Как сделать катушку томсона

Мой индукционный дискомёт

Информация предоставлена исключительно в образовательных целях!
Администратор сайта не несет ответственности за возможные последствия использования предоставленной информации.

ЗАРЯЖЕННЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ СМЕРТЕЛЬНО ОПАСНЫ!

Индукционный ускоритель (дискомёт) (induction coil gun) представляет собой разновидность электромагнитного ускорителя масс и работает на основе взаимодействия вихревых токов, индуцируемых в замкнутом проводящем снаряде (диске) переменным магнитным полем, с током, создающим это магнитное поле. При этом взаимодействии возникает сила отталкивания, придающая ускорение снаряду. Чем быстрее скорость изменения магнитного потока, тем больше индуцированные вихревые токи и тем сильнее отталкивание снаряда.

Такое устройство было изобретено американским инженером и изобретателем Элиу Томпсоном (Elihu Thompson):

Поэтому такой ускоритель часто называют «Thompson gun«.

Прыгающее кольцо
В классическом варианте («ring launcher» или «jumping ring» ) индукционный ускоритель содержит катушку (2), намотанную на ферромагнитный сердечник (1). На сердечник надевается кольцо (5):

При замыкании ключа (4) заряженный конденсатор (3) разряжается на катушку, в которой возникает импульс тока. Создаваемое импульсом тока переменное магнитное поле, сконцентрированное в сердечнике, пронизывает кольцо и наводит в нем вихревые токи. Взаимодействие вихревых токов с магнитным полем приводит к возникновению силы отталкивания, заставляющей кольцо взлетать вверх.
Именно с таким устройством Томпсон провел первые опыты в 1887 году.

Вот схема такой установки из статьи Felix Waschke, Andreas Strunz и Jan-Peter Meyn «A safe and effective modification of Thomson’s jumping ring experiment«, опубликованной в журнале European Journal of Physics, Volume 33, Number 6:

Такой опыт любят проводить в учебных заведениях, питая катушку L через изолирующий трансформатор TV от автотрансформатора LT, подключенного к электросети (через сетевую вилку XT):

Использование автотрансформатора позволяет изменять напряжение (и ток) в катушке.

Вот пример такой установки, выпускаемой бразильской компанией Cidepe:

А вот демонстрационная установка университета King Fahd University of Petroleum & Minerals:
.

Переменный ток, протекающий по катушке (1) и создающий возле нее переменное магнитное поле, обычно генерируется при разряде заряженного конденсатора (2) на эту катушку. Для коммутации в качестве ключа (3) при этом можно использовать тиристор. Диск (4) под действием электромагнитной силы движется вверх.

Подобный дискомёт описан на странице PowerLabs исследователя Sam Barros:

Для питания плоской катушки из 7 витков, намотанной многожильным медным проводом диаметром 3 мм (сечение 16 мм 2 ), используется батарея из двух конденсаторов общей емкостью 12600 мкФ на напряжение 450 В (максимальная энергия 1,3 кДж). Конденсаторы коммутируются на катушку тиристором (300 А / 1200 В). В опытах использовался алюминиевый диск массой 70 г.

Описание еще одного дискомёта приведено на странице EMP HDD Launcher на сайте Instructables. В этом ускорителе используется батарея из 20 конденсаторов емкостью 100 мкФ, заряжаемых до напряжения 400 В. Алюминиевый диск при выстреле подбрасывался на 10 футов вверх. На этой фотографии изображен момент взлета диска:

Видна яркая вспышка при замыкании ключа. Ключ представляет собой оригинальную конструкцию, удерживаемую в выключенном состоянии натянутой нитью:

Индукционный дискомет с конденсаторной батареей, заряжаемой до напряжения 900 В, описан на странице Washer launchers исследователя Bob Davis:


Bob Davis

Одним из высших достижений этого незаурядного исследователя можно считать дискомёт, содержащий батарею конденсаторов общей емкостью 1500 мкФ под напряжением 2кВ.

Достоинства и недостатки
Достоинством индукционного ускорителя является высокий КПД и отсутствие необходимости прерывать импульс тока (в отличие от пушки Гаусса).

Недостатком индукционного дискомёта можно считать неаэродинамическую форму снарядов.

Моя экспериментальная установка

Я создал экспериментальный индукционный ускоритель, основными элементами которого являются:

катушка — плоская спиралевидная катушка (flat spiral coil, часто называется pancake coil):

Для повышения прочности катушки я залил ее «эпоксидкой», так как большая скорость изменения магнитного поля вызывает деформацию катушки.

По формуле Wheeler (http://www.pulsedpower.eu/toolbox/toolbox_inductances.html):
$L = 31,33 <\mu>_0 <<^2> \over <8 R + 11 W>>$

Омическое сопротивление катушки составляет менее 0,5 Ом.

680 мкФ на напряжение 400 В;
220 мкФ на напряжение 450 В
(общая емкость составила 900 мкФ)

Для заряда конденсатора я собрал схему однополупериодного удвоителя напряжения с питанием от бытовой электросети:

Неоновая лампа La1, подключенная через ограничивающий ток резистор R1, используется для индикации наличия напряжения сети. Резистор R2 ограничивает зарядный ток. Конденсатор C1 и диоды D1 и D2 образуют умножитель напряжения для заряда конденсатора C2. Напряжение заряда контролируется мультиметром V.

Заряд батареи конденсаторов до 380 В длится 170 с.

Схема силовой части индукционного ускорителя выглядит таким образом:

Для включения тиристора VS я использую две батареи формата AA на 1,5 В (GB).
Параллельно катушке включен защитный диод VD UF5406.

Результаты экспериментов

Первые опыты я провел с вырезанным из металлической пробки от бутылки дном:
.

Результаты опытов оказались такими:

Недостатками такого снаряда являются его малая толщина и неаэродинамическая форма.

Продолжение следует.

Источник

Электромагнитная пушка

Департамент образования администрации г. Томска

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

Оглавление

Принцип действия ускорителей масс. 3

Катушка Томпсона. 5

Реализация идеи МУ. 6

Строительство мощного электромагнитного ускорителя. 6

Сборка небольшого электромагнитного ускорителя. 8

Программы, использованные при проектировании МУ.. 10

Основные характеристики МУ.. 13

Список литературы.. 14

Введение

Магнитный ускоритель масс (МУ) или электромагнитную пушку чаще называют Gauss gun. Это название возникло еще в первой половине прошлого столетия потому, что величина магнитного поля измерялась тогда в гауссах, по имени ученого и математика Гаусса. (10000 гс = 1 Тл). Сейчас, чаще всего, можно встретить гауссовку в компьютерных играх или научной фантастике, но, тем не менее, можно отыскать и реальные, реализованные проекты. Возможно, их показатели далеки от желаемых, но работы по улучшению ведутся не прекращаясь, например Соединённые Штаты ежегодно тратят миллиарды долларов на разработку МУ для вооружения ПРО. Уже сейчас существуют образцы, которые 20 лет назад действительно считались вымыслом и фантастикой.

Принцип действия ускорителей масс

Существует, как минимум 3 типа ускорителей масс: электромагнитные ускорители масс (Gauss gun), индукционные ускорители масс (катушка Томпсона), рельсовые ускорители масс (от англ. “Rail gun” – рельсовая пушка).

Gauss gun

Рис.1 Схема одноступенчатого МУ

Рис.2 Собранная плата (на фотографии плата собранного МУ)

Катушка Томпсона

Рис.3 Катушка Томпсона

В основу функционирования индукционного ускорителя масс положен принцип электромагнитной индукции. В плоской обмотке создается быстро нарастающий электрический ток, который вызывает в пространстве вокруг переменное магнитное поле. В обмотку вставлен ферритовый сердечник, на свободный конец которого надето кольцо из проводящего материала. Под действием переменного магнитного потока, пронизывающего кольцо в нём возникает электрический ток, создающий магнитное поле противоположной направленности относительно поля обмотки. Своим полем кольцо начинает отталкиваться от поля обмотки и ускоряется, слетая со свободного конца ферритового стержня. Чем короче и сильнее импульс тока в обмотке, тем мощнее вылетает кольцо.

Rail gun

Рис.4 Рельсовая пушка

Реализация идеи МУ.

Строительство мощного электромагнитного ускорителя

Рис.5 Возможно, так выглядела бы электропушка средней мощности

Очевидно, что столь огромные сооружения (рис.5) дороги и не выгодны. Почему же разработки все равно ведутся? Дело в том, что МУ имеет много достоинств:

Gauss gun имеет большой потенциал и возможности. Конечно, существуют проблемы, большей частью, заключающиеся в недостаточно развитых технологиях получения больших импульсов тока, достижение сверхпроводимости, а также создания мощных портативных аккумуляторов. Как известно, эти технологии развиваются очень быстро, тем самым, готовя “основание” для воплощения идеи МУ.

Сборка небольшого электромагнитного ускорителя

Выбрав каскадный, независимый способ переключения (переключение катушек не зависит от расположения снаряда), более удобный и практичный, возникла только проблема четкой расстановки катушек вдоль ствола (рис.7).

Программы, использованные при проектировании МУ

При проектировании ствола МУ использовалась программа 3D моделирования SolidWorks2003 (рис.8-рис.9). Программа позволяет создавать любые детали в 3D пространстве, а так же использовать симуляторы двигателей (в данном случае использовался линейный двигатель)

Рис.8. 3-D модель. Вариант 1(4 катушки)

Рис.9. 3-D модель. Вариант 1(4 катушки)

Для проектирования схемы (рис.2) применялась программа OrCAD_10.3 (рис.10, рис.11, рис.12). Программа позволяет не только составлять схемы, включая большой перечень деталей и микросхем, но и тестировать их, в частности составлять графики тока и напряжения по времени (рис.12).

Рис.11 Простейшая схема колебательного контура

Рис.12 График изменения тока и напряжения во времени простейшего колебательного контура (рис.11)

Основные характеристики МУ

Длина ствола – 100см

Внутренний радиус ствола – 2,3см

Размеры основного корпуса – 30х20х15см

Количество катушек – 8

Диапазон масс снарядов – 2-45гр

Питание – 220В; 50гц

Емкость каждого конденсатора – 2200мкФ

Напряжение каждого конденсатора – 12В

Характеристики катушки (в виде полого цилиндра) – r-2,7см, R-3.6см, L-3см. Толщина медной проволоки – 0,05см

Скорость снаряда непосредственно зависит от его физических свойств (массы, объема, формы и ферромагнитных свойств). Конструкция позволяет экспериментировать с различными снарядами, исследовать различные варианты.

Вывод

Разрабатывая, и собирая небольшой многоступенчатый МУ типа гаусс-гана, возникали проблемы, в частности из-за недостатка информации по этому вопросу. Приходилось преодолевать многие трудности, не имея точного представления о конечном результате. Но в данной области можно самостоятельно найти новые решения некоторых задач, что делает ее весьма интересной, тем более что идеи создания таких установок очень перспективны. Находя все новые варианты решения проблем, собирая более мощные схемы, можно безгранично совершенствовать конструкцию. Так же развиваются технологии создания портативных аккумуляторов, что позволит расширить возможности реализации проектов.

Современные установки различных типов не дают желаемых результатов, но от теории МУ, полагаю, отказываться не будут, создавая установки более мощные, с большим КПД, кроме того, считается, что его можно приблизить к 95%.

Список литературы

Источник

Как сделать катушку тесла своими руками?

Трансформатор, увеличивающий напряжение и частоту во много раз, называется трансформатором Тесла. Энергосберегающие и люминесцентные лампы, кинескопы старых телевизоров, зарядка аккумуляторов на расстоянии и многое другое создано благодаря принципу работы этого устройства. Не будем исключать его использование в развлекательных целях, ведь «трансформатор Тесла» способен создавать красивые фиолетовые разряды – стримеры, напоминающие молнию (рис. 1). В процессе работы образуется электромагнитное поле, способное воздействовать на электронные приборы и даже на организм человека, а при разрядах в воздухе происходит химический процесс с выделением озона. Чтобы сделать трансформатор Тесла своими руками, необязательно иметь широкие познания в области электроники, достаточно следовать этой статье.

Составные части и принцип работы

Все трансформаторы Тесла ввиду похожего принципа работы состоят из одинаковых блоков:

Источник питания обеспечивает первичный контур напряжением необходимой величины и типа. Первичный контур создаёт колебания высокой частоты, генерирующие во вторичном контуре резонансные колебания. В результате на вторичной обмотке образуется ток большого напряжения и частоты, который стремится создать электрическую цепь через воздух — образуется стример.

От выбора первичного контура зависит тип катушки Тесла, источник питания и размер стримера. Остановимся на полупроводником типе. Он отличается простой схемой с доступными деталями, и маленьким питающим напряжением.

Подбор материалов и деталей

Произведём поиск и подбор деталей к каждому вышеперечисленному узлу конструкции:

— Переменный резистор R1 с номиналом 50 кОм. Для удачной сборки не забудьте соединить два контакта этого резистора согласно схеме.

— Резистор R2 с номиналом 75 Ом.

— Транзистор VT1 D13007 или советский аналог с n-p-n структурой.

— Радиатор для охлаждения транзистора можно поискать на мощных транзисторах в неисправной технике. Размер напрямую влияет на качество охлаждения.

— Первичная обмотка трансформатора Тесла. Проводником может быть простая медная трубка или провод диаметром 0,5–1 см. Обмотка делается плоской, цилиндрической или конической (рис. 2).

После намотки изолируем вторичную катушку краской, лаком или другим диэлектриком. Это предотвратит попадание в неё стримера.

Терминал – дополнительная ёмкость вторичного контура, подключённая последовательно. При малых стримерах в нем нет необходимости. Достаточно вывести конец катушки на 0,5–5 см вверх.

После того, как собрали все необходимые детали для катушки Тесла, приступаем к сборке конструкции своими руками.

Конструкция и сборка

Сборку делаем по простейшей схеме на рисунке 4.

Отдельно устанавливаем источник питания. Детали можно собрать навесным монтажом, главное исключить замыкание между контактами.

При подключении транзистора важно не перепутать контакты (рис. 5).

Для этого сверяемся со схемой. Плотно прикручиваем радиатор к корпусу транзистора.

Собирайте схему на диэлектрической подложке: кусок фанеры, пластиковый поднос, деревянная коробка и др. Отделяем схему от катушек диэлектрической пластиной или доской, с миниатюрным отверстием для проводов.

Закрепляем первичную обмотку так, чтобы предотвратить падение и касание со вторичной обмоткой. В центре первичной обмотки оставляем место для вторичной катушки, с учётом того, что оптимальное расстояние между ними 1 см. Каркас использовать необязательно – достаточно надёжного крепления.

Устанавливаем и закрепляем вторичную обмотку. Делаем необходимые соединения согласно схеме. Посмотреть на работу изготовленного трансформатора Тесла можно на видео представленном ниже.

Включение, проверка и регулировка

Перед включением уберите электронные устройства подальше от места испытания, чтобы исключить их поломку. Помните об электробезопасности! Для успешного запуска по порядку выполняем следующие пункты:

Мощная катушка Тесла

Отличительной особенностью мощного трансформатора Тесла являются большое напряжение, большие габариты устройства и способ получения резонансных колебаний. Немного расскажем о том, как работает и как сделать трансформатор Тесла искрового типа.

Первичный контур работает на переменном напряжении. При включении, происходит заряд конденсатора. Как только конденсатор заряжается по максимуму, происходит пробой разрядника – устройства из двух проводников с искровым промежутком, наполненным воздухом или газом. После пробоя, образуется последовательная цепь из конденсатора и первичной катушки, называемая LC контуром. Именно этот контур создаёт высокочастотные колебания, которые создают во вторичной цепи резонансные колебания и огромное напряжение (рис. 6).

При наличии необходимых деталей, мощный трансформатор Тесла можно собрать своими руками даже в домашних условиях. Для этого достаточно внести изменения в маломощную схему:

Источник