Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
IGE-XAOIGE-XAO
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Coilgun, czyli działko magnetyczne domowej roboty

Stiepanowna 29 Sty 2012 13:32 33802 18
  • Coilgun, czyli działko magnetyczne domowej roboty

    "Pistolet Gaussa" lub "Gauss Gun" - przedstawiam projekt perspektywicznej broni, którą można zrobić w domowych warunkach w ciągu 20 minut.

    Zasada działania pistoletu Gaussa (zwanego dalej GG) jest następująca: jeśli na uzwojenie elektromagnesu podamy napięcie stałe, to każde ciało wykonane z ferromagnetyka, znajdujące się koło jednego z jego końców, zostanie wciągnięte do środka.

    Coilgun, czyli działko magnetyczne domowej roboty

    W jaki sposób uzyskać krótki i silny impuls prądu? Odpowiedź: za pomocą kondensatora.

    Ładujemy kondensator, a następnie rozładowujemy go przez cewkę. Najważniejsze to pilnować, aby starczyło ładunku w kondensatorze do momentu, w którym nabój osiągnie środek - wtedy też sprawność będzie największa. Tyle z teorii.

    Najprostszy jednostopniowy GG

    Coilgun, czyli działko magnetyczne domowej roboty

    Taki GG (schemat na rysunku) składa się z baterii kondensatorów magazynujących, komutatora (półprzewodnikowy - tyrystor lub tranzystor czy przekaźnik elektromechaniczny), zasilania i uzwojenia.
    W praktyce sprawność jednostopniowego akceleratora jest nie większa niż 1% (7% przy zastosowaniu odpowiedniego uzwojenia).

    Prostownik

    Coilgun, czyli działko magnetyczne domowej roboty

    Prostownika używamy do ładowania kondensatorów elektrolitycznych z sieci o napięciu 220V 50Hz. Najlepiej użyć rezystora o dużej mocy i zamontować go na radiatorze. Diody dobieramy według uznania, o napięciu 350V [1000V, przyp. tłum.].

    Bateria magazynująca składa się z trzech kondensatorów elektrolitycznych połączonych równolegle - sumaryczna pojemność wynosi 3000µF, a napięcie 300V. Uzwojenie jest wykonane z przewodu o średnicy 0,8mm na wkładzie od długopisu. Długość uzwojenia wynosi 5cm. Cewka wielozwojowa (5 warstw, oddzielonych taśmą izolacyjną). Opór 0,3Ω.

    Uzwojenie jest połączone z ogniwami kondensatorów za pomocą klucza mechanicznego. Jako naboi możemy użyć wierteł o średnicy 3mm lub gwoździ.

    Włączenie urządzenia

    Coilgun, czyli działko magnetyczne domowej roboty

    W celu włączenia akceleratora należy włożyć nabój do lufy, jak pokazano na rysunku. Następnie podłączamy równolegle woltomierz z kondensatorami. Włączamy do sieci prostownik. Podłączamy kondensatory do prostownika. Czekamy aż woltomierz pokaże wartość napięcia 300V (lub inną, w zależności od kondensatorów). Odłączamy prostownik od kondensatorów i sieci. Dołączamy kondensatory do cewki.

    Nabój napędzany uzyskaną w ten sposób energią może przebić na wylot arkusz papieru o grubości 1mm lub kawałek styropianu o grubości 4mm.

    Tak wygląda mój GG:

    Coilgun, czyli działko magnetyczne domowej roboty
    Coilgun, czyli działko magnetyczne domowej roboty

    Ponieważ taką broń, którą w grach komputerowych można znaleźć tylko w laboratorium szalonego uczonego, wielu chciałoby posiadać, przechodzimy zatem do konkretów.

    Jak już wspomniałem, wybraliśmy urządzenie prostszego typu - broń indukcyjną, posiadającą jedną cewkę. Eksperymenty z wielostopniowym przyspieszeniem naboju zostawmy bardziej doświadczonym elektronikom.

    Żeby zrobić GG , trzeba kupić kilka kondensatorów o napięciu 350-400V i całkowitej pojemności 1000-2000µF, emaliowany przewód miedziany o średnicy 0,8mm, złączki do baterii 9V i dwóch 1,5-woltowych bateryjek typu C, przełącznik i przycisk. Potrzebujemy również pięć jednorazowych aparatów Kodak, przekaźnik elektryczny, opakowanie słomek do napojów oraz plastikowy pistolet - rodzaj w zależności od potrzeb.

    Coilgun, czyli działko magnetyczne domowej roboty

    Głównym elementem naszego urządzenia jest cewka. I dlatego od niej zaczniemy. Bierzemy kawałek słomki o długości 30mm oraz dwie duże nakładki (z plastiku lub kartonu) i za pomocą śruby i nakrętki składamy z nich cewkę. Następnie dokładnie nawijamy na nią emaliowany przewód, zwój przy zwoju (przy dużej średnicy przewodu nie powinno to być trudne). Trzeba uważać, żeby przewód się nie zaginał, a izolacja nie uszkodziła. Po nawinięciu pierwszego zwoju, zalewamy go klejem i zaczynamy nawijać kolejny. I tak z każdym następnym. Powinno wyjść 12 zwojów. Następnie rozbieramy naszą konstrukcję, usuwamy nakładki, a cewkę nakładamy na długą słomkę, która posłuży za lufę. Jeden koniec słomki zaślepiamy. Gotową cewkę sprawdzamy przez podłączenie do 9-woltowej baterii - jeśli wytrzyma ciężar spinacza do papieru, znaczy, że się udało. Można też włożyć słomkę w cewkę i przetestować ją w roli uzwojenia - powinna wtedy wciągnąć kawałek spinacza, a przy zasilaniu impulsowym wyrzucić go nawet na odległość 20-30cm.

    Określamy efektywność

    Najlepszym źródłem silnego impulsu elektrycznego będzie bateria kondensatorów. Kondensatory są dobre nie tylko ze względu na swoją pojemność elektryczną, ale także zdolność przekazania całej energii w bardzo krótkim czasie zanim nabój osiągnie środek cewki. Jednak kondensatory trzeba jakoś ładować. Na szczęście ładowarka, której potrzebujemy znajduje się w dowolnym aparacie fotograficznym - kondensator jest tam wykorzystywany jako źródło impulsu o dużym napięciu, pobudzającym elektrodę lampy błyskowej. Dlatego przydadzą nam się jednorazowe aparaty - kondensator i ładowarka to jedyne elementy elektroniczne jakie posiadają, więc bardzo łatwo je pozyskać.

    Rozbieranie aparatu to etap, w którym należy działać coraz bardziej ostrożnie. W momencie otwarcia obudowy nie należy dotykać elementów obwodu elektrycznego, gdyż kondensator może zawierać ładunek przez dłuższy czas. Dlatego kiedy dostaniemy się do kondensatora, należy zewrzeć jego wyjścia śrubokrętem z izolowaną rączką. Dopiero wtedy można dotknąć płytki. Następnie usuwamy z ładowarki uchwyty na baterie, wylutowujemy kondensator i montujemy przedłużkę do kontaktów przycisku ładowarki. W ten sposób przygotowujemy co najmniej pięć ładowarek. Zwróćcie uwagę na rozkład ścieżek na płytce - do tych samych elementów układu można się podłączyć w kilku miejscach.

    Wyznaczamy priorytety

    Dobór pojemności kondensatorów to wybór między siłą wystrzału a czasem ładowania urządzenia. Ja wybrałem cztery kondensatory po 470µF (400V), połączone równolegle. Przed każdym wystrzałem przykładowo czekamy minutę na błysk diody w układzie ładowania, co oznacza, że napięcie na kondensatorach wynosi wymagane 330V. Można przyspieszyć moment ładowania, podłączając równolegle do układu ładowania kilka 3V zespołów baterii. Jednak należy wziąć pod uwagę, że baterie typu C mają zbyt wiele mocy jak na słabiutkie układy w aparacie fotograficznym. Żeby tranzystory na płytkach się nie spaliły, na każdy 3V zespół powinno wypadać 3-5 układów ładowania, połączonych równolegle.

    Określamy zasady bezpieczeństwa

    Nikomu nie polecam trzymać palca na spuście, rozładowującym ogniwo 400V kondensatorów. W tym celu lepiej skorzystać z przekaźnika elektrycznego. Jego obwód sterowania podłączamy do 9V ogniwa poprzez przycisk spustu, a sterowanie jest włączone do obwodu pomiędzy cewką, a kondensatorami. Całość można zmontować przy pomocy schematu. Przy montażu obwodu o dużym napięciu najlepiej korzystać z przekroju przewodu o co najmniej milimetrowej grubości; w przypadku obwodu lądującego i sterowania zaś można użyć dowolnych cienkich przewodów. Przy eksperymentach z obwodem należy pamiętać, że na kondensatorach może być ładunek. Dlatego zanim ich dotkniemy, należy je rozładować.

    Coilgun, czyli działko magnetyczne domowej roboty

    Podsumowanie

    Samo strzelanie wygląda następująco: włączamy zasilanie, czekamy aż diody się zaświecą. Wkładamy nabój do lufy w ten sposób, żeby był trochę z tyłu cewki. Wyłączamy zasilanie, żeby w momencie wystrzału baterie nie przejmowały energii. Celujemy i naciskamy spust migawki. Efekt zależy od masy naboju. Nam udało się przestrzelić gwoździem bez główki puszkę z napojem energetycznym, która wybuchła i zalała płynem pół pomieszczenia. Kolejny gwóźdź trafił w ścianę z odległości 50m.

    Jednak żeby trafić do serc miłośników fantastyki i gier komputerowych, nasze urządzenie nie potrzebuje naboi.

    Źródło: http://www.sdelaysam-svoimirukami.ru/news/pushka_gaussa/2010-04-08-68

    Od tłumacza: Ze względu na wysokie napięcie i energię, jaką posiada pocisk nie biorę żadnej odpowiedzialności za wykorzystanie projektu, opisu i schematu urządzenia. Przetłumaczyłam jedynie oryginalny tekst w celu przybliżenia idei zbudowania takiego działa w celach eksperymentalnych.

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    Stiepanowna
    Poziom 12  
    Offline 
    Język rosyjski - tłumaczenia

    strona: www.dagatlumaczy.pl
    e-mail: tlumacze(malpa)dagatlumaczy.pl
    Specjalizuje się w: elektronika
    Stiepanowna napisał 90 postów o ocenie 60, pomógł 1 razy. Mieszka w mieście Kraków. Jest z nami od 2011 roku.
  • IGE-XAOIGE-XAO
  • #2
    Morpheusss
    Poziom 15  
    Z teorii warto dodać, że pojemność kondensatorów nie może byż też za duża - będą się rozładowywać za długo - już po przejściu pocisku przez środek cewki, a co za tym idzie cewka będzie wtedy spowalniać pocisk zamiast go przyspieszać.
  • #3
    Adrian_1591
    Poziom 28  
    Koledzy,a zastosowanie wyższego napięcia ~1600-2000V przy >1000µF podniosło by prędkość wyrzucanego pocisku, czy umożliwiło by zastosowanie pocisku o większej masie przy zachowaniu tej samej prędkości jak w opisanym powyżej przykłądzie :?:
  • #4
    Morpheusss
    Poziom 15  
    Na pewno pójście z napięciem w górę jest lepszym rozwiązaniem niż zwiększanie pojemności. Przy wyższym napięciu prąd powinien dużo szybciej narastać, mieć wyższą wartość szczytową i impuls będzie krótszy niż przy tej samej energii w kondensatorach o niższym napięciu a większej pojemności.

    Teoretycznie można uzyskać w ten sposób większą energię pocisku (większa masa lub prędkość), ale w pewnym momencie lepiej zastosować działko z wieloma cewkami załączanymi sekwencyjnie..
  • #5
    Otaku9
    Poziom 23  
    ~Adrian
    Przecież jest to oczywiste, większa energia zgromadzona w kondensatorach oznacza lepszy efekt, kłopotem jest jedynie jej odpowiednie uwolnienie.
    Idąc dalej po tym o czym wspomniał kolega Morpheusss, dla lepszych efektów układ należy zautomatyzować, szybkimi czujnikami oraz uP odpowiednio zamykającym kolejne cewki działka, otwierając jednocześnie obwody poprzednich.
    Poprawie pierwszą wypowiedź kolegi Morpheusss, kłopotem nie jest pojemność, a rezystancje i reaktancje kondensatora, cewki i połączeń.
    Projekt CG był już wiele razy poruszany na forum, na internecie można znaleźć setki konstrukcji o różnym poziomie zaawansowania, więc zdaje mi się że temat możemy dać do zamknięcia?
  • IGE-XAOIGE-XAO
  • #6
    PoznanskaPyra
    Poziom 15  
    Może warto by było użyć schematu z stroboskopu? Impuls dzięki temu uzyskamy bardzo krótki i o napięciu kilku kV. Do tego uzyskamy działko samopowtarzalne :)
  • #7
    BartekLecki
    Poziom 13  
    PoznanskaPyra napisał:
    Może warto by było użyć schematu z stroboskopu? Impuls dzięki temu uzyskamy bardzo krótki i o napięciu kilku kV. Do tego uzyskamy działko samopowtarzalne :)


    A prąd jaki? Bo w coilgun'ach to np. 100-500A ;)
  • IGE-XAOIGE-XAO
  • #8
    FoxTech
    Poziom 20  
    Poniżej film z eksperymentu armii amerykańskiej z działem tego typu, tylko skala jakby większa ;)


    Link
  • #9
    Adrian_1591
    Poziom 28  
    Mam pytanie które nurtuje mnie od jakiegoś czasu.
    Zakładamy ,że pracujemy z napięciem >1,5kV.
    Co zastosować jako "stycznik" :?:
    Normalny przekaźnik odpada iż pójdzie łuk.
    Nawet jeżeli wytrzyma podczas ładowania i pełne napięcie (nie skoczy iskra [co jest mało prawdopodobne przy użyciu łatwo dostępnych przekaźników]) to nie będzie efektu ,że podczas załączania pojawi się łuk, który rozładuje już częściowo pakiet kondensatorów :?: (tzn nie sam łuk,choć na nim będą znaczne straty,a kwestia puszczenia niepełnego prądu na cewke ,który jest za mały na rozpędzenie pocisku,ale już z kondensatorów zostanie 40-60% :?: )


    Tak btw - może komuś pomysł się przyda.
    W mikrofalówkach jest stosowany transformator 3-5kV -> w sumie dobre źródło wysokiego napięcia do naładowania pakietu kondensatorów, tyle, że cholernie niebezpieczne i mało mobilne,ale coś za coś ;)
  • #10
    FoxTech
    Poziom 20  
    Adrian_1591 napisał:
    Mam pytanie które nurtuje mnie od jakiegoś czasu.
    Zakładamy ,że pracujemy z napięciem >1,5kV.
    Co zastosować jako "stycznik" :?:
    Normalny przekaźnik odpada iż pójdzie łuk.


    Do wyboru masz tyrystor, triak, IGBT i tyratron.
  • #11
    Adrian_1591
    Poziom 28  
    Które było by najlepsze do wyższych (wspomnianych) napięć :?:
  • #12
    BartekLecki
    Poziom 13  
    FoxTech napisał:
    Poniżej film z eksperymentu armii amerykańskiej z działem tego typu, tylko skala jakby większa ;)

    [youtube...]

    To jest Railgun a nie Coilgun - podstawowa różnica ;)

    Tu jest sporo bardzo przydatnych informacji:
    www.coilgun.info
  • #13
    PoznanskaPyra
    Poziom 15  
    BartekLecki napisał:
    PoznanskaPyra napisał:
    Może warto by było użyć schematu z stroboskopu? Impuls dzięki temu uzyskamy bardzo krótki i o napięciu kilku kV. Do tego uzyskamy działko samopowtarzalne :)


    A prąd jaki? Bo w coilgun'ach to np. 100-500A ;)

    Raczej w tym co jest przedstawiony w projekcje takie natężenia nie występują :)
  • #14
    tronics
    Poziom 37  
    @PoznanskaPyra - w moim cg z pracy dyplomowej na kondensatorach 50V szczyt impulsu prądowego to 160A było, w cg zasilanym z 350-400V z odpowiednim kluczem mogą być już kA!
  • #15
    PoznanskaPyra
    Poziom 15  
    tronics napisał:
    @PoznanskaPyra - w moim cg z pracy dyplomowej na kondensatorach 50V szczyt impulsu prądowego to 160A było, w cg zasilanym z 350-400V z odpowiednim kluczem mogą być już kA!

    Masz jakieś schematy? Jestem zainteresowany zbudowaniem czegoś takiego
  • #16
    tronics
    Poziom 37  
    Coilgun, czyli działko magnetyczne domowej roboty Coilgun, czyli działko magnetyczne domowej roboty
    Na podstawie tego kolega może postarać się o własną implementację. W moim przypadku tranzystory wysterowałem dzięki IR2106, MCU czuwający nad całym projektem to Atmega8 16MHz, a czasy załączenia dobierałem względem wyników symulacji i testów (+ możliwość ich zmiany).
  • #17
    Ilmard
    Poziom 2  
    Coilgun, czyli działko magnetyczne domowej roboty
    Spodobał mi się pomysł zbudowania działka magnetycznego w domu.
    Mój GG składa się oczywiście z cewki, nawiniętej na kawałek słomki, starej lampy błyskowej (niestety nie miałem takiej w domu musiałem wybrać się na giełdę samochodową i zainwestować 5zł) i domowego włącznika światła. Strzelam małymi śrubkami zasięg przy kącie 30 stopni to około 20 m.
  • #18
    Kamis47
    Poziom 13  
    Strasznie duże te cewki robicie, dużo zwojów z cienkiego drutu. Moje konstrukcje najlepsze efekty uzyskiwały przy cewkach z mniejszą liczbą zwojów, ale z grubego drutu. Najważniejszy jest tutaj opór, który wpływa na czas rozładowania. Tutaj bardzo ciekawa stronka o tej tematyce http://www.coilgun.info/mark2/inductorsim.htm
  • #19
    Ilmard
    Poziom 2  
    Wykorzystałem taki drut jaki miałem pod ręką ale jak tylko nadarzy się okazja wypróbuję inne warianty.