Якщо ви давно стежите за каналом Electronoobs, то знаєте, що іспанський інженер рідко береться за прості проекти. Цього разу він представив електромагнітний прискорювач мас власної розробки — і не просто черговий експеримент із котушкою та конденсатором, а справжню модульну систему з окремими PCB на кожен ступінь прискорення. Два роки підготовки, купа тестів і нарешті — готовий пристрій, який пробиває фанеру, оргскло і МДФ.
Все почалося з великих конденсаторів високої напруги, які просто лежали в майстерні. Саме вони стали відправною точкою. Але перш ніж зібрати щось конкретне, автор провів довгу серію тестів: перевіряв різні ключові елементи — MOSFET, IGBT, тиристори — шукав оптимальну кількість витків котушки, визначався з рівнем напруги та схемою детектора снаряда. Тільки після цього з’явилися фінальні PCB.
Головна фішка конструкції — модульність. Кожен ступінь є окремою платою зі своєю котушкою, конденсатором, детектором снаряда та схемою керування живленням. Хочеш більше швидкості — просто додаєш ще одну плату. Без переробки всього пристрою, без нових схем.
Принцип — магнітне прискорення феромагнітного снаряда. Коли через котушку проходить струм, виникає магнітне поле, яке притягує металевий стержень з одного боку. Але є проблема: поле симетричне, і після того як снаряд минає центр котушки, воно починає тягнути його назад. Якщо не вимкнути живлення вчасно — снаряд просто застряє посередині.
Рішення очевидне, але технічно непросте: потрібно точно зафіксувати момент, коли снаряд проходить центр, і миттєво відключити поле. Для цього на виході кожної котушки розміщено пару — інфрачервоний світлодіод і фототранзистор навпроти. Снаряд перекриває промінь, сигнал іде на схему керування тиристором, той вимикає котушку — і снаряд летить далі вже за інерцією.
Якщо таких ступенів кілька, кожен наступний підхоплює снаряд і додає йому швидкості. П’ять ступенів — помітно швидше, ніж два. Десять — ще швидше, хоча автор припускає, що в якийсь момент швидкість спрацювання компонентів стане обмежуючим фактором.
Система живиться від 3S акумулятора. Підвищувальний інверторний модуль перетворює 12V у близько 300V змінного струму, після чого діодний міст випрямляє його до ~400V постійного.
Ці 400–450V заряджають великі електролітичні конденсатори — по одному на кожен ступінь.
Саме конденсатори роблять пристрій таким потужним: вони накопичують заряд і віддають його миттєво, створюючи в котушці короткий, але дуже сильний імпульс струму. Акумулятор сам по собі такого не дасть — внутрішній опір не той.
Автор окремо наголошує: 450–500 вольт — це не жарти. Конденсатори зберігають заряд навіть після відключення живлення, і необережний дотик до відкритих контактів може закінчитися дуже погано. Обов’язкова ізоляція, інструменти з ізольованими ручками і повне розрядження конденсаторів після кожного використання.
З чого складається одна плата-ступінь
- тиристор — головний силовий ключ котушки;
- BJT-транзистор — керує затвором тиристора від сигналу детектора;
- інфрачервоний світлодіод і фототранзистор — детектор снаряда;
- великий конденсатор на високу напругу;
- потужні діоди та набір резисторів;
- мідна котушка — близько 150 витків товстого дроту на 3D-друкованому каркасі, покрита каптоновою стрічкою.
тож додати новий ступінь буквально означає припаяти ще одну плату до ланцюжка.
Снаряд — металевий стержень діаметром 6–7 мм, нарізаний шматочками по ~2 см. Ствол — алюмінієва трубка 8 мм з отворами для детекторів. Ідеальніше було б використати пластикову трубку — менше магнітних втрат і менше тертя — але й металева справляється.
Результати стрільби з п’яти ступенів при ~500V:
- Картонна коробка — наскрізь, без питань, вже з двох ступенів.
- Фанера 4 мм — пробита чисто, з першого пострілу.
- Оргскло (плексиглас) — наскрізь.
- МДФ 3 мм — пробитий з акуратним рівним отвором.
Поки що пристрій виглядає як ланцюжок плат без корпусу — функціонально, але не дуже презентабельно. У наступному відео Electronoobs обіцяє зробити 3D-друкований корпус і підставку, щоб перетворити «літаючий стенд» на щось більш цілісне. Кількість ступенів теж планується збільшити.
Файли Gerber для обох плат, список компонентів і схеми автор виклав у описі до відео на своєму каналі.
Запис Саморобний електромагнітний прискорювач мас на окремих PCB-модулях: як це працює і що він пробиває спершу з'явиться на ProstoMob.
