Controlar la frecuencia de CA utilizada para energizar un electroimán

Si es difícil responder a su pregunta es porque es un rompecabezas para entenderlo en primer lugar. Un péndulo es un dispositivo RESONANTE en el que la frecuencia de su oscilación está controlada principalmente por su longitud efectiva. El único efecto de su "patada" electromagnética es reemplazar la energía perdida en la resistencia del aire a su movimiento. Cualquier intento de afectar la dinámica de su péndulo debe requerir una enorme cantidad de energía. Cualquiera que sea su propósito, puede tener más éxito con un péndulo cónico.

Según Wikipedia, el péndulo de Doubochinski no varía la frecuencia de CA. En cambio, las condiciones iniciales dictan la amplitud de estado estacionario.

Si simplemente desea que el péndulo oscile uniformemente utilizando un electroimán, la forma más sencilla es accionar el electroimán con un circuito de resistencia negativa. Esto detectará automáticamente el balanceo del péndulo y ajustará la corriente apropiadamente para mantener el balanceo uniforme del péndulo.

Un buen y elegante ejemplo temprano de esto es un motor de diodo de túnel (también un péndulo de diodo de túnel) que apareció en la columna "El científico aficionado" de CL Strong en la revista "Scientific American" de octubre de 1965 en la página 112. Además del imán oscilante, usa solo una bobina de alambre para el electroimán, un diodo de túnel para la resistencia negativa, dos resistencias para establecer el voltaje de polarización apropiado para el diodo de túnel y una batería de 1.5 voltios. El diodo túnel y el imán oscilante aplican una combinación de CC y CA a la bobina. (El Sr. Strong dice que también hizo con éxito un péndulo con el diodo de túnel alimentado con una batería improvisada con papel secante, humedecido con saliva e intercalado entre cinco centavos y un centavo).

En estos días, los diodos de túnel son escasos, pero el diodo de túnel se puede reemplazar con un circuito de resistencia negativa simple hecho de un par de FET o un par de transistores bipolares con algunas resistencias. Google "circuito lambda" para varios ejemplos. He tenido buenos resultados utilizando el diodo de túnel o un circuito lambda. Simplemente puede cambiar el voltaje de polarización para cambiar la amplitud de las oscilaciones.

Si está decidido a demostrar el péndulo de Doubochinski, puede usar casi cualquier generador de señales, como lo sugirió otro respondedor. Mientras esté usando un péndulo típico, colgado de un pivote de baja fricción o de un hilo, y balanceándose en el aire, habrá muy poca pérdida de energía por oscilación, y un generador de señal debería proporcionar mucha energía. Si aún no tiene un generador de señal, puede usar un modelo barato como un "Generador de señal de función DDS de 1HZ-500KHz" que puede obtener de varios proveedores en línea. Se puede configurar en pasos de 1 Hz, lo que brinda una buena resolución de frecuencia en todas las frecuencias, excepto en las más bajas. Usted dijo que no quiere usar un 555, pero si no se opone a un IC, podría usar uno de los chips de reloj controlados por resistencia, como los de Linear Technology. Con cualquiera de estos esquemas,

Mantener un péndulo en marcha no se trata simplemente de producir la frecuencia de excitación correcta. La fase de la señal de excitación es críticamente importante.

El punto de un péndulo suele ser oscilar libremente tanto como sea posible. Estos dispositivos también están diseñados para perder muy poca energía en cada swing. Dicho de otra manera, son filtros Q muy altos. Como tal, no desea ni necesita impulsar el péndulo todo el tiempo. Solo necesita darle el impulso suficiente en cada ciclo para que coincida con la pequeña cantidad de energía perdida en ese ciclo. Esto se hace más fácilmente con un pequeño pulso una o dos veces por ciclo. Una analogía electrónica es un amplificador de clase C.

Para agregar energía mecánica, el péndulo debe empujarse en la misma dirección en la que se mueve. Dado que se mueve más en la parte inferior (medio) del swing, este es el lugar lógico para agregar la energía. Una forma sencilla de hacerlo es encender un imán poco antes de que el péndulo llegue al fondo y luego apagarlo cuando llegue al fondo. Esto supone un simple imán que atrae al péndulo.

La parte difícil es saber cuándo encender el imán. Podrías usar algún tipo de sensor de posición, como un haz de luz. Sin embargo, estos tienden a tener un poder significativo. Un lindo truco es usar el electroimán en la parte inferior como un dispositivo de detección durante un medio columpio, luego el dispositivo de conducción durante el otro. Dado que el período del péndulo se puede conocer con precisión, medir su fase una vez por ciclo es suficiente para saber dónde está el péndulo en todo momento.

Incluso puede medir el período entre detecciones para corregir variaciones menores en la frecuencia del péndulo. Lo hice en un proyecto por diversión que usaba el período del péndulo para medir la temperatura (la varilla del péndulo era un tubo de cobre). Funcionó muy bien y el termómetro era increíblemente sensible y preciso.

Hay muchas formas de impulsar un electroimán desde una frecuencia variable. Si solo desea usar un generador de señal de banco, necesitaría un AMPLIFICADOR simple para impulsar el electroimán. Así es exactamente como funcionan los altavoces, auriculares, auriculares, etc. Dependiendo de la impedancia de su electroimán, un amplificador de audio común posiblemente sea una solución simple y rentable.

Para amplificar la potencia de la salida de un generador de señal, simplemente agregue un amplificador de potencia: es decir, uno que permita aumentar tanto el voltaje como la corriente simultáneamente. ¿Está pidiendo consejo sobre cómo comprar o cómo diseñar una unidad de este tipo?

... ¿puedo implorar a alguno de ustedes que simplifique esta compilación para mí o me dé una forma más simple de hacerlo?

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Figura 1. Configuración experimental simple.

Me inclinaría por construir una configuración de prueba como se muestra en la Figura 1.

• Encuentre una aplicación de generador de señal para su teléfono móvil.
• Conecte el conector de auriculares a la entrada de un amplificador de audio suficientemente potente.
• Encuentre / enrolle un solenoide con suficiente resistencia para cumplir con el mínimo requerido por el amplificador, generalmente de 4 a 8$\Omega$. Si siente que el amplificador se queja de la carga altamente inductiva, puede agregar una resistencia en serie de unos pocos ohmios para amortiguarla.
• Establezca la aplicación del generador de señal en salida 'sinusoidal' y suba el volumen gradualmente para controlar la temperatura de la bobina y el amplificador en busca de problemas.

Es posible que desee medir el voltaje o la corriente del inductor para garantizar la consistencia a medida que varía la frecuencia.