Grundlegende drahtlose Energieübertragung - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:21

Vor etwa hundert Jahren gründete ein verrückter Wissenschaftler, der seiner Zeit weit voraus war, ein Labor in Colorado Springs. Es war mit der exzentrischsten Technologie gefüllt, die von massiven Transformatoren über Funktürme bis hin zu Funkenspulen reichte, die Dutzende von Fuß lange Elektrizitätsbolzen erzeugten. Der Aufbau des Labors dauerte Monate, stellte eine bedeutende Investition dar und wurde von einem Mann finanziert, der nicht gerade als besonders wohlhabend bekannt war. Aber was war der Zweck der Sache? Ganz einfach, der verrückte Wissenschaftler wollte eine Methode entwickeln, um Elektrizität direkt durch die Luft zu übertragen. Der Pionier stellte sich eine Welt vor, in der wir keine Zehntausende von Kilometern Stromleitungen, keine Millionen Tonnen Kupferdraht und keine teuren Transformatoren und Leistungsmesser benötigen würden.

Der bekannte Erfinder Nikola Tesla war ein Mann, dessen Brillanz die Wissenschaft der Elektrizität und des Magnetismus um viele Jahre vorangetrieben hat. Erfindungen wie der Wechselstrommotor, funkgesteuerte Maschinen und die moderne Energieinfrastruktur gehen auf ihn zurück. Trotz seines tiefgreifenden Einflusses gelang es Tesla jedoch nie, in seinem Labor in Colorado eine Möglichkeit zur drahtlosen Energieübertragung zu entwickeln. Oder wenn er es tat, war es entweder unpraktisch oder es fehlten ihm einfach die Mittel, um es zur Reife zu entwickeln. Nichtsdestotrotz lebt sein erfinderisches Erbe weiter, und obwohl wir heute vielleicht nicht frei von massiven Stromnetzen sind, haben wir die Technologie, um Strom ohne Kabel über kurze Distanzen zu senden. Tatsächlich ist eine solche Technologie in einem Elektronikgeschäft in Ihrer Nähe leicht erhältlich.

In diesem Instructable werden wir unsere eigenen Miniatur-Wireless-Power-Transfer-Geräte entwerfen und bauen.

Schritt 1: Materialien

Es werden relativ wenige Materialien benötigt, um dieses einfache Gerät zu bauen. Sie sind unten aufgeführt.

1. Eine batteriebetriebene Leuchtstoffröhre. Diese können im örtlichen Wal-Mart, Dollar General oder Baumarkt für nur wenige Dollar gekauft werden. Jeder von ihnen ist ausreichend, aber versuchen Sie Ihr Bestes, um einen auszuwählen, in den Sie leicht hineingreifen und die Leuchtstoffröhre aus ihrer Fassung lösen können.

2. Emaillierter Magnetdraht. Sie benötigen für dieses Projekt mehrere Dutzend Meter Draht. Je mehr Sie haben, desto besser. Darüber hinaus ist es am besten, dünneren Draht zu verwenden, da mehr Draht auf kleinerem Raum einer größeren Reichweite und Effizienz entspricht. Meine Wahl des Drahtes hier ist nicht ideal - ich wäre viel lieber dünner - aber es war alles, was ich zur Hand hatte, als ich dieses Projekt entwarf.

3. Ersatzkupferdraht. Dies ist nicht notwendig, hilft aber sehr. Wenn Sie Krokodilklemmen (vorzugsweise vier davon) haben, sind Sie noch besser in Form.

4. Eine LED. Jede LED reicht aus, aber für diese Anwendung ist heller im Allgemeinen besser. Die Farbe spielt keine Rolle, denn die vom Gerät gelieferte Spannung reicht mehr als aus, um jede LED-Farbe zu leuchten. Widerstände sind nicht erforderlich.

5. (Nicht abgebildet) - Sandpapier, eine C- oder D-Zellen-Batterie und ein Feuerzeug. Diese Dinge sind für den Erfolg des Projekts nicht notwendig, aber sie werden sich als nützlich erweisen, wenn Sie die verschiedenen Teile des drahtlosen Stromversorgungsgeräts bauen.

Schritt 2: Die Primärspule

Beginnen Sie damit, einen Abschnitt Magnetdraht (je nach Dicke des Drahtes zwischen zwanzig und fünfzig Fuß) zu nehmen und ihn zu einer Spule zu wickeln. Hier ist eine C- oder D-Batterie praktisch, da Sie den Draht einfach mehrmals umwickeln können. Versuchen Sie, Ihre Spule so sauber wie möglich zu machen. Stellen Sie außerdem sicher, dass Sie die Emaille-Isolierung an jedem Ende Ihrer Spule vollständig und gründlich entfernen. Dies erfordert möglicherweise ein Feuerzeug, um die Isolierung abzubrennen (wie im Bild gezeigt) sowie Schleifpapier, um sie vollständig zu entfernen.

Wenn Sie mit der Spule fertig sind, schieben Sie sie von der Batterie (oder lassen Sie sie auf dem, was Sie umwickelt haben; in meinem Fall habe ich eine übrig gebliebene Spule aus einem früheren Projekt verwendet) und binden Sie sie mit Klebeband oder Kabelbindern zusammen. Das Letzte, was Sie in diesem Fall wollen, ist eine sich schnell entwirrende Drahtspule. Wenn es sich auflöst, verheddert es sich, verknotet sich und kann sogar unbrauchbar werden. Um dies zu verhindern, halten Sie beide hervorstehenden Enden des Drahtes gegen die Spule, während Sie sie befestigen.

Schritt 3: Die Sekundärspule

Die Sekundärspule kann wie die Primärspule eine beliebige Drahtlänge sein (vorzugsweise wiederum länger als 6 m) und muss nicht dieselbe Art oder Dicke aufweisen. Ähnlich wie die Primärspule muss sie jedoch aus emailliertem Magnetdraht bestehen, die Isolierung muss von jedem Ende entfernt sein und sie sollte ungefähr die gleiche Größe und Form wie Ihre erste Spule haben.

Wenn Sie die Sekundärspule fertiggestellt haben, binden Sie sie zusammen und befestigen Sie dann Ihre LED daran. Hier kommen Ersatzdraht und/oder Krokodilklemmen zum Einsatz. Ich hatte das Glück, eine Spule zu haben, die dünn genug war, um den Draht einfach um die Leitungen der LED zu wickeln, aber wenn meine Spule aus dickerem Draht bestand (wie der primäre), wäre es am besten gewesen, die zu befestigen LED dazu mit dünneren Kupferdrähten oder Clips.

Am Ende des Tages spielt es keine Rolle, welche Seite der LED an welcher Zuleitung der Spule befestigt wird, solange die beiden Enden der Spule fest und sicher mit den Anschlüssen der Glühbirne verbunden sind.

Schritt 4: Alles verkabeln

Falls noch nicht geschehen, entfernen Sie die Leuchtstofflampe von Ihrer batteriebetriebenen Leuchte und suchen Sie die Klemmen, die zuvor mit der Lampe verbunden waren. Stellen Sie an dieser Stelle sicher, dass das Gerät ausgeschaltet ist. Der Strom ist nicht stark genug, um tödlich zu sein, aber er kann einen ziemlich schmerzhaften Schock verursachen, wenn Sie beide Anschlüsse gleichzeitig mit blanken Drähten berühren.

Sobald Sie die Anschlüsse lokalisiert haben, verdrahten Sie Ihre Primärspule mit ihnen und verbinden Sie eine Leitung mit einer Klemme und die andere Leitung mit der anderen Klemme. Stellen Sie sicher, dass Sie über eine sichere Verbindung verfügen. Krokodilklemmen können hier Wunder wirken, aber wenn Sie (wie ich) keine haben, können Sie große Schrauben in die Klemmen klemmen oder sogar zusammengerollte Aluminiumfolie an den Enden Ihrer Spule anbringen und dann kleben in die Anschlüsse. Wie auch immer Sie dies tun, stellen Sie einfach sicher, dass Ihre Verbindung stabil und stabil ist.

Wenn Sie sich der Sekundärspule zuwenden, müssen Sie nicht viel tun, außer sicherzustellen, dass sie sicher mit der LED verbunden ist.

Schritt 5: Die Schaltung in Aktion

Alles, was wir noch tun müssen, ist, es anzuzünden! Stellen Sie erneut sicher, dass alle Ihre Verbindungen gut sind, legen Sie die Sekundärspule auf die Primärspule und schalten Sie den Schalter um, um das "Licht" einzuschalten. Sie sollten sehen, wie Ihre LED zum Leben erwacht. Wenn sie nicht aufleuchtet, überprüfen Sie Ihre Verbindungen erneut. Dies ist ein ziemlich nachsichtiges Projekt, und daher wird es wahrscheinlich nicht lange dauern, bis Sie die Ursache Ihres Problems beheben.

Wenn Sie mit der Schaltung experimentieren, sollten Sie feststellen, dass Sie Ihre Sekundärspule von der Primärspule abheben können und die LED weiterhin leuchtet. Dies beweist, dass Sie „drahtlos“Strom übertragen. Versuchen Sie, einige Papiere, ein Buch oder einen anderen nicht leitenden Gegenstand zwischen Ihre beiden Spulen zu schieben. In den meisten Fällen (es sei denn, Sie haben ein wirklich dickes Buch) sollte die LED an bleiben. Nach meiner persönlichen Erfahrung mit anderen Builds dieses Projekts konnte ich die Sekundärspule bis zu sechs bis acht Zoll von der Primärspule entfernt platzieren und sehe immer noch ein schwaches Leuchten von der LED.

Schritt 6: Wie es funktioniert

Im Wesentlichen ist dieses Gerät das, was wir einen Luftkerntransformator nennen würden. Normale Transformatoren (wie die an Strommasten, die in Telefonladegeräten usw.) bestehen aus zwei oder mehr Drahtspulen, die um ein Stück Eisen gewickelt sind. Wenn Wechselstrom (AC) durch eine Spule geleitet wird, erzeugt dies ein schnell wechselndes Magnetfeld im Eisen, das dann einen Strom in der zweiten Drahtspule induziert. Dies ist das gleiche Prinzip, nach dem elektrische Generatoren arbeiten - ein sich bewegendes Magnetfeld bewirkt, dass sich Elektronen in einem Draht bewegen.

Unser Gerät funktioniert ganz ähnlich (wenn auch etwas anders). Wie sich herausstellt, verfügt jede batteriebetriebene Leuchtstofflampe über einen kleinen Schaltkreis, der die Niederspannungs-Gleichspannung (Gleichstrom) von den Batterien auf eine viel höhere Spannung hochsetzt, irgendwo in der Größenordnung von einigen hundert Volt. Ohne diese Hochspannung könnten die Leuchtstoffröhren nicht funktionieren. Um diese höhere Spannung zu erzeugen, muss unsere Leuchtstoffröhren-Treiberschaltung jedoch die konstante Gleichstromleistung einer Batterie in eine andere Form von Elektrizität umwandeln, die als gepulster Gleichstrom bekannt ist. Gepulster Gleichstrom verhält sich in einem Transformator genauso wie Wechselstrom - die "gepulste" Natur des Stroms erzeugt im Wesentlichen ein Magnetfeld im Draht, das tausendmal pro Sekunde zusammenbricht und sich neu formiert. Dieser pulsierende Gleichstrom ermöglicht es einem winzigen Transformator, der in die Schaltung eingebettet ist, die Leistung von sechs oder zwölf Volt auf mehrere hundert zu erhöhen. Aufgrund der Funktionsweise der Stromversorgung „pulsiert“der Strom an den Terminals jedoch mehrere tausend Mal pro Sekunde. Wir können im Wesentlichen sagen, dass der Hochspannungsstrom, der aus dem Gerät kommt, 'summend' ist.

Wenn dieser pulsierende Gleichstrom in unsere Primärspule eingespeist wird, verwandelt er die Spule in einen Elektromagneten, der ein sich schnell änderndes Magnetfeld projiziert. Wenn wir unsere Sekundärspule in die Nähe der Primärspule bringen, wird in ihr aufgrund des pulsierenden Magnetfeldes ein Strom erzeugt. Dieser Strom fließt dann durch die LED und lässt sie aufleuchten. Je weiter die Sekundärspule von der Primärspule entfernt ist, desto weniger beeinflusst das Magnetfeld sie und desto weniger Strom wird erzeugt. Ebenso kann dieser Effekt durch Hinzufügen von mehr Draht „entgegengesetzt“werden. Mehr Draht bedeutet mehr Magnetismus in der Primärspule und mehr Draht in der Sekundärspule bedeutet, dass mehr von diesem Magnetfeld eingefangen werden kann.

Aus diesem Grund können wir unser Projekt einen "Luftkerntransformator" nennen, weil wir ein Gerät konstruieren, das zwei Spulen - eine Primär- und eine Sekundärspule - hat und mit pulsierenden Magnetfeldern arbeitet. Im Gegensatz zu herkömmlichen Transformatoren, die Eisen verwenden, um das Magnetfeld von einer Spule zur anderen zu "übertragen", hat unser Transformator jedoch nichts, um das Magnetfeld zu tragen. Daher sagen wir, dass es einen „Luftkern“hat. Um es auf den Punkt zu bringen, dieses kleine, einfache Gerät ist nur eine andere Interpretation einer Technologie, die so alltäglich ist wie die Wolken am Himmel.

Viel Spaß mit Ihrem drahtlosen Energieübertragungsgerät und vielen Dank fürs Lesen!