπορεί να «αντιμετωπιστεί» προσθέτοντας περισσότερο σύρμα. Περισσότερο σύρμα σημαίνει περισσότερος μαγνητισμός στο κύριο πηνίο και περισσότερο σύρμα στο δευτερεύον πηνίο σημαίνει ότι μπορεί να συλληφθεί περισσότερο από αυτό το μαγνητικό πεδίο.

Εξαιτίας αυτού, μπορούμε να ονομάσουμε το έργο μας «μετασχηματιστή αέρος -πυρήνα» επειδή κατασκευάζουμε μια συσκευή η οποία έχει δύο πηνία - ένα πρωτεύον και ένα δευτερεύον - και λειτουργεί από παλλόμενα μαγνητικά πεδία. Ωστόσο, σε αντίθεση με τους παραδοσιακούς μετασχηματιστές που χρησιμοποιούν σίδηρο για να «μεταδώσουν» το μαγνητικό πεδίο από το ένα πηνίο στο άλλο, το δικό μας δεν έχει τίποτα να μεταφέρει το μαγνητικό πεδίο. Έτσι, λέμε ότι έχει έναν «πυρήνα αέρα». Για να περιγράψουμε τα πράγματα με λίγα λόγια, αυτή η μικρή, απλή συσκευή είναι απλώς μια διαφορετική προσέγγιση μιας τεχνολογίας τόσο συνηθισμένης όσο τα σύννεφα στον ουρανό.

Απολαύστε την ασύρματη συσκευή μεταφοράς ενέργειας και σας ευχαριστώ που το διαβάσατε!