Бифилярная катушка тесла для чего она – » . Бифилярная катушка Тесла: устройство, принцип работы и применение — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое бифилярная катушка Тесла. Как устроена бифилярная катушка. Какой принцип работы бифилярной катушки. Где применяются бифилярные катушки. Какие преимущества у бифилярной намотки.

Содержание

Что такое бифилярная катушка Тесла

Бифилярная катушка Тесла — это особый тип электромагнитной катушки, содержащей две параллельные обмотки, расположенные близко друг к другу. Ее изобрел и запатентовал Никола Тесла в 1894 году.

Основные особенности бифилярной катушки Тесла:

Две параллельные обмотки, намотанные рядом
Обмотки электрически изолированы друг от друга
Обмотки могут соединяться последовательно или параллельно
Намотка может быть параллельной или встречной
Обладает повышенной собственной емкостью
Может иметь очень низкую индуктивность

Устройство бифилярной катушки

Конструкция бифилярной катушки Тесла включает следующие элементы:

Каркас катушки (обычно цилиндрический)
Два параллельных провода для обмоток

Изоляция между проводами и витками
Выводы для подключения обмоток

В зависимости от способа намотки и соединения проводов, различают 4 основных типа бифилярных катушек:

Параллельная намотка, последовательное соединение
Параллельная намотка, параллельное соединение
Встречная намотка, последовательное соединение
Встречная намотка, параллельное соединение

Принцип работы бифилярной катушки

Принцип работы бифилярной катушки Тесла основан на взаимодействии магнитных полей двух близко расположенных обмоток. При этом возможны два основных режима:

Взаимное усиление магнитных полей обмоток. Это происходит при параллельном включении обмоток, когда ток в них течет в одном направлении. В результате создается более сильное суммарное магнитное поле.
Взаимная компенсация магнитных полей. Наблюдается при встречном включении обмоток, когда токи в них направлены противоположно. Магнитные поля обмоток взаимно уничтожаются, что приводит к очень низкой индуктивности катушки.

Кроме того, благодаря близкому расположению витков разных обмоток, между ними возникает значительная электрическая емкость. Это позволяет накапливать электрическую энергию в катушке, как в конденсаторе.

Применение бифилярных катушек

Бифилярные катушки Тесла находят применение в различных областях электротехники и радиоэлектроники:

Изготовление безындуктивных резисторов для высокочастотных цепей
Обмотки импульсных трансформаторов
Катушки в импульсных источниках питания
Подавление обратной ЭДС в реле и электромагнитах
Создание LC-контуров с распределенными параметрами
Накопители электромагнитной энергии

Тесла использовал бифилярные катушки в своих высокочастотных генераторах и системах беспроводной передачи энергии. Они позволяли создавать компактные контуры с большой емкостью без применения отдельных конденсаторов.

Преимущества бифилярной намотки

Бифилярный способ намотки катушек обладает рядом важных преимуществ:

Возможность получения очень низкой индуктивности
Высокая собственная емкость катушки
Компактность конструкции
Снижение паразитных эффектов на высоких частотах
Возможность управления параметрами катушки
Эффективное использование материала провода

Эти особенности делают бифилярные катушки незаменимыми во многих современных электронных устройствах, особенно высокочастотных.

Разновидности бифилярных катушек

Помимо классической цилиндрической конструкции, существуют другие варианты бифилярных катушек:

Плоские спиральные бифилярные катушки
Тороидальные бифилярные катушки

Многослойные бифилярные катушки
Бифилярные катушки на ферритовых сердечниках

Выбор конкретной конструкции зависит от требуемых параметров и области применения катушки.

Расчет параметров бифилярной катушки

При проектировании бифилярных катушек необходимо учитывать следующие основные параметры:

Индуктивность катушки
Собственная емкость
Активное сопротивление обмоток
Резонансная частота
Добротность

Расчет этих параметров производится с учетом геометрии катушки, свойств материалов и особенностей бифилярной намотки. Для точных расчетов применяются специальные компьютерные программы моделирования.

Изготовление бифилярных катушек

Процесс изготовления бифилярной катушки включает следующие основные этапы:

Подготовка каркаса катушки
Выбор и подготовка провода для обмоток
Намотка двух параллельных проводов на каркас
Изоляция витков и слоев обмотки
Соединение концов обмоток согласно выбранной схеме

Проверка параметров готовой катушки

При намотке важно обеспечить равномерность укладки витков и надежную изоляцию между обмотками. Для автоматизации процесса применяются специальные намоточные станки.

Применение бифилярных катушек в современной технике

Сегодня бифилярные катушки Тесла нашли широкое применение в различных областях:

Импульсные блоки питания
Высокочастотные генераторы
Радиопередающие устройства
Системы беспроводной передачи энергии
Медицинская техника
Измерительные приборы

Их использование позволяет создавать более компактные и эффективные электронные устройства. Бифилярная намотка остается востребованной и в современных разработках.

Бифилярная катушка Тесла | Катушка Мишина и генератор синуса

Впервые бифилярная катушка Тесла упоминается в патенте под номером 512340. Патент был зарегистрирован в США в 1894 г. на имя Николы Тесла. Слово «бифилярный» в переводе означает «заполненный двумя» или «двойной». В такой катушке Тесла использовал намотку из двух проводов, которые располагались параллельными рядами, изолированным друг от друга.

Кроме того, в патенте была представлена бифилярная катушка Тесла плоской формы. Такие плоские катушки индуктивности по сравнению с «обычными» катушками, намотанными традиционным способом, сильно отличаются по своим свойствам.

Устройство бифиляра

Бифилярная катушка Тесла изготовлена в виде плоской спирали или соленоида. Бифиляр, в отличии от обычной катушки, имеет 4 выхода. Так как катушка наматывается двумя проводами, то получаются 2 выхода в середине катушки и 2 с краю. В отличии от обычной катушки, имеющий всего 2 выхода — один изнутри, а другой снаружи.

Намотка может быть последовательной и параллельной. Соединение проводов в катушке также возможно как последовательное, так и параллельное. Отсюда возникает 4 возможные варианта использования катушек:

Параллельное соединение:

Намотка проводов последовательная
Намотка проводов параллельная

Последовательное соединение:

Намотка последовательная
Намотка параллельная

В бифиляре Теслы соединение производится с началом нечетных витков с концом чётных. Это позволяет сильно увеличить добротность и плотность намотки. Такое устройство бифиляра Тесла определяет его уникальные свойства.

Иногда это устройство путают с трансформатором Тесла, Но трансформатор Тесла, который ещё называют катушкой Тесла, не изготавливается методом бифиляра. Подробнее о нём можно прочитать в этой статье.

Свойства бифилярной катушки Тесла

Бифилярная катушка Теслы была изобретена с целью увеличения собственной ёмкости, чтобы была возможно передавать большую мощность электрического тока. Целью изобретения Теслы было избавиться от применения дополнительных конденсаторов в приборах. Они применялись для нейтрализации самоиндукции, которая возникает в катушках и проводниках.

Изобретение бифилярной катушки Теслы позволило добиться нужного эффекта. Изготовленные по такой технологии катушки не обладают самоиндукцией. Кроме того, емкость такой катушки, полученная в результате такой конструкции, распределяется равномерно. И изменяя форму катушек и их размер, можно легко изменять полученную емкость.

Эти свойства бифиляра было впоследствии применены Александром Мишиным, который разработал свой прибор на основе этой технологии Теслы. Про катушку Мишина можно прочитать в этой статье.

katushkamishina.ru

Электромагнитная индукция ч.3. Н. Тесла и его загадки

Один из ранних патентов Николы Тесла описывает новый способ намотки катушек. Этот способ он назвал бифилярной намоткой, т.к. катушка мотается сразу двумя параллельными проводами и считал эту намотку очень важным изобретением:

«Бифилярная катушка — электромагнитная катушка, которая содержит две близко расположенных, параллельных обмотки.
Есть четыре типа бифилярно намотанных катушек:
1. параллельная намотка, последовательное соединение;
2. параллельная намотка, параллельное соединение;
3. встречно намотанная катушка, последовательное соединение;
4. встречно намотанная катушка, параллельное соединение.
Некоторые бифилярные катушки намотаны так, что ток в обеих обмотках течёт в одном и том же направлении. Магнитное поле, созданное одной обмоткой складывается с созданным другой, приводя к большему общему магнитному полю. В других — витки расположены так, чтобы ток протекал в противоположных направлениях. Поэтому магнитное поле, созданное одной обмоткой равно и направлено противоположно созданному другой, приводя к общему магнитному полю равному нулю. Это означает, что коэффициент самоиндукции катушки — ноль».

На рисунке выше изображена катушка первого вида и в ней магнитные поля обмоток складываются. Тесла указывал на то, что магнитное поле такой катушки намного больше, чем у обычной.
Вот так выглядит катушка с нулевой самоиндукцией (второй вид):

Любому специалисту по одному её виду становится сразу понятно, что в такой катушке не может появиться индукционный ток, т.к. он будет направлен в обоих проводах в одну сторону и на концах проводов никакой разности потенциалов не будет. Такая катушка будет только греться, но никакой энергии не выдаст. Два оставшихся вида намотки – это частные случаи двух первых и особого интереса не представляют.

Т.к. безындукционная намотка слишком наглядна, то все известные мне изобретатели вечных двигателей сконцентрировались на первом виде намотки, дающем большое магнитное поле. Однако мне долго не давало покоя совершенно не понятное описание катушки в патенте. Вот этот текст:

«Я выяснил, что в каждой катушке существуют определённые взаимоотношения между её самоиндукцией и ёмкостью, что позволяет току данной частоты и потенциала проходить через неё с омическим сопротивлением (DL : здесь Тесла имеет в виду исчезновение реактивного сопротивления) или, другими словами, как если она работает без самоиндукции. Это происходит в результате взаимоотношений между характером тока и самоиндукцией и ёмкостью катушки, т.е. количество последнего достаточно для нейтрализации самоиндукции для данной частоты. Известно, что чем выше частота или разность потенциалов тока, тем меньше ёмкость требуется для нейтрализации самоиндукции, поэтому в любой катушке, особенно небольшой ёмкости, можно достичь поставленных целей, если добиться нужных условий».

И в конце что-то вроде предупреждения:

«Применяя моё изобретение, специалисты в этой области должны хорошо понимать зависимость между понятиями ёмкость, самоиндукция, частота и разность потенциалов тока. Также как и понимать какая ёмкость достигается и какая намотка должна иметь место для каждого конкретного случая».

Действительно, у каждой катушки есть ещё и своя небольшая ёмкость, которая скорее создаёт дополнительные проблемы, чем помогает их решить. К тому же, никто не делает конденсаторы из провода. В общем, стало понятно только то, что патент серьёзно правили и не оставили в нём самой главной информации, до которой, без глубокого понимания процесса, дойти невозможно.

Возможно, что на этом всё и закончилось бы, но мне взбрело в голову намотать катушку первого вида, чтобы проверить, на сколько сильнее магнитное поле она создаст, по сравнению с обычным электромагнитом.

Я нашёл катушку от старого реле длиной 5 см и с сопротивлением обмотки 300 Ом. При подаче на неё постоянного напряжения в 12 В контакты немного искрили и к сердечнику притягивалась железная шайба. Не очень сильно, но наглядно. Ток в цепи был около 40 мА, что соответствует закону Ома.

Т.к. катушка Тесла рассчитана на переменный ток, не подразумевает размещение нескольких дисков из обмоток рядом, а намотка проводом имела бы очень низкое сопротивление и просто сгорела бы от постоянного напряжения, я решил увеличить площадь сечения провода и намотал около 40-50 витков фольгой из старого электролитического конденсатора (очень сложно было ровно мотать сразу два слоя фольги с бумажными изоляторами, поэтому витки не считал). Соединил я обмотки по первому виду. Получилась катушка такой же длины, в два раза толще и с суммарным сопротивлением 7 Ом. По закону Ома ток в такой катушке должен был быть чуть меньше 2 А и фольга при подключении если и не сгорит сразу, то может сильно нагреться.

Однако, меня ждал сюрприз. При подключении питания была чуть заметная искра, а железная шайба даже не шелохнулась. Я сначала решил, что сработала защита от короткого замыкания, но оказалось, что нет. Тогда я померял сопротивление катушки и просто не поверил прибору: оно постоянно менялось от 1-2 Ом до 700 Ом и полного разрыва цепи. Пришлось вскрывать изоляцию катушки и мерять сопротивление каждой обмотки отдельно. Тут всё было в полном порядке: 3 и 4 Ома. Однако сопротивление всей цепи так и прыгало дальше. Вот тут-то я и вспомнил про текст из патента и какие-то упоминания про увеличенную ёмкость такого вида катушек. Я померял ёмкость своей катушки и прибор показал ровно 30 мкФ! Это при том, что обе обмотки соединены вместе!

Тогда я подключил питание, что бы померять ток и оказалось, что ток через неё практически не проходит (нужно будет проситься к товарищу с осциллографом и более точными приборами). Железная шайба не притягивалась вообще и магнитного поля я не обнаружил. Это было странно хотя бы потому, что все пишут про значительное увеличение магнитного поля.

После этого, раз это наполовину конденсатор, я стал мерять напряжение на отключенной катушке. Тут возникла ещё одна загадка: я ожидал, что напряжение будет порядка нескольких вольт и постепенно падать, как на обычном конденсаторе, а оказалось, что оно тоже постоянно колеблется, причём в бОльшую сторону. Сразу после отключения питания я увидел на контактах 0.5 В и оно начало расти до 0.8 В. Когда катушка пролежала сутки на контактах всё равно было остаточное напряжение в 0.2 В, которое в ходе измерения достаточно быстро опять доросло до 0.8 В. Это не так много, но тут дело в том, что катушка никак не хочет разряжаться. Даже после короткого замыкания она довольно быстро набирает свои 0.8 В. Возможно, это наводка от радиоволн, но на обычной катушке от реле, у которой витков раз в 30 больше ничего такого не наблюдается. Буду разбираться. Зато про намотку бифилярной катушки лентой и её свойствах я нигде упоминаний не нашёл, так что возможно буду первооткрывателем 🙂

С другой стороны, это ведь элементарно! Если Тесла хотел создать катушку с большой ёмкостью, то он просто обязан был делать её из ленты, как и конденсаторы, а не из провода. К тому же, он постоянно писал, что его катушка позволяет накапливать в себе намного больше энергии. Именно накапливать. Почему об этом не сохранилось никакой информации? Получается, что он создал LC колебательный контур без отдельных конденсаторов. Всё в одном устройстве!

Теперь становится немного понятнее, каким образом эта энергия накапливалась в катушке: ток индукции был в магнитном поле, а ток самоиндукции накапливался в ёмкости между витками. Получается, что Тесла придумал, как зарядить конденсатор сразу от магнитного поля без преобразователей и потерь! На резонансной частоте реактивное сопротивление этой катушки должно падать до нуля, токи складываться, а не мешать друг другу и резко увеличиваться. А т.к. на этой частоте она не будет создавать помех другим катушкам индуктивности, то сможет служить источником энергии и трансформатор опять превратится в генератор.

Всё это буду проверять уже после отпуска, а в следующем посте расскажу про загадки генератора Фарадея.

xteoretegx.livejournal.com

Бифилярная катушка и приспособление для ее намотки.

Бифилярная катушка это электромагнитная катушка, которая содержит две близко расположенных, параллельных обмоток. Обычно, под словом бифиляр подразумевается провод, который состоит из двух изолированных жил. Если жил три, тогда это трифилярная намотка и т.д. Существует четыре типа бифилярных намоток:

параллельная намотка, последовательное соединение;
параллельная намотка, параллельное соединение;
встречно намотанная катушка, последовательное соединение;
встречно намотанная катушка, параллельное соединение.

В технике такого рода намотки применяются например для создания проволочных резисторов с незначительной паразитной индуктивностью, а так же в трансформаторах импульсных источников электропитания. Впервые катушка, намотанная бифилярным способом встречается в патенте Николы Теслы за номером 512 340 от 1894 года. Тесла объясняет, что при использовании катушки для электромагнитов её самоиндукция может быть нежелательна и может быть нейтрализована как с помощью подключения внешнего конденсатора, так и с помощью собственной ёмкости катушки специальной конструкции, которой и посвящён патент. Бифилярная катушка имеет большую собственную ёмкость, чем обычная, таким образом можно сэкономить на стоимости конденсаторов, — говорится в патенте. Следует отметить, что это применение бифилярной катушки отличается от современных. Текст патента приведен ниже:

ПАТЕНТНЫЙ ОФИС СОЕДИНЕННЫХ ШТАТОВ.

НИКОЛА ТЕСЛА, ИЗ НЬЮ-ЙОРКА, Н. Й.

КАТУШКА ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ.

СПЕЦИФИКАЦИЯ, являющаяся частью Патентного Письма №. 512 340 от 9 января 1894 года.

Заявка заполнена 7 июля 1893 года. Серийный № 479 804. (Без модели.)

ПАТЕНТНЫЙ ОФФИС СОЕДИНЕННЫХ ШТАТОВ.

НИКОЛА ТЕСЛА, ИЗ НЬЮ-ЙОРКА, Н. Й.

КАТУШКА ДЛЯ ЭЛЕКТРО-МАГНИТОВ.

СПЕЦИФИКАЦИЯ, являющаяся частью Патентного Письма №. 512 340 от 9 января 1894 года.

Заявка заполнена 7 июля 1893 года. Серийный № 479 804. (Без модели.)

Всем кого это может касаться:

Известно, что я, Никола Тесла, гражданин Соединенных Штатов, проживающий в Нью-Йорке в округе и Штате Нью-Йорк, изобрел определенные новые и полезные Улучшения в Катушках для Электро-Магнитов и других Аппаратов, для которых, последующее является описанием со ссылками на иллюстрации, являющиеся неотъемлемой частью сего.

В электрических аппаратах или системах, в которых используются переменные токи, самоиндукция катушек или проводников может, и фактически, во многих случаях, работает невыгодно, увеличивая паразитные токи, которые часто ведут к уменьшению того, что известно как коммерческая эффективность аппаратов, составляющих систему, или пагубно влияют на другие аспекты.

Известно, что эффекты самоиндукции, упомянутые выше, могут быть нейтрализованы путем пропорционального подбора емкости цепи с учетом самоиндукции и частоты токов. Это делалось до настоящего момента путем использования конденсаторов, применяемых как отдельные элементы.

Мое настоящее изобретение имеет целью избежать использование конденсаторов кои дорогостоящи, громоздки и сложны в обслуживании и сконструировать катушки сами-по-себе способные реализовать ту же конечную цель.

Здесь я бы хотел указать, что под термином «катушки» я прошу понимать спирали, соленоиды или, фактически, любой проводник различные части которого, исходя из требований применения или использования, были приведены в такие взаимоотношения друг-с-другом, которые ощутимо увеличивают самоиндукцию.

Я обнаружил, что в любой катушке существует определенная зависимость между ее самоиндукцией и емкостью, что позволяет току данной частоты и напряжения проходить через нее без сопротивления сверх оммического, или, другими словами, как будто она не обладает никакой самоиндукцией. Это происходит благодаря взаимной зависимости, существующей между особенным характером тока, самоиндукцией и емкостью катушки, последнее, количественно может нейтрализовать самоиндукцию на данной частоте. Хорошо известно, что чем выше частота или разница потенциалов тока, тем меньше емкость, необходимая для нейтрализации самоиндукции; следовательно, небольшая емкость, присутствующая в любой катушке, тем не менее может быть достаточной для достижения означенной цели если прочие условия выполнены. В обычных катушках разность потенциалов между соседними витками или частями спирали очень мала, таким образом, как конденсаторы, они обладают очень маленькой емкостью и отношение между значениями самоиндукции и емкости не достигает уровня, который удовлетворил бы рассматриваемые требования, так как емкость очень мала по сравнению с самоиндукцией.

Для того, чтобы достигнуть моей цели и существенно увеличить емкость любой данной катушки, я намотал ее таким образом, чтобы получить большую разность потенциалов между соседними витками или изгибами, и, так как энергия, запасенная в катушке, рассматривая ее как конденсатор, пропорциональна квадрату разности потениалов соседних витков, очевидно, что я могу таким образом получить значительно большее увеличение емкости при том же увеличении разности потенциалов между витками.

Я проиллюстрировал существо способа, который я применил для этого изобретения в предлагающихся схемах.

Фигура 1 является схемой катушки, намотанной обычном образом. Фиг. 2, является схемой способа намотки, который позволяет достигнуть целей моего изобретения.

Пусть А на Фиг.1, обозначает любую данную катушку состаящую из изолированных друг от друга витков. Пусть выводы этой катушки показывают разницу потенциалов в 100 волт, и что она имеет одну тысячу витков, далее, возьмем любые две соприкасающиеся точки на соседних витках и положим, что между ними будет присутствовать разность потенциалов в одну десятую вольта. Если теперь, как показано на Фиг. 2, проводник B будет намотан паралельно с проводником А и изолирован от него, а конец А будет соединен с начальной точкой B и общая длина двух проводников будет такой, что принятое количество витков в одну тысячу сохранится, то разница потенциалов между любыми двумя соприкасающимися точками на A и B будет пятьдесят вольт и, так как емкостной эффект пропорционален квадрату этой разности, энергия, запасенная во всей катушке теперь будет двести пятьдесят тысяч. Следуя этому принципу, я могу намотать любую данную катушку либо полностью, либо частично не только специфичным образом, здесь проиллюстрированным, но большим разнообразим способов, хорошо известных профессионалам, таким образом, что бы получить такую разность потенциалов между соседними витками, которая даст емкость, достаточную для нейтрализации самоиндукции при любом токе, который может быть задействован. Емкость, полученная таким своеобразным способом, обладает одним дополнительным достоинством: она распределена равномерно, что во многих случаях является важнейшим условием, а эффективность и экономичность достигается быстрее и легче с увеличением размера катушек, разности потенциалов или частоты токов.

Катушки, собранные из отдельных обмоток или проводников, навитых рядом друг с другом и соединенных последовательно, не являются чем-то новым сами по себе и я не буду описывать их более подробно чем здесь это необходимо. Однако, прежде, насколько я знаю, объектами внимания были вещи и результаты существенно отличные от моих, даже, свойства, присущие такой схеме намотки не были рассмотрены или поняты.

Рассматривая мое изобретение, важно понимать, что некоторые факты уже хорошо известны мастерам своего дела, а именно, отношения между емкостью, самоиндукцией, частотой и разницей потениалов тока. Поэтому, какую емкость необходимо получить в каждом конкретном случае и какая специальная схема намотки позволит достичь ее, может быть определено из других, уже хорошо известных соображений.

То, что я заявляю, как свое изобретение, это:

Катушка для электрических машин, сопредельные витки которой формируют части цепи между которыми существует разность потениалов, достаточная для получения в катушке емкости, способной нейтрализовать самоиндукцию, как описано выше.
Катушка, составленная из соприкасающихся изолированных проводников, электрически соединенных последовательно и имеющих такую разность потенциалов, которая достаточна для появления в катушке, как целом, емкости, достаточной для нейтрализации ее самоиндукции, как было изложено.

Никола Тесла

Свидетели:

Роберт Ф. Гейлорд,

Паркер У. Пэйдж

Такой способ намотки катушки создает суммарную емкость между витками намного выше, чем при обычной намотке. По идее электрическая емкость катушки остается той же самой, но ввиду того, что межвитковое напряжение получается выше, чем при обычной намотке – реактивного сопротивление на высокой частоте уменьшается, а емкость увеличивается. Никола Тесла использовал бифилярные катушки с целью придания цепям большей собственной емкости, и таким путем избегал применения дорогостоящих конденсаторов. В своих лекциях ученый упоминал бифилярные катушки именно как инструмент повышения собственной емкости зарядных и рабочих цепей различного высокочастотного оборудования высокого напряжения, которое он разрабатывал как для питания эффективных источников света, так и для передачи энергии на расстояние без проводов.

Для того, чтобы сделать самостоятельно плоскую бифилярную намотку – предлагаю воспользоваться простым приспособлением. Для изготовления приспособления потребуется лист фанеры толщиной 10мм или менее, с размерами не менее 200 х 100мм. Разрежем фанеру пополам и из одной половины выпилим круг, диаметром 70мм. У второй половины срежем по дуге одну из сторон с радиусом в 30мм. Нарисуем на круге центр и сделаем 8 отрезков от центра к периферии с шагом угла 45 градусов. На расстоянии 20 мм и 60 мм от центра круга разметим и высверлим отверстия 8мм диаметром и соединим их пропилами. На второй детали высверливаем отверстие под винт М5. Так же я использовал деревянный брусок в качестве основания для приспособления, а так же для крепления струбцинами к столу во время намотки. Круг следует закрепить в патроне дрели и тщательно отшлифовать его наждачной бумагой разной зернистости для предотвращения повреждения или спутывания провода. Так же следует подготовить несколько дисков из плотной бумаги или пластика для вставки между двумя половинами фанеры. Толщина этих дисков должна быть равна, либо чуть меньше чем диаметр используемого провода, а диаметр дисков должен составлять не менее 20 мм.

Чтобы намотать бифилярную катушку, следует соединить две половины приспособления винтом с гайкой, не забывая установить заранее прокладку. Далее, свернутый пополам провод следует пропустить в любую из прорезей круга и стянуть приспособление гайкой. Затем выполняем намотку в любую сторону двумя проводами. Следует отметить, что круг должен иметь фаску, чтобы провод было удобнее вкладывать между двумя половинами приспособления. После окончания намотки временно фиксируем провод на основании скотчем. Далее берем клей, либо полоски скотча шириной не более 8мм (чтобы он смог пройти через прорези) и фиксируем катушку скотчем через 8 прорезей круга. После этого разбираем приспособление и аккуратно извлекаем катушку. Далее ее следует наклеить используя двухсторонний скотч или клей на любую гладкую и диэлектрическую поверхность.

konvenat.ru

Бифилярная катушка — это… Что такое Бифилярная катушка?

Бифилярная катушка — электромагнитная катушка, которая содержит две близко расположенных, параллельных обмотки. Если используются три изолированных провода, используется термин «трифилярная катушка».

В технике, слово «бифиляр» описывает провод, который сделан из двух изолированных жил. Оно обычно используется, чтобы обозначить специальные типы провода для обмоток трансформаторов. Бифилярный провод, обычно, представляет собой цветные эмалированные провода, соединённые вместе.

Описание и применение

Бифилярная намотка, не обладающая индуктивностью

Есть четыре типа бифилярно намотанных катушек:

параллельная намотка, последовательное соединение;
параллельная намотка, параллельное соединение;
встречно намотанная катушка, последовательное соединение;
встречно намотанная катушка, параллельное соединение.

Некоторые бифилярные катушки намотаны так, что ток в обеих катушках течёт в одном и том же направлении. Магнитное поле, созданное одной обмоткой складывается с созданным другой, приводя к большему общему магнитному полю. В других — витки расположены так, чтобы ток тёк в противоположных направлениях. Поэтому магнитное поле, созданное одной обмоткой равно и направлено противоположно созданному другой, приводя к общему магнитному полю равному нулю. Это означает, что коэффициент самоиндукции катушки — ноль.

Бифилярная катушка (чаще называемая бифилярной обмоткой) используется в современной электротехнике как способ создания проволочного резистора с незначительной паразитной индуктивностью.

Другой тип бифилярной катушки применяется в обмотках некоторых реле и трансформаторов, используемых в импульсных источниках электропитания, чтобы подавить обратную ЭДС. В этом случае, две обмотки близко расположены и намотаны параллельно, но электрически изолированы друг от друга. Основная обмотка управляет реле, а вспомогательная замкнута накоротко внутри корпуса. Когда ток через первичную обмотку прерывается, как случается, когда реле отключается, большая часть магнитной энергии поглощается вспомогательной обмоткой и превращается в тепло на её внутреннем сопротивлении. Это — только одни из нескольких методов поглощения энергии от катушки для защиты устройства (обычно полупроводникового, уязвимого к скачкам напряжения), которое управляет реле. Главное неудобство этого метода состоит в том, что он сильно увеличивает время переключения реле.

При применении в импульсном трансформаторе, одна обмотка бифилярной катушки используется как способ рассеяния энергии, запасенной в магнитном потоке. Из-за их близости, обе обмотки катушки пронизывает один и тот же магнитный поток. Один провод заземлен, обычно через диод, так, что, когда на другом, основном, проводе бифилярной катушки отключается напряжение, магнитный поток создаёт ток через вспомогательную (ограничивающую) обмотку. Напряжение на этой обмотке равно падению напряжения на диоде (в прямом направлении) и равное напряжение появляется на основной обмотке. Если бы ограничивающая обмотка не использовалась, то паразитный магнитный поток попытался бы индуцировать ток в основной обмотке. Так как эта обмотка отключена, и коммутационный транзистор находится в закрытом состоянии, высокое напряжение, которое появилось бы на полупроводниковом коммутационном транзисторе, могло бы превысить его пробивное напряжение и повредить его.

История

Бифилярная катушка упоминается Николой Тесла в патенте Соединенных Штатов под номером U.S. Patent 512 340 1894 года. Тесла объясняет, что в некоторых применениях (которые он не указывает) коэффициент самоиндукции обычной катушки является нежелательным и должен быть нейтрализован с помощью подключения внешнего конденсатора. Бифилярная катушка имеет бо́льшую собственную ёмкость, чем обычная, таким образом, можно сэкономить на стоимости конденсаторов. Следует отметить, что это применение бифилярной катушки отличается от современных. Является неплохим частотным фильтром. Если рассчитывать частоту, исходя из длины провода можно найти резонансную частоту, на которой сопротивление бифилярной катушки максимально.

dic.academic.ru

Патент US 512340. Плоская бифилярная (в два провода) катушка для создания мощных электромагнитов — Патенты

Патент US 512340

Сегодня мы рассмотрим один из ранних патентов Николы Тесла, — плоскую бифилярную (в два провода) катушку для создания, как указано в названии патента, мощных электромагнитов.

Патент этот я выбрал по нескольким причинам. Очень многие, не понимая сути изобретения, часто бросают реплику «попробуй использовать бифилярки Теслы, — получишь хороший прирост КПД в своих устройствах». Причём, люди эти, даже отдалённо не предполагают, почему, собственно, такой способ намотки, вдруг, делает катушку более эффективной. Ведь, если приглядеться, то становится понятно, что ток направлен всегда в одну сторону (например, по часовой стрелке) во всех витках, — и чётных, относящихся к одной намотке, и не чётных, относящихся ко второй,.. то есть, точно так же, как и в плоской катушке с намоткой в один провод. И магнитное поле, возникающее в любом произвольном витке, точно так же мешает движению зарядов (тока) в следующем витке, как это происходит и в простой катушке. Более того, индуктивные бифилярки Теслы часто путают с неиндуктивными бифилярками Купера, в которых ток в произвольно выбранных двух соседних витках течёт в разных направлениях (и которые, по сути, являются статическими усилителями мощности и рождают ряд аномалий, в том числе и антигравитационные эффекты). Тогда же рождается параллельный вопрос, — если намотка в два провода улучшает параметры катушки, то почему бы ни намотать в три, четыре… провода, т.е. сделать трифилярную, квадрофилярную и т.д. катушку, и не увеличить этот положительный эффект ?

Отгадка приходит, как ни странно, с русским переводом самого патента. Всё дело в разнице потенциалов в двух соседних витках. Тесла подробно исследовал процесс индукции и самоиндукции, а так же потери, возникающие в катушках. Он выяснил, что если очень сильно повысить ёмкость катушки, то для данной частоты тока, понижается сопротивление в витках и эффект самоиндукции стремительно падает. Подробнее об этих соотношениях читайте в патенте.

Здесь на рисунке : верхняя кривая, — это величина, запасаемой энергии в бифилярной катушке Теслы, а нижняя кривая, — величина энергии в обычной плоской катушке, намотанной в один провод (опыт проведён в условиях резонанса).

Также многие не догадываются, что катушка эта разрабатывалась Теслой исключительно для условий резонанса (последовательный LС-контур, резонанс напряжений), и в обычном виде он её не использовал (точнее — использовал, но об этом, как нибудь в другой раз). В резонансе на концах индуктивности (катушки) появляется потенциал гораздо более мощный, чем внешний управляющий сигнал контура (подаваемое напряжение). Но снять напрямую его от туда нельзя. При подключении нагрузки соотношение L и C резонансного контура нарушается (уменьшается индуктивность) и система выходит из резонанса. Сам Тесла (в свой ранний творческий период) и не ставил такой цели. Поэтому, название патента очень хорошо отражает суть изобретения.

В более поздний период Тесла, конечно же, возжелал отобрать эту колоссальную, появляющуюся в катушке мощность (энергию свободных вибраций). Здесь нам на руку играет тот факт, что катушка индуктивная. Т.е. её можно использовать в качестве одной из обмоток трансформатора. Если сделать трансформатор с асимметричной взаимоиндукцией первичной и вторичной обмотки, то можно на вторичную повесить нагрузку и наслаждаться халявой. Если нагрузка имеет статический характер (например, лампочка), то всё на порядок упрощается, — в этом случае, даже трансформатор не обязателен. Главное — всё точно рассчитать. А теперь, собственно, сам патент :

Тому, кого это может касаться.

Да будет известно, что я, Никола Тесла, гражданин США, проживающий в Нью-Йорке изобрёл полезное усовершенствование в катушках для электромагнитов и других аппаратов, которое ниже описано в сопровождении рисунков. В электромеханических аппаратах и системах переменного тока самоиндукционные катушки или проводники могут во многих случаях работать с потерями, что известно, как промышленная эффективность, и что приносит вред в различных аспектах. Эффект самоиндукции упомянутый выше, может быть нейтрализован ёмкостью тока определённой степени в соответствии с самоиндуктивностью и частотой тока. Это достигается использованием конденсаторов, собранных и применяемых как отдельный инструмент.

Моё это изобретение имеет целью изготовить катушки совершенными и избежать вовлечение конденсаторов, которые дорогие, громоздкие и труднорегулируемые. Я заявляю, что в термин «катушка» я включаю понятия соленоиды или любые проводники различные части которых находятся во взаимоотношениях друг с другом и фактически повышают самоиндукцию.

Я выяснил, что в каждой катушке существуют определённые взаимоотношения между её самоиндукцией и ёмкостью, что позволяет току данной частоты и потенциала проходить через неё с омическим сопротивлением (DL : здесь Тесла имеет в виду исчезновение реактивного сопротивления) или, другими словами, как если она работает без самоиндукции. Это происходит в результате взаимоотношений между характером тока и самоиндукцией и ёмкостью катушки, т.е. количество последнего достаточно для нейтрализации самоиндукции для данной частоты. Известно, что чем выше частота или разность потенциалов тока, тем меньше ёмкость требуется для нейтрализации самоиндукции, поэтому в любой катушке, особенно небольшой ёмкости, можно достичь поставленных целей, если добиться нужных условий.

В обычных катушках разность потенциалов между витками или спиралями очень маленькая, поэтому пока они во взаимодействии с конденсаторами, они несут очень небольшую ёмкость и взаимоотношения между самоиндукцией и ёмкостью не такие, как при обычном состоянии, удовлетворяющем рассмотренным требованиям где ёмкость очень мала относительно самоиндукции.

Для достижения цели увеличения ёмкости любой катушки, я наматываю её таким образом, чтобы обеспечить наибольшую разность потенциалов между соседними витками, а поскольку энергия хранящаяся в катушке (считаем, как в конденсаторе) пропорциональна квадрату разности потенциалов между витками, то становится понятно, что я могу таким образом, посредством определённого расположения витков, достичь увеличение ёмкости.

Я изобразил в приложении чертёж, в соответствии с которым осуществил это изобретение.

Рис.1 — схема катушки, намотанной обычным способом. Рис.2 — схема катушки намотанной согласно изобретения.

Пусть -А- на Рис.1 обозначает любую катушку спиралей или витков, из которых она намотана и которые изолированы друг от друга. Предположим, что концы этой катушки показывают разность потенциалов 100 В и что она содержит 1000 витков. Тогда очевидно, что существует разность потенциалов в одну десятую вольта между двумя любыми смежными точками на соседних витках.

Если теперь, как показано на Рис. 2, проводник -В- намотан параллельно проводнику -А- и изолирован от него, а конец -А- будет соединён с началом проводника -В-, тогда длина собранных вместе проводников будет такая же и число витков тоже самое (1000). И тогда разность потенциалов между любыми двумя точками проводников -А- и -В- будет 50 В, а т.к. ёмкостный эффект пропорционален квадрату этой разности, то энергия скопившаяся в катушке будет теперь в 250000 раз больше !

Следуя этому принципу теперь я могу намотать любое количество катушек, не только описанным выше путём, но любым другим известным способом но так, чтобы обеспечить такую разность потенциалов между соседними витками, которая обеспечит необходимую ёмкость чтобы нейтрализовать самоиндукцию для любого тока, который может иметь место. Емкость полученная таким образом имеет дополнительное преимущество в том, что распределяется равномерно, что является наиболее важным в большинстве случаев. И как результат, оба параметра, — эффективность и экономия, легче достигаются тогда, если размер катушек, разность потенциалов и частота тока увеличиваются.

Катушки, состоящие из проводников в изоляторе и намотанные виток к витку и соединённые последовательно не являются новыми, и я не уделяю особого внимания для их описания. Однако, на что я обращаю внимание это то, что намотки другими способами могут привести к другим результатам.

Применяя моё изобретение, специалисты в этой области должны хорошо понимать зависимость между понятиями ёмкость, самоиндукция, частота и разность потенциалов тока. Также как и понимать какая ёмкость достигается и какая намотка должна иметь место для каждого конкретного случая.

Я заявляю в своём изобретении:

1. Катушка для электрического аппарата, состоит из витков, которые образуют часть цепи и между которыми существует разность потенциалов, достаточная для обеспечения ёмкости в катушке способной нейтрализовать самоиндукцию, как было описано.

2. Катушка, состоящая их изолированных проводников, соединённых последовательно имеет такую разность потенциалов, чтобы создать в целой катушке достаточную ёмкость для нейтрализации её самоиндукции.

ntesla.at.ua

Медленные магнитные волны в бифилярной катушке Тесла

В этом приложении приводится исследование бифилярной катушки Тесла из патента US512340 [1] на предмет распределения магнитного поля, при условии возникновения в ней медленных магнитных волн (ММВ). Схема возбуждения такой катушки классическая: ключ на mosfet-транзисторе управляется через драйвер и выступает в роли коммутатора напряжения питания, а управляющие импульсы подаются на последний с любого генератора. Пример схемы. Наблюдение ведётся на одной из плоскостей катушки. На второй — наблюдается аналогичная картина, но с противоположными знаками.

Рис.1. Бифилярная катушка Тесла из патента US 512340

Рис.2. Распределение пучностей продольной и поперечной составляющей МП в бифилярной катушке (сечение C-C)

Распределение магнитного поля в бифилярной катушке Тесла отличается от аналогичного — в обычной катушке. Но здесь мы можем наблюдать и некоторое сходство: параллельная составляющая магнитного поля H представляет собой полно волновое распределение, а перпендикулярная составляющая H_⊥ — полуволновое. Эти исследования проводились с катушкой, намотанной медным проводником. С ферромагнитным проводом картина может немного отличаться.

Следующая бифилярная катушка, которую мы будем исследовать, намотана парным проводом. Эти пары образуют две плоскости, наложенные одна на другую (два блина). Их соединение такое же, как и на рисунке 1: конец первой пары соединяется с началом второй. Картина распределения МП отражена на рисунке 4 и почти не отличается от рисунка 2, за исключением более выпуклого центра на графике перпендикулярной составляющей МП. По всей видимости, совмещение нескольких бифилярных катушек усиливает неравномерность распределения магнитного поля.

Рис.3. Бифилярная катушка из двух блинов

Рис.4. Распределение пучностей продольной и поперечной составляющей МП в бифилярной катушке из двух блинов

gorchilin.com

Катушка тесла (Трансформатор) самостоятельная сборка собственными силами

Для тех, кому не терпится соорудить нечто необычное, что поразит окружающих, и сделать это своими руками – трансформатор Тесла будет идеальным вариантом. Процесс конструирования увлекает, а сочетание сразу нескольких физических эффектов в одном относительно простом устройстве приводит в восторг и любителей, и профессионалов.

Несмотря на простоту устройства, смастерить теслу не так уж просто. Принцип трансформатора основан на катушках: первичка с малым количеством витков, которая создает искровой контур, и вторичная обмотка, представляющая собою прямую катушку провода. Резонанс частот колебания обмоток вызывает высокое переменное напряжение между двумя концами катушки.

В статье расскажем подробнее, что из себя представляет этот прибор и как можно его собрать своими руками. В качестве бонуса в конце статьи добавлен интересный видеоматериал о трансформаторах Тесла и учебный материал “Способы определения параметров трансформатора Тесла” В. А. Колчановой.

Так выглядит Тесла в действии.

Как правильно называть 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:

Трансформатор Тесла.
Катушка Тесла.
Тесла.

Также существуют сленговые названия трансформатора Тесла, некоторые из них:

Катуха (Котуха).
Койл.

Часто трансформатор называют его типом – СГТЦ, ССТЦ и так далее.

Катушка тесла (Трансформатор) самостоятельная сборка собственными силами

Имя Тесла не склоняется, то есть грамматически не верно говорить: “Трансформатор Теслы”, хотя, если вы так скажите, все вас поймут.

Принцип работы

Трансформатор Тесла состоит из двух обмоток – 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.

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.

Простая схема работы катушки тесла.

Интересный материал для прочтения: факты о понижающих трансформаторах.

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.

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 качели – это ток 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 качелей 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 ситуацию, 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. 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 качелей (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. Кратко о принципе работы трансформатора можно посмотреть в видеоролике.

Основные виды катушек

Самодельная катушка 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 английских аббревиатур. Если название необходимо сказать на русском языке, английские аббревиатуры просто говорят русскими буквами без перевода. Самые распространенные типы катушек тесла рассмотрим ниже.

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).