Grundläggande trådlös kraftöverföring: 6 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:46

För ungefär hundra år sedan etablerade en galen forskare långt före sin tid ett laboratorium i Colorado Springs. Den var fylld med den mest excentriska tekniken, allt från massiva transformatorer till radiotorn till gnistslingor som genererade bultar av elektricitet dussintals meter långa. Laboratoriet tog flera månader att starta, representerade en betydande investering och finansierades av en man som inte precis var känd för att vara särskilt rik. Men vad var syftet med saken? Helt enkelt syftade den galna forskaren till att utveckla en metod för att överföra elektricitet direkt genom luften. Den banbrytande mannen föreställde sig en värld där vi inte skulle behöva tiotusentals miles av kraftledningar, inte behöva miljontals ton koppartråd och inte behöva dyra transformatorer och kraftmätare.

Den kända uppfinnaren Nikola Tesla var en man vars briljans drev vetenskapen om elektricitet och magnetism framåt i många år. Uppfinningar som växelströmsmotorn, radiostyrda maskiner och den moderna kraftinfrastrukturen kan alla spåras tillbaka till honom. Trots sitt djupa inflytande lyckades Tesla aldrig utveckla ett sätt att överföra ström utan ledningar på sitt laboratorium i Colorado. Eller om han gjorde det var det antingen opraktiskt eller så saknade han helt enkelt medel för att utveckla det till mognad. Ändå lever hans uppfinningsrika arv vidare, och även om vi kanske inte är fria från bördan av massiva elnät idag, har vi tekniken för att skicka ström korta sträckor utan ledningar. I själva verket är sådan teknik lätt tillgänglig på en elektronikbutik nära dig.

I denna instruktionsbok kommer vi att designa och bygga våra egna trådlösa kraftöverföringsenheter i miniatyr.

Steg 1: Material

Det krävs relativt få material för att bygga denna enkla enhet. De listas nedan.

1. Ett batteridrivet lysrör. Dessa kan köpas på den lokala Wal-Mart, Dollar General eller järnaffären för bara några dollar. Var och en av dem kommer att göra det, men gör ditt bästa för att välja en där du enkelt kan nå in och ta bort lysröret från uttaget.

2. Emaljbelagd magnettråd. Du behöver flera dussintals meter tråd för detta projekt. Ju mer du har desto bättre. Dessutom är det bäst att använda tunnare tråd, eftersom mer tråd packad i ett mindre utrymme kommer att motsvara större räckvidd och effektivitet. Mitt val av tråd här är inte perfekt - jag skulle hellre vilja att det var tunnare - men det var allt jag hade till hands när jag utformade det här projektet.

3. Reserv koppartråd. Detta är inte nödvändigt, men det hjälper mycket. Om du råkar ha krokodilklämmor (helst fyra av dem) är du i ännu bättre form.

4. En LED. Vilken LED som helst kommer att göra susen, men för den här applikationen är ljusare i allmänhet bättre. Färgen spelar ingen roll, för spänningen som levereras av enheten kommer att vara mer än tillräcklig för att tända valfri färg på LED. Motstånd krävs inte.

5. (Ej på bilden) - Sandpapper, ett C- eller D -batteri och en tändare. Dessa saker är inte nödvändiga för projektets framgång, men de kommer att vara till nytta när du bygger de olika delarna av den trådlösa kraftenheten.

Steg 2: Primärspolen

Börja med att ta en sektion av magnettråd (var som helst från tjugo till femtio fot, beroende på trådens tjocklek) och linda den till en spole. Det är här ett C- eller D -batteri är praktiskt, eftersom du helt enkelt kan linda tråden runt den upprepade gånger. Försök att göra din spole så snygg som möjligt. Se till att du helt och noga tar bort emaljisoleringen i varje ände av din spole. Detta kan kräva en tändare för att bränna av isoleringen (som visas på bilden), samt sandpapper för att ta bort den helt.

När du är klar med spolen, skjut av den från batteriet (eller lämna den på vad du än lindade den runt; i mitt fall använde jag en kvarvarande spole från ett tidigare projekt) och bind upp den med tejp eller dragkedjor. Det sista du vill ha i det här fallet är en trådspole som snabbt utvecklas. Om det lossnar kommer det att trassla ihop sig, knyta ihop och kan till och med bli oanvändbart. För att förhindra att detta händer, håll båda utskjutande ändarna av tråden mot spolen medan du säkrar den.

Steg 3: Sekundärspolen

Den sekundära spolen, liksom den primära, kan ha valfri trådlängd (helst längre än 20 fot, än en gång) och behöver inte vara av samma typ eller tjocklek. Men ungefär samma som den primära spolen, den måste vara tillverkad av emaljbelagd magnettråd, den måste ha isoleringen borttagen från varje ände och den ska vara ungefär samma storlek och form som din första spole.

När du har slutfört den sekundära spolen, binda den och fäst sedan din LED på den. Det är här reservtråd och/eller krokodilklämmor börjar komma till nytta. Jag hade turen att ha en spole som var tunn nog att jag bara kunde linda tråden runt lysdiodernas ledningar, men om min spole hade gjorts av tjockare tråd (som den primära var) hade det varit bäst att fästa LED till den med tunnare koppartråd eller clips.

I slutet av dagen spelar det ingen roll vilken sida av lysdioden som fästs till vilken ledning av spolen, så länge spolens två ändar är ordentligt och säkert anslutna till lampans terminaler.

Steg 4: Anslut allt

Om du inte redan har gjort det, ta bort lysröret från ditt batteridrivna ljus och leta upp terminalerna som tidigare var anslutna till lampan. Se till att vid denna tidpunkt stänga av enheten. Strömmen är inte tillräckligt stark för att vara dödlig, men det kan ge dig en ganska smärtsam chock om du råkar vidröra nakna trådar till båda terminalerna samtidigt.

När du har hittat terminalerna, koppla in din primära spole till dem, anslut en ledning till en terminal och den andra kabeln till den andra terminalen. Se till att du har en säker anslutning. Alligatorclips kan göra underverk här, men om du inte råkar ha några (som jag) kan du klämma fast stora bultar i terminalerna, eller så kan du till och med fästa uppbultad aluminiumfolie i ändarna på din spole och sedan fästa dem in i anslutningarna. Hur du än gör detta, se bara till att din anslutning är stabil och stabil.

När det gäller sekundärspolen behöver du inte göra mycket annat än att se till att den är ordentligt ansluten till lysdioden.

Steg 5: Kretsen i aktion

Allt vi har kvar att göra är att skjuta upp det! Se till att alla dina anslutningar är bra igen, lägg sekundärspolen ovanpå primärspolen och vrid omkopplaren för att tända "lampan". Du borde se din LED komma till liv. Kontrollera dina anslutningar igen om det inte tänds. Detta är ett ganska förlåtande projekt, så det kommer sannolikt inte att ta lång tid för dig att felsöka källan till ditt problem.

När du experimenterar med kretsen bör du märka att du kan lyfta bort din sekundära spole från primärspolen och lysdioden förblir tänd. Detta bevisar att du "trådlöst" överför ström. Prova att skjuta några papper, en bok eller något annat icke-ledande föremål mellan dina två spolar. I de flesta fall (om du inte har en riktigt tjock bok) ska lysdioden lysa. I min egen personliga erfarenhet av andra byggnader av detta projekt har jag kunnat placera sekundärspolen så långt som sex till åtta tum från primären och fortfarande se en svag glöd från lysdioden.

Steg 6: Hur det fungerar

I huvudsak är den här enheten vad vi skulle kalla en luftkärntransformator. Normala transformatorer (som de på strömstolpar, de som finns i telefonladdare, etc.) består av två eller flera trådspolar lindade runt ett strykjärn. När växelström (AC) passerar genom en spole, skapar det ett snabbt växlande magnetfält i järnet, vilket sedan inducerar en ström i den andra trådspolen. Detta är samma princip som elektriska generatorer arbetar från - att ett rörligt magnetfält kommer att få elektroner att röra sig i en tråd.

Vår enhet fungerar på ett mycket liknande (om än något annorlunda) sätt. Som det visar sig har varje batteridriven fluorescerande lampa en liten krets i den som tar lågspännings DC (likström) från batterierna och stiger den till en mycket högre spänning, någonstans i storleksordningen några hundra volt. Utan denna högspänning skulle lysrören inte kunna fungera. För att generera denna högre spänning måste vår fluorescerande ljusdrivkrets dock konvertera den stabila likströmmen från ett batteri till en annan form av elektricitet som kallas pulserad likström. Pulserad likström fungerar på samma sätt som växelström i en transformator - strömens "pulserade" karaktär skapar i huvudsak ett magnetfält i tråden som kollapsar och reformerar tusentals gånger varje sekund. Denna pulserande likström gör det möjligt för en liten transformator inbäddad i kretsen att öka kraften från sex eller tolv volt till flera hundra. Men på grund av hur strömförsörjningen fungerar, "pulserar" elen vid terminalerna med en hastighet av flera tusen gånger per sekund. Vi kan i huvudsak säga att högspänningselektriciteten som kommer ut ur enheten "surrar".

När denna pulserande likström matas in i vår primära spole förvandlar den spolen till en elektromagnet som projicerar ett snabbt föränderligt magnetfält. När vi tar vår sekundära spole nära den primära, genereras en ström i den på grund av det pulserande magnetfältet. Denna ström passerar sedan genom lysdioden och får den att tändas. Ju längre bort från primärspolen sekundären kommer, desto mindre påverkar magnetfältet på den och desto mindre ström genereras. På samma sätt kan denna effekt "motverkas" genom att lägga till mer tråd. Mer tråd betyder mer magnetism i primärspolen och mer tråd i sekundärspolen innebär att mer av det magnetfältet kan fångas.

På grund av detta kan vi kalla vårt projekt för en "luft -kärntransformator" eftersom vi konstruerar en enhet som har två spolar - en primär och en sekundär - och fungerar från pulserande magnetfält. Till skillnad från traditionella transformatorer som använder järn för att "överföra" magnetfältet från en spole till en annan, har vårt inget att bära magnetfältet. Således säger vi att den har en "luftkärna". För att sätta saker i ett nötskal är den här lilla, enkla enheten bara en annan uppfattning om en teknik som är så vanlig som molnen på himlen.

Njut av din trådlösa kraftöverföringsenhet och tack för att du läste!