In diesem Artikel werden wir die elektronische Ausstattung solcher GerĂ€te, das Funktionsprinzip und die Einstellungsmethoden behandeln. Bisher habe ich Beschreibungen von fertiggestellten Fabrikprodukten gesehen, die sehr ansprechend und recht teuer sind. Bei einer kurzen Preissuche beginnen die Preise bei etwa zehntausend Rubel. Ich prĂ€sentiere eine Beschreibung eines chinesischen DIY-Kits zum Selbstbau fĂŒr 1.500 Rubel.
ZunĂ€chst mĂŒssen wir klĂ€ren, worum es genau geht. Es gibt eine Vielzahl von magnetischen Levitatoren, und die Vielfalt der spezifischen Umsetzungen ist beeindruckend. Solche Varianten, bei denen Permanentmagnete aufgrund der Konstruktionsmerkmale mit gleichen Polen zueinander positioniert sind, sind heutzutage uninteressant, aber es gibt cleverere Alternativen. Zum Beispiel eine solche:
Das Funktionsprinzip wurde mehrfach beschrieben; kurz gesagt hÀngt dort ein Permanentmagnet im Magnetfeld einer Spule, deren FeldstÀrke von dem Signal des Hall-Sensors abhÀngt.
Der Magnet bleibt seiner Position treu, da er im Modell des Globus eingebaut ist, was den Schwerpunkt nach unten verschiebt. Die elektronische Schaltung des GerÀts ist sehr einfach und benötigt kaum Anpassungen.
Es gibt Varianten solcher Projekte auf Arduino, aber das gehört zur Kategorie âwarum einfach, wenn es auch kompliziert gehtâ.
Dieser Artikel widmet sich einer anderen Variante, bei der anstelle einer AufhÀngung ein StÀnder verwendet wird:
Anstelle eines Globus kann eine Blume oder etwas anderes verwendet werden, je nach Fantasie. Die Serienproduktion solcher Spielzeuge ist etabliert, aber die Preise sind alles andere als erfreulich. Auf AliExpress habe ich ein solches Set von Teilen gefunden,
das die elektronische Ausstattung des StĂ€nders darstellt. Der Preis betrĂ€gt 1.500 Rubel, wenn die âSellerâs methodâ gewĂ€hlt wird.
Nach RĂŒcksprache mit dem VerkĂ€ufer , und die Anleitung zur Einrichtung in chinesischer Sprache. Was mich besonders berĂŒhrt hat, ist, dass der VerkĂ€ufer einen Link zu einem Video bereitgestellt hat, in dem ein Fachmann alles detailliert ebenfalls auf Chinesisch erklĂ€rt. WĂ€hrenddessen erfordert die zusammengestellte Konstruktion eine sorgfĂ€ltige und prĂ€zise Justierung, sie lĂ€sst sich nicht einfach âsofortâ starten. Das ist der Grund, warum ich beschlossen habe, das Internet mit einer Anleitung auf Russisch zu bereichern.
Nun, der Reihe nach. Die Leiterplatte wurde an einem sehr guten Ort gefertigt, wie sich herausstellte, ist sie sogar vierlagig, was völlig ĂŒberflĂŒssig ist. Die AusfĂŒhrungsqualitĂ€t ist hervorragend und die Siebdruckgrafik ist durchdacht und detailliert. In erster Linie ist es einfacher, die Hall-Sensoren einzulöten, wobei es sehr wichtig ist, sie richtig zu platzieren. Nahaufnahmen sind angehĂ€ngt.
Die empfindliche OberflÀche der Sensoren sollte sich auf der HÀlfte der Höhe der Solenoide befinden.
Der dritte Sensor, der in Form des Buchstabens âGâ gebogen ist, kann etwas höher positioniert werden. Seine Position ist ĂŒbrigens nicht besonders kritisch â er dient zur automatischen Einschalttaktung.
Ich empfehle, die Solenoide so zu befestigen, dass die AnschlĂŒsse von Anfang der Wicklung nach oben zeigen. So stehen sie gerader und das Risiko von KurzschlĂŒssen ist geringer. Vier Solenoide bilden ein Quadrat, und es ist notwendig, die Diagonalen paarweise zu verbinden. Auf meiner Platine war eine Diagonale mit X1, Y1 und die andere mit X2, Y2 gekennzeichnet.
Es ist nicht sicher, dass Sie die gleiche erhalten werden. Wichtig ist das Prinzip: Nehmen Sie die Diagonale, verbinden Sie die inneren AnschlĂŒsse der Spulen miteinander und die Ă€uĂeren mit der Schaltung. Die von jedem Spulenpaar erzeugten magnetischen Felder sollten entgegengesetzt sein.
Die vier SĂ€ulen aus Permanentmagneten mĂŒssen so befestigt werden, dass sie alle in die gleiche Richtung zeigen. Es ist egal, ob mit dem Nord- oder SĂŒdpole, Hauptsache, sie sind nicht durcheinander.
Danach kĂŒmmern wir uns in aller Ruhe um die kleinen Teile und stecken sie gemÀà der Siebdruckvorlage ein. Das Verzinnen und die Metallisierung sind hervorragend, das Löten einer solchen Platine macht viel Freude.
Jetzt ist es an der Zeit, sich mit der Funktionsweise des elektronischen Schaltkreises vertraut zu machen.
Der etwas abseits gelegene Knoten J3 â U5A â Q5. Das Element J3 ist der Hall-Sensor, der am höchsten steht und auf gebogenen Beinen angebracht ist. Er dient als automatischer Einschalter des GerĂ€ts. Der Sensor J3 erkennt das Vorhandensein des Schwimmers ĂŒber der gesamten Konstruktion. Wenn der Schwimmer eingesetzt ist, schaltet sich die Stromversorgung ein. Wird er entfernt, schaltet sich das GerĂ€t aus. Dies ist sehr logisch, da ohne den Schwimmer die Funktion der Schaltung keinen Sinn ergibt.
Wenn die Stromversorgung nicht eingeschaltet ist, haftet der Schwimmer fest an einer der magnetischen SÀulen. Ich weise darauf hin: Das ist korrekt und so sollte es sein. Der Schwimmer muss genau auf dieser Seite ausgerichtet sein. Er beginnt erst dann, sich zu bewegen, wenn er sich exakt in der Mitte der Konstruktion befindet. Solange die Elektronik nicht funktioniert, fÀllt er unweigerlich auf eine der Spitzen des Quadrats.
Der Regler ist so aufgebaut: zwei symmetrische HĂ€lften, zwei DifferentialverstĂ€rker, wobei jeder ein Signal von seinem eigenen Hall-Sensor erhĂ€lt und den H-BrĂŒcken-Antrieb steuert, der die Last aus einem Paar von Solenoiden bildet.
Einer der LM324-VerstĂ€rker, zum Beispiel U1D, empfĂ€ngt das Signal vom Sensor J1, wĂ€hrend die beiden anderen â U1B und U1C â Treiber des H-BrĂŒckenschaltkreises sind, der aus den Transistoren Q1, Q2, Q3, Q4 besteht. Solange der Schwimmer in der Mitte des Quadrats bleibt, sollte der VerstĂ€rker U1D im Gleichgewicht sein, und beide Arme der H-BrĂŒcke sind geschlossen. Sobald sich der Schwimmer in Richtung eines der Solenoide bewegt, Ă€ndert sich das Signal vom Sensor J1, ein Teil der H-BrĂŒcke wird geöffnet, und die Solenoide erzeugen entgegengesetzte Magnetfelder. Dasjenige, das dem Schwimmer nĂ€her ist, sollte ihn abstoĂen, wĂ€hrend das weiter Entfernte ihn anziehen sollte. Infolgedessen bewegt sich der Schwimmer zurĂŒck dorthin, wo er herkam. Wenn der Schwimmer zu stark zurĂŒckschlĂ€gt, wird das andere Bein der H-BrĂŒcke geöffnet, die PolaritĂ€t der Stromversorgung des Solenoidpaars Ă€ndert sich, und der Schwimmer bewegt sich wieder zur Mitte.
Die zweite Diagonale auf den Transistoren Q6, Q7, Q8, Q9 funktioniert genau gleich. NatĂŒrlich, wenn die Phasierung der Spulen oder die Montage der Sensoren durcheinander geraten, wird alles ganz anders sein, und das GerĂ€t wird nicht funktionieren.
Aber wer hindert Sie daran, alles richtig zusammenzubauen?
Jetzt, wo wir das elektronische Schaltbild verstanden haben, ist die Frage der Einstellung geklÀrt.
Der Schwimmer muss in der Mitte fixiert werden, und die Potentiometer R10 und R22 sollten so eingestellt werden, dass beide Arme der H-BrĂŒcken geschlossen sind. Nun, sagen wir, âfixiertâ â das war vielleicht etwas ĂŒbertrieben, man könnte den Schwimmer mit einer Hand halten und mit der anderen abwechselnd die beiden Mehrdrehpotentiometer einstellen. Wie sich herausstellte, sind diese Potentiometer nicht ohne Grund mehrdrehend â schon bei einer halben Umdrehung an einem von ihnen kann die Einstellung verloren gehen. Woher das kommt â das bleibt ein Geheimnis, aber ich konnte beim FĂŒhlen keine VerĂ€nderungen im Verhalten des Schwimmers in AbhĂ€ngigkeit von der Position des Potentiometer-Schiebers feststellen. Ich wage zu vermuten, dass der Entwickler Ă€hnliche Schwierigkeiten hatte und deshalb auf der Platine zwei solcher BrĂŒcken eingeplant hat.
Sehen Sie oben links und rechts die beiden Jumper? Sie unterbrechen die Verbindung zwischen einem Paar von Solenoiden und der H-BrĂŒcke. Ihr Nutzen ist zweifach: Wenn einer der Jumper entfernt wird, kann eine der Diagonalen komplett deaktiviert werden, und wenn man stattdessen einen Amperemeter anschlieĂt, kann man sehen, in welchem Zustand sich die H-BrĂŒcke der anderen Diagonale befindet.
Als poetische Anmerkung möchte ich hinzufĂŒgen, dass wenn auf beiden Diagonalen die H-BrĂŒcken komplett geöffnet sind, der Strom bis zu drei Ampere erreichen kann. Unter diesen Bedingungen wird es fĂŒr den Transistor Q5 sehr schwierig sein, zu ĂŒberleben. GlĂŒcklicherweise hĂ€lt er kurzfristig eine solche Belastung aus, aber Sie mĂŒssen schlieĂlich zwei MehrwertwiderstĂ€nde einstellen, und es ist im Voraus unklar, wohin das fĂŒhren wird.
Daher empfehle ich dringend, fĂŒr die Grundeinstellung mit jeder Diagonale separat zu arbeiten: Die zweite sollte mit einem Jumper ausgeschaltet werden, damit Q5 nicht raucht.
Da der Strom, der durch die Magnetventile flieĂt, die Richtung Ă€ndern kann, haben die Chinesen Amperemeter, bei denen die Nadel senkrecht in der Mitte der Skala steht. Das macht es fĂŒr sie angenehm und komfortabel: Sie ziehen die Jumper heraus, stecken die Amperemeter in die Unterbrechungen und drehen geduldig die WiderstĂ€nde, bis die Zeiger auf Null gehen.
Ich musste eine BrĂŒcke offenlassen und in die Unterbrechung einen alten sowjetischen Tester im Amperemetermodus mit einer Messgrenze von 10 Ampere einfĂŒgen. Wenn der Strom umgekehrt war, schlug der Tester lautlos nach links aus, und ich drehte geduldig an der Schraube, bis der Tester auf Null zurĂŒckkehrte. Nur so konnte ich eine Voreinstellung vornehmen. Danach konnte ich beide Diagonalen einschalten und die Einstellung anpassen, um maximale StabilitĂ€t des Schwimmers zu erreichen. Es ist auch möglich, den Gesamtstrom zu ĂŒberwachen, den das GerĂ€t verbraucht: je geringer dieser ist, desto genauer die Einstellung.
GewohnheitsmĂ€Ăig habe ich das GehĂ€use des Levitron auf einem 3D-Drucker gedruckt. Es sah nicht so schön aus wie das fertige Spielzeug fĂŒr zehntausend, aber ich interessierte mich fĂŒr das technische Prinzip, nicht fĂŒr die Ăsthetik.
Quelle: habr.com
