Резонансный трансформатор тесла: Резонансный трансформатор Тесла — больше не секрет

Содержание

Резонансный трансформатор Тесла — больше не секрет

Знакомство с трансформатором Н. Тесла.

Новомодный феномен резонансного трансформатора Николы Тесла возник не давно, а Интернет забит фотографиями и интригующими видеосъемками молний и коронарных разрядов.

Вспомним, что трансформатор первоначально был предназначен не для показательного выступления в цирке, а для передачи радиосигналов на далекие расстояния. В связи с этим предлагаю ознакомиться с его принципом работы и найти ему практическое применение.

Трансформатор Тесла состоит из двух основных частей, см. рис.1а;

1. Генерирующей части, состоящей из высоковольтного источника питания, накопительного конденсатора С1, разрядника и катушки связи L1. Частота генерации зависит от напряжения питания, емкости конденсатора С1, характеризующее время разряда, а так же промежутком между электродами разрядника;

2. Резонансной катушки индуктивности L2, заземления и сферы, см. рис. 1а.

Если вглядеться в схему этого трансформатора внимательнее, то мы увидим известную схему последовательного колебательного контура, состоящего из катушки индуктивности L2 с открытой емкостью С, образованной между сферой и землей. Это открытый колебательный контур, который был открыт Дж. К. Максвеллом.

Обратимся к классической теории принципа действия открытого колебательного контура:

Как известно колебательный контур состоит из катушки индуктивности и конденсатора. Исследуем простейший колебательный контур, катушка которого состоит из одного витка, а конденсатор представляет собой две рядом расположенные металлические пластины. Подадим в разрыв индуктивности контура 1 переменное напряжение от генератора, см. рис.2а. В витке потечет переменный ток и создаст вокруг проводника магнитное поле. Это сможет подтвердить магнитный индикатор в виде витка, нагруженного лампочкой. Для того, что бы получить открытый колебательный контур, раздвинем пластины конденсатора. Мы наблюдаем, что лампа индикатора магнитного поля продолжает гореть. Чтобы лучше понять, что происходит в данном опыте, смотри рис. 2а. По витку контура 

1 течёт ток проводимости, который вокруг себя создает магнитное поле Н, а между пластинами конденсатора – равный ему, так называемый, ток смещения. Несмотря на то, что между пластинами конденсатора нет тока проводимости, опыт показывает, что ток смещения создаёт такое же магнитное поле, как и ток проводимости. Первым, кто об этом догадался, был великий английский физик Дж. К. Максвелл.

В 60-х годах 19-го столетия, формулируя систему уравнений для описания электромагнитных явлений, Дж. К. Максвелл столкнулся с тем, что уравнение для магнитного поля постоянного тока и уравнение сохранения электрических зарядов переменных полей (уравнение непрерывности) несовместимы. Чтобы устранить противоречие, Максвелл, не имея на то никаких экспериментальных данных, постулировал, что 

магнитное поле порождается не только движением зарядов, но и изменением электрического поля, подобно тому, как электрическое поле порождается не только зарядами, но и изменением магнитного поля. Величину где — электрическая индукция, которую он добавил к плотности тока проводимости, Максвелл назвал током смещения. У электромагнитной индукции появился магнитоэлектрический аналог, а уравнения поля обрели замечательную симметрию. Так, умозрительно был открыт один из фундаментальнейших законов природы, следствием которого является существование электромагнитных волн. В последствии Г.Герц опираясь на эту теорию доказал, что электромагнитное поле излучаемое электрическим вибратором равно полю излучаемое емкостным излучателем.

Раз так, убедимся еще раз, что происходит, когда закрытый колебательный контур превращается в открытый и как можно обнаружить электрическое поле Е ? Для этого рядом с колебательным контуром поместим индикатор электрического поля, это вибратор, в разрыв которого включена лампа накаливания, она пока не горит. Постепенно раскрываем контур, и мы наблюдаем, что лампа индикатора электрического поля загорается, рис. 2б. Электрическое поле теперь не сосредоточено между пластинами конденсатора, его силовые линии идут от одной пластины к другой через открытое пространство. Таким образом, мы имеем экспериментальное подтверждение утверждения Дж. К. Максвелла, что емкостной излучатель порождает электромагнитную волну. Никола Тесла обратил на этот факт внимание, что при помощи совсем не больших излучателей можно создать достаточно эффективный прибор для излучения электромагнитной волны. Так родился резонансный трансформатор Н. Тесла. Проверим и этот факт, для чего вновь рассмотрим назначение деталей трансформатора.

И так, сфера и заземление выполняют роль пластин открытого конденсатора. Геометрические размеры сферы и технические данные катушки индуктивности определяют частоту последовательного резонанса, которая должна совпадать с частотой генерации разрядника.

Иными словами, режим последовательного резонанса позволяет трансформатору Тесла достигать таких величин напряжений, что на поверхности сферы появляется коронарный разряд и даже молнии. Весь фокус состоит в том, что коэффициент трансформации резонансного трансформатора выше соотношения витков катушек L1/L2 и значительно выше, чем в трансформаторах с ферро сердечниками. Здесь индуктивность L2, сфера и заземление, представляют из себя открытый резонансный колебательный контур. Именно по этому трансформатор Тесла называется резонансным.

Рассмотрим работу трансформатора Тесла, как последовательный колебательный контур:

— Этот контур необходимо рассматривать как обычный LC – элемент, рис. 1а.б, а так же рис. 2а, где включены последовательно индуктивность L, открытый конденсатор С и сопротивление среды Rср. Угол сдвига фаз в последовательном колебательном контуре между напряжением и током равен нулю (φ=0), если ХL = — Хс, т.е. изменения тока и напряжения в нем происходят синфазно. Это явление называется резонансом напряжений (последовательным резонансом). Следует отметить, что при понижении частоты от резонанса, ток в контуре уменьшается, а резонанс тока несет емкостной характер. При дальнейшей расстройке контура и понижении тока на 0,707, его фаза смещается на 45 градусов. При расстройке контура вверх по частоте, он приобретает индуктивный характер. Это явление часто используют в фазоинверторах.

Если мы рассмотрим схему изображенную на рис. 3, то мы сможем предоставить простые расчеты, из которых видно, что напряжение на пластинах излучателя вычисляется исходя из добротности контура Q, которая реально может находиться в пределах 20 – 50 и много выше.

Где полоса пропускания определяется добротностью контура:

Δf=fo/Q;

Тогда напряжение на пластинах излучателя будет выглядеть согласно следующей формуле:

U2= Q * U1.

В таблице 1 расчетные данные приведены для частоты 7.0 МГц не случайно, это дает возможность любому желающему коротковолновику провести радиолюбительский эксперимент в эфире. Здесь входное напряжение U1 условно взято за 100 Вольт, а добротность за 26.

Таблица 1.

f ( МГц)

L (мкГн)

ХL (Ом)

C (пФ)

— Xc (Ом)

Δf (кГц)

Q

U 1/U 2 (В.)

7

30,4

1360

17

1340

270

26

100/2600

Напряжение U2 согласно расчетам составляет 2600В, что подтверждается практической работой трансформатора Тесла. Данное утверждение приемлемо в тех случаях, когда отсутствует изменение частоты или сопротивления нагрузки данного контура. В трансформаторе Н. Тесла оба фактора постоянны.

Полоса пропускания трансформатора Тесла зависит от нагрузки, т.е., чем выше связь открытого конденсатора С (сфера-земля) со средой, тем больше нагружен контур, тем шире его полоса пропускания. Тоже происходит с контуром, нагруженным активной нагрузкой. Таким образом, площадь пластин излучателя антенны определяет его емкость С и соответственно диктует ширину полосы пропускания. Тем не менее, здесь нужно понимать, что чрезмерное увеличение полосы пропускания за счет увеличения объема излучателей приведет к снижению добротности контура и соответственно приведет к уменьшению эффективности резонансного трансформатора и всего устройства в целом.

Подводя итог, мы приходим к выводу, что излучает не индуктивность трансформатора Тесла L2, а элементы открытого конденсатора (сфера-земля рис. 1а.) являющегося частью резонансной системы. Это емкостной излучатель с двумя полюсами, который создает вокруг себя мощное и концентрированное электромагнитное излучение. Трансформатор Тесла обладает особенностью накопления энергии, что характерно только последовательному LC – контуру, где суммарное выходное напряжение значительно превосходит входное, что наглядно видно из результатов таблицы. Данное свойство давно практикуют в промышленных радиоустройствах для повышения напряжения в устройствах с большим входным сопротивлением.

Таким образом, мы можем сделать следующий вывод:

Трансформатор Теслаэто высокодобротный последовательный колебательный контур, где сфера является открытым элементом, осуществляющим связь со средой. Индуктивность L является лишь закрытым элементом и резонансным трансформатором напряжения не участвующим в излучении.

Далее в тексте, будет удобно называть емкостной излучатель диполем Тесла. Это вполне справедливо, ведь «диполь» означает di(s) дважды +polos полюс, что исключительно применимо к двухполюсным конструкциям, каковым и является резонансный трансформатор Николы Тесла с емкостной двухполюсной нагрузкой.

Внимательно изучив цели построения резонансного трансформатора Николы Тесла, невольно приходишь к выводу, что он был предназначен для передачи энергии на расстояние, но эксперимент был прерван, а потомкам остается догадываться о истинной цели этого чуда, конца 19 и начала 20 века. Не случайно Никола Тесла в своих записях оставил следующее изречение: — «Пусть будущее рассудит и оценит каждого по его трудам и достижениям. Настоящее принадлежит им, будущее, ради которого я работаю, принадлежит мне».

Резонансные элементы любого контура можно изменять в разных пределах и как с ними поступишь, так они и поведут себя. Можно увеличить индуктивность в этой конструкции и получить на поверхности сферы стримеры, коронарные разряды и даже молнии. Можно увеличить емкость и в режиме резонанса напряжений добиться максимальной отдачи сбалансированного электромагнитного поля. И все же Тесла был прав, когда отказался от металлического сердечника внутри повышающей катушки, ведь он вносил потери в том месте, где зарождалась электромагнитная волна.

Автор статьи повторил конструкцию трансформатора Тесла на частоте 7МГц. Параметры индуктивности и емкости сильно разнились, но результаты экспериментов привели к единственно правильному условию, когда ХL= -Хс стали соответствовать табличным данным (табл.1). Интересно то, что если уменьшать излучающую емкость, то для получения резонанса приходится увеличивать индуктивность. При этом, на краях излучателя и других неровностях, появляются стримеры (от англ. Streamer). Streamer, это тускло видимая, ионизация воздуха (свечение ионов), создаваемая полем диполя. Это и есть резонансный трансформатор Тесла, каким мы его привыкли видеть на просторах Интернета.

Проверка принципа действия диполя Тесла на практике.

Для проведения экспериментов с трансформатором Тесла над конструкцией не пришлось долго думать, здесь помог радиолюбительский опыт. В качестве излучателей вместо сферы и земли были взяты две гофрированные алюминиевые (вентиляционные) трубы диаметром 120мм и длиной по 250 мм. Удобство применения заключалось в том, что их можно растягивать или сжимать как витки катушки, тем самым, меняя емкость контура в целом и соответственно соотношение L/С. «Трубы – емкости» располагались горизонтально на бамбуковой палке с расстоянием 100мм. Катушка индуктивности L2 (30 мкГн) проводом 2 мм, была вынесена ниже оси цилиндров на 50 см. с тем, что бы не создавать вихревых токов в сфере излучателей. Еще лучше будет, если катушку вынести за один из излучателей, располагая ее на одной оси с ними, где эл. магнитное поле минимально и имеет форму «пустой воронки». Катушка связи L1 (1 виток, 2мм), обеспечивала связь с трансивером мощностью 40 вт. Образованный, этими элементами колебательный контур был настроен в режиме последовательного резонанса, где было соблюдено правило, а именно ХL = -Хс. Катушкой L1, соответственно было настроено согласование импровизированного диполя Тесла с фидером 50 Ом. Фидер длиной 5 метров для чистоты эксперимента был обеспечен с обоих сторон ферритовыми фильтрами.

Для сравнения испытывалось три антенны:

  1. диполь Тесла (L= 0.7м, КСВ=1,1),
  2. разрезной укороченный диполь Герца (L = 2х0,7м, удлинительная катушка, фидер 5 метров защищенный ферритовыми фильтрами КСВ=1,0),
  3. горизонтальный полуволновой диполь Герца (L = 19,3м, фидер защищен ферритовыми фильтрами КСВ=1,05).

На расстоянии 3 км. в черте города был включен передатчик с постоянной несущей сигнала.

Диполь Тесла (7 МГц) и укороченный диполь с удлиняющей катушкой, по очереди размещались возле кирпичного здания на расстоянии всего 2 метра, и на момент эксперимента находились в равных условиях на высоте (10-11м).

В режиме приема диполь Тесла превосходил укороченный диполь Герца на 2-3 балла (12-20 дБ) по шкале S-метра трансивера и более.

За тем вывешивался, за ранее настроенный, полуволновый диполь Герца. Высота подвеса 10-11 м. на расстоянии от стен в 15-20м.

По усилению диполь Тесла уступал полуволновому диполю Герца примерно на 1 балл (6-8дБ). Диаграммы направленности всех антенн совпадали. Стоит отметить, что полуволновый диполь был размещен не в идеальных условиях, а практика построения диполя Тесла требует новых навыков. Все антенны находились внутри двора (четыре здания), как в экранированном котле.

Общие выводы.

Рассматриваемый диполь Тесла на практике работает почти как полноценный полуволновый диполь Герца, он подчиняется принципам двойственности, что не идет в разрез с теорией антенн. Не смотря на свои сверх — малые размеры (0,01- 0,02λ), диполь Тесла осуществляет связь с пространством в виде емкостных пластин, сферы, цилиндров и пр.. Напряжение и ток в момент последовательного резонанса синфазны. Соответственно создают в пространстве, вокруг излучателя, синфазное поле Е и поле Н, что приводит к размышлению о том, что поле диполя Тесла в пределах излучателей уже сформировано и имеет «мини-сферу». Следует вспомнить, что у диполя Герца сферой считается то место, где поле Е и поле Н находятся в фазе, а именно на расстоянии 2-3 длины волны. Таким образом, диполь Тесла имеет все основания для практических экспериментов в радиолюбительской службе в диапазонах коротких, средних и особенно длинных волн. Думаю, что любителям длинноволновой связи (137кГц) стоит обратить на этот эксперимент особое внимание. Здесь имеется огромный потенциал проявить свою смекалку в усовершенствовании емкостного излучателя и подтвердить высказывание Г. Герца в том, что уровень излучения емкостного излучателя равен уровню излучения электрического диполя.

Примечание: Диполь Тесла относится к емкостным излучателям, не путать с полуволновым диполем Герца. Принципы их действия разнятся как, «водоплавающие от наземных», как катер от автомобиля, — мотор один, а движители разные.

UA9LBG. Сушко С.А.


Комментарии

Отзывы читателей — Скажите свое мнение!

Оставьте свое мнение


Отзывы читателей — Скажите свое мнение!

Страничка эмбеддера » Как работает трансформатор Тесла на пальцах. Часть 1.

Трансформатор Тесла – прекрасная игрушка для тех, кто хочет сделать что-то эдакое. Это устройство не перестает поражать окружающих мощью своих огромных разрядов. Более того, сам процесс конструирования трансформатора очень увлекателен – не часто так много физических эффектов сочетаются в одной несложной конструкции.

Несмотря на то, что сама по себе “Тесла” очень проста, многие из тех, кто пытаются ее сконструировать не понимают принцип ее работы.

Я планирую целый цикл статей по поводу устройства и работы трансформатора теслы. В этой части я помогу вам разобраться – какие виды тесел бывают, что у них общего и в чем они отличаются.

image

Как читать эту статью.

Эта статья предполагает, что вы знаете, что такое электрический ток и чем конденсатор отличается от катушки. Я буду стараться излагать все, как можно проще, но, к сожалению, я не всесилен. Если какие-либо моменты останутся непонятными, прошу прочитать еще раз, если и это не поможет, прошу оставить комментарий.

Для того, чтобы не прерывать рассказ ненужными подробностями, но оставаться политкорректным, я буду делать сноски. Сноска будет обозначаться таким образом — [12].

 

Как правильно называть это устройство

Существует много названий для трансформатора Тесла. Все они обозначают одно и то-же устройство. Самое корректное название по моему мнению — “Трансформатор Тесла”, хотя я не стесняюсь использовать и другие, такие как

Замечу, что имя Тесла не склоняется, тоесть грамматически не верно говорить “Трансформатор Теслы”, хотя, если вы так скажите, все вас поймут.

Также существуют сленговые названия трансформатора Тесла, некоторые из них

Часто трансформатор называют его типом – СГТЦ, ССТЦ итп.

 

Принцип работы Трансформатора Тесла.

Трансформатор Тесла состоит из двух обмоток[1] – первичной (Lp) и вторичной (Ls) (их чаще называют “первичка” и “вторичка”). К первичной обмотке подводится переменное напряжение и она создает магнитное поле.  При помощи этого поля энергия из первичной обмотки передается во вторичную. В этом трансформатор тесла очень похож на самый обычный “железный” трансформатор.

image

Вторичная обмотка вместе с собственной паразитной (Cs) емкостью образуют колебательный контур, который накапливает переданную ему энергию. Часть времени вся энергия в колебательном контуре храниться в виде напряжения. Таким образом, чем больше энергии мы вкачаем в контур, тем больше напряжения получим.

image

Подробнее про колебательный контур можно почитать по ссылкам: Статья, очень просто описывающая колебательный контур, Wikipedia, Yandex, Google.

Тесла обладает тремя основными характеристиками – резонансной частотой вторичного контура, коэффициентом связи первичной и вторичной обмоток, добротностью вторичного контура.

Что такое резонансная частота колебательного контура, читателю должно быть известно. Я же подробнее остановлюсь на коэффициенте связи и добротности.

Коэффициент связи определяет насколько быстро энергия из первичной обмотки передается во вторичную, а добротность – насколько долго колебательный контур может сохранять энергию.

Есть одна очень хорошая аналогия —

 

Аналогия с качелями

Для того, чтобы лучше понять, как колебательный контур накапливает энергию, и откуда в тесле берется такое большое напряжение, представим качели, которые раскачивает здоровенный мужик. Качели – это колебательный контур, мужик– это первичная обмотка. Скорость качель – это ток в во вторичной обмотке, а высота подъема  – наше долгожданное напряжение.

Мужик толкает качели, и, таким образом передает в них энергию. И вот, за несколько толчков, качели раскачались и подлетают так высоко, как это только возможно – они накопили много энергии. Тоже самое происходит и с теслой, только когда энергии становится слишком много, происходит пробой воздуха и мы видим наши красивущий стример.

Естественно, раскачивать качели нужно не абы-как, а в точном согласии с их собственными колебаниями.  Количество колебаний качель в секунду называется “резонансная частота”.

Участок траектории полета качели, на протяжении которого мужик их толкает определяет коэффициент связи. Если мужик будет постоянно держать качели своей здоровенной ручищей, то он раскачает их очень быстро, но качели смогут отклониться только на длину руки мужика. В таком случае говорят, что коэффициент связи равен единице.  Наши качели с большим коэффициентом связи — это аналог обычного трансформатора.

Теперь рассмотрим ситуация, когда мужик только немного подталкивает качели. В этом случае коэффициент связи мал, а качели отклоняются намного дальше – мужик теперь их не держит. Качели придется раскачивать дольше, но с этим справится даже очень хилый мужик, чуть-чуть толкая их каждый период колебаний.

Такие качели и есть аналогом трансформатора Тесла.

Итак, чем больше коэффициент связи, тем быстрее во вторичный контур накачивается энергия, но при этом выходное напряжение теслы получается меньше.

Теперь рассмотрим добротность. Добротность – это противоположность трению в качелях. Если трение очень большое (низкая добротность), то мужик своими слабенькими толчками не сможет их раскачать. Таким образом, коэффициент связи и добротность контура должны быть согласованны для достижения максимальной высоты качель (максимальной длинны стримера).

Так-как добротность вторичной обмотки в трансформаторе Тесла – величина не постоянная (она зависит от стримера), то согласовать эти две величины очень не просто, и поэтому просто подбирают опытным путем.

 

Основные виды катушек тесла

Сам Тесла изготавливал Трансформатор только одного типа – на разряднике (СГТЦ). С тех пор элементная база сильно улучшилась, и появилось множество разных типов катушек, по аналогии их продолжают называть катушками Тесла. Типы катушек принято называть из английскими аббревиатурами. Если название необходимо сказать на русском языке, английские аббревиатуры просто говорят русскими буквами без перевода.

Самые распространенные типы катушек тесла:

  • SGTC (СГТЦ, Spark Gap Tesla Coil) – трансформатор тесла на разряднике. Самая первая и “классическая” конструкция (ее использовал сам Тесла). В качестве ключевого элемента использует разрядник. В маломощных конструкциях разрядник – просто два куска провода, находящихся на некотором расстоянии, а в мощных – сложные вращающиеся разрядники. Трансформаторы этого типа идеальны если вам нужна только большая длинна стримера.

  • VTTC (ВТТЦ, Vacuum Tube Tesla Coil) – трансформатор тесла на лампе. В качестве ключевого элемента используется мощная радиолампа. Такие трансформаторы могут работать в непрерывном режиме и выдавать толстые, “жирные” стримеры. Этот тип чаще всего используют для высокочастотных тесел, которые из-за характерного вида своих стримеров получили название “факельник”.

  • SSTC (ССТЦ, Solid State Tesla Coil) – трансформатор тесла, в котором в качестве ключевого элемента используются полупроводники. Обычно это MOSFET или IGBT транзисторы. Этот тип трансформаторов может работать в непрерывном режиме. Внешний вид стримеров, создаваемых этой катушкой может быть самый различный. Этим типом Тесел проще всего управлять (играть музыку, к примеру).

  • DRSSTC (ДРССТЦ, ДРка, Dual Resonant Solid State Tesla Coil) – трансформатор с двумя резонансными контурами, в котором в качестве ключей используются полупроводники, в подавляющем большинстве случаев, это IGBT транзисторы. ДРССТЦ – самый сложный в изготовлении и настройке тип трансформаторов тесла. Характерная длинна стримеров трансформатора этого типа немного меньше чем у SGTC, а управляемость немногим хуже, чем у SSTC.

Для управления внешним видом стримеров придумали так называемый прерыватель. Изначально с помощью этого устройства останавливали катушку для того, чтобы дать возможность зарядится конденсатором и остыть разрядному терминалу, и, засчет этого, увеличить длину стримеров. Но в последнее время в прерыватели начали встраивать дополнительные функции, к примеру, научили катушки Тесла играть музыку.

 

 

Основные детали катушки тесла

Не смотря на то, что существует несколько видов катушек тесла, у всех них есть общие черты. Расскажу о основных деталях теслы сверху вниз.

image

  • Тороид – выполняет три функции.

    Первая – уменьшение резонансной частоты – это актуально для SSTC и DRSSTC, так как силовые полупроводники плохо работают на высоких частотах.

    Вторая – накопление энергии перед образованием стримера. Чем больше тороид, тем больше в нем накоплено энергии  и, в момент, когда воздух пробивается, тороид отдает эту энергию в стример, таким образом,  увеличивая его. Для того, чтобы извлечь выгоду из этого явления в теслах с непрерывной накачкой энергии, используют прерыватель.

    Третяя – формирование электростатического поля, которое отталкивает стример от вторичной обмотки теслы. От части, эту функцию выполняет сама вторичная обмотка, но тороид может ей хорошо помочь. Именно по причине электростатического отталкивания стримера, он не бьет по кратчайшему пути во вторичку.

    От использования тороидоа больше всего выиграют теслы с импульсной накачкой – SGTC, DRSSTC и теслы с прерывателями. Типичный внешний диаметр тороида – два диаметра вторички [4].

    Тороиды обычно изготавливают из алюминиевой гофры, хотя есть множество других технологий, ознакомиться с которыми можно тут.

  • Вторичка – основная деталь теслы.

    Типичное отношение длинны обмотки теслы к ее диаметру намотки 4:1 – 5:1. 

    Диаметр провода для намотки теслы обычно выбирают так, чтобы на вторичке помещалось 800-1200 витков. ВНИМАНИЕ, повторюсь еще раз. Не стоит мотать слишком много витков на вторичке тонким проводом. Витки на вторичке нужно распологать как можно плотнее друг к другу [5].

    Для защиты от царапин и от разлезания витков, вторичные обмотки обычно покрывают лаками. Чаще всего для этого применяются эпоксидная смола и полиуретановый лак. Лакировать стоит очень тонкими слоями. Обычно, на вторичку, наносят минимум 3-5 тонких слоев лака.

    Мотают вторичку на воздуховодных (белых) или, что хуже, канализационных (серых) ПВХ трубах. Найти эти трубы можно в любом строительном магазине.

    С нюансами вторичных обмоток можно ознакомиться тут

  • Защитное кольцо – предназначено для того, чтобы стример, попав в первичную обмотку не вывел электронику из строя. Эта деталь устанавливается на теслу, если длинна стримера больше длинны вторичной обмотки. Представляет собой незамкнутый виток медного провода (чаще всего, немного толще, чем тот из которого изготавливается первичка). Защитное кольцо заземляется на общее заземление отдельным проводом.

  • Первичная обмотка – обычно изготавливается из медной трубы для кондиционеров. Должна обладать очень маленьким сопротивлением для того, чтобы по ней можно было пропускать большой ток. Толщину трубки обычно выбирают на глаз, в подавляющем большинстве случаев, выбор падает на 6 мм трубку. Так-же в качестве первички используют провода большего сечения.

    Относительно вторичной обмотки устанавливается так, чтобы обеспечить нужный коэффициент связи.

    Часто играет роль построечного элемента в тех теслах, где первичный контур является резонансным. Точку подключения к первичке делают подвижной и ее перемещением изменяют резонансную частоту первичного контура.

    Первичные обмотки обычно делают цилиндрическими, плоскими или  коническим. Обычно, плоские первички используются в SGTC, конические- в SGTC  и DRSSTC, а цилиндрические — в SSTC, DRSSTC и VTTC.

      image

    Тема на форуме про первичные обмотки

  • Заземление – как не странно, тоже очень важная деталь теслы.

    Очень часто мне задают вопрос – куда же бьют стримеры? Я эту картинку я уже показывал в статье про плазменный шар, но покажу еще раз, и отвечу на этот вопрос — стримеры бьют в землю! И таким образом они замыкают ток, показанный на картинке синим цветом.
    imageТаким образом, если заземление будет плохое, стримерам будет некуда деваться и им придется бить в теслу (замыкать свой ток), вместо того, чтобы извергаться  в воздух. Меня спрашивали – обязательно ли заземлять теслу? Итак, ответ: заземление для теслы – обязательно [2][3].

[1]: Существуют трансформаторы Тесла без первичной обмотки. У них питание подается прямо на “земляной” конец вторички. Такой метод питания называется “бэйзфид” (basefeed).

Иногда, в качестве источника бэйзфидного питания используется другой трансформатор Тесла, такой метод питания называют “магниферным” (Magnifier).

[2]: Существуют так называемые биполярные теслы, они отличаются тем, что разряд происходит не в в воздух, а между двумя концами вторичной обмотки. Таким образом, путь тока легко может замкнуться и заземление не нужно.
image

[3]: теоретически, для теслы можно вместо заземления использовать так называемый противовес – искусственное заземление в виде большего проводящего предмета. Практических конструкций с противовесами очень мало.  Внимание! Изготовление тесел с противовесами представляет намного большую опасность, чем тесел с простым заземлением, потому как вся конструкция находится под высоким относительно земли потенциалом. А относительно большая емкость между противовесом и окружающими предметами способна негативно на них повлиять.

[4]: Это правило справедливо для “пней” – вторичных обмоток с отношением длинны к диаметру до 5:1

[5]: Это правило справедливо для тесел с мощностью меньше 20кВА

Задать вопросы по статье можно, оставив комментарий, методические-же вопросы обсуждаются в Этой ветке форума flyback.org.ru. 

 

Следующая часть >>

Ламповая катушка Теслы / Хабр

Хомяки приветствуют вас, друзья.

Сегодняшний пост будет посвящен высокому напряжению. Ламповый трансформатор Тесла является самой тихой конструкцией из всех существующих вариантов. Тут, в качестве генератора высокочастотных колебаний используется мощный пентод ГК-71, благодаря которому можно получать красивые, достаточно длинные разряды в воздухе. В ходе данной работы рассмотрим основные элементы конструкции, узнаем секреты по настройки схемы и визуализируем сигнал с высоковольтной обмотки на экран советского осциллографа. Дальнейшая работа будет заключаться в компактном размещении всех элементов в одном корпусе. В общем всё как вы любите. Простота, надежность и небольшая стоимость делает данную катушку доступной каждому, кто захочет её собрать.

Прелесть ламповой катушки Тесла заключается в том, что одну часть деталей для неё можно достать из обычной микроволновки, а вторую из ближайшего магазина электрики. С пентодом может возникнуть проблема, вещь старая и давно не выпускается, но тот кто ищет — тот всегда найдет. В дальнейшем вы поймете, что его можно заменить на любую другую лампу похожей конструкции.

ГК-71 выбран из-за эстетической красоты и небольшой стоимости. Кто не обратил внимания, анод в этой вакуумированной пробирке полностью состоит из графита, хорошая реализация для рассеивания больших мощностей, по паспортным данным эта цифра составляет 250 Вт. Номинальное анодное напряжение составляет 1.5 киловольта. Максимальная частота 20 МГц.

Данный экземпляр был выпущен в 1981 году. Достался новым прямо из коробки. Непрерывное время работы по документам, составляет 1000 часов. Это примерно 42 дня. В год, на постоянно работающем устройстве, необходимо сменить 8 таких товарищей. По некоторым подсчётам, выпущенных в свое время Ламп ГК-71 хватит еще минимум лет на 200.

Накал — это та часть которая вдыхает жизнь в любую радиолампу. Напряжение для пентода ГК-71 составляет 20 вольт, но ток при этом должен быть не меньше 3.5 ампер.В общем накал жрет 70 Вт. На рынке за символическую сумму был приобретен отечественный трансформатор ТН54-220-50. При правильном подключении обмоток с него можно получить 85 Вт без каких-либо финансовых затрат.

Следующий элемент — это высоковольтный трансформатор от микроволновки, буржуи называют его МОТ. Напряжение на его выходе составляет 2 киловольта, ток порядка 1 ампера. Довольно мощная и опасная вещь, может отправить вас на встречу к создателю, потому не стоит увлекаться.

Дальше идёт краткий перечень элементов, необходимых для сборки конструкции:
2 масляных конденсатора от той же микроволновки, напряжение 2.1 кВ, емкость 0.95 мкФ. Диодная сборка HYR-1x, её максимально допустимое напряжение 12 кВ, ток 500 мА, по паспорту способен выдержать импульсный ток до 30 ампер. Настоящий зверь в своем роде. Резисторы типа ПЭВ-на 10-20 Вт, можно использовать любые другие аналоги буржуйского производства.

Резонансный высокочастотный конденсатор типа КВИ-3, напряжение может варьироваться от 5 до 20 кВ, для настройки было закуплено несколько таких товарищей с разным номиналом ёмкости на борту. Для намотки индуктора был приобретен многожильный медный провод типа ПВС, сечение 1.5 квадрата. Длина порядка 16 метров. Катушка связи имеет другой цвет и длину 10 метров. Все провода взяты по длине с запасом.

Рубильники коммутирующие силовые части, взяли с допустимым током до 15 ампер, не спрашивайте зачем так много, запас карман не жмёт.

Теперь вторичная высоковольтная обмотка, она же «резонатор». Намотка этой детали требует много времени и терпения. Тут использован медный лакированный провод толщиной 0.2 мм, мотается виток к витку на картонной основе от пищевой пленки. Диаметр трубы 55 мм. Высота намотки получилась 35 см. Витки при этом не должны пересекаться и накладываться друг на друга.

После намоточных процедур результат следует покрыть слоем диэлектрика во избежание пробоя обмотки. Эпоксид наносится в два слоя для надёжности. В результате выйдет глянцевая, переливающаяся на свету труба, которая отнимет часть вашей драгоценной жизни. Второй дубликат катушки был намотан на пластиковой канализационной трубе диаметром 50 мм. ПВХ более надежный диэлектрик, в этом скоро убедимся. Каркас для индуктора был взят из того же картона только большего диаметра, примерно 80 мм.

Для проведения дальнейших работ, необходимо как можно компактней разместить трансформаторы, конденсаторы и прочую ерунду на какой-то крепкой основе. Листы ДСП давно валяются без дела, потому следует разметить их, и пустить в ход электролобзик, работа и звуки которого благородно влияют на жизнь ваших соседей, особенно это актуально по выходным дням.

Конструкция будет двухэтажная. Снизу разместятся трансформаторы с конденсаторами, а сверху разместим Пентод и саму катушку Тесла. Долго думал как скрепить первый этаж со вторым, решил использовать деревянные чепки. Надёжность тут конечно покраснела и пошла выпивать вслед за совестью. Желе какое-то. Надеваем розовые очки и выпиливаем отверстие под радио лампу. Затем с обратной стороны делаем отверстия под провода.

Теперь про индуктор. Сейчас мы точно не знаем сколько нужно витков, мотаем 40, при настройке его всё равно придётся отматывать в меньшую сторону для поиска резонанса. Обмотка обратной связи мотается в одну сторону с индуктором. Количество витков в два раза меньше, то есть 20. Такое соотношение встречается во многих ламповых катушках Тесла.

Момент который не очень понял. В некоторых схемах обмотка связи располагается в нижней части трансформатора Тесла, где развиваются наибольшие токи, а в некоторых сверху над индуктором. Какой вариант расположения лучше мне не известно, но в данной схеме она размещается сверху.

Панельку для установки пентода нам найти не удалось, довольно редкая вещь, потому альтернатива крепления — клеммная колодка для провода с диаметром отверстий 4 мм. Зажимы в ней отлично фиксируют ножки пентода. В качестве декоративной подставки использована фанера, которая была магнитом на двери холодильника.

Теперь время подсоединить провода к накальному трансформатору, и посмотреть всё ли работает. Подаем питание и наблюдаем за показаниями амперметра. 3 ампера, как и паспорт предписывал. По мере прогрева, потребление тока незначительно падает. Камера увы не смогла передать всей красоты раскаленных ниточек внутри этого стеклянного баклажана. Здоровенное лампище… Вот же ж умели делать!

Вся схема устройства довольно простая и выглядит примерно так: переменное высокое напряжение с мота выпрямляется через диод и заряжает конденсаторы от микроволновки, соединены они последовательно для увеличения рабочего напряжения. В этом случае суммарная ёмкость выходит пол микрофарада. Колебательный контур индуктора подключён к аноду лампы через дроссель, состоящий из 10 витков. Все управляющие сетки лампы ГК71 соединены вместе, с этого момента пентод превращается в триод. Схема автогенератора начинает работать при очень малых напряжениях на входе мота. Конденсатор в 2.2 нФ на выходе накального трансформатора служит для фильтрации наводок и высокочастотных выбросов, хотя первое = второе, второе = первое, как-то так. Обращаем внимание на подключение обмоток в первичном контуре. Точка — это нижний вывод обмотки.

В принципе сборка получилась довольно компактной. Её работу запросто можно демонстрировать на уроках физики, вспоминая жизнь того чувака, благодаря которому у нас в розетках переменное напряжение.

Трансформатор Тесла требует хорошего заземления. Батарея не самое лучшее решение для этих дел, но за неимением ничего более подходящего и это сойдет. Контакт должен быть надежным, три метра провода должно хватить, чтобы дотянутся куда угодно в пределах одной комнаты.

В новых домах такой фокус может не пройти из-за металлопластиковых труб в системе отопления. Потому проверяем наличие напряжения между фазой и землей, должно быть 220 вольт. Некоторые пускают заземление через зануление, тоже годный вариант. Между нулем и землей существует потенциал в 3.7 вольта, Креосан недавно рассказывал как можно воровать электричество подобным способом, заряжать телефон и зажигать лампочки, вот только забыл упомянуть тот факт, что современные цифровые счетчики считают потребление энергии как по фазе, так и по нулю. Максимум что вы выиграете, так это визит инспектора к себе в гости.

Итак, включаем питание накальной цепи. Лампа выходит на режим достаточно быстро, секунд 5 хватает для этого дела. Второй рубильник подает питание на мот. Ни в коем случае нельзя подавать высокое напряжение на анод лампы, без включенного накала. Входное напряжения на моте, регулируется с помощью ЛАТР-а, он дает напряжение от нуля до 220 вольт. Незаменимая вещь в работе с подобными схемами. Повышаем напряжение и видим, что генератор заработал. С появлением высокочастотного электрического поля светодиодный светильник закрепленный под полкой начинает немного светится и мигать.

На кончике отвертки, что служит терминалом для выхода молний появился небольшой стример. По мере повышения напряжения размер его растет, но разряды какие-то тонкие и не внушительные. Изменим положение обмотки связи, сместим её чуть вниз. Смотрим что поменялось в работе. Постепенно повышаем напряжение… видим что разряды стали более уверенными, толще, длинней и ярче. Звук довольно внушительный, похож на глухой рёв спортивного автомобиля.

Поиск резонанса осуществлялся либо отматыванием витков, либо подбором резонансного конденсатора. Начал отматывать витки. Увеличение мощности разрядов говорит от том, что мы на правильном пути. Разряды мощней, толще, длинней, самое интересное произошло тогда, когда начал увеличивать емкость резонансного конденсатора. Разряд увеличился, и на глазах начал уменьшатся. Запахло горелой бумагой.

При детальном осмотре выявилось, что картон начал прогорать. А если появился маленький прогар, то он постепенно превращается в большой, так как углерод получившийся в результате сгорания чего-либо становится отличным проводником. В общем это гангрена, которую необходимо немедленно ампутировать. Избавляемся от проблемного участка с помощью ножовки по металлу. Пару минут, проблема решена, а рука подкачана.

Так как резонансный контур изменил свои характеристики путем уменьшения длины вторичной катушки, снова доматываем и отматываем витки первички. Мощность увеличивается. Настроение превосходное, пару секунд радости и конструкция начинает подводить. Вторичку пробивает на первичку. Слишком близко размещены обмотки друг к другу. Предположения были что такое может произойти, но не так быстро. Первый день настройки, и многочасовая работа отправляется на помойку. При желании, эту трубу можно разрезать надвое, и сделать к примеру качер Бровина на транзисторе.

Поначалу хотел изолировать вторичку с помощью пластиковой бутылки, но как показывает практика — этот колхоз ни к чему хорошему не приводит. Одеваем кроссовки и выдвигаемся в ближайший сантехнический магазин за сливной 10-сантиметровой трубой. Такой диаметр уменьшит коэффициент связи обмоток, что есть хорошо в данной конструкции. Диэлектрические способности у такого цилиндра куда лучше чем у обычного картона.

Поверх трубы намотаем слой бумаги, на нее укладываем витки индуктора и обмотки связи. Бумага позволяет спокойно передвигать обмотки по всей длине трубы. Устанавливать катушки удобно на заглушки, они родом из того же магазина сантехники и позволяют соблюдать центровку всего резонансного контура. Немного усилий и конструкция снова готова к работе. Повторяем процедуру включения. В начале подаем питание на накал, ждём пару секунд, а затем включаем анодное напряжение. Оно сейчас в нуле и регулируется лабораторным автотрансформатором. Включаем его и постепенно поднимаем напряжение.

Разряды с увеличением коэффициента связи стали больше и красивей. На этом моменте наверное стоило завершить пост, схема заработала, разряд мы увидели. Но по традициям на этом, всё только начинается.

Для окончательной и более правильной работы, автогенератор необходимо настроить на осциллографе. Настраивать систему будем по максимальной амплитуде сигнала. Щуп осциллографа подключать напрямую к схеме не будем, для настройки разместим его на уровне тора и будем смотреть эфирный сигнал. Вся наводка, форма, частота и амплитуда сигнала отобразится на экране осциллографа. В данной схеме, этой информации для настройки будет более чем достаточно. Включаем накал. Подаем анодное напряжение. Регулируем напряжение автотрансформатором… но почему-то ничего не происходит… разбираемся что не так!? Ага, забыли подключить заземление, бывает, прикручиваем его на свое место и повторяем процедуру включения. Крутим ручку и сигнал оживает. Это наш индикатор в мире настройки. Входное напряжение на моте всего 50 вольт, отлично, нам сейчас разряды в воздухе не нужны.

Альтернативой обнаружения высокочастотных полей может служить обыкновенная неоновая лампочка. Амплитуду сигнала ею определить не выйдет, но зато можно судить о работоспособности устройства в целом, правильной или нет — это уже другое дело.

Итак, в процессе настройки удалось выделить два интересных режима работы. Первый это плавно затухающий импульс с небольшой амплитудой в отличии от второго режима. Сейчас мы перекидываем провода на разные витки индуктора и наблюдаем как меняется сигнал. Внимание вопрос знатокам. Какой режим автогенератора дает наибольшие разряды: вариант «а»- с плавно затухающим сигналом, но малой амплитудой, или вариант «б»- с большой амплитудой, но коротким импульсом?

Настройка резонанса с помощью конденсаторов. У этих образцов разная емкость, как выбрать нужную? Всё просто, поочередно соединяем конденсаторы параллельно индуктору и смотрим на сигнал. Нужно быть при этом осторожным, тут развиваются большие токи, которые могут нанести фаталити вашей руке. Дохлые электронщики никому не нужны. Если емкость будет слишком большая, она попросту погасит всю амплитуду сигнала.

В начале выпуска я обещал рассказать зачем нужны такие массивные контакты на конденсаторах. Во время работы, особенно на резонансе, в индукторе развиваются огромные токи, порядка нескольких сотен ампер, если такой ток пойдет через тонкие ножки обычного конденсатора, они попросту перегорят как перемычка в предохранителе. В данной схеме хорошо прижился конденсатор КВИ3 на 1500 пФ 10 кВ. Год выпуска 1978, раритет в своем роде, старше меня лет на 10.

Схема автогенератора работает в принудительном режиме прерывания с частотой сети 50 Гц, если растянуть во времени затухающие колебания, можно высчитать частоту работы автогенератора. Синхронизируем эту старую рухлядь и приступаем к расчетам.

Сейчас, переключатель времени деления на осциллографе стоит в положении 0.5 мкс. Это означает, что одна клетка на шкале экрана равна 0.5 мкс. Один период синусоиды занимает 5 клеток, следовательно 5 умножаем на 0.5 равно 2.5 мкс. Частота находится по формуле: 1 деленная на период. Считаем. 1/2.5 мкс равняется 0.4 мГц, что равняется 400 кГц. Отсюда вывод, резонансная частота настроенной катушки Тесла, ровняется 400 кГц.

Расчеты могли быть более точными при наличии современного оборудования, но для данной схемы оно попросту не нужно. После настройки регулируем положения индуктора и обмотки связи так, чтобы амплитуда сигнала на осциллографе была максимальной. На этом этапе настройку ламповой катушки тесла, можно считай исчерпывающей. Потребление силовой части схемы без цепи накала, составляет 720 Вт.

В работе ламп есть что- то удивительное, когда берешь их в руки, возвращаешься в те далекие теплые времена. Транзисторы и прочая современная электроника со временем приедается, становится скучной. На лампу можно смотреть вечно, ну или 1000 часов пока не пропадет электронная эмиссия и катод не обеднеет. Теперь время посмотреть как это всё работает.

В процессе работы схемы, лампа не перегревается и может работать продолжительное время, скажем 10 минут без перерыва. Но находятся умельцы, которые ставят на выходе мота много-количественные сборки из микроволновочных конденсаторов, мощь схемы увеличивается, лампа начинает работать на пределе своих возможностей. Естественно графитовый анод лампы нагревается до красна, катод расходует свой ресурс. Такой режим работать будет, но не долго.

Для увеличения срока службы лампы на больших мощностях используют прерыватели. Это грубо говоря переключатель, который на короткое время запускает генератор на Тесле. Секунда работы, секунда отдыха, как-то так. Режимы естественно можно менять.

Свечение различных лампочек в высокочастотных электрических полях это вообще отдельная тема, некоторые образцы настолько красивы, что претендуют на отдельный пост.

Слыхали про то, что различными солями можно подкрашивать цвет огня, сейчас проверим это на практике. Для этого берем обыкновенную поваренную соль и разбавляем ее небольшим количеством воды. Получившуюся кашу наносим на электрод. Ионы натрия должны подкрасить молнию в оранжевый цвет, это сейчас и посмотрим.

Данная конструкция проста в повторении, и элементарна в настройке. В ней нет дорогих деталей, хотя цена — дело относительное, стоимость всех элементов составляет примерно 65 баксов не включая ЛАТР для регулировки входного напряжения в анодной цепи.

В одном из следующих постов мы рассмотрим полупроводниковую систему, там узнаем как рассчитывается резонанс, как управлять железом и прочую малоизвестную нормальному человеку ерунду.

Для справки. Съемка сегодняшнего выпуска вместе с пост обработкой, написанием текста и прочими процессами заняла 2 месяца. Это можно назвать быстрым выпуском. В комментариях вы часто пишете чтобы мы снимали материал в сфере физики и электроники, сейчас так и происходит, но тут есть обратная сторона медали, время. Теперь выпуски будут выходить реже чем обычно, надеюсь вы всё понимаете.

Как гласит народная мудрость: работа и труд — всё перетрут.



Полное видео проекта на YouTube
Наш Instagram

Как работает катушка Тесла (и способы настройки)

   Это сложное устройство из генератора, индуктора и ВВ ( Высоко Вольтного) резонатора. В классическом варианте генератор представляет собой источник высокого напряжения в несколько тысяч вольт, что достаточно для получения искры в воздушной среде в несколько миллиметров. Генератор через балластный дроссель заряжает конденсатор и при достижении на нем определенного напряжение происходит срабатывание разрядника и через искру энергия в виде короткого, но мощного по току импульса переходит на индуктор. Индуктор находится у основания ВВ резонатора и обычно представляет собой катушку намотанную поверх ВВ резонатора через воздушный зазор у самого основания ВВ резонатора. Индуктор мотается толстым проводом, обычно 2.5-4мм2 меди, в экспериментальных случаях без изоляции, чтобы не перематывая индуктор, а используя крокодильчик можно было бы точно подбирать количество витков. ВВ катушка мотается тонким проводом, например, 0.3мм и например на каркасе диаметром 50 мм мы будем иметь примерно 500-1000 витков провода. Витки ВВ катушки подбираются и рассчитываются. Практический обычно выясняют резонансную частоту ВВ намотки, это делают, например, по осциллографу, после подачи разрядов на индуктор. Щуп осциллографа не подключают к ВВ катушки, он будет хорошо чувствовать поле на расстоянии метр от нее по воздуху. Способов определения резонансной частоты много. Важно мотать ВВ катушку в противоположную сторону по отношению к индуктору, при этом что в какую не важно. Например, если индуктор намотан по часовой стрелке, то ВВ резонатор будет мотаться против часовой стрелки. Важна длинна намотки. В классическом варианте длинна намотки должна составлять четверть длинны электромагнитной волны соответствующей резонансной частоте. Например, если выяснилось, что собственная резонансная частота ВВ катушки 1МГц то длинна волны l=c/f (скорость света деленная на частоту) будет l=(3*10^8)/(1*10^6)=300 метров. Ну а четверть это 300/4=75 метров. Таким образом для ВВ катушки с собственной резонансной частотой 1МГц длинна провода должна быть 75 метров.

 

Далее по схеме, ВВ катушка естественно должна быть заземлена нижним концом, а с верхним концом могут быть варианты. Для настройки обычно конец провода оставляют открытым и торчащим в воздухе. При правильной настройке на конце будет наблюдаться плазменный разряд рассеиваемый в воздухе, длинна его может быть от миллиметров до сантиметров в зависимости от мощности. Но постольку поскольку такой разряд не самоцель на конец обычно устанавливают некоторую воздушную накопительную емкость, типа однопроводного воздушного конденсатора, обычно в виде металлического шара. Тут тоже нельзя ничего делать на абум и просто так. Чем больше емкость тем сильнее надо отматывать ВВ катушку от исходной длинны. При небольшой емкости длину ВВ намотки обычно уменьшают не более чем на 10% от исходной.

   Еще раз вернемся к собственной резонансной частоте ВВ катушки. Важно понимать, что ВВ катушка вовсе не является обычной катушкой индуктивности и из-за большого количества витков и длинны намотки в четверть длинны волны  (в некоторых случаях и более) ВВ катушка превращается в резонатор. При этом это многопараметровый резонатор и резонансная частота зависит не только от длинны намотки, но и от диаметра намотки и важно чтобы два этих фактора состыковывались. Частоту здесь задают и емкостные межвитковые связи и последовательный LC резонанс с емкостью на макушке и емкость образованная между катушкой и землей и длинна намотки. В целом обычно частота четвертьволновых ВВ резонаторов завязана на диаметрах. Обычно резонаторы намотанные на трубах 100 мм имеют резонансную частоту в пределах 150-450 кГц, резонаторы намотанные на трубах 50 мм имеют резонансы в районе 450-1000 кГц. Частоту ВВ резонатора можно определить даже одним осциллографом за счет приема радиоволнового фона вот по такой схеме.

   Для выявления резонансной частоты активный щуп осциллографа подключают к нижнему концу катушки и наблюдают осциллограмму с разверткой 1-10 мкс/дел и на предельном уровне чувствительности. На экране должна появиться размытая синусойда, по которой можно с точностью 10-20% определить резонансную частоту. Эффект обычно хорошо проявляется при большом уровне радиоволнового шума исходящего от бытовой аппаратуры, импульсных блоков питания и при обилии радиостанций в диапазонах СВ и ДВ.

   Обобщим. Включаем генератор высокого напряжения с потенциалом около 5 кВ и мощностью 10-100 Вт, далее через дроссель 0.1-1 Гн заряжаем конденсатор. При заряде конденсатора до напряжения пробоя разрядника возникает короткий, но мощный импульс тока длительностью от единиц до десятков наносекунд с током в десятки и сотни ампер (до тысяч ампер), проходящий через индуктор. Индуктор возбуждает в четвертьволновом ВВ резонаторе стоячую электромагнитную волну. У основания резонатора ток колеблется с частотой 1 МГц, но напряжение очень мало, на конце резонатора возникает пучность высокого (от единиц до десятков киловольт) переменного напряжения, которое колеблется с частотой около 1 МГц в безтоковом режиме. При правильно намотанном ВВ резонаторе всего один возбуждающий импульс может привести к десяткам и сотням плавно затухающим свободным колебаниям, чем больше добротность резонатора, тем больше колебаний в нем будет. Таким образом ВВ резонатор, как и вообще любой резонатор является аккумулятором колебательной энергии на собственной резонансной частоте. Однако, чтобы достичь сверхъединичного эффекта простого искрения на индуктор не достаточно, необходим процесс синхронизации и многое другое.

   Формулы для расчета выглядят так

Белая искра с емкости трансформатора тесла в заземляющий кабель

Белая искра с емкости трансформатора тесла в заземляющий кабель. Цвет искры зависит от силы тока. При большом токе искра белая, при маленьком токе фиолетовая. Емкость способствует возникновению большого разрядного тока, чего нету на чисто четвертьволновой тесле без емкости, там искра уже фиолетовая. Помимо этого эта тесла разогнана короткими пачками импульсов звуковой частоты. Индуктор возбуждается однополярными импульсами полученными на контуре с частотой в 3 раза выше, чем частота вв резонатора, но импульсы идут с частотой четвертьволнового резонатора, здесь 450 кГц

Катушка Тесла. Краткая теория | RadioLaba.ru

Катушка Тесла
Катушка Тесла представляет собой высокочастотный резонансный трансформатор без ферромагнитного сердечника, с помощью которого можно получить высокое напряжение на вторичной обмотке. Под действием высокого напряжения в воздухе происходит электрический пробой, подобно разряду молнии. Устройство изобретено Николой Теслой, и носит его имя.

По типу коммутирующего элемента первичного контура, катушки Тесла подразделяются на искровые (SGTC – Spark gap Tesla coil), ламповые (VTTC – Vacuum tube Tesla coil), транзисторные (SSTC – Solid state Tesla coil, DRSSTC – Dual resonant solid state Tesla coil). Я буду рассматривать только искровые катушки, являющиеся самыми простыми и распространенными. По способу заряда контурного конденсатора, искровые катушки делятся на 2 типа: ACSGTC – Spark gap Tesla coil, а также DCSGTC – Spark gap Tesla coil. В первом варианте, заряд конденсатора осуществляется переменным напряжением, во втором используется резонансный заряд с подведением постоянного напряжения.

Общий вид катушки Тесла
Сама катушка представляет собой конструкцию из двух обмоток и тора. Вторичная обмотка цилиндрическая, наматывается на диэлектрической трубе медным обмоточным проводом, в один слой виток к витку, и имеет обычно 500-1500 витков. Оптимальное соотношение диаметра и длины обмотки равно 1:3,5 – 1:6. Для увеличения электрической и механической прочности, обмотку покрывают эпоксидным клеем или полиуретановым лаком. Обычно размеры вторичной обмотки определяют исходя из мощности источника питания, то есть высоковольтного трансформатора. Определив диаметр обмотки, из оптимального соотношения находят длину. Далее подбирают диаметр обмоточного провода, так чтобы количество витков примерно равнялось общепринятому значению. В качестве диэлектрической трубы обычно применяют канализационные пластиковые трубы, но можно изготовить и самодельную трубу, при помощи листов чертежного ватмана и эпоксидного клея. Здесь и далее речь идет о средних катушках, мощностью от 1 кВт и диаметром вторичной обмотки от 10 см.

На верхний конец трубы вторичной обмотки устанавливают полый проводящий тор, обычно выполненный из алюминиевой гофрированной трубы для отвода горячих газов. В основном диаметр трубы подбирают равным диаметру вторичной обмотки. Диаметр тора обычно составляет 0,5-0,9 от длины вторичной обмотки. Тор имеет электрическую емкость, которая определяется его геометрическими размерами, и выступает в роли конденсатора.

Первичная обмотка располагается у нижнего основания вторичной обмотки, и имеет спиральную плоскую или коническую форму. Обычно состоит из 5-20 витков толстого медного или алюминиевого провода. В обмотке протекают высокочастотные токи, вследствие чего скин-эффект может иметь значительное влияние. Из-за высокой частоты ток распределяется преимущественно в поверхностном слое проводника, тем самым уменьшается эффективная площадь поперечного сечения проводника, что приводит к увеличению активного сопротивления и уменьшению амплитуды электромагнитных колебаний. Поэтому лучшим вариантом для изготовления первичной обмотки будет полая медная трубка, или плоская широкая лента. Над первичной обмоткой по внешнему диаметру иногда устанавливают незамкнутое защитное кольцо (Strike Ring) из того же проводника, и заземляют. Кольцо предназначено для предотвращения попадания разрядов в первичную обмотку. Разрыв необходим для исключения протекания тока по кольцу, иначе магнитное поле, созданное индукционным током, будет ослаблять магнитное поле первичной и вторичной обмотки. От защитного кольца можно отказаться, если заземлить один конец первичной обмотки, при этом попадание разряда не причинит вреда компонентам катушки.

Коэффициент связи между обмотками зависит от их взаимного расположения, чем они ближе, тем больше коэффициент. Для искровых катушек типичное значение коэффициента равно K=0,1-0,3. От него зависит напряжение на вторичной обмотке, чем больше коэффициент связи, тем больше напряжение. Но увеличивать коэффициент связи выше нормы не рекомендуется, так как между обмотками начнут проскакивать разряды, повреждающие вторичную обмотку.
Схема катушки Тесла ACSGTC
На схеме представлен простейший вариант катушки Тесла типа ACSGTC.
Принцип действия катушки Тесла основан на явлении резонанса двух индуктивно связанных колебательных контуров. Первичный колебательный контур состоит из конденсатора С1, первичной обмотки L1, и коммутируется разрядником, в результате чего образуется замкнутый контур. Вторичный колебательный контур образован вторичной обмоткой L2 и конденсатором С2 (тор обладающий емкостью), нижний конец обмотки обязательно заземляется. При совпадении собственной частоты первичного колебательного контура с частотой вторичного колебательного контура, происходит резкое возрастание амплитуды напряжения и тока во вторичной цепи. При достаточно высоком напряжении происходит электрический пробой воздуха в виде разряда, исходящего из тора. При этом важно понимать, что представляет собой замкнутый вторичный контур. Ток вторичного контура течет по вторичной обмотке L2 и конденсатору С2 (тор), далее по воздуху и земле (так как обмотка заземлена), замкнутый контур можно описать следующим образом: земля-обмотка-тор-разряд-земля. Таким образом, захватывающие электрические разряды представляют собой часть контурного тока. При большом сопротивлении заземления разряды, исходящие из тора будут бить прямо по вторичной обмотке, что не есть хорошо, поэтому нужно делать качественное заземление.

После того как размеры вторичной обмотки и тора определены, можно посчитать собственную частоту колебаний вторичного контура. Здесь надо учитывать, что вторичная обмотка кроме индуктивности обладает некоторой емкостью из-за немалых размеров, которую надо учитывать при расчете, емкость обмотки необходимо сложить с емкостью тора. Далее надо прикинуть параметры катушки L1и конденсатора C1первичного контура, так чтобы собственная частота первичного контура была близка к частоте вторичного контура. Емкость конденсатора первичного контура обычно составляет 25-100 нФ, исходя из этого, рассчитывают количество витков первичной обмотки, в среднем должно получиться 5-20 витков. При изготовлении обмотки необходимо увеличить количество витков, по сравнению с расчетным значением, для последующей настройки катушки в резонанс. Рассчитать все эти параметры можно по стандартным формулам из учебника физики, также в сети есть книги по расчету индуктивности различных катушек. Существуют и специальные программы калькуляторы для расчета всех параметров будущей катушки Тесла.

Настройка осуществляется путем изменения индуктивности первичной обмотки, то есть один конец обмотки подсоединен к схеме, а другой никуда не подключается. Второй контакт выполняют в виде зажима, который можно перекидывать с одного витка на другой, тем самым используется не вся обмотка, а только ее часть, соответственно меняется индуктивность, и собственная частота первичного контура. Настройку выполняют во время предварительных запусков катушки, о резонансе судят по длине выдаваемых разрядов. Существует также метод холодной настройки резонанса при помощи ВЧ генератора и осциллографа или ВЧ вольтметра, при этом катушку запускать не надо. Необходимо взять на заметку, что электрический разряд обладает емкостью, вследствие чего собственная частота вторичного контура может немного уменьшаться во время работы катушки. Заземление также может оказывать небольшое влияние на частоту вторичного контура.

Разрядник является коммутирующим элементом в первичном колебательном контуре. При электрическом пробое разрядника под действием высокого напряжения, в нем образуется дуга, которая замыкает цепь первичного контура, и в нем возникают высокочастотные затухающие колебания, в течение которых напряжение на конденсаторе С1 постепенно уменьшается. После того как дуга гаснет, контурный конденсатор С1 вновь начинает заряжаться от источника питания, при следующем пробое разрядника начинается новый цикл колебаний.

Разрядник подразделяется на два типа: статический и вращающийся. Статический разрядник представляет собой два близко расположенных электрода, расстояние между которыми регулируют так чтобы электрический пробой между ними происходил в то время, когда конденсатор С1 заряжен до наибольшего напряжения, или немного меньше максимума. Ориентировочное расстояние между электродами определяют исходя из электрической прочности воздуха, которая составляет около 3 кВ/мм при стандартных условиях окружающей среды, а также зависит от формы электродов. Для переменного сетевого напряжения, частота срабатываний статического разрядника (BPS – beats per second) составит 100Гц.

Вращающийся разрядник (RSG – Rotary spark gap) выполняется на основе электродвигателя, на вал которого насажен диск с электродами, с каждой стороны диска устанавливаются статические электроды, таким образом, при вращении диска, между статическими электродами будут пролетать все электроды диска. Расстояние между электродами делают минимальным. В таком варианте можно регулировать частоту коммутаций в широких пределах управляя электродвигателем, что дает больше возможностей по настройке и управлению катушкой. Корпус двигателя необходимо заземлить, для защиты обмотки двигателя от пробоя, при попадании высоковольтного разряда.

В качестве контурного конденсатора С1 применяют конденсаторные сборки (MMC – Multi Mini Capacitor) из последовательно и параллельно соединенных высоковольтных высокочастотных конденсаторов. Обычно применяют керамические конденсаторы типа КВИ-3, а также пленочные К78-2. В последнее время намечен переход на бумажные конденсаторы типа К75-25, которые неплохо показали себя в работе. Номинальное напряжение конденсаторной сборки для надежности должно быть в 1,5-2 раза больше амплитудного напряжения источника питания. Для защиты конденсаторов от перенапряжения (высокочастотные импульсы) устанавливают воздушный разрядник параллельно всей сборке. Разрядник может представлять собой два небольших электрода.

В качестве источника питания для зарядки конденсаторов используется высоковольтный трансформатор Т1, или несколько последовательно или параллельно соединенных трансформаторов. В основном начинающие тесластроители используют трансформатор из микроволновой печи (MOT – Microwave Oven Transformer), выходное переменное напряжение которого составляет ~2,2 кВ, мощность около 800 Вт. В зависимости от номинального напряжения контурного конденсатора, МОТы соединяют последовательно от 2 до 4 штук. Применение только одного трансформатора не целесообразно, так как из-за небольшого выходного напряжения зазор в разряднике будет очень малым, итогом будут нестабильные результаты работы катушки. Моты имеют недостатки в виде слабой электропрочности, не рассчитаны для работы в длительном режиме, сильно греются при большой нагрузке, поэтому часто выходят из строя. Более разумно использовать специальные масляные трансформаторы типа ОМ, ОМП, ОМГ, которые имеют выходное напряжение 6,3 кВ, 10 кВ, и мощность 4 кВт, 10 кВт. Можно также изготовить самодельный высоковольтный трансформатор. При работе с высоковольтными трансформаторами не следует забывать о технике безопасности, высокое напряжение опасно для жизни, корпус трансформатора необходимо заземлить. При необходимости последовательно с первичной обмоткой трансформатора можно установить автотрансформатор, для регулировки напряжения зарядки контурного конденсатора. Мощность автотрансформатора должна быть не меньше мощности трансформатора T1.

Дроссель Lд в цепи питания необходим для ограничения тока короткого замыкания трансформатора при пробое разрядника. Чаще всего дроссель находится в цепи вторичной обмотки трансформатора T1. Вследствие высокого напряжения, необходимая индуктивность дросселя может принимать большие значения от единиц до десятков Генри. В таком варианте он должен обладать достаточной электропрочностью. С таким же успехом дроссель можно установить последовательно с первичной обмоткой трансформатора, соответственно здесь не требуется высокая электропрочность, необходимая индуктивность на порядок ниже, и составляет десятки, сотни миллигенри. Диаметр обмоточного провода должен быть не меньше диаметра провода первичной обмотки трансформатора. Индуктивность дросселя рассчитывают из формулы зависимости индуктивного сопротивления от частоты переменного тока.

Фильтр низких частот (ФНЧ) предназначен для исключения проникновения высокочастотных импульсов первичного контура в цепь дросселя и вторичной обмотки трансформатора, то есть для их защиты. Фильтр может быть Г-образным или П-образным. Частоту среза фильтра выбирают на порядок меньше резонансной частоты колебательных контуров катушки, но при этом частота среза должна быть намного больше частоты срабатывания разрядника.
Схема катушки Тесла DCSGTC
При резонансном заряде контурного конденсатора (тип катушки – DCSGTC), используют постоянное напряжение, в отличии от ACSGTC. Напряжение вторичной обмотки трансформатора T1 выпрямляют с помощью диодного моста и сглаживают конденсатором Св. Емкость конденсатора должна быть на порядок больше емкости контурного конденсатора С1, для уменьшения пульсаций постоянного напряжения. Величина емкости обычно составляет 1-5 мкФ, номинальное напряжение для надежности выбирают в 1,5-2 раза больше амплитудного выпрямленного напряжения. Вместо одного конденсатора можно использовать конденсаторные сборки, желательно не забывая про выравнивающие резисторы при последовательном соединении нескольких конденсаторов.

В качестве диодов моста применяют последовательно соединенные высоковольтные диодные столбы типа КЦ201 и др. Номинальный ток диодных столбов должен быть больше номинального тока вторичной обмотки трансформатора. Обратное напряжение диодных столбов зависит от схемы выпрямления, по соображениям надежности обратное напряжение диодов должно быть в 2 раза больше амплитудного значения напряжения. Возможно изготовление самодельных диодных столбов путем последовательного соединения обычных выпрямительных диодов (например 1N5408, Uобр = 1000 В, Iном = 3 А), с применением выравнивающих резисторов.
Вместо стандартной схемы выпрямления и сглаживания можно собрать удвоитель напряжения из двух диодных столбов и двух конденсаторов.

Принцип работы схемы резонансного заряда основан на явлении самоиндукции дросселя Lд, а также применения диода отсечки VDо. В момент времени, когда конденсатор C1 разряжен, через дроссель начинает течь ток, возрастая по синусоидальному закону, при этом в дросселе накапливается энергия в виде магнитного поля, а конденсатор при этом заряжается, накапливая энергию в виде электрического поля. Напряжение на конденсаторе возрастает до напряжения источника питания, при этом через дроссель течет максимальный ток, и падение напряжения на нем равно нулю. При этом ток не может прекратиться мгновенно, и продолжает течь в том же направлении из-за наличия самоиндукции дросселя. Зарядка конденсатора продолжается до удвоенного значения напряжения источника питания. Диод отсечки необходим для предотвращения перетекания энергии от конденсатора обратно в источник питания, так как между конденсатором и источником питания появляется разность потенциалов равная напряжению источника питания. На самом деле напряжение на конденсаторе не достигает удвоенного значения, из-за наличия падения напряжения на диодном столбе.

Применение резонансного заряда позволяет более эффективно и равномерно передавать энергию на первичный контур, при этом для получения одинакового результата (по длине разряда), для DCSGTC требуется меньшая мощность источника питания (трансформатор Т1), чем для ACSGTC. Разряды приобретают характерный плавный изгиб, вследствие стабильного питающего напряжения, в отличии от ACSGTC, где очередное сближение электродов в RSG может приходиться по времени на любой участок синусоидального напряжения, включая попадание на нулевое или низкое напряжение и как следствие переменная длина разряда (рваный разряд).

Ниже на картинке представлены формулы для расчета параметров катушки Тесла:
Расчет Катушки Тесла формулы

Предлагаю ознакомиться с моим опытом постройки катушки Тесла своими руками.

Внешний вид разрядов катушки Тесла

Строим трансформатор Теслы на дому

Знаменитый изобретатель Никола Тесла имеет немало заслуг перед наукой и техникой, но только одно изобретение носит его имя. Это резонансный трансформатор, известный также как «катушка Теслы».

Суть изобретения Теслы проста. Если питать трансформатор током с частотой, равной резонансной для его вторичной обмотки, напряжение на выходе возрастает в десятки и даже сотни раз. Фактически оно ограничено электрической прочностью окружающего воздуха (или иной среды) и самого трансформатора, а также потерями на излучение радиоволн. Наиболее известна катушка в области шоу-бизнеса: она способна метать молнии!

Форма и содержание

Трансформатор выглядит весьма необычно — он словно специально сконструирован для шоу-бизнеса. Вместо привычного массивного железного сердечника с толстыми обмотками — длинная полая труба из диэлектрика, на которую провод намотан всего в один слой. Такой странный вид вызван необходимостью обеспечить максимальную электрическую прочность конструкции.

Кроме необычного внешнего вида, трансформатор Теслы имеет еще одну особенность: в нем обязательно есть некая система, создающая в первичной обмотке ток именно на резонансной частоте вторичной. Сам Тесла использовал так называемую искровую схему (SGTC, Spark Gap Tesla Coil). Ее принцип заключается в зарядке конденсатора от источника питания с последующим подключением его к первичной обмотке. Вместе они создают колебательный контур.

Как делают линзы для оптических приборов

Емкость конденсатора и индуктивность обмотки подбираются так, чтобы частота колебаний в этом контуре совпадала с необходимой. Коммутация осуществляется с помощью искрового промежутка: как только напряжение на конденсаторе достигает определенного значения, в промежутке возникает искра, замыкающая контур. Часто можно увидеть утверждения, что «искра содержит полный спектр частот, так что там всегда есть и резонансная, за счет чего и работает трансформатор». Но это не так — без правильного подбора емкости и индуктивности действительно высокого напряжения на выходе не получить.

Решив сделать свой трансформатор Теслы, мы остановились на более прогрессивной схеме — транзисторной. Транзисторные генераторы потенциально позволяют получить любую форму и частоту сигнала в первичной обмотке.

Выбранная нами схема состоит из микросхемы драйвера силовых транзисторов, маленького трансформатора для развязки этого драйвера от питающего напряжения 220 В и полумоста из двух силовых транзисторов и двух пленочных конденсаторов. Трансформатор мотается на кольце из феррита с рабочей частотой не менее 500 кГц, на нем делается три обмотки по 10−15 витков провода. Очень важно подключить транзисторы к обмоткам трансформатора так, чтобы они работали в противофазе: когда один открыт, другой закрыт.

Нужная частота возникает за счет обратной связи со вторичной обмоткой (схема основана на автоколебаниях). Обратная связь может осуществляться двумя способами: с помощью или трансформатора тока из 50−80 витков провода на таком же ферритовом кольце, как и разделительный трансформатор, через которое проходит провод заземления нижней части вторичной обмотки, или… просто кусочка проволоки, которая выполняет роль антенны, улавливающей испускаемые вторичной обмоткой радиоволны.

Мотаем на ус

В качестве каркаса первичной обмотки мы взяли канализационную трубу из ПВХ диаметром 9 см и длиной 50 см. Для намотки используем эмалированный медный провод диаметром 0,45 мм. Каркас и катушку обмоточного провода размещаем на двух параллельных осях. В качестве оси каркаса выступал кусок ПВХ-трубы меньшего диаметра, а роль оси катушки с проводом выполнила завалявшаяся в редакции стрела от лука.

Намотка должна быть очень плотной, виток к витку. Витки не должны накладываться друг на друга. Только придерживаясь этих правил, можно получить качественную вторичную обмотку, в которой не будет пробоев между витками и паразитных коронных разрядов. Длина собственно обмотки получилась равной 45 см, а число витков — 810. Изготовленную обмотку нужно покрыть лаком, эпоксидной смолой или еще чем-нибудь подобным.

Существуют три варианта первичной обмотки: плоская спираль, короткая винтовая и коническая обмотка. Первая обеспечивает максимальную электрическую прочность, но в ущерб силе индуктивной связи. Вторая, напротив, создает наилучшую связь, но чем она выше — тем больше шансов, что произойдет пробой между нею и вторичной обмоткой. Коническая обмотка — промежуточный вариант, позволяющий получить наилучший баланс между индуктивной связью и электрической прочностью. Рекордные напряжения мы получить не рассчитывали, так что выбор пал на винтовую обмотку: она позволяет добиться максимального КПД и проста в изготовлении.

В качестве проводника взяли провод питания аудиоаппаратуры с сечением 6 мм², восемь витков которого намотали на отрезок ПВХ-трубы большего диаметра, чем у каркаса вторичной обмотки, и закрепили обычной изолентой. Такой вариант нельзя считать идеальным, ведь ток высокой частоты течет лишь по поверхности проводников (скин-эффект), так что правильнее делать первичную обмотку из медной трубы. Но наш способ прост в изготовлении и при не слишком больших мощностях вполне работает.

Управление

Для обратной связи мы изначально планировали использовать трансформатор тока. Но он оказался неэффективным при малых мощностях катушки. А в случае антенны сложнее обеспечить первоначальный импульс, который запустит колебания (в случае трансформатора через его кольцо можно пропустить еще один провод, на который на долю секунды замыкать обычную батарейку). В итоге у нас получилась смешанная система: один выход трансформатора был подключен к входу микросхемы, а провод второго не был ни к чему подключен и служил антенной.

Короткие замыкания, пробитие транзисторов и прочие неприятности изначально предполагались очень даже возможными, так что дополнительно был изготовлен пульт управления с амперметром переменного тока на 10 А, автоматическим предохранителем на 10 А и парой «неонок»: одна показывает, есть ли напряжение на входе в пульт, а другая — идет ли ток к катушке. Такой пульт позволяет удобно включать и выключать катушку, отслеживать основные параметры, а также дает возможность многократно снизить частоту походов к щитку для включения «выбитых» автоматов.

Последняя опциональная деталь трансформатора — дополнительная емкость в виде проводящего шара или тора на высоковольтном выходе вторичной обмотки. Во многих статьях можно прочесть, что она способна существенно удлинить разряд (кстати, это широкое поле для экспериментов). Мы сделали такую емкость на 7 пФ, собрав вместе две стальные чашки-полусферы (из магазина IKEA).

Сборка

Когда все компоненты изготовлены, конечная сборка трансформатора не составляет никакой проблемы. Единственная тонкость — заземление нижнего конца вторичной обмотки. Увы, не во всех отечественных домах есть розетки с отдельными контактами земли. А там, где есть, эти контакты не всегда реально подключены (проверить это можно с помощью мультиметра: между контактом и проводом фазы должно быть около 220 В, а между ним и нулевым проводом — почти нуль).

Если у вас такие розетки есть (у нас в редакции нашлись), то заземлять нужно именно с их помощью, используя для подключения катушки соответствующую вилку. Часто советуют заземлять на батарею центрального отопления, но это категорически не рекомендуется, поскольку в некоторых случаях может привести к тому, что батареи в доме будут бить током ни о чем не подозревающих соседей.

Но вот наступает ответственный момент включения… И сразу же появляется первая жертва молнии — транзистор схемы питания. После замены выясняется, что схема в принципе вполне работоспособна, хотя и на небольших мощностях (200−500 Вт). При выходе на проектную мощность (порядка 1−2 кВт) транзисторы взрываются с эффектной вспышкой. И хотя эти взрывы не представляют опасности, режим «секунда работы — 15 минут замены транзистора» не является удовлетворительным. Тем не менее с помощью этого трансформатора вполне можно почувствовать себя в роли Зевса-громовержца.

Благородные цели

Хотя в наше время трансформатор Теслы, по крайней мере в его исходном виде, чаще всего находит применение в разнообразных шоу, сам Никола Тесла создавал его для куда более важных целей. Трансформатор является мощным источником радиоволн с частотой от сотни килогерц до нескольких мегагерц. На основе мощных трансформаторов Теслы планировалось создание системы радиовещания, беспроводного телеграфа и беспроводной телефонии.

Но наиболее грандиозный проект Теслы, связанный с использованием его трансформатора, — создание глобальной системы беспроводного энергоснабжения. Как он считал, достаточно мощный трансформатор или система трансформаторов сможет в глобальном масштабе менять заряд Земли и верхних слоев атмосферы.

В такой ситуации установленный в любой точке планеты трансформатор, имеющий такую же резонансную частоту, как и передающий, будет источником тока, и линии электропередач станут не нужны.

Именно стремление создать систему беспроводной передачи энергии погубило знаменитый проект Wardenclyff. Инвесторы были заинтересованы в появлении только окупаемой системы связи. А передатчик энергии, которую мог бы неконтролируемо принимать любой желающий по всему миру, напротив, грозил убытками электрическим компаниям и производителям проводов. А один из основных инвесторов был акционером Ниагарской ГЭС и заводов по производству меди…

Статья «Метатели молний» опубликована в журнале «Популярная механика» (№2, Февраль 2013).

Промышленный трансформатор Тесла ( трансформатор Теслы )

Originally published at Профессионально об энергетике. Please leave any comments there.

В сети и на нашем сайте вы сможете найти массу рецептов, как изготовить Тс Теслы своими руками, однако оказалось есть фирмы, которые зарабатывают деньги на профессионально изготовленных трансформаторах Тесла, используемых для развлечения и для демонстраций. Но нас привлекло, само качество изготовления приборов.

Вот пример установки Т-20 и Т-30. Первая дает разряды до 2м длиной, вторая 3м.

Малый ТС Тесла

Большой трансформатор Тесла

Катушкой Тесла в узком смысле называют резонансный высоковольтный трансформатор определенной формы. Его вторичная обмотка представляет собой цилиндрическую однослойную катушку из очень большого количества витков тонкого провода, расположенную вертикально. Нижний конец катушки заземлен, а верхний оканчивается шаром или другим гладким предметом. Первичная обмотка делается из нескольких витков толстого провода и надета на вторичную в нижней ее части. Обычно первичная обмотка идет либо на конус (витки расширяются кверху), либо вообще намотана в одной плоскости (нечто вроде спирали Архимеда). Делается это, чтобы избежать пробоя между верхними витками первичной обмотки и серединой вторичной, где напряжение уже очень и очень высокое.

Конденсатор для трансформатора Тесла

Трансформатора Тесла вид внутри

Трансформатора Тесла вид внутри

Возбуждение первичной обмотки катушки Тесла осуществляется короткими импульсами с крутыми фронтами. При этом за счет очень широкого спектра гармоник этих импульсов всегда возбуждаются колебания на резонансной частоте вторичной обмотки, что приводит к получению очень высокого напряжения. Обычно на первичную обмотку разряжают через искровой промежуток заряженный до высокого (киловольты) напряжения конденсатор. Так делал и сам Тесла. Если напряжение первичной обмотки недостаточно для пробоя искрового промежутка, один из его электродов делают в виде вращающегося колеса с выступами, которые периодически почти задевают второй электрод, вызывая искры. Вместо искрового промежутка можно использовать высоковольтный тиратрон, а при небольших напряжениях даже радиолампу или MOSFET-транзистор.

Трансформатора Тесла схема подключения

Установки работают от обычной электрической сети.

Трансформатора Тесла блок питания

Эффекты наблюдаемые при работе трансформатора Теслы.

Во время работы катушка Теслы создает красивые эффекты, связанные с образований различных видов газовых разрядов(см. газовый разряд). Многие люди собирают трансформаторы Теслы ради того, что бы посмотреть на эти впечатляющие, красивые явления. В целом катушка Теслы производит 4 вида разрядов:

Стримеры (от англ. Streamer) — тускло светящиеся тонкие разветвленные каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщеплённые от них свободные электроны. Протекает от терминала (или от наиболее острых, искривленных ВВ частей) катушки прямо в воздух, не уходя в землю так как заряд равномерно стекает с поверхности разряда через воздух в землю. Стример — это, по сути дела, видимая ионизация воздуха (свечение ионов), создаваемая ВВ полем трансформатора.
Спарк (от англ. Spark) — это искровой разряд. Идет с терминала (или с наиболее острых, искривленных ВВ частей) непосредственно в землю или в заземленный предмет. Представляет собой пучок ярких, быстро исчезающих или сменяющих друг друга нитевидных, часто сильно разветвленных полосок — искровых каналов. Также имеет место быть особый вид искрового разряда — скользящий искровой разряд.
Коронный разряд — свечение ионов воздуха в электрическом поле высокого напряжения. Создает красивое голубоватое свечение вокруг ВВ частей конструкции с сильной кривизной поверхности.
Дуговой разряд — образуется во многих случаях. Например при достаточной мощности трансформатора, если к его терминалу близко поднести заземленный предмет, то между ним и терминалом может загореться дуга(иногда нужно непосредственно прикоснуться предметом к терминалу и потом растянуть дугу, отводя предмет на большее растояние). Особенно это свойственно для ламповых катушек Тесла. Если катушка недостаточно мощна и надёжна, то спровоцированный дуговой разряд может повредить её компоненты.
Часто можно наблюдать(особенно в близи мощных катушек), как разряды идут не только от самой катушки (её терминала и т. д.) но и в её сторону от заземленных предметов. Также на таких предметах может возникать и коронный разряд. Редко можно наблюдать также тлеющий разряд. Интересно заметить, что разные химические вещества, нанесенные на разрядный терминал, способны менять цвет разряда. Например натрий меняет обычный окрас спарка на оранжевый, а бром — на зелёный.

Работа резонансного трасформатора сопровождается характерным электрическим треском. Появление этого явления связано с превращением стримеров в искровые каналы(см. статью искровой разряд), который сопровождается резким возрастанием силы тока и количества энергии, выделяющегося в них. Каждый канал быстро расширяется, в нём скачкообразно повышается давление, в результате чего на его границах возникает ударная волна. Совокупность ударных волн от расширяющихся искровых каналов порождает звук, воспринимаемый как «треск» искры.

Колебания, возникающие в катушке Тесла, имеют высокую (от десятков кГц до десятков Мгц, в зависимости от конструкции и размеров катушки) частоту. Напряжения на верхнем конце катушки могут достигать миллионов вольт. На таких частотах возникающий разряд имеет ярко выраженный высокочастотный характер, что проявляется в появлении оканчивающихся в воздухе стримеров вокруг шара катушки.

Внимание! Стримеры катушки Тесла не причиняют болевых ощущений. По незнанию люди приписывают это «скин-эффекту» — «непроникновению» высокочастотных токов вглубь проводника. Однако простейший расчет показывает, что толщина скин-слоя для катушки Тесла составляет несколько сантиметров! Настоящая причина отсутствия боли совсем в другом — нервные окончания не реагируют на такие высокие частоты. Однако ток вызывает разогрев внутренних тканей и может привести к серьезным проблемам со здоровьем через несколько лет после «опыта». Никогда, ни при каких условиях не соприкасайтесь со стримерами катушки Тесла!

Стримеры и спарки от трансформатора Тесла

Стримеры и спарки от трансформатора Тесла

Стримеры и спарки от трансформатора Тесла


Еще у нас есть что-то на эту тему:

  1. Еще одно подробное описание как изготовить трансформатор Тесла ( трансформатор Тесло ) своими руками (25.73)
  2. Трансформатор Тесла своими руками ( мощность 10W, искра 3 см ) (24.171)
  3. Трансформатор Тесла своими руками ( мощность 450W, искра 25 см ) (21.929)
  4. «Tрансформатор Тесла» (16.49)
  5. Трансформатор Тесла, сверхединичный генератор и второе началомодинамики (16.174)

Высокочастотный трансформатор Тесла

Перейти к основному содержанию Вселенная Теслы: поиски разгадки загадки Николы Теслы

Основная навигация

  • Никола Тесла Показать / скрыть подссылки
  • Около
  • Построить Показать / скрыть подссылки
  • Участвовать Показать / скрыть подссылки
  • Магазин Показать / скрыть подссылки
  • /
  • Присоединиться
  • Авторизоваться
.

Как построить резонансный трансформатор Тесла, Эрик Доллард

70% ВЫХОДОВ ОТ НОВОГО ПАКЕТА, ПОКУПКИ ПО ССЫЛКАМ НИЖЕ, ПЕРЕХОДИТЕ НА ERIC DOLLARD & EPD LABORATORIES, INC.

ЭТО ТОЛЬКО 7 долларов, ПОЛУЧИТЕ КОПИЮ, ЧТОБЫ ПОМОЧЬ ПОКРЫТЬ ДОРОЖНЫЕ РАСХОДЫ ЭРИКА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ДАННОЙ ПРЕЗЕНТАЦИИ!

Crystal Radio Initiative Инициатива Кристального Радио

Crystal Radios — это устройства, работающие бесплатно, потому что им не нужны батареи. Они питаются от тех самых AM-радиоволн, на которые они настроены.Это глубокая концепция, но она имеет свои ограничения, потому что к тому времени, когда энергия, передаваемая в этих радиоволнах, будет принята кристаллическим радио, остается не так много. Этого едва хватает, чтобы просто включить гарнитуру, чтобы можно было слушать станцию. Некоторые люди зажигают светодиодные фонари с помощью Crystal Radios, но в
нет ничего особенного.

Эти радиоволны AM имеют электромагнитную природу и известны как поперечные волны. Эти волны подчиняются закону обратных квадратов, что означает, что энергия уменьшается на квадрат расстояния.Чем дальше волны от радиостанции, тем меньше энергии на приемном конце. Итак, если вы хотели привести в действие что-то значимое на принимающей стороне, это не тот путь, по которому вы хотите идти.

Никола Тесла много лет назад нашел более плодотворный путь, и концепция очень проста. Каждая AM-радиостанция не только передает поперечные волны по воздуху, но и передает продольные волны через Землю! Что важно в этой наземной передаче, так это то, что она не соответствует закону обратных квадратов.

Энергия между станцией AM и приемником для этой наземной передачи не уменьшается на квадрат расстояния. Это означает, что энергия в этой наземной передаче
почти не имеет потерь между передатчиком и приемником. Следовательно, если вы хотите привести в действие что-то значимое из AM-передачи, вы хотите пойти по этому пути.

Получите копию сейчас : http://www.emediapress.com/go.php?offer=epdollard&pid=61

Помимо того, что наземная передача почти без потерь, она также быстрее, чем электромагнитные волны, передаваемые по воздуху.Электромагнитные волны движутся примерно со скоростью света, поэтому, если продольная передача от земли достигает принимающей стороны быстрее, о чем это вам говорит? На него не распространяются ограничения скорости света. Он не превышает скорость света, он мгновенен для всех практических целей и поэтому является внепросветным.

Чтобы испытать то, что у Теслы было в его руках, что, очевидно, переворачивает обычную тележку для яблок, вам понадобится не просто Crystal Radio, а Crystal Radio типа Tesla с резонансным трансформатором Tesla .Он похож на обычное Кристальное радио, но у него нет антенны — она ​​встроена в катушку и подключается к Земле. Это также очень просто в принципе, и вы можете понять, как построить свой собственный настоящий резонансный трансформатор Тесла, используя только базовую алгебру для младших классов средней школы.

Месяца назад мы раздали бесплатную видеопрезентацию Эрика Доллара под названием Crystal Radio Initiative вместе с бесплатной книгой на 300 страниц со всеми примечаниями, схемами и обсуждениями этого проекта с открытым исходным кодом — эта книга и видео теперь являются частью новый пакет с совершенно новой презентацией.

Недавно Эрик приехал в Спокан, штат Вашингтон, чтобы поработать над некоторыми проектами и провести презентацию, обучающую любого, как рассчитать настоящий резонансный трансформатор Тесла . И вы узнаете его от самого авторитетного в мире эксперта в этой области. Его можно использовать для этого проекта Tesla Crystal Radio, генератора космической индукции (еще один из проектов Эрика) или множества других проектов, связанных с наукой Tesla. С одной катушкой или набором катушек вы можете проводить бесчисленное количество экспериментов, подобных тому, что Эрик демонстрировал за последние несколько десятилетий.

Получите копию сейчас : http://www.emediapress.com/go.php?offer=epdollard&pid=61

.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о