Hoe maak je een elektromagnetisch pistool

Coil Gun, zoals veel mensen denken (inclusief ik), is niet alleen leuk speelgoed met een buis en een paar spoelen eromheen die projectielen tot een bepaalde afstand kunnen afschieten. Wetenschappers van Sandia National Laboratories geloven dat een coilgun kan worden ontworpen om deeltjes te versnellen met een grotere snelheid die hoog genoeg is om aan de zwaartekracht van de aarde te ontsnappen. Ja, dat heb je goed gehoord! Coil gun kan mogelijk worden gebruikt om in de toekomst satellieten te lanceren. Misschien zijn er mensen die het hebben geprobeerd en er momenteel ook aan werken. Afgezien van ruimtetoepassingen lijkt het leger ook geïnteresseerd te zijn in een andere vorm van Coil Gun, genaamd Rail Gun of Railway Gun, die projectielen kan afvuren.

Dit alles maakte me geïnteresseerd in het bouwen van mijn eigen versie van Coil Gun. Het is ook zo bevredigend om mee te spelen en te zien hoe de metalen projectielen met een druk op de knop uit de spoel worden geworpen. Voordat we beginnen, wil ik graag duidelijk maken dat dit project puur voor educatieve doeleinden is, dus als je op zoek bent naar een wapen om aan die pestkop op je middelbare school te ontsnappen, moet je waarschijnlijk een psycholoog bezoeken. Het project omvat ook vliegende metalen stukken en hoge spanningen, dus wees voorzichtig tijdens het werken. Dat gezegd hebbende, laten we beginnen.

Vereiste materialen

• Koperdraad (geëmailleerd)
• IR-sensor (type snelheidsmeting)
• IRFZ44N MOSFET
• BC557 PNP-transistor
• 10k en 1K weerstand
• 7805 Regelaar
• 0.1uF
• Druk op de knop
• Breadboard
• Stroombron (RPS)
• 9V batterij

Hoe werkt een Coil Gun?

Het basisprincipe achter een Coil Gun is dat een stroomvoerende geleider er een magnetisch veld omheen zal opwekken, aldus Faraday. Om de sterkte van dit magnetische veld te verbeteren, is de stroomvoerende geleider gewikkeld in de vorm van een spoel. Nu, wanneer deze spoel wordt gevoed het produceert een magnetisch veld omheen die sterk genoeg is om metaal te trekken (of andere Ferro magnetische) stukken aka projectielen in.

Een dergelijke opstelling zal het projectiel alleen van het ene uiteinde naar binnen trekken en wanneer het het andere uiteinde bereikt, zal het weer binnen de spoel worden aangetrokken en dus zal het projectiel na enkele trillingen in de spoel zelf blijven. Dit komt doordat het projectiel tijdens het proces wordt gemagnetiseerd en als een magneet werkt, dus zolang het magnetische veld aanwezig is, zal het projectiel (magneet) de neiging hebben om alleen binnen de spoel te blijven. Maar een spoelkanon zou er een projectiel uit moeten lanceren, dus we moeten een sensor gebruiken om te controleren of het projectiel het andere uiteinde van de spoel heeft bereikt en wanneer de spoel moet worden uitgeschakeld, op deze manier zal het projectiel met dezelfde snelheid en ontsnappen uit de spoel.

Het klinkt misschien simpel, maar de complexiteit kan worden vergroot door meer dan één spoel te gebruiken. Door meerdere spoelen te gebruiken, kan de snelheid van het projectiel worden verhoogd terwijl het door de spoel gaat. Een andere uitdagende taak is het verkrijgen van voldoende stroom voor de spoel. De spoel kan ergens tussen de 5 A en 10 A bij 24 V verbruiken, afhankelijk van het aantal windingen en de dikte van de spoel. Dus om zulke hoge stroom te verkrijgen, gebruiken de meeste mensen een grote condensator om ermee om te gaan. Maar in onze tutorial om het simpel te houden, zullen we een enkeltraps-spoelpistool bouwen en deze voeden met een RPS-eenheid.

Schakelschema

Het volledige schakelschema voor dit enkeltraps spiraalpistool wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding.

Zoals je kunt zien, is het circuit vrij eenvoudig. Het belangrijkste onderdeel van het circuit is de spoel zelf; we zullen zien hoe we het bouwen in de volgende rubriek. De spoel wordt gevoed vanuit een 24V voedingsspanning uit onze RPS, de voeding wordt aangestuurd (geschakeld) via een N-Channel MSFET IRF544Z. De poortpin van de transistor wordt naar beneden getrokken door een weerstand van 10k (R1) en de diode D1 wordt gebruikt om de tegenstroom te omzeilen wanneer de spoel ontlaadt.

De MOSFET is een N-kanaal en blijft daarom uitgeschakeld totdat een poortdrempelspanning in dit geval 5V wordt geleverd aan de poortpin. Dit gebeurt met een drukknop via een PNP-transistor (BC557), wanneer de knop wordt ingedrukt, wordt de 5V geleverd aan de Gate-pin van MOSFET en wordt de spoel ingeschakeld. Dit trekt het projectiel aan en duwt het door het andere uiteinde. Zodra het projectiel het andere uiteinde bereikt, de IR-sensorzal het detecteren en een 5V-signaal naar de basispin van de PNP-transistor sturen via de 1K-stroombegrenzende weerstand. Hierdoor wordt de transistor geopend en daarom wordt de 5V naar MOSFET losgekoppeld en wordt de spoel ook uitgeschakeld. Daarom zal het projectiel uit de spoel ontsnappen en worden gelanceerd. De 5V om de IR-sensor van stroom te voorzien en de transistor en MOSFET te activeren, wordt geregeld door een 7805-spanningsregelaar-IC van een 9V-batterij.

De spoel opwinden

Zoals eerder verteld is de belangrijkste component in deze schakeling de spoel. Voordat je de spoel begint op te winden, moet je beslissen wat de grootte van je projectiel zal zijn, in mijn geval gebruik ik een schroevendraaier als projectielen. Maar u kunt alles selecteren dat ferro magnetische eigenschappen heeft. Nadat we het projectiel hebben geselecteerd, moeten we een gatachtige buisachtige structuur selecteren die net genoeg is om het projectiel er zonder veel wrijving doorheen te laten glijden. Ik heb geprobeerd een lege navulpen te gebruiken en het werkte prima voor mij. U kunt er een kiezen op basis van de grootte van uw projectiel. De lengte van de cilindrische basis kan dan tot 5 cm bedragen. Koop ten slotte ook geëmailleerde koperdraad van gemiddelde dikte, de mijne is 0,8 mm dik.

Nadat je al je benodigde materialen hebt verzameld, speel je je favoriete afspeellijst af en begin je de spoel op je cilindrische basis te wikkelen. Zorg ervoor dat de wikkelingen elkaar niet overlappen en niet gemakkelijk loskomen. Nadat u de eerste laag wikkeling hebt afgewerkt, kunt u een isolatietape (elektrische tape) gebruiken om deze op zijn plaats te bevestigen en vervolgens de tweede laag er op dezelfde manier op te wrijven. Merk op dat u de spoel altijd in slechts één richting moet wikkelen, als u van links naar rechts bent begonnen nadat u het einde van de eerste laag hebt bereikt, begin dan opnieuw van links voor het winden van de tweede laag. Je kunt deze stap herhalen totdat je 5-7 lagen hebt bereikt. Ik heb ongeveer 6 lagen gemaakt waarbij elke laag ongeveer 60 slagen heeft. Mijn spoelopstelling ziet er ongeveer zo uit als in de onderstaande afbeelding.Ik heb twee 3D-geprinte schijven (witte kleur) gebruikt om de spoel op zijn plaats te houden, ze zijn optioneel.

Werken met spoelen is altijd een uitdaging en je moet het correct opwinden om goed te werken, zoals in Tesla Coil Project, veel mensen zullen niet de juiste output krijgen vanwege een onjuiste spoelwikkeling.

Werking van Mini Coil Gun

Na het opbouwen van de spoel kunt u doorgaan met het aansluiten op de rest van het spoelpistoolcircuit. Houd er rekening mee dat de spoel een hoge 5A kan verbruiken en daarom kan het spoelgedeelte niet op een breadboard worden gebouwd, omdat breadboards normaal gesproken alleen geschikt zijn voor 500mA. Je kunt dus ofwel het complete circuit op een perf-board bouwen door de componenten te solderen of een grove manier volgen om de hoogspanningslijnen rechtstreeks door een breadboard te solderen, zoals ik heb gedaan zoals in de onderstaande afbeelding.

Zoals je kunt zien, wordt de spoel bekrachtigd door de gereguleerde voedingsklemmen (krokodillenklemmen) via een mosfet waarvan de pinnen direct aan de draden zijn gesoldeerd. De poortpin van de mosfet vereist slechts 5V en daarom wordt hij naar het breadboard gebracht waar het resterende circuit inclusief de spanningsregelaar, transistor en schakelaar is gebouwd. Het breadboard wordt gevoed door de 9V-batterij via de batterijklemmen.

Om het project van het spoelpistool te testen, plaatst u eenvoudig het metalen stuk in de spoel en drukt u op de knop op het breadboard. Dit zou het projectiel buiten de spoel moeten lanceren. Zorg er ook voor dat u niet continu op de knop drukt, want dat zal de spoel weer activeren nadat het projectiel is gelanceerd en de spoel permanent kunnen beschadigen. De volledige werking van het project is te vinden in de video.

Ik hoop dat je het project hebt gebouwd en het hebt laten werken. Als u vragen heeft, kunt u deze achterlaten in het commentaargedeelte hieronder of ze op onze forums plaatsen voor andere technische vragen.