Jednoduchá tesla cievka. Urob si sám transformátor Tesla (Tesla cievka)

13.09.2019

Môžeme vidieť a zakúpiť miniatúrnu Tesla cievku vo forme hračky alebo dekoratívnej lampy. Princíp fungovania je rovnaký ako pri samotnej Tesle. Nie je tam nič iné, okrem rozsahu a napätia.

Skúsme si doma vyrobiť Teslovu cievku.

je rezonančný transformátor. V podstate ide o LC obvody ladené na jednu rezonančnú frekvenciu.

Na nabíjanie kondenzátora sa používa vysokonapäťový transformátor.

Len čo kondenzátor dosiahne dostatočnú úroveň nabitia, vybije sa do iskriska a tam preskočí iskra. V primárnom vinutí transformátora dochádza ku skratu a začínajú v ňom oscilácie.

Pretože kapacita kondenzátora je pevná, obvod je vyladený zmenou odporu primárneho vinutia a zmenou bodu pripojenia k nemu. Pri správnom naladení bude v hornej časti sekundárneho vinutia veľmi vysoké napätie, čo má za následok pôsobivé výboje vo vzduchu. Na rozdiel od tradičných transformátorov má pomer závitov medzi primárnym a sekundárnym vinutím malý alebo žiadny vplyv na napätie.

Stavebné etapy

Navrhnúť a postaviť Tesla cievku je celkom jednoduché. Pre začiatočníka sa to javí ako náročná úloha (aj mne sa to zdalo ťažké), ale fungujúcu cievku môžete získať podľa pokynov v tomto článku a vykonaním malého výpočtu. Samozrejme, ak chcete veľmi výkonnú cievku, neexistuje iný spôsob, ako sa naučiť teóriu a robiť veľa výpočtov.

Tu sú základné kroky, ako začať:

Výber napájacieho zdroja. Transformátory používané v neónových nápisoch sú pravdepodobne najlepšie pre začiatočníkov, pretože sú relatívne lacné. Odporúčam transformátory s výstupným napätím aspoň 4kV.
Výroba vybíjačky. Môžu to byť len dve skrutky zaskrutkované vo vzdialenosti niekoľkých milimetrov od seba, ale odporúčam vynaložiť trochu viac úsilia. Kvalita zvodiča výrazne ovplyvňuje výkon cievky.
Výpočet kapacity kondenzátora. Pomocou nižšie uvedeného vzorca vypočítajte rezonančnú kapacitu transformátora. Hodnota kondenzátora by mala byť približne 1,5-násobkom tejto hodnoty. Asi najlepším a najefektívnejším riešením by bolo postaviť kondenzátory. Ak nechcete míňať peniaze, môžete sa pokúsiť vyrobiť kondenzátor sami, ale nemusí fungovať a jeho kapacita je ťažké určiť.
Výroba sekundárneho vinutia. Použite 900-1000 otáčok 0,3-0,6 mm smaltovaného medeného drôtu. Výška cievky sa zvyčajne rovná 5 jej priemerom. Zvodová rúra z PVC nemusí byť tým najlepším materiálom, ktorý je k dispozícii pre navijak. K hornej časti sekundárneho vinutia je pripevnená dutá kovová guľa a jej spodná časť je uzemnená. Na tento účel je žiaduce použiť samostatné uzemnenie, pretože. pri použití spoločného uzemnenia domu existuje šanca pokaziť iné elektrické spotrebiče.
Výroba primárneho vinutia. Primárne vinutie môže byť vyrobené z hrubého kábla, alebo ešte lepšie z medenej rúrky. Čím hrubšia je trubica, tým menšia je strata odporu. 6 mm trubica je dostatočná pre väčšinu cievok. Pamätajte, že hrubé rúry sa ohýbajú oveľa ťažšie a meď praská s viacerými zalomeniami. V závislosti od veľkosti sekundárneho vinutia by malo stačiť 5 až 15 závitov v krokoch po 3 až 5 mm.
Pripojte všetky komponenty, dolaďte cievku a máte hotovo!

Skôr ako začnete vyrábať cievku Tesla, dôrazne sa odporúča, aby ste sa oboznámili s pravidlami bezpečnosti a práce s vysokým napätím!

Upozorňujeme tiež, že ochranné obvody transformátora neboli uvedené. Neboli používané a zatiaľ bez problémov. Kľúčové slovo je tu zatiaľ.

Cievka bola vyrobená hlavne z tých častí, ktoré boli dostupné.
Títo boli:
4kV 35mA transformátor neónových nápisov.
0,3 mm medený drôt.
0,33μF 275V kondenzátory.
Musel som si kúpiť 75 mm PVC odpadovú rúrku a 5 metrov 6 mm medenej rúrky.

Sekundárne vinutie

Sekundárne vinutie je v hornej a spodnej časti pokryté plastovou izoláciou, aby sa zabránilo poruche.

Sekundárne vinutie bolo prvým vyrobeným komponentom. Okolo odtokovej rúrky vysokej asi 37 cm som namotal asi 900 závitov drôtu. Dĺžka použitého drôtu bola približne 209 metrov.

Indukčnosť a kapacita sekundárneho vinutia a kovovej gule (alebo toroidu) možno vypočítať pomocou vzorcov, ktoré možno nájsť na iných stránkach. Pomocou týchto údajov môžete vypočítať rezonančnú frekvenciu sekundárneho vinutia:
L = [(2πf)2C]-1

Pri použití gule s priemerom 14 cm je rezonančná frekvencia cievky približne 452 kHz.

Kovová guľa alebo toroid

Prvým pokusom bolo vyrobiť kovovú guľu zabalením plastovej gule do fólie. Fóliu na guli sa mi nepodarilo dostatočne vyhladiť, tak som sa rozhodol vyrobiť toroid. Urobil som malý toroid omotaním hliníkovej pásky okolo vlnitej rúrky, stočenej do kruhu. Nepodarilo sa mi získať veľmi hladký toroid, ale vďaka svojmu tvaru a väčšej veľkosti funguje lepšie ako guľa. Na podporu toroidu bol pod neho umiestnený preglejkový disk.

Primárne vinutie

Primárne vinutie tvoria medené rúrky s priemerom 6 mm, špirálovito navinuté okolo sekundárneho. Vnútorný priemer návinu 17cm, vonkajší 29cm. Primárne vinutie obsahuje 6 závitov so vzdialenosťou 3 mm medzi nimi. Kvôli veľkej vzdialenosti medzi primárnym a sekundárnym vinutím môžu byť voľne spojené.
Primárne vinutie spolu s kondenzátorom je LC oscilátor. Požadovanú indukčnosť možno vypočítať pomocou nasledujúceho vzorca:
L = [(2πf)2C]-1
C je kapacita kondenzátorov, F je rezonančná frekvencia sekundárneho vinutia.

Ale tento vzorec a na ňom založené kalkulačky dávajú len približnú hodnotu. Správna veľkosť cievky musí byť zvolená experimentálne, preto je lepšie, aby bola príliš veľká ako príliš malá. Moja cievka pozostáva zo 6 závitov a je zapojená na 4. závite.

Kondenzátory

Zostava 24 kondenzátorov so zhášacím odporom 10MΩ každý

Keďže som mal veľké množstvo malých kondenzátorov, rozhodol som sa ich zhromaždiť do jedného veľkého. Hodnotu kondenzátorov možno vypočítať pomocou nasledujúceho vzorca:
C = I ⁄ (2πfU)

Hodnota kondenzátora pre môj transformátor je 27,8 nF. Skutočná hodnota by mala byť o niečo väčšia alebo menšia, pretože rýchly nárast napätia v dôsledku rezonancie môže poškodiť transformátor a/alebo kondenzátory. Malú ochranu proti tomu poskytujú zhášacie odpory.

Moja zostava kondenzátora pozostáva z troch zostáv s 24 kondenzátormi. Napätie v každej zostave je 6600 V, celková kapacita všetkých zostáv je 41,3 nF.

Každý kondenzátor má svoj vlastný sťahovací odpor 10 MΩ. To je dôležité, pretože jednotlivé kondenzátory si môžu po vypnutí napájania udržať svoj náboj veľmi dlho. Ako je možné vidieť na obrázku nižšie, menovité napätie kondenzátora je príliš nízke, dokonca aj pre 4kV transformátor. Aby fungoval dobre a bezpečne, musí byť aspoň 8 alebo 12 kV.

Vybíjačka

Moja aretácia sú len dve skrutky s kovovou guľôčkou uprostred.
Vzdialenosť je nastavená tak, že zvodič bude iskriť len vtedy, keď je jediný pripojený k transformátoru. Zväčšenie vzdialenosti medzi nimi môže teoreticky zväčšiť dĺžku iskry, ale hrozí zničenie transformátora. Pre väčšiu cievku je potrebné postaviť vzduchom chladený zvodič.

Charakteristika

Oscilačný obvod
Transformátor NST 4kV 35mA
Kondenzátor 3×24 275VAC 0,33μF
Vybíjačka: dve skrutky a kovová guľa

Primárne vinutie
Vnútorný priemer 17 cm
Priemer navíjacej rúrky 6 mm
Vzdialenosť medzi závitmi 3 mm
Dĺžka primárnej rúry 5m
Vitka 6

Sekundárne vinutie
Priemer 7,5 cm
Výška 37 cm
Drôt 0,3 mm
Dĺžka drôtu cca 209m
Cievky: asi 900

Teslova cievka je plochá špirála, ktorá má spolu s indukčnosťou veľkú vlastnú kapacitu. Patent na vynález bol podaný v januári 1894. Autorom bol, samozrejme, Nikola Tesla. Pod týmto názvom je všeobecne známy transformátor, princíp činnosti zariadenia je založený na oscilačných obvodoch.

Vojna prúdov

Dnes sa to číta ako vedecký román, no na prelome 19. a 20. storočia skutočne prebiehala vojna prúdov. Všetko sa to začalo, keď spoločnosť nezaplatila mladej Tesle ani cent za zriadenie generátora v Európe. Aj keď odmena bola sľúbená solídna. Tesla bez rozmýšľania opúšťa svoju vlasť a odpláva do USA. Na ceste bádateľa prenasledujú neúspechy, v dôsledku čoho sa cesta skončila šťastne. Vezmite si epizódu, keď sa všetky peniaze stratia na ceste. Odmietnuť? nie!

Tesla sa zázračne dostane na loď a polovica cesty je pod záštitou kapitána lode, ktorý cestovateľa nakŕmi vo vlastnej jedálni. Vzťahy sa trochu ochladili, keď bol mladý Tesla videný v strede bitky, ktorá vznikla na palube, kde sa rozdával sprava a zľava, vďaka svojmu pôsobivému vzrastu (s nízkou hmotnosťou). Výsledkom bolo, že Tesla dorazila na breh a prvý deň sa jej podarilo pomôcť miestnemu obchodníkovi opraviť generátor a získať malú odmenu.

S odporúčacími listami v ruke si Nicola ide nájsť prácu do spoločnosti, kde pracuje cez deň aj v noci a trávi čas spánkom na gauči v laboratóriu. Edison si zo svojho mladého budúceho kolegu zahral zlý vtip: sľúbil solídnu odmenu za zlepšenie prevádzky elektrických zariadení. Problém bol rýchlo vyriešený a vynálezca závitu pre päticu žiarovky sa odvolal na komerčný podvod. Tesla už v duchu rozdelil sľúbenú odmenu za uskutočnenie experimentov a vtip nevyvolal vrúcnu emocionálnu odozvu vynálezcu. Mladý imigrant odchádza z firmy, aby si založil vlastnú.

Tesla si zároveň váži nápady na tému boja proti milovníkovi vtipov. Pri prechádzke s priateľom si zrazu uvedomí, ako implementovať teóriu rotujúceho poľa Arago: sú potrebné dve fázy striedavého prúdu. V 80. rokoch 19. storočia bola myšlienka považovaná za skutočne revolučnú. Predtým boli motory, žiarovky (v procese zlepšovania) a väčšina laboratórnych experimentov zbavená jednosmerného prúdu. Rovnako aj Georg Ohm.

Tesla si dáva patent na dvojfázový motor a tvrdí, že sú možné zložité systémy. Myšlienky zaujímajú Westinghouse a začína sa dlhý príbeh o tom, že máte pravdu. Edison, ako zvyčajne, nešetril finančnými prostriedkami. Tradujú sa historky, že zobral alternátor a umučil ním zvieratá na smrť. Údajne elektrické kreslo vymyslel Edison v spolupráci s neznámou osobou. Prvý konštruktér sa navyše omylom alebo zámerne pomýlil natoľko, že odsúdený dlho trpel, aby toho nebolo málo, doslova vybuchol a vysypal vnútorné orgány.

Druhého nebohého sa právnikom Westinghouse podarilo zachrániť a popravu nahradili doživotným trestom. Spása nezastavila Edisona, ktorý mal v úmysle okrem stoličky vymyslieť aj stôl. Tesla sa pokúsil demonštrovať recipročný krok predložením niekoľkých argumentov:

Podnikaví americkí podnikatelia dokonca vydali hracie karty, kde sa objavila spomínaná vojna prúdov. Napríklad známa Wardenclyffe Tower je umiestnená na obrázku Jokera, budovou sa riadili spisovatelia sci-fi, režiséri podobného druhu filmov. Historické fakty objasňujú, aký intenzívny bol boj - dôvod brilantnosti vynaliezavého génia. Teslova cievka, skrútená z 50 závitov hrubého kábla, bola konštrukčne súčasťou veže Vordenclyffe ...

Dizajn Tesla cievky

Toto je úžasná príležitosť, keď špeciálnym spôsobom položíte cievky medeného drôtu, ako ušetriť na kondenzátorových jednotkách. Ak sú čitatelia v tejto téme, počuli o fázových korektoroch na zníženie nákladov na energiu. Ide o kondenzátorové bloky, ktoré kompenzujú indukčný odpor spotrebiteľa. To platí najmä pre transformátory a motory. Dodatočné výdavky zobrazuje iba merač jalového výkonu. Ide o imaginárnu energiu, ktorá nevykonáva užitočnú prácu pre spotrebiteľa. Cirkuluje tam a späť a ohrieva aktívne odpory vodičov. V oblastiach, kde sa počíta s celkovou kapacitou (napríklad podniky), to výrazne zvyšuje účty za platiacich dodávateľov elektriny.

Teraz je ľahké pochopiť, ako sa plánovalo využitie Teslovho vynálezu v priemysle. Vynálezca v US 512340 uvádza dva podobné návrhy cievok:

Prvý výkres ukazuje plochú špirálu. Jeden výstup Teslovej cievky je umiestnený na periférii, druhý je odoberaný zo stredu. S dizajnom sa ľahko pracuje. Pri potenciálnom rozdiele medzi svorkami 100 V a počte závitov na tisíc pripadá medzi susedné body špirály v priemere 0,1 V. Pre výpočet čísla vydelíme 100 číslom 1000. Vlastná kapacita je úmerná štvorec 0,1 a nebude príliš veľký.
Potom Tesla ponúkne, že sa pozrie na druhý výkres, ktorý ukazuje bifilárnu cievku. Je to plochá špirála, ale dva drôty sa vinú vedľa seba. Okrem toho sú konce druhého okruhu skratované a pripojené k výstupu prvého okruhu. Ukazuje sa, že alternatívna niť pozdĺž dĺžky detekuje rovnaký potenciál. Ak si predstavíme, že na konštrukciu je privedených 100 V, výsledok sa zmení. V skutočnosti sú teraz v blízkosti drôty s dvoma rôznymi vláknami a na jedinom s dĺžkou - výlučne nula. V dôsledku toho je potenciálny rozdiel v priemere 50 V a vlastná kapacita Teslovej cievky je 250 000-krát väčšia ako kapacita predchádzajúceho obvodu. To je významný rozdiel a je zrejmé, že je možné nájsť ziskové parametre siete. Napríklad Tesla pracovala na frekvenciách 200 - 300 kHz.

Vynálezca naznačuje, že vyskúšal rôzne formy a konfigurácie. Pokiaľ ide o užitočnosť, štvorec sa nelíši od kruhu alebo obdĺžnika znázorneného na obrázkoch. Dizajnér si môže zvoliť formu. Tesla cievky sa dnes veľmi nepoužívajú. Proti vynálezcovi sa postavili podnikatelia. Rozhovor medzi obchodníkmi a Edisonom nie je známy, ale ako akcionári novej vodnej elektrárne sa magnáti dopočuli, že veža Wardenclyffe, postavená na vhodnom mieste, by sa mohla stať prvým vtákom v prenose energie na vzdialenosti bez káblov. .

Sponzor stavby bol vlastníkom medených závodov a chcel len predať kov. Bezdrôtový spôsob prenosu energie je nerentabilný. Keby J.P. Morgan vedel, že dnes je väčšina káblov vyrobených z hliníka, možno by zareagoval inak, no ukázalo sa, že Nikola Tesla dokončuje vežu v nádhernej izolácii a dizajn nenabral zamýšľaný rozsah.

Podľa druhej verzie sa Nikola Tesla rozhodol vytvárať energiu zo vzduchu, o čom sa hovorí na YouTube. Istý vynálezca dokazuje, že energia éteru je vťahovaná do jadra magnetu v rovnakej vzdialenosti od pólov a je potrebné, aby ju bolo možné premeniť na elektrinu. Stručne je vyjadrená myšlienka Tesly. Majster samouk, ktorý sa na výstave odvážil prezentovať 13 kW generátor voľnej energie, zmizol spolu s rodinou neznámym smerom. Takéto fakty naznačujú, že na Wardenclyffovej veži bolo oveľa viac odporcov, ako sa bežne predpokladá.

Podľa Teslovho plánu sa na svete predpokladalo 30 tovární. Vyrábali a prijímali by energiu, široko vysielanú. Zrejme si mysleli, že to bude kolaps miestnej ekonomiky, hoci motory Bedini sa dodnes vyrábajú podľa Tesalových teórií. Cievky boli teda základom vysielacích a prijímacích zariadení: dizajn je identický. Ale dnes sú tieto kuriózne vynálezy spoľahlivo zabudnuté, okrem mikropáskových technológií, kde sa nachádzajú štvorcové a okrúhle špirálové indukčnosti podobného druhu.

Tesla transformátor

Vyššie bolo povedané, že Tesla cievky boli základom vysielacích zariadení, je dovolené ich nazývať rezonančné transformátory. Cez pripojenie transformátora je na Teslovu cievku čerpaný vysoký potenciál. Náboj pokračuje až do rozpadu iskriska, potom začnú oscilácie na rezonančnej frekvencii. Ak jedno pripojenie transformátora cez cievku s veľkým počtom závitov prenáša vysoké napätie do emitora alebo iskriska.

Každý sa môže uistiť, že konštrukcia veže Wardenclyffe pripomína hríb, ale na základni leží plochá Tesla cievka. Ako radiátor sa používa veľký objemový torus, ktorý má kapacitný odpor. Medziobvod vo svojej modernej podobe obsahuje obyčajné kondenzátory, prispôsobené parametrom „donutu“. Veľkou výhodou konštrukcie je absencia feromagnetických materiálov.

Dnes sa Teslov transformátor nazýva vysokofrekvenčný vysokonapäťový rezonančný transformátor a v sieti možno nájsť veľa príkladov nápadných implementácií tohto neobvyklého zariadenia. Cievka bez feromagnetického jadra, pozostávajúca z mnohých závitov tenkého drôtu, zakončená torusom, vyžaruje skutočné blesky a dojíma užasnutých divákov. Pamätá si však každý, ako a prečo toto úžasné zariadenie pôvodne vzniklo?

História tohto vynálezu sa začína na konci 19. storočia, keď si geniálny experimentálny vedec pôsobiaci v USA dal za úlohu naučiť sa prenášať elektrickú energiu na veľké vzdialenosti bez drôtov.

Sotva je možné uviesť presný rok, kedy táto myšlienka vedcovi napadla, ale je známe, že 20. mája 1891 mal Nikola Tesla podrobnú prednášku na Kolumbijskej univerzite, kde prezentoval svoje myšlienky pracovníkom Amerického inštitútu. elektrotechnikov, a niečo ilustroval, ukazujúc názorné pokusy.

Účelom prvých ukážok bolo ukázať nový spôsob získavania svetla pomocou vysokofrekvenčných a vysokonapäťových prúdov na tento účel a tiež odhaliť vlastnosti týchto prúdov. Aby sme boli spravodliví, poznamenávame, že moderné energeticky úsporné žiarivky fungujú presne na princípe, ktorý Tesla navrhol na výrobu svetla.

Konečná teória týkajúca sa presne sa objavovala postupne, vedec strávil niekoľko rokov svojho života, pripomínal svoju technológiu, veľa experimentoval a usilovne zlepšoval každý prvok obvodu, vyvinul prerušovače, vynašiel odolné vysokonapäťové kondenzátory, vynašiel a upravil obvod. kontrolórov, ale nemohol realizovať svoj plán života v takom rozsahu, v akom chcel.

Teória však dorazila aj k nám. K dispozícii sú denníky, články, patenty a prednášky Nikolu Teslu, v ktorých nájdete prvotné detaily ohľadom tejto technológie. Princíp činnosti rezonančného transformátora možno nájsť napríklad pri čítaní patentov Nikoly Teslu č. 787412 alebo č. 649621, ktoré sú už dnes dostupné online.

Ak sa pokúsite krátko pochopiť, ako funguje transformátor Tesla, zvážte jeho zariadenie a princíp činnosti, potom na tom nie je nič zložité.

Sekundárne vinutie transformátora je vyrobené z izolovaného drôtu (napríklad smaltovaného drôtu), ktorý je uložený na otáčanie v jednej vrstve na dutom valcovom ráme, pomer výšky rámu k jeho priemeru sa zvyčajne berie od 6. na 1 až 4 ku 1.

Po navinutí je sekundárne vinutie potiahnuté epoxidovou živicou alebo lakom. Primárne vinutie je vyrobené z drôtu pomerne veľkého prierezu, zvyčajne obsahuje 2 až 10 závitov a je uložené vo forme plochej špirály alebo navinuté ako sekundárne vinutie - na valcovom ráme s priemerom mierne väčší ako sekundárny.

Výška primárneho vinutia spravidla nepresahuje 1/5 výšky sekundárneho. K hornej svorke sekundárneho vinutia je pripojený toroid a jej spodná svorka je uzemnená. Ďalej sa pozrime na všetko podrobnejšie.

Napríklad: sekundárne vinutie je navinuté na ráme s priemerom 110 mm, smaltovaným drôtom PETV-2 s priemerom 0,5 mm a obsahuje 1200 závitov, takže jeho výška je približne 62 cm a dĺžka drôt je asi 417 metrov. Primárne vinutie nech obsahuje 5 závitov hrubej medenej rúrky navinutej na priemere 23 cm a má výšku 12 cm.

Ďalej sa vytvorí toroid. Jeho kapacita by mala byť v ideálnom prípade taká, aby rezonančný kmitočet sekundárneho obvodu (uzemnená sekundárna cievka spolu s toroidom a okolím) zodpovedal dĺžke vodiča sekundárneho vinutia tak, aby sa táto dĺžka rovnala štvrtine vlnová dĺžka (pre náš príklad je frekvencia 180 kHz) .

Pre presný výpočet môže byť užitočný špeciálny program na výpočet Teslových cievok, napríklad VcTesla alebo inca. K primárnemu vinutiu je zvolený vysokonapäťový kondenzátor, ktorého kapacita by spolu s indukčnosťou primárneho vinutia tvorila oscilačný obvod, ktorého vlastná frekvencia by sa rovnala rezonančnej frekvencii sekundárneho obvodu. Zvyčajne berú kondenzátor blízko kapacity a nastavenie sa vykonáva výberom závitov primárneho vinutia.

Podstata práce Teslovho transformátora v jeho kanonickej podobe je nasledovná: kondenzátor primárneho okruhu sa nabije z vhodného vysokonapäťového zdroja, potom sa prepínačom pripojí k primárnemu vinutiu a to sa mnohokrát opakuje. za sekundu.

V dôsledku každého spínacieho cyklu vznikajú v primárnom okruhu tlmené oscilácie. Ale primárna cievka je tlmivka pre sekundárny okruh, preto sú elektromagnetické oscilácie v sekundárnom okruhu zodpovedajúcim spôsobom vybudené.

Keďže sekundárny obvod je naladený na rezonanciu s primárnymi kmitmi, na sekundárnom vinutí dochádza k napäťovej rezonancii, čo znamená, že transformačný pomer (pomer závitov primárneho vinutia a závitov ním pokrytého sekundárneho vinutia) musí tiež vynásobiť Q - faktor kvality sekundárneho okruhu, potom hodnotu skutočného pomeru získa napätie na sekundárnom vinutí k napätiu na primárnom.

A keďže dĺžka drôtu sekundárneho vinutia sa rovná štvrtine vlnovej dĺžky v ňom indukovaných kmitov, na toroide bude umiestnená napäťová antinóda (a v bode zeme - aktuálna antinóda), a práve tam môže dôjsť k najefektívnejšiemu rozpadu.

Na napájanie primárneho okruhu sa používajú rôzne schémy, od statického iskriska (zvodiča) napájaného z MOT (MOT - vysokonapäťový transformátor z mikrovlnnej rúry) až po rezonančné tranzistorové obvody na programovateľných regulátoroch napájaných usmerneným sieťovým napätím, ale podstata tzv. toto sa nemení.

Tu sú najbežnejšie typy Teslových cievok v závislosti od toho, ako sú poháňané:

SGTC (SGTC, Spark Gap Tesla Coil)- Tesla transformátor na iskrišti. Ide o klasický dizajn, podobnú schému pôvodne používala aj samotná Tesla. Ako spínací prvok sa tu používa zvodič prepätia. V konštrukciách s nízkym výkonom sa iskrisko skladá z dvoch kusov hrubého drôtu umiestnených v určitej vzdialenosti a vo výkonnejších konštrukciách sa používajú zložité rotačné iskriská pomocou motorov. Transformátory tohto typu sa vyrábajú, ak je potrebná len veľká dĺžka streamera a účinnosť nie je dôležitá.

VTTC (VTTC, Teslova cievka s vákuovou trubicou)- Tesla transformátor na elektronickej lampe. Ako spínací prvok je tu použitá výkonná rádiová trubica, napríklad GU-81. Takéto transformátory môžu pracovať nepretržite a produkovať pomerne silné výboje. Tento typ napájacieho zdroja sa najčastejšie používa na stavbu vysokofrekvenčných cievok, ktoré sa kvôli typickému vzhľadu ich streamerov nazývajú „toch coils“.

SSTC (SSTC, Solid State Tesla Coil)- Tesla transformátor, v ktorom sú ako kľúčový prvok použité polovodiče. Zvyčajne toto. Tento typ transformátora môže pracovať nepretržite. Vzhľad streamerov vytvorených takouto cievkou môže byť veľmi odlišný. Tento typ Teslových transformátorov sa ľahšie ovláda, môžete si na nich napríklad prehrávať hudbu.

DRSSTC (DRSSTC, Dual Resonant Solid State Tesla Coil)- Tesla transformátor s dvoma rezonančnými obvodmi, tu, rovnako ako v SSTC, sa ako kľúče používajú polovodiče. DRSSTC je najťažší typ Tesla transformátorov na správu a konfiguráciu.

Na dosiahnutie efektívnejšej a efektívnejšej prevádzky Teslovho transformátora sa používajú topologické schémy DRSSTC, keď sa v samotnom primárnom okruhu dosiahne silná rezonancia a v sekundárnom, v tomto poradí, jasnejší obraz, dlhšie a silnejšie blesky ( streamery).

Tesla sám, ako najlepšie vedel, sa snažil dosiahnuť práve takýto prevádzkový režim svojho transformátora a základy tejto myšlienky možno vidieť v patente č. rezonancie. O týchto pokusoch vedca si môžete prečítať v jeho denníku (vedcove poznámky o pokusoch v Colorado Springs, ktoré robil v rokoch 1899 až 1900, už vyšli v tlačenej podobe).

Keď už hovoríme o praktickom použití Teslovho transformátora, nemali by sme sa obmedzovať iba na obdivovanie estetickej povahy prijatých výbojov a zaobchádzať so zariadením ako s dekoratívnym. Napätie na sekundárnom vinutí transformátora môže dosahovať milióny voltov, ide predsa o efektívny zdroj ultravysokého napätia.

Tesla sám vyvinul svoj systém na prenos elektriny na veľké vzdialenosti bez drôtov, pričom využíval vodivosť horných vzduchových vrstiev atmosféry. Predpokladalo sa, že existuje aj prijímací transformátor podobnej konštrukcie, ktorý zníži prijímané vysoké napätie na hodnotu prijateľnú pre spotrebiteľa, o tom sa môžete dozvedieť prečítaním Teslovho patentu č. 649621.

Zvláštnu pozornosť si zasluhuje charakter interakcie Teslovho transformátora s prostredím. Sekundárny okruh je otvorený okruh a systém nie je termodynamicky izolovaný, dokonca nie je ani uzavretý, je to otvorený systém. Moderný výskum v tomto smere vykonáva mnoho výskumníkov a bod na tejto ceste ešte nebol stanovený.

Andrej Povny

Teslova cievka je vysokofrekvenčný rezonančný transformátor bez feromagnetického jadra, pomocou ktorého získate vysoké napätie na sekundárnom vinutí. Pôsobením vysokého napätia vo vzduchu dochádza k elektrickému prierazu podobnému výboju blesku. Zariadenie vynašiel Nikola Tesla a nesie jeho meno.

Podľa typu spínacieho prvku primárneho okruhu sa Teslovy cievky delia na iskrové (SGTC - Spark gap Tesla coil), tranzistorové (SSTC - Solid state Tesla coil, DRSSTC - Dual resonant solid state Tesla coil). Budem brať do úvahy iba iskrové cievky, ktoré sú najjednoduchšie a najbežnejšie. Podľa spôsobu nabíjania slučkového kondenzátora sa iskrové cievky delia na 2 typy: ACSGTC - Teslova cievka s iskriskom a DCSGTC - Teslova cievka s iskriskom. V prvom variante sa kondenzátor nabíja striedavým napätím, v druhom sa používa rezonančný náboj s privedeným konštantným napätím.

Samotná cievka je konštrukciou dvoch vinutí a torusu. Sekundárne vinutie je valcové, navinuté na dielektrickej trubici s medeným drôtom vinutia, v jednej vrstve závit na závit a zvyčajne má 500-1500 závitov. Optimálny pomer priemeru a dĺžky vinutia je 1:3,5 - 1:6. Pre zvýšenie elektrickej a mechanickej pevnosti je vinutie potiahnuté epoxidovým lepidlom alebo polyuretánovým lakom. Rozmery sekundárneho vinutia sa zvyčajne určujú na základe výkonu zdroja energie, to znamená vysokonapäťového transformátora. Po určení priemeru vinutia sa dĺžka zistí z optimálneho pomeru. Ďalej sa zvolí priemer navíjacieho drôtu tak, aby sa počet závitov približne rovnal všeobecne akceptovanej hodnote. Kanalizačné plastové rúrky sa zvyčajne používajú ako dielektrické rúrky, ale môžete si vyrobiť aj domácu rúrku pomocou listov kresliaceho papiera a epoxidového lepidla. Tu a nižšie hovoríme o stredných cievkach, s výkonom 1 kW a priemerom sekundárneho vinutia 10 cm.

Dutý vodivý torus, zvyčajne vyrobený z vlnitej hliníkovej rúrky, je inštalovaný na hornom konci rúrky sekundárneho vinutia na odstránenie horúcich plynov. V zásade sa priemer potrubia volí rovný priemeru sekundárneho vinutia. Priemer torusu je zvyčajne 0,5-0,9 dĺžky sekundárneho vinutia. Torus má elektrickú kapacitu, ktorá je určená jeho geometrickými rozmermi a pôsobí ako kondenzátor.

Primárne vinutie je umiestnené na spodnej základni sekundárneho vinutia a má špirálovitý plochý alebo kužeľový tvar. Zvyčajne pozostáva z 5-20 závitov hrubého medeného alebo hliníkového drôtu. Vo vinutí prúdia vysokofrekvenčné prúdy, v dôsledku ktorých sa môže výrazne prejaviť efekt kože. Vďaka vysokej frekvencii je prúd distribuovaný hlavne v povrchovej vrstve vodiča, čím sa znižuje účinná plocha prierezu vodiča, čo vedie k zvýšeniu aktívneho odporu a zníženiu amplitúdy elektromagnetických kmitov. . Najlepšou možnosťou na vytvorenie primárneho vinutia by preto bola dutá medená rúrka alebo plochá široká páska. Otvorený ochranný krúžok (Strike Ring) z rovnakého vodiča je niekedy inštalovaný nad primárnym vinutím pozdĺž vonkajšieho priemeru a uzemnený. Krúžok je navrhnutý tak, aby zabránil vniknutiu výbojov do primárneho vinutia. Medzera je potrebná na zabránenie toku prúdu cez krúžok, inak magnetické pole vytvorené indukčným prúdom oslabí magnetické pole primárneho a sekundárneho vinutia. Ochranný krúžok je možné vynechať uzemnením jedného konca primárneho vinutia, pričom výboj nepoškodí komponenty cievky.

Koeficient väzby medzi vinutiami závisí od ich vzájomnej polohy, čím bližšie sú, tým väčší je koeficient. Pre iskrové cievky je typická hodnota koeficientu K=0,1-0,3. Napätie na sekundárnom vinutí závisí od toho, čím väčší je koeficient väzby, tým väčšie je napätie. Neodporúča sa však zvyšovať koeficient väzby nad normu, pretože výboje začnú skákať medzi vinutiami a poškodia sekundárne vinutie.

Diagram ukazuje najjednoduchšiu verziu ACSGTC Tesla cievky.
Princíp činnosti Teslovej cievky je založený na fenoméne rezonancie dvoch indukčne viazaných oscilačných obvodov. Primárny oscilačný obvod pozostáva z kondenzátora C1, primárneho vinutia L1 a je spínaný iskriskom, čím vzniká uzavretý obvod. Sekundárny oscilačný obvod je tvorený sekundárnym vinutím L2 a kondenzátorom C2 (torus s kapacitou), dolný koniec vinutia je nevyhnutne uzemnený. Keď sa vlastná frekvencia primárneho oscilačného obvodu zhoduje s frekvenciou sekundárneho oscilačného obvodu, dôjde k prudkému zvýšeniu amplitúdy napätia a prúdu v sekundárnom obvode. Pri dostatočne vysokom napätí dochádza k elektrickému rozpadu vzduchu vo forme výboja vychádzajúceho z torusu. Je dôležité pochopiť, čo predstavuje uzavretý sekundárny okruh. Prúd sekundárneho okruhu tečie cez sekundárne vinutie L2 a kondenzátor C2 (torus), potom vzduchom a zemou (keďže vinutie je uzemnené), uzavretý obvod možno opísať takto: zem-vinutie-torus-výboj-zem. Vzrušujúce elektrické výboje sú teda súčasťou slučkového prúdu. Pri vysokom uzemňovacom odpore budú výboje vychádzajúce z torusu narážať priamo na sekundárne vinutie, čo nie je dobré, preto treba urobiť kvalitné uzemnenie.

Po určení rozmerov sekundárneho vinutia a torusu je možné vypočítať vlastnú frekvenciu kmitania sekundárneho okruhu. Tu treba brať do úvahy, že sekundárne vinutie okrem indukčnosti má pre svoju značnú veľkosť určitú kapacitu, s ktorou treba počítať pri výpočte, kapacitu vinutia treba pripočítať ku kapacite torusu. Ďalej je potrebné odhadnúť parametre cievky L1 a kondenzátora C1 primárneho okruhu, aby sa vlastná frekvencia primárneho okruhu priblížila frekvencii sekundárneho okruhu. Kapacita kondenzátora primárneho okruhu je zvyčajne 25-100 nF, na základe toho sa vypočíta počet závitov primárneho vinutia, v priemere by sa malo získať 5-20 závitov. Pri výrobe vinutia je potrebné zvýšiť počet závitov v porovnaní s vypočítanou hodnotou pre následné nastavenie cievky na rezonanciu. Všetky tieto parametre môžete vypočítať pomocou štandardných vzorcov z učebnice fyziky, v sieti existujú aj knihy o výpočte indukčnosti rôznych cievok. Existujú aj špeciálne kalkulačné programy na výpočet všetkých parametrov budúcej Tesla cievky.

Nastavenie sa vykonáva zmenou indukčnosti primárneho vinutia, to znamená, že jeden koniec vinutia je pripojený k obvodu a druhý nie je nikde pripojený. Druhý kontakt je vytvorený vo forme svorky, ktorú je možné prehodiť z jedného závitu na druhý, čím sa nevyužíva celé vinutie, ale iba jeho časť, podľa toho sa mení indukčnosť a vlastná frekvencia primárneho okruhu. Úprava sa vykonáva pri predbežných štartoch cievky, rezonancia sa posudzuje podľa dĺžky vybíjaných výbojov. Existuje aj metóda studeného rezonančného ladenia pomocou RF generátora a osciloskopu alebo RF voltmetra, bez nutnosti spúšťania cievky. Je potrebné poznamenať, že elektrický výboj má kapacitu, v dôsledku čoho sa môže prirodzená frekvencia sekundárneho okruhu počas prevádzky cievky mierne znížiť. Uzemnenie môže mať tiež malý vplyv na frekvenciu sekundárneho okruhu.

Zvodič je spínací prvok v primárnom oscilačnom obvode. Pri elektrickom prieraze zvodiča pôsobením vysokého napätia v ňom vzniká oblúk, ktorý uzatvára primárny okruh a vznikajú v ňom vysokofrekvenčné tlmené kmity, pri ktorých postupne klesá napätie na kondenzátore C1. Po zhasnutí oblúka sa slučkový kondenzátor C1 opäť začne nabíjať zo zdroja energie, s ďalším rozpadom iskriska začína nový cyklus kmitov.

Zvodič sa delí na dva typy: statický a rotačný. Statické iskrisko sú dve blízko seba umiestnené elektródy, ktorých vzdialenosť je nastavená tak, aby k elektrickému prierazu medzi nimi došlo v čase, keď je kondenzátor C1 nabitý na najvyššie napätie, alebo o niečo menšie ako maximum. Približná vzdialenosť medzi elektródami sa určuje na základe elektrickej sily vzduchu, ktorá je pri štandardných podmienkach prostredia asi 3 kV/mm, a tiež závisí od tvaru elektród. Pri striedavom sieťovom napätí bude frekvencia činnosti statického vybíjača (BPS - tepov za sekundu) 100 Hz.

Rotačné iskrisko (RSG - Rotary iskr gap) je vyrobené na báze elektromotora, na hriadeli ktorého je namontovaný kotúč s elektródami, na každej strane kotúča sú inštalované statické elektródy, takže keď sa kotúč otáča, napr. všetky elektródy disku budú lietať medzi statickými elektródami. Vzdialenosť medzi elektródami je minimálna. V tejto možnosti môžete regulovať spínaciu frekvenciu v širokom rozsahu ovládaním elektromotora, čo dáva viac možností nastavenia a ovládania cievky. Kryt motora musí byť uzemnený, aby sa zabránilo poruche vinutia motora pri vstupe vysokonapäťového výboja.

Ako slučkový kondenzátor C1 sa používajú kondenzátorové zostavy (MMC - Multi Mini Capacitor) zo sériovo a paralelne zapojených vysokonapäťových vysokofrekvenčných kondenzátorov. Zvyčajne sa používajú keramické kondenzátory typu KVI-3, ako aj filmové kondenzátory K78-2. Nedávno sa plánoval prechod na papierové kondenzátory typu K75-25, ktoré sa dobre ukázali v prevádzke. Menovité napätie zostavy kondenzátora pre spoľahlivosť by malo byť 1,5-2 násobok špičkového napätia zdroja energie. Na ochranu kondenzátorov pred prepätím (vysokofrekvenčné impulzy) je paralelne s celou zostavou inštalovaná vzduchová medzera. Iskrisko môžu byť dve malé elektródy.

Ako zdroj energie pre nabíjanie kondenzátorov sa používa vysokonapäťový transformátor T1 alebo niekoľko transformátorov zapojených do série alebo paralelne. V zásade začínajúci stavitelia Tesly používajú transformátor mikrovlnnej rúry (MOT - Microwave Oven Transformer), ktorého výstupné striedavé napätie je ~ 2,2 kV, výkon je asi 800 W. V závislosti od menovitého napätia slučkového kondenzátora sú MOT zapojené do série od 2 do 4 kusov. Použitie iba jedného transformátora sa neodporúča, pretože kvôli malému výstupnému napätiu bude medzera v zvodiči veľmi malá, výsledkom budú nestabilné výsledky cievky. Motory majú nevýhody v podobe slabej elektrickej sily, nie sú určené na nepretržitú prevádzku, pri veľkom zaťažení sa veľmi zahrievajú, a preto často zlyhávajú. Rozumnejšie je použiť špeciálne olejové transformátory ako OM, OMP, OMG, ktoré majú výstupné napätie 6,3 kV, 10 kV a výkon 4 kW, 10 kW. Môžete si tiež vyrobiť domáci vysokonapäťový transformátor. Pri práci s vysokonapäťovými transformátormi by sa nemalo zabúdať na bezpečnostné opatrenia, vysoké napätie je životu nebezpečné, puzdro transformátora musí byť uzemnené. Ak je to potrebné, autotransformátor môže byť inštalovaný v sérii s primárnym vinutím transformátora na nastavenie nabíjacieho napätia slučkového kondenzátora. Výkon autotransformátora nesmie byť menší ako výkon transformátora T1.

Tlmivka Ld v silovom obvode je potrebná na obmedzenie skratového prúdu transformátora pri poruche zvodiča. Najčastejšie je tlmivka umiestnená v obvode sekundárneho vinutia transformátora T1. V dôsledku vysokého napätia môže požadovaná indukčnosť tlmivky nadobudnúť veľké hodnoty od jednotiek až po desiatky Henry. V tomto uskutočnení musí mať dostatočnú elektrickú pevnosť. S rovnakým úspechom môže byť tlmivka inštalovaná v sérii s primárnym vinutím transformátora, nie je tu potrebná vysoká elektrická pevnosť, požadovaná indukčnosť je rádovo nižšia a predstavuje desiatky, stovky milihenrie. Priemer drôtu vinutia nesmie byť menší ako priemer drôtu primárneho vinutia transformátora. Indukčnosť tlmivky sa vypočíta zo vzorca pre závislosť indukčnej reaktancie od frekvencie striedavého prúdu.

Dolnopriepustný filter (LPF) je určený na zabránenie prenikaniu vysokofrekvenčných impulzov primárneho okruhu do obvodu tlmivky a sekundárneho vinutia transformátora, to znamená na ich ochranu. Filter môže mať tvar L alebo U. Medzná frekvencia filtra sa volí rádovo menšia ako rezonančná frekvencia oscilačných obvodov cievky, ale medzná frekvencia musí byť oveľa vyššia ako frekvencia prevádzky iskriska.

Pri rezonančnom nabíjaní slučkového kondenzátora (typ cievky - DCSGTC) sa na rozdiel od ACSGTC používa konštantné napätie. Napätie sekundárneho vinutia transformátora T1 je usmernené pomocou diódového mostíka a vyhladené kondenzátorom St. Kapacita kondenzátora musí byť rádovo väčšia ako kapacita slučkového kondenzátora C1, aby sa znížilo zvlnenie el. DC napätie. Hodnota kapacity je zvyčajne 1-5 μF, menovité napätie pre spoľahlivosť sa volí 1,5-2 násobok amplitúdového usmerneného napätia. Namiesto jedného kondenzátora možno použiť kondenzátorové banky, najlepšie nezabudnúť na vyrovnávacie odpory pri zapojení viacerých kondenzátorov do série.

Ako mostíkové diódy sa používajú vysokonapäťové diódové stĺpiky typu KTs201 a iné Menovitý prúd diódových stĺpikov musí byť väčší ako menovitý prúd sekundárneho vinutia transformátora. Spätné napätie stĺpikov diód závisí od usmerňovacieho obvodu, z dôvodu spoľahlivosti by spätné napätie diód malo byť 2-násobkom hodnoty amplitúdy napätia. Podomácky vyrobené diódové póly je možné vyrobiť zapojením konvenčných usmerňovacích diód do série (napr. 1N5408, Uobr = 1000 V, Inom = 3 A) pomocou vyrovnávacích odporov.
Namiesto štandardného usmerňovacieho a vyhladzovacieho obvodu možno z dvoch diódových pólov a dvoch kondenzátorov zostaviť zdvojovač napätia.

Princíp činnosti obvodu rezonančného náboja je založený na fenoméne vlastnej indukčnosti tlmivky Ld, ako aj na použití vypínacej diódy VDo. V momente, keď je kondenzátor C1 vybitý, cez induktor začne pretekať prúd, ktorý sa zväčšuje podľa sínusového zákona, pričom sa v induktore akumuluje energia vo forme magnetického poľa a kondenzátor sa nabíja a akumuluje energiu v vo forme elektrického poľa. Napätie na kondenzátore stúpa na napätie napájacieho zdroja, pričom cez induktor preteká maximálny prúd a úbytok napätia na ňom je nulový. V tomto prípade sa prúd nemôže okamžite zastaviť a pokračuje v toku v rovnakom smere kvôli prítomnosti vlastnej indukčnosti induktora. Nabíjanie kondenzátora pokračuje až do dvojnásobku napätia zdroja. Vypínacia dióda je potrebná na zabránenie spätnému toku energie z kondenzátora do napájacieho zdroja, pretože medzi kondenzátorom a napájacím zdrojom vzniká potenciálny rozdiel rovný napájaciemu napätiu. V skutočnosti napätie na kondenzátore nedosahuje dvojnásobok hodnoty v dôsledku prítomnosti poklesu napätia na stĺpci diódy.

Použitie rezonančného náboja umožňuje efektívnejší a rovnomernejší prenos energie do primárneho okruhu, pričom na dosiahnutie rovnakého výsledku (z hľadiska dĺžky vybíjania) DCSGTC vyžaduje menej energie zo zdroja energie (transformátor T1) ako ACSGTC. Výboje získavajú charakteristický plynulý ohyb vďaka stabilnému napájaciemu napätiu, na rozdiel od ACSGTC, kde ďalšie priblíženie elektród v RSG môže nastať v čase v ktoromkoľvek úseku sínusového napätia, vrátane dopadu na nulu alebo nízke napätie a napr. výsledkom je premenlivá dĺžka výboja (trhnutý výboj).

Na obrázku nižšie sú uvedené vzorce na výpočet parametrov Teslovej cievky:

Navrhujem, aby ste sa oboznámili s mojimi skúsenosťami so stavaním.

V roku 1997 som sa začal zaujímať o Teslovu cievku a rozhodol som sa postaviť si vlastnú. Žiaľ, stratil som oň záujem skôr, ako som ho stihol spustiť. Po niekoľkých rokoch som našiel svoju starú cievku, trochu som ju počítal a pokračoval v stavaní. A opäť som to nechal. V roku 2007 mi kamarát ukázal svoju cievku a pripomenul mi moje nedokončené projekty. Opäť som našiel svoju starú cievku, všetko spočítal a tentoraz dokončil projekt.

Tesla cievka je rezonančný transformátor. V podstate ide o LC obvody ladené na jednu rezonančnú frekvenciu.