हाई-रेंज वायरलेस पावर: 9 कदम (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:23

एक वायरलेस पावर ट्रांसमिशन सिस्टम बनाएं जो एक लाइट बल्ब को पावर दे सके या फोन को 2 फीट दूर से चार्ज कर सके! यह एक ट्रांसमिटिंग कॉइल से एक रिसीविंग कॉइल में चुंबकीय क्षेत्र भेजने के लिए एक रेजोनेंट कॉइल सिस्टम का उपयोग करता है।

हमने इसे अपने चर्च में मैक्सवेल के चार महान समीकरणों पर एक उपदेश के दौरान एक डेमो के रूप में इस्तेमाल किया! इसे यहां देखें:

www.youtube.com/embed/-rgUhBGO_pY

चरण 1: चीजें जिनकी आपको आवश्यकता होगी

• 18 गेज चुंबकीय तार। ध्यान दें कि आप नियमित तार का उपयोग नहीं कर सकते हैं, आपको चुंबकीय तार का उपयोग करना होगा (जिस पर बहुत पतला तामचीनी इन्सुलेशन होता है)। एक उदाहरण यहाँ अमेज़न पर उपलब्ध है:

  www.amazon.com/gp/product/B00BJMVK02

• एक 6W (या उससे कम) AC/DC 12V Dimmable LED लाइट बल्ब। एक उदाहरण यहाँ है:

  www.amazon.com/Original-Warranty-Dimmable-R…

• 1uF कैपेसिटर (इलेक्ट्रोलाइटिक्स नहीं, गैर-ध्रुवीकृत होना चाहिए)। यहां आपके पास कुछ विकल्प हैं। यदि आप कम पावर संस्करण बनाते हैं, तो आप रेडियो झोंपड़ी या फ्राई से 250V 1uF कैपेसिटर प्राप्त कर सकते हैं। यदि आप एक उच्च शक्ति संस्करण बनाना चाहते हैं, तो आपको Digikey से विशेष 560V कैपेसिटर प्राप्त करने की आवश्यकता होगी।
• 0.47uF संधारित्र (इलेक्ट्रोलाइटिक्स नहीं, गैर-ध्रुवीकृत होना चाहिए)
• किसी प्रकार का पावर एम्पलीफायर। हमने 450W HI-FI पावर amp का इस्तेमाल किया। आप उस डाउन से लेकर पीसी स्पीकर तक कुछ भी इस्तेमाल कर सकते हैं। आप जितनी शक्ति का उपयोग करेंगे, उतनी ही अधिक रेंज आप इससे बाहर निकलेंगे।
• सोल्डर और सोल्डर आयरन। वायर कटर
• प्लाईवुड का एक टुकड़ा और कुछ छोटे नाखून (घुमावदार कॉइल के लिए प्रयुक्त)
• ब्लैक इलेक्ट्रिकल टेप
• मापने टेप और शासक
• अछूता तार
• हथौड़ा

• परिवर्तनीय आवृत्ति और आयाम के साथ ऑडियो स्रोत जो 8khz साइन टोन उत्पन्न करता है। फ्री में उपलब्ध टोन जेनरेशन सॉफ्टवेयर के साथ पीसी, लैपटॉप या फोन का उपयोग करना और हेडफोन जैक से कनेक्ट करना आसान है। मैंने इस सॉफ़्टवेयर के साथ एक मैक का उपयोग किया है:

  code.google.com/p/audiotools/downloads/det… या आप पीसी के लिए इस सॉफ़्टवेयर का उपयोग कर सकते हैं: यदि आपके पास एक (महंगे परीक्षण उपकरण) हैं तो आप फ़ंक्शन जनरेटर का भी उपयोग कर सकते हैं।

एनटीई कैपेसिटर पार्ट लिस्ट (कम पावर वर्जन के लिए)। आप इन भागों को फ्राई पर प्राप्त कर सकते हैं।

3 x 1uF 50V कैपेसिटर, NTE CML105M50 (लाइट बल्ब और छोटे कॉइल से जुड़ने के लिए)

1 x 0.47uF 50V संधारित्र, NTE CML474M50 (1uF कैप के साथ समानांतर में प्रकाश बल्ब और छोटे कुंडल से जुड़ने के लिए)

1 x 1uF 250V कैपेसिटर, NTE MLR105K250 (बड़े कॉइल से जुड़ने के लिए)

डिजिके ऑर्डर (उच्च शक्ति संस्करण के लिए)

संलग्न एक Digikey भाग सूची है जिसे आप उच्च शक्ति वाले संस्करण के लिए उपयोग कर सकते हैं। ये कैपेसिटर 560V तक जाते हैं, जो आपको ~ 500W एम्पलीफायर का उपयोग करने और लगभग दो फीट की सीमा तक उठने की अनुमति देता है। संलग्न संस्करण में केवल न्यूनतम भाग शामिल हैं। जब तक आप डिजिके ऑर्डर कर रहे हैं, कुछ अतिरिक्त ऑर्डर करें यदि आप कोई गलती करते हैं या एक को उड़ाते हैं (यह विशेष रूप से टीवीएस सुरक्षा डायोड के लिए सच है, जिसे मैंने कई बार धूम्रपान किया)।

चरण 2: कुंडल वाइन्डर बनाएं

कॉइल्स को हवा देने के लिए, आपको उन्हें चारों ओर घुमाने के लिए एक फ्रेम की आवश्यकता होती है।

प्लाईवुड के एक टुकड़े पर, आपको एक सटीक 20 सेमी सर्कल और एक सटीक 40 सेमी सर्कल बनाने के लिए एक कंपास का उपयोग करने की आवश्यकता है।

हथौड़े के नाखून समान रूप से सर्कल के चारों ओर फैले हुए हैं। 20 सेमी सर्कल के लिए, मैंने लगभग 12 नाखूनों का उपयोग किया और 40 सेमी सर्कल के लिए, मैंने लगभग 16 का उपयोग किया। सर्कल में एक स्थान पर, आप एक प्रवेश बिंदु बनाना चाहेंगे जो तार को पकड़ लेगा, जबकि आपकी शुरुआत पहली घुमावदार होगी. उस स्थान पर, एक और कील को एक कील के पास, फिर दूसरे को दो इंच की दूरी पर हथौड़े से मारें।

चरण ३: ४० सेमी कुंडल को २० मोड़ों के साथ और २० सेमी कुंडल को १५ मोड़ों के साथ हवा दें

आप तार को लंगर डालने के लिए पहले बाहरी कील पर तार के साथ कुछ लूप बनाएंगे, फिर कुंडल के चारों ओर लूप शुरू करेंगे। सुनिश्चित करें कि आप कॉइल की शुरुआत और अंत में बहुत सारे अतिरिक्त तार छोड़ते हैं। सुरक्षित रहने के लिए 3 फीट छोड़ दें (इलेक्ट्रॉनिक्स से जुड़ने के लिए आपको इसकी आवश्यकता होगी)।

वाइंडिंग की संख्या पर नज़र रखना आश्चर्यजनक रूप से कठिन है। आपकी मदद करने के लिए किसी मित्र का उपयोग करें।

वाइंडिंग्स को वास्तव में टाइट बनाएं। यदि आप ढीली वाइंडिंग के साथ समाप्त होते हैं, तो कॉइल गड़बड़ हो जाएगी।

वाइंडिंग को क्रम में रखना वास्तव में कठिन है (विशेषकर यदि आप 18 गेज के तार का उपयोग करते हैं, तो 24 तार गेज को संभालना आसान होता है लेकिन इसमें बहुत अधिक नुकसान होता है)। इसलिए जब आप इसे हवा देते हैं तो आपको इसे दबाए रखने में मदद करने के लिए कुछ लोगों की आवश्यकता होगी।

घुमावों को पूरा करने के बाद, आप कॉइल को स्थिर रखने के लिए इनलेट वायर और आउटलेट वायर को मोड़ना चाहेंगे। फिर कॉइल को बिजली के टेप से कई जगहों पर टेप करें।

जब आप इस चरण के साथ हो जाते हैं तो आपके पास दो कॉइल होने चाहिए, एक कॉइल 20 सेमी व्यास और 15 मोड़ और एक कॉइल 40 सेमी व्यास और 20 मोड़ के साथ। कॉइल्स को कसकर घाव किया जाना चाहिए, और टेप से सुरक्षित किया जाना चाहिए। आप उन्हें उठा सकते हैं और आसानी से उन्हें अलग कर सकते हैं या उन्हें बिना खोले संभाल सकते हैं।

चरण 4: लाइटबल्ब और इलेक्ट्रॉनिक्स को 20 सेमी कॉइल में जोड़ें

इसके बाद, आप प्रकाश बल्ब को छोटे कुंडल से जोड़ने जा रहे हैं। आपको तीन 1uf (1 माइक्रोफ़ारड, या अलग तरीके से 1, 000nF कहा जाता है) और एक 0.47uF (एक अलग तरीके से कहा, 470nF) कैपेसिटर को लाइट बल्ब पोस्ट में मिलाप करने की आवश्यकता है। यह कुल 3.47uF है (संधारित्र समानांतर में जोड़ते हैं)। यदि आप उच्च शक्ति संस्करण कर रहे हैं, तो आपको ओवरवॉल्टेज से सुरक्षा के रूप में प्रकाश बल्ब पदों के बीच एक 20V द्विदिश टीवीएस डायोड भी मिलाप करना चाहिए।

कैपेसिटर को मिलाप करने के बाद, आपको कॉइल वायर के सिरों को कॉइल के केंद्र में सभी तरह से मोड़ना होगा। प्रकाश बल्ब को सहारा देने के लिए तार काफी सख्त है। जब आप तार को पूरे व्यास में घुमाते हैं, तो आप तार के सिरों को काट देंगे और उन्हें खुला छोड़ देंगे।

फिर आप लाइट बल्ब को मुड़े हुए तार के बीच में रखेंगे। आप घुमावों को अलग कर देंगे, ताकि प्रत्येक तार लाइटबल्ब के एक टर्मिनल को छू सके। फिर आप तार के इनेमल को चाकू से खुरचें और फिर साफ किए गए तार को लाइट बल्ब पोस्ट में मिला दें। सुनिश्चित करें कि आप रोसिन कोर सोल्डर का उपयोग करते हैं। आप अतिरिक्त रसिन जोड़ना चाह सकते हैं, जो तामचीनी के टुकड़ों को साफ करने में मदद करेगा।

चरण 5: इलेक्ट्रॉनिक्स में 40 सेमी का तार संलग्न करें।

आगे आपको 40cm कॉइल को 1uF कैपेसिटर से कनेक्ट करना होगा। यहां दिखाया गया उच्च शक्ति संस्करण है, जहां मैंने एक 1uF संधारित्र (समानांतर जोड़ में कैपेसिटर) बनाने के लिए समानांतर में 10x 0.1uF कैपेसिटर कनेक्ट किए हैं। कैपेसिटर कॉइल और पावर एम्पलीफायर पॉजिटिव आउटपुट के बीच जाता है। कॉइल का दूसरा पक्ष सीधे पावर एम्पलीफायर जीएनडी में जाता है।

चरण 6: साइन वेव स्रोत को पावर एम्प से कनेक्ट करें और इसे आज़माएं

अंतिम चरण साइन वेव बनाना है। आप अपने फोन या लैपटॉप या डेस्कटॉप पर फंक्शन जेनरेटर ऐप डाउनलोड कर सकते हैं। आप ऑपरेशन की सर्वोत्तम आवृत्ति खोजने के लिए प्रयोग करना चाहेंगे।

आप अपने साइन स्रोत को ऑडियो पावर amp से कनेक्ट करते हैं, और फिर ऑडियो पॉवरएम्प को 40cm कॉइल और 1uF कैपेसिटर से कनेक्ट करते हैं, और फिर सब कुछ काम करना चाहिए!

यदि आप एक उच्च शक्ति ऑडियो amp (100W या अधिक) का उपयोग करते हैं, तो सावधान रहें! यह +/- 500V से अधिक में बहुत अधिक वोल्टेज उत्पन्न कर सकता है। मैंने यह सुनिश्चित करने के लिए एक उच्च वोल्टेज गुंजाइश के साथ परीक्षण किया कि मैं कैपेसिटर को उड़ाने वाला नहीं था। यदि आप किसी उजागर लीड को छूते हैं तो चौंकना भी आसान है।

इसके अलावा, यदि आप एक उच्च शक्ति ऑडियो amp का उपयोग करते हैं, तो आप 20cm कॉइल को 40cm कॉइल के बहुत करीब नहीं ला सकते हैं। यदि वे बहुत पास हैं, तो टीवीएस डायोड या एलईडी लाइट बल्ब अत्यधिक बिजली के कारण जल जाएगा।

चरण 7: वायरलेस फोन चार्जर बनाएं

फोन चार्ज करने के लिए आप सर्किट को आसानी से संशोधित कर सकते हैं। मैंने दूसरा 20cm कॉइल बनाया और फिर सभी सर्किटरी को जोड़ा। वही 3.47uF कैपेसिटर और TVS डायोड का उपयोग किया जाता है। इसके बाद एक ब्रिज रेक्टिफायर (Comchip P/N: CDBHM240L-HF) है, इसके बाद एक 5V लीनियर रेगुलेटर (Fairchild LM7805CT) है, इसके बाद एक 47uF टैंटलम कैपेसिटर है। एक उच्च शक्ति एम्पलीफायर के साथ, सर्किट आपके फोन को डेढ़ फुट की दूरी से आसानी से चार्ज कर सकता है!

चरण 8: परिणाम

मापा वोल्टेज बनाम दूरी वक्र संलग्न हैं।

डिजाइन मापन, और अनुकरण और सिद्धांत की तुलना

40 सेमी कुंडल

• मुख्य कुंडल = 0.2m त्रिज्या, 0.4m व्यास। 18 गेज तार 20 वाइंडिंग
• सैद्धांतिक प्रतिरोध = 20.95e-3*(2*pi*0.2*20+0.29*2) = 0.5387 ओम
• वास्तविक प्रतिरोध = 0.609 ओम। सिद्धांत से भिन्नता: +13%
• नकली अधिष्ठापन = 0.435mH वास्तविक अधिष्ठापन: 0.49mH। अनुकरण से भिन्नता: +12%

20 सेमी कुंडल

• कुंडल प्राप्त करें = 0.1m त्रिज्या 0.2m व्यास 18 गेज तार 15 वाइंडिंग
• सैद्धांतिक प्रतिरोध = (2*pi*0.1*15+0.29*2)*0.0209 = 0.2091
• वास्तविक प्रतिरोध = 0.2490। अनुकरण से भिन्नता: +19%
• नकली अधिष्ठापन = 0.105mH। वास्तविक अधिष्ठापन = 0.1186mH। अनुकरण से भिन्नता: +12%

चरण 9: अनुकरण, अनुकूलन और चर्चा

हमने डिज़ाइन का अनुकरण कैसे किया

हमने 2-डी मैंगेटोस्टैटिक सिम्युलेटर में और स्पाइस के साथ डिजाइन का अनुकरण और अनुकूलन किया।

हमने इंफोलिटिका नामक मुक्त 2-डी मैंगेटोस्टैटिक सिम्युलेटर का उपयोग किया। आप यहां मुफ्त में डाउनलोड कर सकते हैं:

www.infolytica.com/en/products/trial/magnet…

हमने LTSPICE नामक मुक्त स्पाइस सिम्युलेटर का उपयोग किया। आप द्वारा इसे यहां पर डाउनलोड किया जा सकता है:

www.linear.com/designtools/software/

दोनों सिमुलेटर के लिए डिज़ाइन फ़ाइलें संलग्न हैं।

विचार - विमर्श

यह डिज़ाइन गुंजयमान मैग्नेटोस्टैटिक पावर ट्रांसमिशन का उपयोग करता है। ऑडियो पावर amp एक विद्युत प्रवाह उत्पन्न करता है जो ट्रांसमिटिंग कॉइल से बहता है और एक दोलन चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है। वह चुंबकीय क्षेत्र रिसीविंग कॉइल द्वारा प्राप्त किया जाता है, और एक विद्युत क्षेत्र में बदल जाता है। सिद्धांत रूप में, हम बिना किसी घटक (यानी कोई कैपेसिटर) के बिना ऐसा कर सकते थे। हालांकि, दक्षता बेहद कम है। हम शुरू में एक सरल डिजाइन बनाना चाहते थे जिसमें केवल कॉइल का उपयोग किया गया था और किसी अन्य घटक का नहीं, हालांकि, बिजली की दक्षता इतनी खराब थी कि यह एलईडी को चालू नहीं कर सका। तो हम एक अनुनाद प्रणाली में चले गए। हमने जो संधारित्र जोड़ा है वह एक विशेष आवृत्ति (इस मामले में लगभग 8kHz) पर प्रतिध्वनित होता है। अन्य सभी आवृत्तियों पर सर्किट अत्यंत अक्षम है, लेकिन सटीक गुंजयमान आवृत्ति पर यह बहुत कुशल हो जाता है। प्रारंभ करनेवाला और संधारित्र एक प्रकार के ट्रांसफार्मर की तरह कार्य करते हैं। ट्रांसमिटिंग कॉइल पर, हम एक छोटा वोल्टेज और एक उच्च धारा (10Vrms और 15Arms) डालते हैं। यह संधारित्र भर में> 400Vrms का उत्पादन समाप्त करता है, लेकिन बहुत कम धारा पर। यह गुंजयमान सर्किट का जादू है! गुंजयमान सर्किट को "क्यू फैक्टर" द्वारा निर्धारित किया जाता है। ४० सेमी व्यास ट्रांसमीटर कॉइल में, मापा क्यू कारक लगभग ४० है, जिसका अर्थ है कि यह बहुत कुशल है।

हमने इन्फोलिटिका के 2-डी मैग्नेटो स्टैटिक सिम्युलेटर के साथ कॉइल का अनुकरण और अनुकूलन किया। उस सिम्युलेटर ने हमें प्रत्येक कॉइल के लिए एक नकली इंडक्शन और दो कॉइल के बीच आपसी इंडक्शन दिया।

चुंबकीय नकली मान:

• संचारण कुंडल = 4.35mH
• कुंडल प्राप्त करना = 0.105mH
• पारस्परिक अधिष्ठापन = 9.87uH। K=6.87e-3 (कॉइल्स के साथ 0.2m से अलग)

फिर हमने उन नंबरों को लिया और उन्हें विद्युत विशेषताओं का अनुकरण करने के लिए SPICE में फीड किया।

आप अनुलग्न की गई अनुकार फ़ाइलें डाउनलोड कर सकते हैं, और अपने अनुकूलन और मापन करने का प्रयास कर सकते हैं!

फील्ड प्लॉट भी संलग्न हैं, जो कॉइल्स द्वारा उत्पादित चुंबकीय क्षेत्र को दिखाते हैं। यह दिलचस्प है कि भले ही हम बहुत अधिक शक्ति लगा रहे हों, निरपेक्ष क्षेत्र बहुत छोटे हैं (मिलीटेस्ला रेंज में)। ऐसा इसलिए है क्योंकि खेत एक बड़े सतह क्षेत्र में फैले हुए हैं। इसलिए यदि आप बड़े सतह क्षेत्र में चुंबकीय क्षेत्र को जोड़ते (एकीकृत) करते हैं, तो यह पर्याप्त होगा। लेकिन किसी भी बिंदु पर मात्रा में यह छोटा है। एक साइड नोट के रूप में, यही कारण है कि ट्रांसफार्मर लोहे के कोर का उपयोग करते हैं, ताकि चुंबकीय क्षेत्र एक क्षेत्र में केंद्रित हो जाए।