Cách chế tạo súng cuộn điện từ

Coil Gun, như nhiều người nghĩ (bao gồm cả tôi) không chỉ là một món đồ chơi thú vị với một cái ống và một vài cuộn dây xung quanh nó có thể bắn đạn đến một khoảng cách nhất định. Các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia tin rằng một khẩu súng ngắn có thể được chế tạo để tăng tốc các hạt ở tốc độ lớn hơn đủ cao để thoát khỏi lực hấp dẫn của trái đất. Có, bạn nghe nói rằng ngay! Súng cuộn có thể được sử dụng để phóng vệ tinh trong tương lai. Có lẽ có những người đã thử nó và cũng có những người hiện đang làm việc trên nó. Ngoài các ứng dụng trong không gian, quân đội dường như cũng quan tâm đến một dạng Coil Gun khác được gọi là Súng đường sắt hoặc Súng đường sắt có thể bắn đạn.

Tất cả những điều này khiến tôi hứng thú với việc xây dựng phiên bản Coil Gun của riêng mình. Ngoài ra, thật thỏa mãn khi chơi và xem những viên đạn kim loại được bật ra khỏi cuộn dây chỉ bằng một lần bấm nút. Trước khi bắt đầu, tôi muốn nói rõ rằng dự án này hoàn toàn là vì mục đích giáo dục, vì vậy nếu bạn đang muốn chế tạo khẩu súng này để thoát khỏi kẻ bắt nạt ở trường trung học của mình thì có lẽ bạn nên đến gặp chuyên gia tâm lý. Dự án cũng liên quan đến các mảnh kim loại bay và điện áp cao nên hãy cẩn thận khi làm việc với. Điều đó đang được nói chúng ta hãy bắt đầu.

Vật liệu thiết yếu

• Dây đồng (tráng men)
• Cảm biến IR (Loại đo tốc độ)
• IRFZ44N MOSFET
• Bóng bán dẫn PNP BC557
• Điện trở 10k và 1K
• Bộ điều chỉnh 7805
• 0,1uF
• Nút ấn
• Breadboard
• Nguồn điện (RPS)
• Pin 9V

Làm thế nào để một Coil Gun hoạt động?

Nguyên tắc cơ bản đằng sau một khẩu Coil Gun là một dây dẫn mang dòng điện sẽ tạo ra một từ trường xung quanh nó, điều này đã được Faraday phát biểu. Để cải thiện cường độ của từ trường này, dây dẫn mang dòng điện được quấn dưới dạng cuộn dây. Bây giờ, khi cuộn dây này được cấp điện, nó tạo ra một từ trường xung quanh nó đủ mạnh để hút các mảnh kim loại (hoặc các mảnh từ tính Ferro khác) hay còn gọi là đường đạn vào nó.

Sự sắp xếp như vậy sẽ chỉ thu hút viên đạn vào nó từ một đầu và khi nó đến đầu kia, nó sẽ lại bị hút vào bên trong cuộn dây và do đó, đường đạn sẽ vẫn ở bên trong cuộn dây sau một vài dao động. Điều này là do trong suốt quá trình, viên đạn bị nhiễm từ và hoạt động như một nam châm, vì vậy, miễn là có từ trường, vật phóng (nam châm) sẽ có xu hướng chỉ ở trong cuộn dây. Nhưng một khẩu súng cuộn dây nên phóng đạn ra khỏi nó, vì vậy chúng ta nên sử dụng một cảm biến để kiểm tra xem đạn đã đến đầu kia của cuộn dây chưa và khi nào cuộn dây nên được tắt, theo cách này, đạn sẽ di chuyển với cùng một vận tốc và thoát ra khỏi cuộn dây.

Nghe có vẻ đơn giản, nhưng độ phức tạp có thể tăng lên bằng cách sử dụng nhiều hơn một cuộn dây. Bằng cách sử dụng nhiều cuộn dây, tốc độ của đường đạn có thể được tăng lên khi nó đi qua cuộn dây. Một nhiệm vụ thách thức khác là tìm nguồn cung cấp đủ dòng điện cho cuộn dây. Cuộn dây có thể tiêu thụ bất kỳ nơi nào trong khoảng từ 5A đến 10A ở 24V dựa trên số vòng và độ dày của cuộn dây. Vì vậy, để cấp nguồn cho dòng điện cao như vậy hầu hết mọi người sử dụng một tụ điện lớn để giải quyết nó. Nhưng trong hướng dẫn của chúng tôi để giữ mọi thứ đơn giản, chúng tôi sẽ chế tạo một khẩu súng cuộn dây một giai đoạn và cấp nguồn cho nó bằng một đơn vị RPS.

Sơ đồ mạch

Sơ đồ mạch hoàn chỉnh cho Súng cuộn một giai đoạn này được hiển thị trong hình ảnh bên dưới.

Như bạn có thể thấy mạch khá đơn giản. Thành phần chính trong mạch là chính Coil; chúng ta sẽ xem cách chúng ta xây dựng nó trong tiêu đề tiếp theo. Các cuộn dây là hình thức trợ một nguồn cung cấp điện áp 24V thành RPS của chúng tôi, việc cung cấp được kiểm soát (chuyển) thông qua một N-Channel MSFET IRF544Z. Chân Gate của bóng bán dẫn được kéo xuống thông qua một điện trở 10k (R1) và diode D1 được sử dụng để bỏ qua dòng điện ngược khi cuộn dây phóng điện.

MOSFET là kênh N và do đó nó vẫn bị tắt cho đến khi điện áp ngưỡng cổng trong trường hợp này là 5V được cung cấp cho chân cổng. Điều này được thực hiện với một nút nhấn thông qua một bóng bán dẫn PNP (BC557), khi nhấn nút này, 5V được cung cấp cho chân Cổng của MOSFET và cuộn dây được bật. Điều này sẽ thu hút đường đạn và đẩy nó qua đầu kia. Ngay sau khi đạn chạm tới đầu kia, cảm biến IRsẽ cảm nhận nó và gửi tín hiệu 5V đến chân cơ sở của bóng bán dẫn PNP thông qua điện trở giới hạn dòng 1K. Điều này sẽ mở bóng bán dẫn và do đó 5V đến MOSFET sẽ bị ngắt kết nối và cuộn dây cũng sẽ bị tắt. Do đó đạn sẽ thoát ra khỏi cuộn dây và sẽ được phóng ra ngoài. 5V để cấp nguồn cho cảm biến IR và kích hoạt bóng bán dẫn và MOSFET được điều chỉnh bởi IC điều chỉnh điện áp 7805 từ pin 9V.

Cuộn dây

Như đã nói trước đó, thành phần quan trọng nhất trong mạch này là cuộn dây. Trước khi bắt đầu cuộn dây, bạn nên quyết định kích thước đường đạn của mình là bao nhiêu, trong trường hợp của tôi, tôi đang sử dụng các đầu vặn vít làm đường đạn. Nhưng bạn có thể chọn bất cứ thứ gì có đặc tính từ tính Ferro. Sau khi chọn đường đạn, chúng ta phải chọn một ống lỗ có cấu tạo vừa đủ để trượt đường đạn mà không có nhiều ma sát. Tôi đã thử sử dụng một cây bút đổ mực rỗng và nó rất hiệu quả đối với tôi. Bạn có thể chọn một viên dựa trên kích thước đường đạn của bạn. Khi đó chiều dài của đế hình trụ có thể lên đến 5cm. Cuối cùng cũng mua dây đồng tráng men có độ dày trung bình, tôi dày 0,8mm.

Sau khi thu thập tất cả các vật liệu cần thiết của bạn, hãy phát danh sách nhạc yêu thích của bạn và bắt đầu cuộn cuộn dây trên đỉnh đế hình trụ của bạn. Đảm bảo rằng cuộn dây không quấn vào nhau và không dễ dàng nới lỏng ra. Sau khi quấn xong lớp đầu tiên của cuộn dây, bạn có thể dùng băng dính cách điện (băng dính điện) để cố định nó và sau đó bắt đầu quấn lớp thứ hai lên trên tương tự. Lưu ý rằng bạn chỉ nên quấn cuộn dây theo một hướng, nếu bạn đã bắt đầu từ trái sang phải sau khi đến cuối cho lớp đầu tiên, hãy bắt đầu lại từ trái để cuộn lớp thứ hai. Bạn có thể lặp lại bước này cho đến khi đạt được 5-7 lớp. Tôi thực hiện khoảng 6 lớp với mỗi lớp có khoảng 60 lượt. Sự sắp xếp cuộn dây của tôi trông giống như thế này được hiển thị trong hình dưới đây.Tôi đã sử dụng hai đĩa in 3D (màu trắng) chỉ để cố định cuộn dây ở vị trí mà chúng là tùy chọn.

Làm việc với cuộn dây luôn là một thách thức và người ta phải quấn nó một cách chính xác để hoạt động bình thường, giống như trong Dự án cuộn dây Tesla, nhiều người sẽ không nhận được đầu ra chính xác vì cuộn dây không đúng cách.

Hoạt động của Mini Coil Gun

Sau khi xây dựng cuộn dây, bạn có thể tiến hành kết nối nó với phần còn lại của mạch súng cuộn. Hãy nhớ rằng cuộn dây có thể tiêu thụ điện áp cao đến 5A và do đó phần cuộn dây không thể được xây dựng trên bảng mạch vì bảng mạch thông thường chỉ được đánh giá là 500mA. Vì vậy, bạn có thể xây dựng mạch hoàn chỉnh trên một bo mạch hoàn hảo bằng cách hàn các thành phần hoặc làm theo một cách thô sơ là hàn trực tiếp các đường dây điện cao thông qua một bảng mạch như tôi đã thực hiện như trong hình bên dưới.

Như bạn có thể thấy Cuộn dây được cung cấp năng lượng bởi các kẹp Nguồn điện được điều chỉnh (kẹp cá sấu) thông qua một mosfet có các chân được hàn trực tiếp vào dây. Chân cổng của mosfet chỉ yêu cầu 5V và do đó nó được đưa đến breadboard nơi mạch còn lại bao gồm bộ điều chỉnh điện áp, bóng bán dẫn và công tắc được xây dựng. Bảng mạch được cung cấp bởi pin 9V mặc dù các kẹp pin.

Để kiểm tra dự án súng cuộn chỉ cần đặt miếng kim loại bên trong cuộn dây và nhấn nút trên breadboard. Điều này sẽ phóng đạn ra bên ngoài cuộn dây. Đồng thời đảm bảo không nhấn nút liên tục vì điều đó sẽ kích hoạt lại cuộn dây sau khi đạn được phóng và có thể làm hỏng cuộn dây vĩnh viễn. Toàn bộ hoạt động của dự án có thể được tìm thấy trong video.

Hy vọng bạn xây dựng dự án và nó hoạt động. Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào, bạn có thể để lại chúng trong phần bình luận bên dưới hoặc đăng chúng trên diễn đàn của chúng tôi cho các câu hỏi kỹ thuật khác.