Trasferimento di potenza wireless di base: 6 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

Circa cento anni fa, uno scienziato pazzo molto in anticipo sui tempi fondò un laboratorio a Colorado Springs. Era pieno della tecnologia più eccentrica, che andava da enormi trasformatori a torri radio fino a bobine scintillanti che generavano fulmini di elettricità lunghi decine di piedi. Il laboratorio ha richiesto mesi per allestire, ha rappresentato un investimento significativo ed è stato finanziato da un uomo che non era esattamente noto per essere particolarmente ricco. Ma qual era lo scopo della cosa? Molto semplicemente, lo scienziato pazzo mirava a sviluppare un metodo per trasmettere l'elettricità direttamente attraverso l'aria. L'uomo pionieristico immaginava un mondo in cui non avremmo avuto bisogno di decine di migliaia di miglia di linee elettriche, senza bisogno di milioni di tonnellate di filo di rame e senza bisogno di costosi trasformatori e misuratori di potenza.

Il famoso inventore Nikola Tesla era un uomo la cui brillantezza ha spinto la scienza dell'elettricità e del magnetismo in avanti di molti anni. Invenzioni come il motore a corrente alternata, le macchine radiocomandate e la moderna infrastruttura energetica possono essere ricondotte a lui. Eppure, nonostante la sua profonda influenza, Tesla non è mai riuscito a sviluppare un mezzo per trasmettere energia senza fili nel suo laboratorio in Colorado. O se lo faceva, o era impraticabile o semplicemente non aveva i mezzi per svilupparlo fino alla maturità. Tuttavia, la sua eredità inventiva sopravvive, e anche se oggi potremmo non essere liberi dal fardello di enormi reti elettriche, abbiamo la tecnologia per inviare energia a brevi distanze senza fili. In effetti, tale tecnologia è facilmente disponibile in un negozio di elettronica vicino a te.

In questo Instructable, progetteremo e costruiremo i nostri dispositivi di trasferimento di potenza wireless in miniatura.

Passaggio 1: materiali

Sono necessari relativamente pochi materiali per costruire questo semplice dispositivo. Sono elencati di seguito.

1. Una luce fluorescente alimentata a batteria. Questi possono essere acquistati presso il locale Wal-Mart, Dollar General o negozio di ferramenta per pochi dollari. Qualunque di loro andrà bene, ma fai del tuo meglio per sceglierne uno in cui puoi facilmente raggiungere e staccare il tubo fluorescente dalla sua presa.

2. Filo smaltato smaltato. Avrai bisogno di diverse decine di piedi di filo per questo progetto. Più ne hai, meglio è. Inoltre, è meglio usare un filo più sottile, poiché più filo imballato in uno spazio più piccolo equivarrà a una maggiore portata ed efficienza. La mia scelta del filo qui non è l'ideale - avrei preferito che fosse più sottile - ma era tutto ciò che avevo a portata di mano quando ho progettato questo progetto.

3. Filo di rame di ricambio. Questo non è necessario, ma aiuta molto. Se ti capita di avere dei fermagli a coccodrillo (preferibilmente quattro), sei in una forma ancora migliore.

4. Un LED. Qualsiasi LED farà il trucco, ma per questa applicazione, più luminoso è generalmente migliore. Il colore non ha importanza, poiché la tensione fornita dal dispositivo sarà più che sufficiente per illuminare qualsiasi colore di LED. I resistori non sono necessari.

5. (Non raffigurato) - Carta vetrata, una batteria a celle C o D e un accendino. Queste cose non sono necessarie per il successo del progetto, ma torneranno utili mentre costruisci i vari pezzi del dispositivo di alimentazione wireless.

Passaggio 2: la bobina primaria

Per iniziare, inizia prendendo una sezione di filo smaltato (da venti a cinquanta piedi, a seconda dello spessore del filo) e avvolgendolo in una bobina. È qui che una batteria C o D è utile, dal momento che puoi semplicemente avvolgere il filo attorno ad essa ripetutamente. Cerca di rendere la tua bobina il più ordinata possibile. Inoltre, assicurati di rimuovere completamente e accuratamente l'isolamento dello smalto a ciascuna estremità della bobina. Ciò potrebbe richiedere un accendino per bruciare l'isolamento (come mostrato nell'immagine) e carta vetrata per rimuoverlo completamente.

Quando hai finito con la bobina, toglila dalla batteria (o lasciala su qualunque cosa tu abbia avvolto intorno, nel mio caso ho usato una bobina avanzata da un progetto precedente) e legala usando del nastro adesivo o delle fascette. L'ultima cosa che vuoi in questo caso è una bobina di filo che si dipana rapidamente. Se si dipana, si aggroviglia, si annoda e potrebbe persino diventare inutilizzabile. Per evitare che ciò accada, tieni entrambe le estremità sporgenti del filo contro la bobina mentre lo fissi.

Passaggio 3: la bobina secondaria

La bobina secondaria, come quella primaria, può essere di qualsiasi lunghezza di filo (preferibilmente più lunga di 20 piedi, ancora una volta) e non deve essere dello stesso tipo o spessore. Tuttavia, più o meno come la bobina primaria, deve essere realizzata con filo smaltato smaltato, deve avere l'isolamento rimosso da ciascuna estremità e dovrebbe avere all'incirca le stesse dimensioni e forma della prima bobina.

Quando hai completato la bobina secondaria, legala e poi collega il tuo LED ad essa. È qui che il filo di ricambio e/o le clip a coccodrillo iniziano a tornare utili. Sono stato abbastanza fortunato da avere una bobina abbastanza sottile da poter semplicemente avvolgere il filo attorno ai cavi del LED, ma se la mia bobina fosse stata fatta di un filo più spesso (come lo era quello principale), sarebbe stato meglio collegare il LED ad esso utilizzando filo di rame più sottile o clip.

Alla fine della giornata, non importa quale lato del LED si attacca a quale cavo della bobina, a patto che le due estremità della bobina siano saldamente e saldamente collegate ai terminali della lampadina.

Passaggio 4: cablare tutto

Se non l'hai già fatto, rimuovi la lampadina fluorescente dalla tua luce a batteria e individua i terminali che erano precedentemente collegati alla lampadina. Assicurati a questo punto di spegnere il dispositivo. La corrente non è abbastanza forte da essere letale, ma può darti uno shock piuttosto doloroso se ti capita di toccare i fili scoperti su entrambi i terminali contemporaneamente.

Una volta individuati i terminali, collega la bobina primaria a loro, collegando un cavo a un terminale e l'altro all'altro terminale. Assicurati di avere una connessione sicura. I morsetti a coccodrillo possono fare miracoli qui, ma se non ne hai (come me) puoi inserire grossi bulloni nei terminali, o puoi persino attaccare un foglio di alluminio appallottolato alle estremità della bobina e poi attaccarli nelle connessioni. Comunque tu lo faccia, assicurati solo che la tua connessione sia stabile e stabile.

Passando alla bobina secondaria, non devi fare molto se non assicurarti che sia collegata saldamente al LED.

Passaggio 5: il circuito in azione

Non ci resta che accenderlo! Assicurandoti ancora una volta che tutte le tue connessioni siano buone, appoggia la bobina secondaria sopra la bobina primaria e gira l'interruttore per accendere la "luce". Dovresti vedere il tuo LED prendere vita. Se non si accende, controlla di nuovo le connessioni. Questo è un progetto abbastanza indulgente, quindi probabilmente non ci vorrà molto per risolvere la fonte del tuo problema.

Mentre sperimenti il circuito, dovresti notare che puoi sollevare la bobina secondaria dalla bobina primaria e il LED rimarrà acceso. Ciò dimostra che stai trasferendo energia in modalità 'wireless'. Prova a far scorrere alcuni fogli, un libro o qualsiasi altro oggetto non conduttivo tra le due bobine. Nella maggior parte dei casi (a meno che tu non abbia un libro molto spesso) il LED dovrebbe rimanere acceso. Nella mia esperienza personale con altre build di questo progetto, sono stato in grado di posizionare la bobina secondaria fino a sei-otto pollici dal primario e vedere ancora un debole bagliore proveniente dal LED.

Passaggio 6: come funziona

In sostanza, questo dispositivo è quello che chiameremmo un trasformatore a nucleo d'aria. I normali trasformatori (come quelli sui poli di alimentazione, quelli che si trovano nei caricabatterie dei telefoni, ecc.) sono costituiti da due o più bobine di filo avvolto attorno a un pezzo di ferro. Quando la corrente alternata (AC) viene fatta passare attraverso una bobina, crea un campo magnetico a commutazione rapida nel ferro, che quindi induce una corrente nella seconda bobina di filo. Questo è lo stesso principio su cui funzionano i generatori elettrici: un campo magnetico in movimento farà muovere gli elettroni in un filo.

Il nostro dispositivo funziona in modo molto simile (anche se leggermente diverso). A quanto pare, ogni luce fluorescente a batteria ha un piccolo circuito al suo interno che prende la CC a bassa tensione (corrente continua) dalle batterie e la porta a una tensione molto più alta, da qualche parte nell'ordine di poche centinaia volt. Senza questa alta tensione, i tubi fluorescenti non potrebbero funzionare. Tuttavia, per generare questa tensione più elevata, il nostro circuito di pilotaggio della luce fluorescente deve convertire la corrente continua costante da una batteria in un'altra forma di elettricità nota come CC pulsata. La CC pulsata agisce come l'elettricità CA in un trasformatore: la natura "pulsata" della corrente crea essenzialmente un campo magnetico nel filo che collassa e si riforma migliaia di volte al secondo. Questa corrente continua pulsante consente a un minuscolo trasformatore incorporato nel circuito di aumentare la potenza da sei o dodici volt a diverse centinaia. Ma a causa del modo in cui funziona l'alimentazione, l'elettricità ai terminali "pulsa" a una velocità di diverse migliaia di volte al secondo. In sostanza, possiamo dire che l'elettricità ad alta tensione che esce dal dispositivo è 'ronzio'.

Quando questa corrente continua pulsante viene alimentata nella nostra bobina primaria, trasforma la bobina in un elettromagnete che proietta un campo magnetico in rapida evoluzione. Avvicinando la nostra bobina secondaria a quella primaria, viene generata una corrente in essa a causa del campo magnetico pulsante. Questa corrente passa quindi attraverso il LED, facendolo accendere. Più si allontana dalla bobina primaria il secondario, minore è l'effetto che il campo magnetico ha su di esso e viene generata meno corrente. Allo stesso modo, questo effetto può essere "contrariato" aggiungendo più filo. Più filo significa più magnetismo nella bobina primaria e più filo nella bobina secondaria significa che più di quel campo magnetico può essere catturato.

Per questo motivo, possiamo chiamare il nostro progetto un "trasformatore a nucleo d'aria" perché stiamo costruendo un dispositivo che ha due bobine, una primaria e una secondaria, e funziona con campi magnetici pulsanti. Tuttavia, a differenza dei trasformatori tradizionali che utilizzano il ferro per "trasmettere" il campo magnetico da una bobina all'altra, il nostro non ha nulla per trasportare il campo magnetico. Quindi, diciamo che ha un "nucleo d'aria". Per dirla in poche parole, questo piccolo e semplice dispositivo è solo una versione diversa di una tecnologia comune come le nuvole nel cielo.

Goditi il tuo dispositivo di trasferimento di potenza wireless e grazie per aver letto!