Управление частотой переменного тока, используемого для питания электромагнита

Если вам трудно ответить на ваш вопрос, то это потому, что понять его в первую очередь сложно. Маятник — это РЕЗОНАНСНОЕ устройство, в котором частота колебаний регулируется главным образом его эффективной длиной. Единственный эффект вашего электромагнитного «пинка» состоит в том, чтобы заменить энергию, потерянную в воздухе, на сопротивление его движению. Любая попытка повлиять на динамику вашего маятника должна потребовать огромного количества энергии. Какой бы ни была ваша цель, вы могли бы добиться большего успеха с коническим маятником.

Согласно Википедии, маятник Дубочинского не меняет частоту переменного тока. Вместо этого начальные условия диктуют установившуюся амплитуду.

Если вы просто хотите, чтобы маятник качался равномерно с помощью электромагнита, самый простой способ — управлять электромагнитом с помощью цепи с отрицательным сопротивлением. Это автоматически определит раскачивание маятника и соответствующим образом отрегулирует ток, чтобы поддерживать равномерное раскачивание маятника.

Прекрасным и элегантным ранним примером этого является двигатель с туннельным диодом (также маятник с туннельным диодом), который появился в колонке С.Л. Стронга «Ученый-любитель» в журнале «Scientific American» за октябрь 1965 года на странице 112. Помимо качающегося магнита, это использует только катушку провода для электромагнита, туннельный диод для отрицательного сопротивления, два резистора для установки соответствующего напряжения смещения для туннельного диода и 1,5-вольтовую батарею. Туннельный диод и качающийся магнит подают на катушку комбинацию постоянного и переменного тока. (Мистер Стронг говорит, что он также успешно изготовил маятник с туннельным диодом, питаемым от импровизированной батареи из промокательной бумаги, смоченной слюной и зажатой между пятицентовой монетой и пенни.)

В наши дни туннельных диодов мало, но туннельный диод можно заменить простой схемой с отрицательным сопротивлением, состоящей из пары полевых транзисторов или пары биполярных транзисторов с несколькими резисторами. Google "схема лямбда" для различных примеров. У меня были хорошие результаты при использовании либо туннельного диода, либо лямбда-схемы. Вы можете просто изменить напряжение смещения, чтобы изменить амплитуду колебаний.

Если вы настроены на демонстрацию маятника Дубочинского, вы можете использовать практически любой генератор сигналов, предложенный другим респондентом. Пока вы используете типичный маятник, подвешенный на оси с низким коэффициентом трения или на нитке и качающийся в воздухе, потери энергии при каждом качании будут очень малы, а генератор сигналов должен обеспечивать достаточную мощность. Если у вас еще нет генератора сигналов, вы можете использовать дешевую модель, такую ​​как «Генератор сигналов функции DDS 1 Гц-500 кГц», которую вы можете получить у ряда онлайн-продавцов. Он устанавливается с шагом в 1 Гц, обеспечивая хорошее частотное разрешение на всех частотах, кроме самых низких. Вы сказали, что не хотите использовать 555, но если вы не возражаете против микросхемы, вы можете использовать один из часовых чипов с регулируемым сопротивлением, например, от Linear Technology. По любой из этих схем

Поддержание работы маятника заключается не только в обеспечении правильной частоты возбуждения. Фаза управляющего сигнала имеет решающее значение.

Суть маятника обычно в том, чтобы качаться как можно больше. Эти устройства также рассчитаны на то, чтобы терять очень мало энергии при каждом взмахе. Иными словами, это фильтры с очень высокой добротностью. Таким образом, вы не хотите, да и не должны постоянно управлять маятником. Вам нужно только придать ему достаточное ускорение в каждом цикле, чтобы соответствовать небольшому количеству энергии, потерянной в этом цикле. Проще всего это сделать с небольшим импульсом один или два раза за цикл. Электронная аналогия - усилитель класса C.

Чтобы добавить механическую энергию, маятник нужно толкнуть в том же направлении, в котором он движется. Поскольку он больше всего движется в нижней (середине) качелей, это логичное место для добавления энергии. Простой способ сделать это — включить магнит незадолго до того, как маятник достигнет дна, а затем выключить его, когда он достигнет дна. Это предполагает простой магнит, который притягивает маятник.

Сложность заключается в том, чтобы знать, когда включить магнит. Вы можете использовать какой-нибудь датчик положения, например световой луч. Однако они, как правило, требуют значительной мощности. Милая уловка состоит в том, чтобы использовать электромагнит в днище в качестве чувствительного устройства во время одного полураскачивания, а затем в качестве движущего устройства во время другого. Поскольку период маятника можно точно узнать, достаточно измерить его фазу один раз за цикл, чтобы сказать вам, где находится маятник в любое время.

Вы даже можете измерить период между обнаружениями, чтобы скорректировать незначительные изменения частоты маятника. Я сделал это в развлекательном проекте, в котором для измерения температуры использовался период маятника (стержень маятника представлял собой медную трубку). Это работало очень хорошо, и термометр был удивительно чувствительным и точным.

Существует множество способов управления электромагнитом с переменной частотой. Если вы хотите просто использовать настольный генератор сигналов, вам понадобится простой УСИЛИТЕЛЬ для управления электромагнитом. Именно так работают динамики, наушники, вкладыши и т. д. В зависимости от импеданса вашего электромагнита обычный аудиоусилитель, возможно, будет простым и экономичным решением.

Чтобы усилить мощность на выходе генератора сигналов, вы просто добавляете усилитель мощности: то есть такой, который позволяет одновременно повышать и напряжение, и ток. Вы спрашиваете совета, как купить или как спроектировать такое устройство?

... могу ли я попросить кого-нибудь из вас упростить эту сборку для меня или дать мне более простой способ сделать это ...

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Рисунок 1. Простая экспериментальная установка.

Я был бы склонен построить тестовую установку, как показано на рисунке 1.

• Найдите приложение генератора сигналов для своего мобильного телефона.
• Подключите разъем для наушников к входу достаточно мощного аудиоусилителя.
• Найдите/намотайте соленоид с достаточным сопротивлением, чтобы соответствовать минимуму, требуемому усилителем - обычно от 4 до 8$\Omega$. Если вы чувствуете, что усилитель жалуется на высокую индуктивную нагрузку, вы можете добавить последовательное сопротивление в несколько Ом, чтобы погасить его.
• Установите приложение генератора сигналов на «синусоидальный» выход и постепенно увеличивайте громкость, контролируя температуру катушки и усилителя на наличие проблем.

Вы можете измерить напряжение или ток катушки индуктивности, чтобы обеспечить постоянство при изменении частоты.