วิธีทำปืนขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้า

ปืนคอยล์อย่างที่หลาย ๆ คนคิด (รวมถึงผมด้วย) ไม่ใช่แค่ของเล่นสนุก ๆ ที่มีท่อและขดลวดสองสามอันรอบตัวซึ่งสามารถยิงโพรเจกไทล์ในระยะที่กำหนด นักวิทยาศาสตร์จาก Sandia National Laboratories เชื่อว่าปืนกลสามารถถูกออกแบบมาเพื่อเร่งอนุภาคด้วยความเร็วที่มากขึ้นซึ่งสูงพอที่จะหลบหนีแรงโน้มถ่วงของโลกได้ ใช่คุณได้ยินถูกต้อง! ปืนคอยล์สามารถใช้ยิงดาวเทียมได้ในอนาคต บางทีอาจมีคนที่ลองใช้แล้วและคนที่กำลังดำเนินการอยู่ นอกเหนือจากการใช้งานในอวกาศแล้วกองทัพยังสนใจปืนคอยล์อีกรูปแบบหนึ่งที่เรียกว่าRail GunหรือRailway Gunซึ่งสามารถยิงกระสุนปืนได้

ทั้งหมดนี้มีฉันสนใจในการสร้างของตัวเองรุ่นคอยล์ปืนนอกจากนี้ยังเป็นที่น่าพอใจมากที่ได้เล่นและดูกระสุนโลหะที่โผล่ออกมาจากขดลวดด้วยการคลิกปุ่ม ก่อนหน้านี้เราจะเริ่มต้นฉันอยากจะทำให้ชัดเจนว่าโครงการนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อการศึกษาเท่านั้นดังนั้นหากคุณต้องการสร้างปืนนี้เพื่อหลบหนีคนพาลในโรงเรียนมัธยมของคุณคุณควรไปพบนักจิตวิทยา โครงการนี้ยังเกี่ยวข้องกับชิ้นส่วนโลหะที่บินได้และแรงดันไฟฟ้าสูงดังนั้นโปรดใช้ความระมัดระวังในขณะทำงานด้วย ที่กล่าวมาเริ่มกันเลย

วัสดุที่จำเป็น

• ลวดทองแดง (เคลือบ)
• เซ็นเซอร์ IR (ประเภทการวัดความเร็ว)
• IRFZ44N มอสเฟต
• BC557 PNP ทรานซิสเตอร์
• ตัวต้านทาน 10k และ 1K
• 7805 Regulator
• 0.1 ยูเอฟ
• ปุ่มกด
• เขียงหั่นขนม
• แหล่งพลังงาน (RPS)
• แบตเตอรี่ 9V

ปืนคอยล์ทำงานอย่างไร?

หลักการพื้นฐานที่อยู่เบื้องหลังปืนคอยล์คือตัวนำกระแสไฟฟ้าจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กรอบ ๆ ตัวซึ่งฟาราเดย์ระบุไว้ เพื่อปรับปรุงความแรงของสนามแม่เหล็กนี้ตัวนำกระแสไฟฟ้าจะถูกพันเป็นขดลวด ตอนนี้เมื่อขดลวดนี้ขับเคลื่อนมันจะสร้างสนามแม่เหล็กรอบ ๆ ซึ่งมีความแข็งแรงเพียงพอที่จะดึงดูดชิ้นส่วนโลหะ (หรือแม่เหล็กเฟอร์โรอื่น ๆ) หรือที่เรียกว่าโพรเจกไทล์เข้ามา

การจัดเรียงดังกล่าวจะดึงดูดโพรเจกไทล์จากปลายด้านหนึ่งเท่านั้นและเมื่อถึงปลายอีกด้านหนึ่งมันจะถูกดึงดูดเข้าไปในขดลวดอีกครั้งดังนั้นโพรเจกไทล์จะยังคงอยู่ภายในขดลวดเองหลังจากการแกว่งเพียงไม่กี่ครั้ง เนื่องจากในระหว่างกระบวนการโพรเจกไทล์จะถูกทำให้เป็นแม่เหล็กและทำหน้าที่เป็นแม่เหล็กตราบใดที่มีสนามแม่เหล็กอยู่โปรเจ็กไทล์ (แม่เหล็ก) จะอยู่ในขดลวดเท่านั้น แต่ปืนคอยล์ควรปล่อยโพรเจกไทล์ออกจากมันดังนั้นเราควรใช้เซ็นเซอร์เพื่อตรวจสอบว่ากระสุนปืนไปถึงปลายอีกด้านของขดลวดหรือไม่และควรปิดขดลวดเมื่อใดวิธีนี้กระสุนจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากันและ หนีออกจากขดลวด

อาจฟังดูเรียบง่าย แต่สามารถเพิ่มความซับซ้อนได้โดยใช้ขดลวดมากกว่าหนึ่งตัว ความเร็วของกระสุนปืนสามารถเพิ่มขึ้นได้ในขณะที่ผ่านขดลวดหลายขดลวด งานที่ท้าทายอีกอย่างคือการจัดหากระแสไฟฟ้าให้เพียงพอสำหรับขดลวด ขดลวดอาจใช้ที่ใดก็ได้ระหว่าง 5A ถึง 10A ที่ 24V ขึ้นอยู่กับจำนวนรอบและความหนาของขดลวด ดังนั้นแหล่งที่มาของกระแสไฟฟ้าที่สูงเช่นนี้คนส่วนใหญ่จึงใช้ตัวเก็บประจุขนาดใหญ่เพื่อจัดการกับมัน แต่ในบทช่วยสอนของเราเพื่อให้สิ่งต่างๆง่ายขึ้นเราจะสร้างปืนคอยล์ขั้นตอนเดียวและเพิ่มพลังด้วยหน่วย RPS

แผนภูมิวงจรรวม

แผนภาพวงจรที่สมบูรณ์สำหรับSingle Stage Coil Gunแสดงในภาพด้านล่าง

อย่างที่คุณเห็นวงจรค่อนข้างเรียบง่าย ส่วนประกอบหลักในวงจรคือคอยล์เอง เราจะดูว่าเราสร้างมันอย่างไรในหัวข้อถัดไปขดเป็นรูปแบบการขับเคลื่อนแรงดัน 24V แบบ RPS เราอุปทานถูกควบคุม (เปลี่ยน) ผ่านN-Channel MSFET IRF544Z ขาเกตของทรานซิสเตอร์ถูกดึงลงมาผ่านตัวต้านทาน 10k (R1) และใช้ไดโอด D1เพื่อหลีกเลี่ยงกระแสย้อนกลับเมื่อขดลวดคลายประจุ

MOSFET เป็น N-channel และด้วยเหตุนี้จึงยังคงปิดอยู่จนกว่าจะมีการจ่ายแรงดันเกตตามเกณฑ์ในกรณีนี้คือ 5V ให้กับขาเกต สิ่งนี้ทำได้ด้วยปุ่มกดแม้ว่าทรานซิสเตอร์ PNP (BC557)เมื่อกดปุ่มแล้ว 5V จะจ่ายให้กับขาประตูของ MOSFET และขดลวดจะเปิดอยู่ สิ่งนี้จะดึงดูดกระสุนปืนและดันผ่านปลายอีกด้าน ทันทีที่โพรเจกไทล์ไปถึงอีกด้านหนึ่งเซ็นเซอร์ IRจะรับรู้และส่งสัญญาณ 5V ไปยังขาฐานของทรานซิสเตอร์ PNP ผ่านตัวต้านทาน จำกัด กระแส 1K สิ่งนี้จะเปิดทรานซิสเตอร์และด้วยเหตุนี้ 5V ถึง MOSFET จะถูกตัดการเชื่อมต่อและคอยล์จะถูกปิดด้วย ดังนั้นกระสุนจะหลุดออกจากขดลวดและจะถูกปล่อยออกมา 5V เพื่อจ่ายพลังงานให้กับเซ็นเซอร์ IR และทริกเกอร์ทรานซิสเตอร์และ MOSFET ถูกควบคุมโดย IC ควบคุมแรงดันไฟฟ้า 7805 จากแบตเตอรี่ 9V

ม้วนขดลวด

อย่างที่บอกไปก่อนหน้านี้ส่วนประกอบที่สำคัญที่สุดในวงจรนี้คือขดลวด ก่อนที่คุณจะเริ่มพันขดลวดคุณควรตัดสินใจว่าจะเป็นขนาดกระสุนปืนของคุณในกรณีของฉันฉันใช้บิตไดรเวอร์สกรูเป็นกระสุนปืน แต่คุณสามารถเลือกอะไรก็ได้ที่มีคุณสมบัติแม่เหล็กเฟอร์โร หลังจากเลือกกระสุนปืนแล้วเราต้องเลือกท่อที่มีรูเหมือนโครงสร้างซึ่งเพียงพอที่จะเลื่อนกระสุนปืนได้แม้ว่าจะไม่มีแรงเสียดทานมากก็ตาม ฉันลองใช้ปากกาเติมที่ว่างเปล่าและมันก็ใช้ได้ผลดีสำหรับฉัน คุณสามารถเลือกได้ตามขนาดของกระสุนปืนของคุณ จากนั้นความยาวของฐานทรงกระบอกอาจสูงถึง 5 ซม. ในที่สุดก็ซื้อลวดทองแดงเคลือบที่มีความหนาปานกลางของฉันหนา 0.8 มม.

หลังจากรวบรวมวัสดุที่คุณต้องการทั้งหมดแล้วให้เล่นเพลย์ลิสต์ที่คุณชื่นชอบและเริ่มพันขดลวดที่ด้านบนของฐานทรงกระบอกของคุณ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าขดลวดไม่พันกันและไม่คลายออกง่าย หลังจากเสร็จสิ้นการม้วนชั้นแรกแล้วคุณสามารถใช้เทปฉนวน (เทปไฟฟ้า) เพื่อยึดให้เข้าที่จากนั้นเริ่มปีกชั้นที่สองที่ด้านบนของมันในทำนองเดียวกัน โปรดทราบว่าคุณควรหมุนขดลวดในทิศทางเดียวเสมอหากคุณเริ่มจากซ้ายไปขวาหลังจากถึงจุดสิ้นสุดสำหรับชั้นแรกให้เริ่มจากซ้ายอีกครั้งเพื่อม้วนชั้นที่สอง ทำขั้นตอนนี้ซ้ำได้จนกว่าจะถึง 5-7 ชั้น ฉันสร้างประมาณ 6 ชั้นโดยแต่ละชั้นมีประมาณ 60 รอบ การจัดเรียงขดลวดของฉันมีลักษณะดังนี้ที่แสดงในภาพด้านล่างฉันใช้ดิสก์พิมพ์ 3 มิติสองแผ่น (สีขาว) เพียงเพื่อยึดขดลวดให้เข้าที่ซึ่งเป็นอุปกรณ์เสริม

การทำงานกับขดลวดเป็นสิ่งที่ท้าทายอยู่เสมอและเราต้องไขให้ถูกต้องเพื่อให้ทำงานได้อย่างถูกต้องเช่นเดียวกับใน Tesla Coil Project หลายคนจะไม่ได้รับเอาต์พุตที่ถูกต้องเนื่องจากขดลวดที่ไม่เหมาะสม

การทำงานของปืนมินิคอยล์

หลังจากสร้างขดลวดที่คุณสามารถดำเนินการเชื่อมต่อไปยังส่วนที่เหลือของวงจรปืนขดลวดโปรดทราบว่าขดลวดอาจใช้พลังงานสูงถึง 5A และด้วยเหตุนี้จึงไม่สามารถสร้างส่วนขดลวดบนเขียงหั่นขนมได้เนื่องจากโดยปกติเขียงหั่นขนมจะได้รับการจัดอันดับที่ 500mA เท่านั้น ดังนั้นคุณสามารถสร้างวงจรที่สมบูรณ์บนบอร์ด perf ได้โดยการบัดกรีส่วนประกอบหรือทำตามวิธีการบัดกรีสายไฟสูงโดยตรงผ่านเขียงหั่นขนมอย่างที่ฉันได้ทำดังที่แสดงในภาพด้านล่าง

ดังที่คุณเห็นขดลวดได้รับพลังงานจากคลิปพาวเวอร์ซัพพลายที่มีการควบคุม (คลิปจระเข้) ผ่านมอสเฟตที่มีพินบัดกรีเข้ากับสายไฟโดยตรง ขาเกตของ mosfet ต้องการเพียง 5V เท่านั้นและด้วยเหตุนี้จึงถูกนำไปที่เขียงหั่นขนมซึ่งมีการสร้างวงจรที่เหลือรวมถึงตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าทรานซิสเตอร์และสวิตช์เขียงหั่นขนมโดยใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ 9Vแม้ว่าคลิปแบตเตอรี่

ในการทดสอบโครงการปืนคอยล์เพียงแค่ใส่ชิ้นโลหะเข้าไปในขดลวดแล้วกดปุ่มบนเขียงหั่นขนม สิ่งนี้ควรจะยิงกระสุนออกนอกขดลวด ตรวจสอบให้แน่ใจว่าอย่ากดปุ่มอย่างต่อเนื่องเนื่องจากจะกระตุ้นขดลวดอีกครั้งหลังจากที่กระสุนถูกยิงออกไปและอาจทำให้ขดลวดเสียหายอย่างถาวร การทำงานที่สมบูรณ์แบบของโครงการที่สามารถพบได้ในวิดีโอ

หวังว่าคุณจะสร้างโครงการและทำให้มันใช้งานได้ หากคุณมีข้อสงสัยใด ๆ คุณสามารถฝากไว้ในส่วนความคิดเห็นด้านล่างหรือโพสต์ไว้ในฟอรัมของเราสำหรับคำถามทางเทคนิคอื่น ๆ