Как правильно намотать катушку тесла: Как изготовить простую катушку Тесла в домашних условиях

Катушка Тесла своими руками | RadioLaba.ru

Первый раз о катушке Тесла я услышал от сокурсника, после чего загорелся желанием соорудить эту конструкцию. И вот в течение 2-х лет с перерывами, я постепенно строил и модернизировал свой вариант катушки, и получил вполне неплохие результаты, максимальная длина разрядов составила 2 метра.

Для тех, кто первый раз слышит о катушке Тесла, я ранее публиковал статью где можно ознакомиться с принципом работы катушки Тесла.

Как и большинство тесластроителей, первым делом я начал изготавливать вторичную обмотку. Перед этим конечно я прикинул и посчитал будущие размеры и параметры катушки. Желаемая длина разрядов на тот момент составляла не менее 1 метра, исходя из рабочих конструкций, примерный диаметр вторичной обмотки лежал в пределах 10-14 см. Многие мотали вторичку на серых канализационных трубах диаметром 11 см, но меня не устроил диаметр, поэтому я склеил трубу высотой 84 см, и диаметром 13 см из ватманов формата А1 с помощью эпоксидного клея. Из-за отсутствия нормального обмоточного провода, пришлось мотать обмотку из 3 кусков провода различного диаметра 0,5-0,65 мм, хотя на работоспособность это никак не влияет, в итоге с виду обмотка получилась разноцветной. Количество витков равно примерно 1420, с точки зрения оптимальности это конечно многовато, желательно не превышать значение в 1000 витков. Высота намотки составила 80 см (диаметр/высота=13/80~1/6), то есть это соответствует крайней границе оптимального соотношения диаметра к высоте обмотки. Для улучшения электрической и механической прочности вторичка была покрыта эпоксидным клеем в один слой.

Тор стандартный, сделан из гофрированной алюминиевой трубы диаметром 13 см. Внутренний диаметр равен 17см, внешний 45 см.

Первичная обмотка в моем варианте плоская, большинство же делают ее конической для большего коэффициента связи. Обмотка выполнена из медного провода прямоугольного сечения 4х6 мм, и состоит из 11 витков, хотя лучшим вариантом было бы применение полой медной трубки.

Для изготовления конденсаторной сборки (ММС) я приобрел конденсаторы КВИ-3 3300 пФ 10 кВ, этот тип конденсаторов очень часто применялся тесластроителями. Сборка представляла собой 24 конденсатора, соединенных параллельно при помощи двух алюминиевых пластин, итоговая емкость ММС составила около 80 нФ, а номинальное напряжение сборки соответственно 10 кВ.

Основой вращающегося разрядника (RSG) стал коллекторный двигатель ЭК-10-1А, 220В, 8000об/мин, мощностью 90Вт, который использовался в стоматологической бормашине. На диск из изоляционного материала, установлено 6 болтов М8, статические электроды выполнены из таких же болтов, ось диска установлена на 2-х подшипниках. Вращающий момент от двигателя к диску передается через резиновый пассик. Дополнительно к RSG приделал регулятор скорости, позволяющий регулировать частоту коммутаций (BPS) от 0 до 800 Гц.

В качестве источника питания среди тесластроителей очень популярны высоковольтные трансформаторы от СВЧ печей (МОТы), практически каждый начинающий использует именно их. У меня тогда не было возможности приобрести такие трансформаторы, но зато у меня завалялся относительно большой Ш-образный магнитопровод от рентгеновского высоковольтного трансформатора, и я решил намотать трансформатор вручную. Площадь сечения стержня и окна магнитопровода равны соответственно Sc=21,7 см2 и So=130 см2, размеры окна 25х5,2см.
При изготовлении высоковольтных трансформаторов особое внимание надо уделять качеству межслойной изоляции. Электрическая прочность изоляции должна быть в 3-5 раз выше межслойного напряжения. В МОТ-ах например, в целях экономии изоляция отсутствует, высоковольтная обмотка просто пропитана лаком, хотя намотана аккуратно виток к витку, тем самым ни о какой надежности речи быть не может, в любой момент может произойти электрический пробой обмотки. В промышленных высоковольтных трансформаторах мощностью от 1 кВт и напряжением от 6,3 кВ (типа ОМ, ОЛ, ОМП, ОМГ) в качестве межслойной изоляции применяется трансформаторная бумага, а сам трансформатор погружают в бак с маслом, которое обладает высокой электропрочностью более 24 кВ/мм.
При изготовлении воздушного трансформатора электропрочность бумаги будет недостаточна, даже если пропитать бумагу парафином, вероятность пробоя относительно высока. Неплохое решение предложил один из тесластроителей, в качестве изоляции он использовал пленку для ламинирования, в процессе испытания выяснилось, что пленка обладает высокой электропрочностью и не плавится при высокой температуре. Я не стал применять эту пленку из-за дороговизны, в качестве альтернативы я использовал файлы вкладыши для бумаги формата А4, они также обладают хорошей электропрочностью, и не плавятся под горячим потоком воздуха от фена. Межслойная изоляция в моем варианте представляла собой 2 файла вкладыша и один слой обычной принтерной бумаги. При намотке следует делать вынос изоляции по краям обмотки не менее 1 см. После завершения намотки, торцы обмотки залил герметиком, и снаружи обернул линолеумом. Вторичная обмотка содержит ~11780 витков, намотана из разных кусков медного провода с диаметрами 0,37-0,5 мм. Первичная обмотка содержит 417 витков с отводом на 324 витке, намотана из 3 кусков медного провода с диаметрами 2-3 мм. В итоге при подключении полной обмотки к сети (417 витков), выходное напряжение составило 6,2 кВ, при подключении неполной обмотки (324 витков), выходное напряжение равно 8 кВ.

Фильтр низких частот П-образный, в каждом плече два последовательно соединенных конденсатор КВИ-3 4700пФ 5кВ, катушка намотана на картонной трубе диаметром 8см, длина намотки 33см, диаметр провода около 0,4мм.

Также изготовил дроссель для ограничения тока КЗ трансформатора при пробое разрядника. Дроссель был рассчитан на установку последовательно с первичной обмоткой трансформатора, то есть по низковольтной стороне, в то время как все тесластроители ставили дроссели по высоковольтной стороне. Ш-образный магнитопровод дросселя собран из четырех О-образных магнитопроводов от трансформаторов ТС-180. Обмотка намотана толстым проводом с 2-мя отводами, чтобы иметь возможность переключения между различными значениями индуктивности дросселя, и соответственно ограничивать ток на необходимом уровне.

Все элементы катушки установлены на самодельную тумбу, также сделан пульт с длинным кабелем, для удобного управления катушкой на расстоянии. На пульте находится кнопка коммутирующая пускатель, который в свою очередь подключает трансформатор к сети ~220В. Так же на пульте находится переменный резистор регулятора скорости оборотов RSG.

В итоге из катушки удалось выжать разряды длиной ~80 см, как оказалось дроссель не понадобился, при его наличии мощность только уменьшалась, но не возрастала. Мощность трансформатора оказалась ниже расчетной. Первичная обмотка трансформатора находится рядом с вторичной, то есть намотана не по всей длине стержня магнитопровода, из-за чего увеличивается радиус намотки, окно магнитопровода относительно большое по сравнению с сечением стержня, все это приводит к увеличению индуктивности рассеяния, и соответственно к большим потерям энергии.
Конструкция RSG оказалось неудачной, резиновые пассики, передающие крутящий момент на вал с диском постоянно рвались, а также во время работы катушки двигатель начинал бесконтрольно разгоняться, потом уже я выяснил что это происходит из-за электромагнитных наводок в кабеле пульта, экранирующая оплетка которого не была заземлена. Защитный разрядник на ММС также пробивался большую часть времени работы катушки (был выставлен примерно на 10 кВ), в результате чего 5-6 конденсаторов пробились по поверхности, все-таки маловато номинальное напряжение конденсаторной сборки.
Результат мне не понравился, я ожидал увидеть разряды длиной хотя бы 1м.

Чуть позже я изготовил еще одну вторичную обмотку, склеил трубу диаметром 17 см и намотал 870 витков обмоточного провода, высота намотки составила 55 см, обмотку покрыл одним слоем эпоксидного клея. Приделал новый тор с внутренним диаметром 20 см, и внешним 45 см. С этой обмотки удалось выжать разряды длиной ~ 60 см. После этого я больше не стал экспериментировать и приостановил развитие проекта на неопределенный срок.

Через некоторое время я продолжил модернизацию самодельной катушки Тесла

ТЕСЛА: Красиво, но страшно: stomaster — LiveJournal

Немного информации и руководство по сборке;)

Трансформатор Тесла

Возможно это единственное из изобретений Тесла, носящих его имя сегодня. Это — устройство, производящее высокое напряжение при высокой частоте. Оно использовалось Теслой в нескольких размерах и вариациях для его экспериментов. Трансформатор Тесла, также известный как катушка Тесла, используется сегодня в различных применениях в радио и телевидении.

 

Описание

В элементарной форме трансформатор Тесла состоит из двух катушек, первичной и вторичной, при «потере индуктивной связи». Первичная катушка построена из нескольких витков провода большого диаметра и вторичная из многих витков провода меньшего диаметра. В отличие от других трансформаторов, здесь нет никакого ферромагнитного ядра и таким образом взаимоиндукция между двумя катушками маленькая.

В первичной катушке применяются электрические волны высокой интенсивности, разряжая соответствующий конденсор, первоначально заряженный до напряжения несколько киловольт. Процедура осуществляется посредством устройства искрового промежутка. Искровой промежуток настроен так, чтобы стрелять, как только напряжение между конденсорными терминалами достигает определенной величины.

Когда искровой промежуток находится в проводящем состоянии, конденсор и первичная катушка связаны последовательно, таким образом формируя RLC цепь, в которой произведены электрические колебания определенной частоты. Во вторичной катушке, которая также формирует другую RLC цепь, также производятся электрические колебания из-за индукции напряжения. Частоты колебания обоих цепей определены их структурными параметрами.

Самое известное применение Трансформатора теслы — как оружие Советов в серии игр Red Alert 😉

Для надлежащего действия трансформатора две RLC цепи (первичная и вторичная) должны быть в резонансе, то есть их частоты колебаний должны совпасть. Когда это случается, амплитуда колебания во вторичной катушке умножается, и трансформатор производит высокое напряжение на выходе.

Использование трансформатора Тесла

Выходное напряжение трансформатора Тесла может достигать нескольких миллионов вольт. Это напряжение в резонансной частоте способно к созданию внушительных электрических разрядов в воздухе, которые могут иметь длину многих метров, также как и других явлений.

Трансформатор использовался Теслой для генерации и распространения электрических колебаний, направленных на управление устройствами на расстоянии без проводов (телеуправление), беспроволочной связи (радио), и беспроволочной передачи энергии, которые все были им достигнуты. В начале столетия, трансформатор Тесла также нашел популярное использование в медицине. Пациентов обрабатывали высоко частотными токами, способными к путешествию через человеческое тело без вреда оказывая тонизирующее и оздоравливающее влияние.

Катушка Тесла

Немного теории
Катушка Тесла (более правильно называть ее «резонансный трансформатор» или «трансформатор Тесла»)- это катушка особой конфигурации изобретенная Николой Тесла в 1891 . Отличительной чертой является то что она работает в режиме резонанса, что дает по сравнению с обычным трансформатором значительный выигрыш в коэффициенте преобразования. Чаще всего она состоит из вертикально расположенной однослойной вторичной обмотки обмотки, по сути это тонкий медный цилиндр, вокруг которого в нижненей части намотана первичная обмотка. (Рис 1.)

Первичную обмотку делают в виде цилиндра, конуса или спирали. Дальше вспоминаем физику… Так как уединенный цилиндр имеет определенную емкость, которую несложно посчитать (формула) то фактически вторичная обмотка это LC-контур. При этом так как первичная обмотка имеет пренебрежимо малую собственную емкость, то для создания резонанса необходимо паралельно ей включить конденсатор соответствующей емкости. Эту емкость можно рассчитать по соответствующим формулам. Но что бы LC-контур первичной обмотки работал, необходимо замыкать на обмотку заряженную батарею. Чаще всего для этого применяется искровой промежуток, т.е. два оголенных контакта с зазором, через который происходит пробой по воздуху. Альтернативным решением является создание генератора дающего необходимое напряжение требуемой частоты. Тогда первичная обмотка просто подключается к выходам такого генератора. Так чаще делают зарубежом, т.к. для достижения хороших мощностей необходимы дорогие радиодетали. Напряжение питание может быть любым, главное условие — что бы работал искровой промежуток. А если схема выполнена без него, то работать может даже от 9 вольт — вспоминаем популярные последнее время «плазменные шары». В них как раз применяется ВЧ-генератор подключенный к катушке Тесла.

Один из вариантов

В качестве основы можно взять журнал. Свернуть его рулоном и обклеить скотчем для фиксации. Поверх намотать еще несколько листов А4, и тоже скотчем заклеить. Затем с помощью двухстороннего скотча намотать на такой каркас около 800 витков медной трансформаторной проволоки толщиной 0.3 мм. Затем залить поверхность парафином, слой парафина вышел около 5 мм толщиной. Поверх намотать полиэтиленовую пленку для упаковки продуктов, а еще выше вспененый пенополистирол. В итоге вышел симпатичный синий цилиндр с выходами сверху и снизу. Снизу припаять толстый провод что бы заземлять катушку, а сверху оставить просто проволоку. Цилиндр идеально входит в бутылку от Lipton Green Tea 0. 6 литра Поверх бутылки намотать 6 витков аллюминевой проволоки диаметром 2 мм. расстояние между витками около 1 см. Подключение к источнику дает молнии около 4-5 см. Аккуратная настройка (подбор конденсаторов) дает пробой по поверхности около 10 см длинной. Но при этом иногда проплавляется бутылка, и все слои изоляции, включая парафин.))) Можно залить еще парафина, намотать пленку из фторопласта, пролаченую ткань с трансформатора, вставить в керамическую трубку с толщиной стенки 8 мм. Затем вставить в еще одну керамическую трубку с толщиной стенок 1 см, поверх которой намотать 4 витка первичной обмотки медной шиной сечения 1см на 3 мм. Результат — при хорошей настройке получаются молнии около 15 см. В качестве источника питания можно использовать трансформатор дающий 10кВ, а за кондесаторами вперед на рынок:)

Заметки

Чтобы заставить эту штуку работать, необходимы токи большого напряжения (более 3 кВ). Конечно, товарищам, у которых есть под рукой высоковольтные трансформаторы, да еще создающие токи высокой частоты проще. .. но когда под рукой нет ничего кроме пары старых ламповых телевизоров, придется обходиться подручными средствами.

Пытливость ума и нездоровая смекалка подсказывает, что можно использовать для создания токов высокого напряжения автомобильную катушку зажигания (например, от ВАЗ 2108).

Для ее питания требуется небольшое напряжение, которое может обеспечить аккумулятор (право, не считаю безопасным без должного опыта лезть подключать конструкции прямо в розетку). А при недостатке напряжения можно попробовать подключить последовательно несколько катушек, что в теории должно дать пропорциональный рост напряжения (если катушки не взорвутся конечно).

Придание же току свойства высокой частотности, вероятно, достигается за счет введения в схему конденсатора и искроразрядника, что в совокупности, похоже, и образует генератор тока высокой частоты и напряжения, необходимый для питания первичной обмотки самой катушки Теслы.

Один из вариантов создания катушки;)

SGTC — катушки Тесла на искровых промежутках

10w — 3см

Т1 и Т2 используются для получения повышенного напряжения, чтобы зарядить конденсатор. При достижении необходимого напряжения (350V) конденсатор через искровой промежуток разряжается на первичную обмотку T3. На выходах вторичной обмотки получается напряжение 90 000V. Т1 — понижающий трансформатор на 14 V. Т2 — автомобильная катушка зажигания. При питании от Т1 дает 350V. Перед трансформатором Т1 желательно поставить хороший сетевой фильтр, чтобы исключить попадание токов высокой частоты от генератора в электросеть. Емкость конденсатора C1- 0,1 Мкф, напряжение — 1500V. Марка — МБМ. Так как 350V — напряжение не достаточное для пробоя даже 1 мм воздуха, требуется искровой промежуток специальной конструкции. У меня это электродвигатель на 220V с металлической шестеренкой. Возле нее находится оголенный провод на таком расстоянии, чтобы при вращении двигателя происходило размыкание и замыкание цепи с большой скоростью. Провод и шестеренка должны быть медными, так как другой материал быстро выгорает при использовании его в этом устройстве.

Первичная обмотка (Т3) состоит из 5 витков медного изолированного провода диаметром 3 мм. Диаметр обмотки — 9 см. Вторичная обмотка (Т3): диаметр — 6см, высота — 25см. Выполнена на картонном каркасе проводом 0,1мм. Сверху покрывается слоем лака или 3-4 слоями изоленты.

Трансформатор Т3 — обе обмотки цилиндрические. Вторичная обмотка вложена в первичную. Ферромагнитный сердечник отсутствует:

Такой генератор дает напряжение 90 000V, что в данном случае равно искре длиной 3см.

Первичная обмотка

Вторичная обмотка

Искровой промежуток

Искровой промежуток (вид сверху)

Катушка зажигания

220v14v трансформатор

Собранная катушка

Разряд от катушки

вот еще парочка схем на закуску;)

  Источник

Катушка Теслы. Руководство по проектированию, изготовлению и эксплуатации

Теория работы

Конструкция

Я не буду подробно объяснять, потому что это уже сделали несколько человек (см. ссылки ниже). Кроме того, людям, желающим построить катушку Тесла, не требуется глубокое понимание работы катушки Тесла. Тем не менее, я предлагаю краткое описание работы катушки Тесла, которое должно помочь вам спроектировать и построить вашу катушку Тесла.

Катушка Тесла представляет собой резонансный трансформатор, содержащий первичную и вторичную LC-цепи. Две LC-цепи слабо связаны друг с другом. Питание в первичную цепь подается через трансформатор, который заряжает конденсатор. В конце концов напряжение на конденсаторе увеличится настолько, что закоротит искровой промежуток. Конденсатор будет разряжаться через искровой промежуток в первичную катушку. Энергия будет колебаться между первичным конденсатором и катушкой индуктивности на высоких частотах (обычно 100–300 кГц). Первичная катушка соединена с катушкой индуктивности во вторичной цепи, называемой вторичной катушкой. К верхней части вторичной катушки прикреплена верхняя нагрузка, которая обеспечивает емкость для вторичной LC-цепи. Когда первичная цепь колеблется, мощность индуцируется во вторичной катушке, где напряжение умножается во много раз.

Поле высокого напряжения и слабого тока возникает вокруг верхней нагрузки и образует дуги разряда молнии, демонстрируя удивительную красоту. Первичная и вторичная LC-цепи должны колебаться с одинаковой частотой для достижения максимальной передачи мощности. Цепи в катушке обычно «настраиваются» на одну и ту же частоту путем регулировки индуктивности первичной катушки.

Этот защищенный авторским правом материал был незаконно использован без разрешения владельца. Пожалуйста, посетите сайт www.teslacoildesign.com для получения оригинальной и самой последней версии этого материала.

Для более подробного описания рекомендую следующие ресурсы:

Катушка Теслы Криса Герекоса
Крис написал выдающуюся статью, предлагающую очень подробное и техническое объяснение работы катушки Тесла. Он также делится своим опытом изготовления катушки Теслы «Зевс». Бумага в формате pdf.

Теория катушки Теслы Терри Блейка http://www.tb3.com/tesla/theory.html

Страница Ричарда Бернетта http://www. richieburnett.co.uk/tesla.shtml

top

Power Источник питания

Конструкция

Источник питания представляет собой высоковольтный трансформатор, используемый для зарядки первичного конденсатора. Трансформаторы неоновых вывесок (NST) являются наиболее распространенным источником питания, используемым в катушках Теслы малого и среднего размера. В остальной части руководства я буду называть трансформатор источника питания NST.

Эти расчеты будут использованы для определения оптимального размера первичного конденсатора (в следующем разделе).

NST VA = NST V _out × NST I _out

NST Импеданс (Ом) = NST V _out ∕ NST I _out

Нам не нужно вычислять NST в ваттах. могут быть полезны при выборе резисторов, предохранителей, калибров проводов и т. д.

NST Вт = ((0,6 ∕ NST VA ^0,5 ) + 1) × NST VA

Конденсатор коррекции коэффициента мощности (PFC) может быть подключен параллельно Входные клеммы NST для коррекции фазы переменного тока и повышения эффективности. Оптимальная емкость PFC находится по следующему уравнению.

Емкость PFC (мкФ) = NST ВА ∕ (2 × pi × NST F _in × (NST V _in ² )) × 1 000 000

Где:
F _в — входная частота
pi = 3,14

top

Первичная емкость

Конструкция

Первичный конденсатор используется с первичной катушкой для создания первичной LC-цепи. Конденсатор резонирующего размера может повредить NST, поэтому настоятельно рекомендуется использовать конденсатор большего размера, чем резонансный (LTR). Конденсатор LTR также будет обеспечивать наибольшую мощность через катушку Тесла. Различные первичные зазоры (статические и синхронно-поворотные) потребуют первичных конденсаторов разного размера.

Этот защищенный авторским правом материал был незаконно использован без разрешения владельца. Пожалуйста, посетите сайт www.teslacoildesign.com для получения оригинальной и самой последней версии этого материала.

Первичная резонансная емкость (нФ) = 1 ∕ (2 × pi × NST импеданс × NST F

in ) × 1 000 000 000

Первичная статическая емкость LTR (нФ) = Первичная резонансная емкость × 1,618 ) = 0,83 × (NST I _из ∕ (2 × NST F _in ) ∕ NST V _out ) × 1 000 000 000

top

Вторичная катушка

Конструкция

Вторичная катушка используется с верхней нагрузкой для создания вторичной LC-цепи.

Вторичная обмотка обычно должна иметь от 800 до 1200 витков. Некоторые вторичные катушки могут иметь 2000 витков. Магнитная проволока используется для намотки катушки. Между витками всегда есть небольшое пространство, поэтому уравнение предполагает, что витки катушки идеальны на 97%.

Обороты вторичной катушки = (1 ∕ (диаметр магнитного провода + 0,000001)) × высота обмотки вторичного провода × 0,97

Емкость вторичной катушки будет использоваться для расчета резонансной частоты вторичного LC-контура. Размеры катушки указаны в дюймах.

Вторичная емкость (пФ) = (0,29 × высота обмотки вторичного провода + (0,41 × (диаметр вторичной формы ∕ 2)) + (1,94 × sqrt(((диаметр вторичной формы ∕ 2) ³ ) ∕ высота обмотки вторичного провода ))

Отношение высоты к ширине должно быть примерно 5:1 для малых катушек Тесла, 4:1 для катушек Тесла среднего размера и примерно 3:1 для больших катушек Тесла. и большой

Этот защищенный авторским правом материал был незаконно использован без разрешения владельца. Пожалуйста, посетите сайт www.teslacoildesign.com для получения оригинальной и самой последней версии этого материала.

Соотношение ширины вторичной обмотки = высота обмотки вторичного провода ∕ диаметр формы вторичной обмотки

Длина вторичной обмотки используется для расчета веса проволоки. В прошлом считалось, что длина провода вторичной катушки должна соответствовать длине четверти волны резонансной частоты катушки Теслы. Однако с тех пор было установлено, что в этом нет необходимости.

Длина провода вторичной катушки (футы) = (витки вторичной катушки × (диаметр вторичной формы × пи)) ∕ 12

Магнитный провод обычно продается на вес, поэтому важно знать требуемый вес провода.

Вес провода вторичной катушки (фунты) = pi × ((диаметр оголенного вторичного провода ∕ 2) ² ) × длина провода вторичной катушки × 3,86

Индуктивность вторичной катушки будет использоваться для расчета резонанса вторичной LC-цепи частота.

Вторичная индуктивность (мГн) = ((((Оборотов вторичной катушки ² ) × ((Диаметр вторичной формы ∕ 2) ² )) ∕ ((9 × (Диаметр вторичной формы ∕ 2)) + (10 × Высота намотки вторичного провода)))) × 0,001

вверху

Верхняя нагрузка

Конструкция

Верхняя нагрузка используется со вторичной катушкой для создания вторичной LC-цепи.

Обычно используется тороидальная или сферическая форма. Диаметр кольца относится к кольцу в форме тороида. Общий диаметр относится к наибольшей длине от края до края тороидальной формы. Я нашел несколько уравнений для различных размеров верхней нагрузки. В любом случае, не зная, какое из них является наиболее точным, я использую среднее значение всех уравнений.

Для больших или малых тороидов с диаметром кольца < 3 дюймов или диаметром кольца > 20 дюймов используйте среднее значение трех расчетов емкости тороида.

Тороидальная емкость 1 (пФ) = ((1 + (0,2781 − диаметр кольца ∕ (общий диаметр)) × 2,8 × sqrt((pi × (общий диаметр × диаметр кольца)) ∕ 4))

Тороидальная емкость 2 (pf) = (1,28 − диаметр кольца ∕ общий диаметр) × sqrt(2 × pi × диаметр кольца × (общий диаметр − диаметр кольца))

Тороидальная емкость 3 (pf) = 4,43927641749 × ((0,5 × (Диаметр кольца × (Общий диаметр − диаметр кольца))) ^0,5 )

Емкость тороида (пф) = (Емкость тороида 1 + Емкость тороида 2 + Емкость тороида 3) ∕ 3

Диаметр кольца между 3″ и 6″

Тороидальная емкость Нижняя = 1,6079 × Общий диаметр ^0,8419

Тороидальная емкость Верхняя = 2,0233 × Общий диаметр ^0,8085

Тороидальная емкость ) × (верхняя емкость тороида − нижняя емкость тороида)) + нижняя емкость тороида

Диаметр кольца между 6 «и 12»

Тороидная емкость Нижняя = 2,0233 × общий диаметр ^0,8085

Тороидная емкость верхняя 6) ∕ 6) × (емкость тора вверху – емкость тора внизу)) + емкость тора внизу

Диаметр кольца от 12 до 20 дюймов

емкость тора внизу = 2,0586 × общий диаметр ^0,8365

Верхняя емкость тороида = 2,2628 × общий диаметр ^0,8339

Катушки Тесла могут использовать верхнюю нагрузку в форме сферы.

Емкость сферы (пф) = 2,83915 × (диаметр сферы ∕ 2)

Диаметр сферы = длина окружности ∕ пи

Полная вторичная емкость включает емкость во вторичной обмотке и емкость верхней нагрузки. Если вы используете несколько верхних нагрузок, добавьте их емкости, чтобы рассчитать общую вторичную емкость. Суммарная вторичная емкость будет использоваться для расчета вторичной резонансной частоты.

Суммарная вторичная емкость = емкость вторичной катушки + емкость верхней нагрузки

Резонансная частота вторичной LC-цепи будет использоваться для расчета величины индуктивности первичной катушки, необходимой для настройки катушки Тесла.

Вторичная резонансная частота (кГц) = 1 ∕ (2 × pi × sqrt((Вторичная индуктивность × 0,001) × (Общая вторичная емкость × 0,000001)))

top

Первичная катушка

Конструкция используется с первичным конденсатором для создания первичной LC-цепи. Первичная катушка также отвечает за передачу мощности на вторичную катушку.

Во-первых, мы должны определить индуктивность, необходимую для настройки катушки Тесла. После того, как индуктивность рассчитана для каждого витка первичной обмотки, мы можем использовать значение «Необходимая первичная индуктивность», чтобы указать правильный виток, где мы должны отводить первичную обмотку. Также будет указано минимальное количество витков, необходимое в первичной обмотке. Разумеется, первичная катушка должна иметь несколько дополнительных витков — на всякий случай.

Требуемая первичная индуктивность (Гн) = 1 ∕ (4 × пи ² × (Вторичная F _рез. × 1000) ² × Первичная емкость × 0,000000001)

Где:
F _res – частота вторичного резонанса

Следующие уравнения позволяют рассчитать размеры первичной катушки и индуктивность катушки на каждом витке. К сожалению, вам может понадобиться выполнить эти уравнения несколько раз, чтобы определить индуктивность на каждом витке. Конечно, программа TeslaMap может быстро и легко рассчитать размеры и индуктивность катушки до 100 витков.

Гипотенуза первичной обмотки = (диаметр проволоки первичной обмотки + расстояние между проводами первичной обмотки) × витки

Смежная сторона первичной обмотки = гипотенуза первичной обмотки × cos(toRadians (угол наклона первичной обмотки))

Диаметр первичной обмотки = (прилегающая первичная обмотка Сторона × 2) + Диаметр центрального отверстия первичной катушки

Высота первичной катушки = Диаметр провода первичной катушки + Прилегающая сторона первичной катушки × tan(toRadians(Угол наклона первичной катушки))

Длина провода первичной катушки (футы) = (Диаметр первичной катушки × пи) ∕ 12

Средний радиус обмотки первичной обмотки = (диаметр центрального отверстия первичной обмотки ∕ 2) + (гипотенуза первичной обмотки ∕ 2)

Плоская индуктивность первичной обмотки = (средний радиус обмотки первичной обмотки ² × витков ² ) ∕ (( 8 × средний радиус обмотки первичной катушки) + (11 × гипотенуза первичной катушки))

Радиус обмотки первичной катушки = (диаметр центрального отверстия первичной катушки ∕ 2) + (диаметр провода первичной катушки ∕ 2)

Индуктивность спирали первичной катушки = ( (витки × радиус намотки первичной обмотки) ² ) ∕ ((9 × радиус обмотки первичной катушки) + (10 × высота первичной катушки))

Индуктивность катушки конической формы определяется путем расчета индуктивности плоской и спиральной катушек и использования среднего две катушки, взвешенные по углу наклона.

Процент угла = 0,01 × (Угол наклона первичной катушки × (100/90)

Инвертированный процент угла = (100 − (Процент угла × 100)) × 0,01 × Угловой процент) + (Плоская индуктивность первичной катушки × Угловой процент инвертированный)

top

Образец конструкции

Конструкция

Это довольно типичная конструкция катушки Тесла со статическим искровым разрядником, которая должна быть хорошей отправной точкой для катушки Тесла малого и среднего размера. Эта конструкция должна создавать дуги более 2 футов при указанной входной мощности.

Расчетный параметр	Значение (стандартное)	Значение (метрика)
Входное напряжение NST	120 В	240 В
Входная частота NST	60 Гц	50 Гц
NST Выходное напряжение	15 кВ	15 кВ
NST Выходной ток	30 мА	30 мА
НСТ Вт	463 Вт	463 Вт
Первичная емкость (MMC)	9 нФ	9 нФ
Диаметр провода первичной катушки	0,25 дюйма (трубка)	6 мм (трубка)
Расстояние между проводами первичной обмотки	0,25 дюйма	6 мм
Диаметр центрального отверстия первичной обмотки	6 в	15 см
Угол наклона первичной катушки	0 градусов (прямо)	0 градусов (прямо)
Калибр провода магнита вторичной катушки	24AWG	0,5 мм
Груз вторичного провода	1,37 фунта	612 г
Высота обмотки вторичной обмотки	22 в	56 см
Диаметр вторичной обмотки	4,4 дюйма	11 см
Витки вторичной обмотки	972	972
Отношение высоты к ширине вторичной обмотки	5:1	5:1
Диаметр тороидального кольца	4 из	11 см
Общий диаметр тороида	16 в	40 см

При указанном выше источнике питания (15 кВ) и использовании статического разрядника первичная емкость (MMC) должна составлять около 8,6 нФ (рассчитано с помощью программы TeslaMap). MMC должен иметь достаточно последовательных конденсаторов для минимального номинального напряжения 15 кВ RMS * 1,414 = 21 кВ пик. Рекомендуется удвоить номинальное пиковое напряжение примерно до 40 кВ. С использованием конденсаторов 0,15 мкФ, 2 кВ (Cornell Dubilier 942C20P15K-F) цепочка из 20 соединенных последовательно будет иметь 7,5 нФ при 40 кВ (также рассчитано с помощью программы TeslaMap), что достаточно близко для наших нужд.

Этот дизайн был создан с помощью программы TeslaMap. Файл дизайна доступен для скачивания. После загрузки вы можете открывать, редактировать и сохранять дизайн с помощью программы TeslaMap. Полная сводка проекта также была экспортирована в текстовый файл из программы TeslaMap, который можно загрузить и просмотреть в любом текстовом редакторе и большинстве браузеров.

top

Как намотать трансформаторы для вашей катушки Тесла

Опубликовано Дэниелом Макколи 27 июня 2020 г.

Как трансформаторы затвора используются в катушках Теслы?

Прежде чем мы начнем, давайте сначала разберемся, зачем нужны трансформаторы затвора в современных твердотельных катушках Тесла с двойным резонансом (DRSSTC). Контроллер DRSSTC, или «мозги» катушки Тесла, представляет собой схему низкого напряжения, которая имеет выходы управления затвором IGBT, которые имеют низкое напряжение и заземление относительно земли. Выход этих схем управления затвором IGBT обычно составляет +24 В и имеет двухтактную конфигурацию. С другой стороны, IGBT в полумостовой или полномостовой схеме плавают при напряжении до 700 В постоянного тока. Если бы вы напрямую подключили сигналы управления контроллера, относящиеся к земле, к IGBT в мостовой схеме, вы бы моментально и эффектно взорвали и контроллер, и IGBT!

Вот две основные причины, по которым необходимы трансформаторы затвора:

• Изоляция по напряжению — Поскольку контроллер имеет низкое напряжение и заземление относительно земли, а мостовые схемы IGBT плавают при высоком напряжении постоянного тока и относительно линии переменного тока напряжения, между контроллером и мостом должна быть электрическая (гальваническая) развязка. Трансформатор затвора электрически изолирует контроллер от IGBT и позволяет сигналам контроллера, привязанным к земле, безопасно управлять высоковольтными плавающими IGBT в полумостовой или полномостовой схеме.
• Преобразование напряжения — В некоторых случаях желательно, чтобы напряжение привода затвора было выше, чем то, что может обеспечить ваш контроллер. Используя трансформатор затвора с коэффициентом повышения 1:2:2, вы можете использовать сигнал затвора контроллера 12 В для генерации сигналов затвора 24 В на вторичной стороне трансформатора затвора.

Сборка собственного трансформатора драйвера затвора

Сборка Ваш собственный каскадный трансформатор тока невероятно прост. Первый что нужно сделать, это получить детали, необходимые для создания текущего трансформатор, которые показаны в списке ниже:

Требуемые детали:

• Ферритовый сердечник 77-1 — Используйте один из этих сердечников для полумостовых катушек Теслы DRSSTC, таких как наша эталонная конструкция 1. 0 или лучшая катушка Тесла 6.0 DIY. Эти трансформаторы затвора будут иметь три (3) обмотки.
• Ферритовый сердечник 5000-1 — Используйте эти более крупные сердечники для катушек Теслы DRSSTC на основе полного моста, таких как наш эталонный дизайн 2.0, эталонный дизайн 3.0 или лучшие катушки Тесла 12.0 DIY. Эти трансформаторы затвора будут иметь пять (5) обмоток.
• Провод 24 AWG — это провод, который будет использоваться для намотки трансформаторов затвора. Этот провод рассчитан на 600 В, что подходит для большинства катушек DRSSTC Tesla. Мы рекомендуем использовать 6 футов для каждой обмотки.

Намотка трансформатора затвора

1. Начните с обрезки провода 24 AWG на отрезки по 6 футов для каждой обмотки. Если у вас полумост, вы должны вырезать три (3) части, а если у вас полный мост, вы должны вырезать пять (5) частей.
2. Завяжите узел на одном конце проволоки
3. Закрепите узел на краю скамьи с помощью зажима или аналогичного приспособления. Также можно использовать малярный скотч или скотч.
4. Натяните проволоку и завяжите второй узел на противоположном конце проволоки.
5. Вставьте второй узел в губки аккумуляторной дрели. Натяните проволоку, а затем медленно вращайте дрелью, чтобы скрутить проволоки вместе. Скручивайте, пока у вас не будет примерно один поворот на дюйм. Не перекручивайте, так как вы можете повредить провод.
6. Снимите узел с дрели.
7. Держите сердечник в одной руке примерно в 16 дюймах от точки, где первый узел прикреплен к верстаку.  
8. Намотайте 12 витков через сердечник, убедившись, что витки равномерно распределены вокруг сердечника.
9. Когда вы закончите намотку
10. Убедитесь, что витки плотно прилегают к сердечнику, и зажмите сердечник. с помощью тисков или подобного приспособления.  Если ваши тиски металлические или острые, обязательно поместите что-нибудь мягкое между трансформатором и тисками, чтобы предотвратить повреждение трансформатора.   Для зажима трансформатора применяйте лишь небольшое усилие.
11. Держите провода, выходящие из сердечника, вертикально вместе и с помощью кусачек обрежьте все провода на равной длине до желаемой длины (обычно 10–16 дюймов)
12. Если провода все еще скручены, раскрутите их и выровняйте .
13. Для всех проводов, выходящих из сердечника с одной стороны, пометьте концы этих проводов несмываемым маркером. Это будут ваши фазовые отметки. Эти черные метки обозначают положительную фазу обмоток трансформатора.
14. Затем возьмите каждую пару обмоток и плотно скрутите их вместе вручную до самого конца обмотки. Если все ваши обмотки разного цвета, то вы будете наматывать два конца проводов одного цвета. Если у вас есть несколько обмоток одного цвета, вам сначала нужно будет использовать мультиметр, настроенный на непрерывность или сопротивление, чтобы определить, какие провода, выходящие из сердечника, являются одной и той же обмоткой. Помните, что вы скручиваете тот же самый физический провод, который был намотан на сердечник.