Как собрать катушку тесла: Небольшая катушка Тесла своими руками

Содержание

Собираем катушку Тесла в домашних условиях

Трансформатор Тесла не дает покоя многим современным изобретателям. В этом мастер-классе мы продемонстрируем вам, как сделать катушку Тесла своими руками. Она будет небольшого размера. При создании и последующем запуске катушки рекомендуем соблюдать все меры безопасности. Напряжение катушки высокое, но, в отличие от обычного тока, вы можете не почувствовать характерную боль и покалывания, при этом стенки сосудов и нервные клетки могут пострадать.

 

 

Материалы

Для создания катушки вам понадобятся:

  • клей ПВА;
  • 1,5-дюймовые ПВХ-трубы;
  • 1,5-дюймовый ПВХ-заглушка;
  • 1,5-дюймовый металлический фланец с резьбой;
  • эмалевая краска в баллончике;
  • медная трубка;
  • болты, гайки и шайбы;
  • стеклянные бутылки;
  • поваренная соль;
  • рапсовое масло;
  • алюминиевая фольга;
  • провода;
  • высоковольтный источник питания.

Шаг 1. Первым делом нужно обернуть медную проволоку вокруг трубы ПВХ. Это самая трудоемкая часть работы. Наматывать проволоку нужно внимательно и аккуратно, витки должны идти плотно друг к другу, между ними не должно быть пустого пространства. Также нельзя, чтобы они заходили друг на друга.

Для удобства верхние витки можете закрепить клейкой лентой. При дальнейшей работе витки также можете крепить ею, чтобы при формировании следующих, не распадались предыдущие.

В конце трубки проволоку также зафиксируйте клейкой лентой и пространство в несколько сантиметров снизу и сверху, покройте эмалированной краской из баллончика. Наносить краску нужно в два – три слоя.

В верхней части трубки закрепите круглый гладкий металлический объект для разрядки катушки.

Шаг 2. Металлический фланец будет в основе катушки. Через него нужно пропустить четыре болта и, соответственно их расположению, в куске доски необходимо просверлить четыре отверстия. С одной из сторон просверлите еще одно отверстие. В него нужно будет продеть трубку. Саму трубку пока что уложите спиралью.

Под углом закрепите два деревянных бруска, и витки медной трубки уложите вверх. Витки крепите кабельными стяжками, чтобы они не съезжали.

На деревянной доске закрепите трубку с проволокой, установленную в ПВХ заглушку.

В роли разрядника в катушке выступают два болта в открытой деревянной конструкции. При необходимости, их можно регулировать.

Шаг 3. Теперь следует изготовить конденсатор. Для этого бутылки оберните фольгой и заполните их раствором соленой воды (5 г/мл). Сверху воду аккуратно залейте рапсовым маслом. В крышке банки пробейте отверстие и опустите в него провода.

Аналогичным образом соорудите еще пять конденсаторов.

Все бутылки поставьте в металлическую емкость, например, на поднос.

Шаг 4. Подключите катушку Тесла по схеме к источнику питания. Можете испытывать ее в действии.

Катушка Тесла. Краткая теория | RadioLaba.ru


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.


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.

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.

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:

Предлагаю ознакомиться с моим опытом постройки катушки Тесла своими руками.

Как самостоятельно собрать катушку Тесла

Это устройство — мощный аппарат, который способен создавать вокруг себя высоковольтное напряжение. Попадая в газоразрядные лампы, оно ионизирует газ, находящийся внутри, и заставляет лампы работать. Вот способ беспроводной передачи электроэнергии, над которым работал физик Никола Тесла в XX в. КПД этого устройства небольшой, поэтому применять его на практике нет смысла.

Общее понятие трансформатора

Это аппарат, состоящий из 2-х катушек, которые содержат разное количество витков. На одну из них подается переменный ток, возникающее магнитное поле образует его во 2-ой.

Фокус с катушкой

Во сколько раз отличается количество мотков, во столько же раз меняется и само напряжение. Арифметика проста: если в одной катушке — 40, а в другой — 400 витков, то можно поднять напряжение в 10 раз. Однако катушка Тесла способна поднимать его в тысячи раз выше. Секрет не в соответствии количества витков, а в таком явлении, как резонанс. Частоту переменного тока выбирают таким образом, чтобы во 2-ой катушке он не затухал. Этот показатель зависит от электроемкости и индуктивности. Это значит, что даже без питания во 2-ой части устройства будут происходить токовые колебания. Если в соответствии с ними подводить к катушке дополнительный источник энергии, то она станет увеличиваться, а амплитуда колебания будет становиться выше. Таким образом можно получить напряжение объемом в миллионы вольт. Это похоже на эффект качелей.

Катушка в действии

Как подобрать такую частоту? В конструкции Тесла это происходит за счет вариации емкости конденсатора, подключенного к первой катушке. Но такое строение сложно и содержит множество подводных камней. В домашних условиях можно изготовить гораздо более простое устройство.

Катушка Тесла за копейки

Чтобы изготовить этот прибор на дому, понадобится:

1. Провод из меди диаметром 0, 2 мм — 32 м;

2. Провод из меди диаметром 1 мм — 20 см;

3. Транзистор;

4. Резистор;

5. Шприц.

Изначально нужно изготовить вторичную катушку. Для этого необходимо намотать на шприц тонкую медную проволоку. Важно делать это аккуратно, виток к витку, не заводя один за другой. После того, как будет намотан участок шириной в 5 см, можно остановиться. После этого необходимо оставить торчащим провод длиной в 7 см и счистить с его края защитный слой. Следующий этап — приготовление первичной катушки. Для этого нужно использовать толстую проволоку из меди и счистить изоляцию с 2-х концов на участках длиной по 1,5 см. Оборачиваем эту проволоку вокруг какого-нибудь цилиндра, например, вокруг корпуса шприца. Перед нами функционирующая первичная катушка. Возьмем пассивный элемент электроцепей и зацепим ножку резистора за один из контактов первичной обмотки. Затем другую ножку резистора прикручиваем за контакт первой конструкции. Оставшуюся ножку резистора закрепим на ножку полупроводникового триода, расположенную в центре. Осталось вдеть вторичную обмотку в первичную, а оставшийся провод намотать на видимую ножку транзистора. Дело за питанием. Черный провод цепляем к сводной ножке, красный же прикручиваем к контакту первичной обмотки. Присоединяем батарейку. Если к такой конструкции поднести энергосберегающую лампу, она загорится.

Собрать такое устройство достаточно просто, но лучше, если будет помогать профессиональный электрик или человек, имеющий соответственное образование. Получив такую катушку, можно своими глазами наблюдать все волшебством электрического поля.

как своими руками собрать трансформатор, принцип работы

Работа кинескопных телевизоров, люминесцентных и энергосберегающих лампочек, дистанционная зарядка аккумуляторов обеспечивается специальным устройством — трансформатором (катушкой) Тесла. Для создания эффектных световых зарядов фиолетового цвета, напоминающих молнию, также применяется катушка Тесла. Схема на 220 В позволяет понять устройство этого прибора и при необходимости сделать его своими руками.

Механизм работы

Катушка Тесла представляет собой электроаппарат, способный в несколько раз увеличивать напряжение и токовую частоту. Во время её работы образуется магнитное поле, которое может влиять на электротехнику и состояние человека. Попадающие в воздух разряды способствуют выделению озона. Конструкция трансформатора состоит из следующих элементов:

  • Первичной катушки. Имеет в среднем 5−7 витков провода с диаметром сечения не меньше 6 мм².
  • Вторичной катушки. Состоит из 70−100 витков диэлектрика с диаметром не более 0,3 мм.
  • Конденсатора.
  • Разрядника.
  • Излучателя искрового свечения.

Трансформатор, созданный и запатентованный Николой Тесла в 1896 году, не имеет ферросплавов, которые в других аналогичных приборах используются для сердечников. Мощность катушки ограничивается электрической прочностью воздуха и не зависит от мощности источника напряжения.

При попадании напряжения на первичный контур на нём генерируются высокочастотные колебания. Благодаря им на вторичной катушке возникают резонансные колебания, результатом которых является электрический ток, характеризующийся большим напряжением и высокой частотой. Прохождение этого тока через воздух приводит к возникновению стримера — фиолетового разряда, напоминающего молнию.

Колебания контуров, возникающие в процессе работы катушки Тесла, могут быть сгенерированы разными способами. Чаще всего это происходит с помощью разрядника, лампы или транзистора. Наиболее мощными являются устройства, в которых используются генераторы двойного резонанса.

Исходные материалы

Человеку, обладающему основными знаниями в области физики и электрики, собрать трансформатор Тесла своими руками не составит труда. Необходимо лишь приготовить набор основных деталей:

  • Источник питания с напряжением порядка 9−12 Вольт. Роль такого источника в самодельном устройстве может выполнять аккумулятор автомобиля, батарея для ноутбука либо понижающий трансформатор с диодным мостом для генерации постоянного тока.
  • Первичный контур. Состоит из двух резисторов с номинальным сопротивлением 50 и 75 кОм, транзистора VT1 D13007 или аналогичного прибора, имеющего n-p-n cтpyктypу.

Обязательным элементом первичной катушки является охлаждающий радиатор, размер которого напрямую влияет на эффективность охлаждения оборудования. В качестве обмотки может быть использована трубка из меди или провод диаметром 5−10 мм.

Для вторичной обмотки рекомендуется использовать кабель с сечением от 0,1 до 0,3 мм², намотанный на диэлектрическую трубку из поливинилхлорида. Оптимальной считается длина трубки 25−40 см и диаметр порядка 3−5 см.

Вторичная катушка требует обязательной изоляции в виде обработки краской, лаком или другим диэлектриком. Дополнительной деталью этого контура является последовательно подключённый терминал. Его использование целесообразно только при мощных разрядах, при небольших стримерах достаточно вывести конец обмотки вверх на 0,5−5 см.

Схема подключения

Трансформатор Тесла собирается и подключается в соответствии с электрической схемой. Монтаж маломощного устройства следует проводить в несколько этапов:

  1. Установить источник питания с чётким соблюдением соответствия контактов.
  2. Прикрепить радиатор к транзистору.
  3. Собрать электрическую схему, используя фанеру, деревянную коробку или кусок пластика в качестве диэлектрической подложки.
  4. Изолировать катушку от схемы пластиной диэлектрика, имеющей отверстия для подключения проводов.
  5. Установить первичную обмотку, исключив её падение и соприкосновение с другой обмоткой. В центре предусмотреть отверстие для вторичной катушки, обеспечив расстояние между ними не менее 1 см.
  6. Закрепить вторичную обмотку, осуществить необходимые соединения, руководствуясь схемой.

Сборка более мощного трансформатора происходит по аналогичной схеме. Чтобы добиться большой мощности, потребуется:

  • Увеличить размеры катушек и сечения обмоток в 1,1−2,5 раза.
  • Установить источник переменного тока с напряжением 3−5 кВт.
  • Добавить терминал в виде тороида.
  • Обеспечить хорошее заземление.

Максимальная мощность, которую может достигать правильно собранный трансформатор Тесла, доходит до 4,5 кВт. Такой показатель может быть достигнут с помощью уравнивания частот обоих контуров.

Собранную своими руками катушку Тесла обязательно необходимо проверить. Во время проверочного подключения следует:

  1. Установить переменный резистор в среднюю позицию.
  2. Отследить наличие разряда. При его отсутствии нужно поднести к катушке люминесцентную лампу или лампу накаливания. Её свечение будет свидетельствовать о наличии электромагнитного поля и о работоспособности трансформатора. Также исправность прибора можно определить по самостоятельно зажигающимся радиолампам и вспышкам на конце излучателя.

Первый запуск прибора должен осуществляться при отслеживании температуры. При сильном нагревании требуется подключить дополнительное охлаждение.

Применение трансформатора

Катушка может создавать разные виды зарядов. Чаще всего при её работе возникает заряд в форме дуги.

Свечение воздушных ионов в электрическом поле с повышенным напряжением называют коронным разрядом. Он представляет собой голубоватое излучение, образующееся вокруг деталей катушки, имеющих значительную кривизну поверхности.

Искровой разряд или спарк проходит от терминала трансформатора до поверхности земли либо до заземлённого предмета в виде пучка быстро меняющих форму и гаснущих ярких полос.

Стример выглядит как тонкий слабо светящийся световой канал, имеющий множество разветвлений и состоящий из свободных электронов и ионизированных частиц газа, не уходящих в землю, а протекающих по воздуху.

Создание разного рода электроразрядов при помощи катушки Тесла происходит при большом увеличении тока и энергии, вызывающем треск. Расширение каналов некоторых разрядов провоцирует увеличение давления и образование ударной волны. Совокупность ударных волн по звуку напоминает треск искр при горении пламени.

Эффект от трансформатора такого рода ранее использовали в медицине для лечения заболеваний. Высокочастотный ток, протекая по коже человека, давал оздоровительный и тонизирующий эффект. Он оказывался полезным только при условии невысокой мощности. При возрастании мощности до больших значений получался обратный результат, негативно влияющий на организм.

С помощью такого электроприбора разжигают газоразрядные лампы и обнаруживают течь в вакуумном пространстве. Также его успешно применяют в военной сфере с целью быстрого уничтожения электрооборудования на кораблях, танках или в зданиях. Мощный импульс, генерируемый катушкой за очень короткий период, выводит из строя микросхемы, транзисторы и прочие аппараты, находящиеся в радиусе десятков метров. Процесс уничтожения техники происходит бесшумно.

Самой зрелищной сферой применения являются показательные световые шоу. Все эффекты создаются благодаря формированию мощных воздушных зарядов, длина которых измеряется несколькими метрами. Это свойство позволяет широко применять трансформатор при съёмках фильмов и создании компьютерных игр.

При разработке этого устройства Никола Тесла планировал использовать его для передачи энергии в глобальном масштабе. Идея учёного базировалась на применении двух сильных трансформаторов, располагающихся на разных концах Земли и функционирующих с равной резонансной частотой.

В случае успешного использования такой системы энергопередачи необходимость в электростанциях, медных кабелях и поставщиках электричества полностью бы отпала. Каждый житель планеты смог бы использовать электроэнергию в любом месте абсолютно безвозмездно. Однако в силу экономической нерентабельности замысел знаменитого физика до сих пор не был (и вряд ли когда-то будет) реализован.

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.

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.

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.

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.

  • 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.

     

    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.
    Таким 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.

[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 >>

Как собрать катушку | InDevices.ru

Трансформатор Тесла (катушка Тесла) — это высоковольтный резонансный трансформатор, который способен дать на выходе напряжение в несколько миллионов вольт. Высокий потенциал вторичной обмотки может создавать внушительные стримеры — длинные, относительно безопасные молнии. При помощи такого трансформатора можно добиться потрясающих эффектов.

Содержание

Простой способ сборки катушки Тесла

  • Что понадобится
  • Инструкция
  • Советы

Как собрать катушку Тесла

Что понадобится

Для изготовления такого трансформатора нам понадобится:

  • источник высокого напряжения, например трансформатор из микроволновки;
  • высоковольтный конденсатор с рабочим напряжением не менее 3кВ и емкостью 2200пФ;
  • разрядник;
  • медная трубка диаметром 5 см;
  • лакированная медная проволока диаметром 0,01 мм;
  • пластиковая труба диаметром 5мм;
  • гофрированная металлическая труба;
  • качественное заземление.

Инструкция

1. Подбираем высоковольтный источник питания. Вариантов есть очень много, но дешевле всего взять МОТ от микроволновки, обычное выходное напряжение которого составляет 2-2,5кВ при силе тока, равного 500-850 мА.

Далее собираем такую схему

2. Параллельно к источнику питания подключим конденсатор. Первичная обмотка трансформатора Тесла представляет собой катушку диаметром 10 см сделанная 3-5 витков медной трубки.

3. Первичная обмотка подключаться параллельно к конденсатору через разрядник. Разрядник можно купить или сделать самостоятельно. Ширина искрового промежутка разрядника должна регулироваться.

4.  Самим сложным и трудоемким будет процесс изготовления вторичной обмотки трансформатора, которая состоит с  400 – 1000 витков лакированного тонкого провода,  уложенного виток к витку на пластиковой трубке.

Один с выводов вторичной обмотки должен быть заземлен, второй подключен к терминалу (излучателю молний). Есть много способов изготовить терминал,  можно даже просто оставить один из выводов обмотки. Но эффектнее всего будет выглядеть терминал из скрученной гофрированной металлической трубы.

Советы

  • Желательно обеспечить систему охлаждения для МОТа.
  • Разрядник тоже будет сильно греться, поэтому его лучше делать из массивных деталей.
  • Номинал конденсатора нужно будет подбирать. Первичная обмотка и конденсатор образуют колебательный контур, который обязательно должен попадать в резонанс со вторичной обмоткой.
  • Вторичную обмотку наматывайте очень аккуратно, следите за тем, чтобы проводники не пересекались между собой
  • Не стоит пропускать стримеры через свое тело, боли вы не почувствуете, но влияние на организм будет не из лучших.
  • Никогда не включайте прибор без разрядника или с очень маленьким искровым промежутком.

Навигация по записям

Модифицированная катушка Тесла

может собирать нанотрубки с использованием силовых полей

Ученые и исследователи из Университета Райса сделали интересное открытие в области катушек Тесла и нанороботов. Сильное силовое поле, излучаемое наэлектризованной катушкой Тесла, заставит углеродные нанотрубки выровняться и собраться вместе в длинные цепочки, получившие название «теслафорез». Согласно RICE, если ваша первая мысль после того, как вы услышали, что это самособирающиеся роботы из нанотрубок, то вы будете думать точно так же, как исследователи, стоящие за проектом.Это открытие может привести к созданию самосборных нанороботов, способных изменять форму и трансформироваться во все, что пожелает пользователь.

Катушки Тесла колеблют положительные и отрицательные заряды в каждой нанотрубке, что заставляет их выравниваться, как магниты. Более того, магнитное поле, создаваемое катушкой Тесла, может даже тянуть длинные нити нанотрубок на относительно большие расстояния. Когда Тесла изобрел свою знаменитую катушку в 1891 , он намеревался предоставить бесплатное беспроводное электричество для всех, и он практически не знал о концепции силовых полей, создаваемых его устройством.Ученые, стоящие за этим открытием, были шокированы, увидев практическое применение, которое никогда раньше не представляло присутствие силовых полей.

«Электрические поля использовались для перемещения небольших объектов, но только на сверхкороткие расстояния. С помощью теслафореза у нас есть возможность значительно увеличить силовые поля для удаленного перемещения материи ». ~ Химик риса Пол Черукури

Команда даже смогла «контролировать» нанотрубки и использовать силовое поле, чтобы заставить их замкнуть цепь между батареей и светодиодной лампочкой.

[Источник изображения: Джефф Фитлоу / Райс ]

Это исследование также указывает на теорию, которая предполагает изменение конструкции нынешней катушки Тесла, которая может позволить силовому полю оказывать влияние на объекты на гораздо больших расстояниях. В настоящее время модели катушек в лабораториях Университета Райса имеют влияние только на расстоянии до пары футов, но в стадии разработки находятся более крупные системы. Ведущий исследователь проекта предполагает, что специализированная конфигурация нескольких катушек позволит собирать гораздо более сложные схемы и формы.Что поразительно, исследование финансировалось профессорами и командами, работающими над проектом, который раздвигает границы знаний в области нанонауки.

«Это был один из самых захватывающих проектов, над которыми я когда-либо работал, особенно потому, что это была добровольная группа увлеченных ученых и студентов. Но поскольку Райс обладает этой замечательной культурой нетрадиционной мудрости, мы смогли сделать удивительное открытие, которое раздвинуло границы нанонауки.”

[Источник изображения: Джефф Фитлоу / Райс ]

Полное исследование было опубликовано в ACS NANO на прошлой неделе, и команда продолжает работать над улучшением своих методов. Это открытие показывает, что для достижения прогресса в технических областях нужны не дорогие лаборатории, а скорее желание учиться и открывать. Область робототехники, безусловно, готова начать адаптироваться к самосборке устройств, но готов ли мир к такой технологии?

Учебники

Полное руководство по oneTeslaTS.Следуйте пошаговым инструкциям, чтобы собрать свой комплект oneTeslaTS!

Обзор того, как катушки Тесла могут производить сотни киловольт, используя связанные резонансные цепи; относится как к искровым разрядникам, так и к твердотельным катушкам.

Как неидеальности компонентов влияют на твердотельные катушки, и как управлять этими неидеальностями и минимизировать их влияние.

Термический анализ - одна из важнейших частей проектирования любого силового электронного устройства.

Пошаговое руководство по основному каркасу классического драйвера DRSSTC на основе D-flop.

Сердцем DRSSTC является импульсный инвертор IGBT, который генерирует ВЧ-сигнал, необходимый для возбуждения резонатора. В этой статье обсуждаются соображения, касающиеся конструкции и компоновки хорошего инвертора.

Управляйте воротами быстро и быстро (или медленно и плавно, если вы так склонны).

Несмотря на кажущуюся простоту, проектирование первичной и вторичной сборки для DRSSTC представляет некоторые проблемы. Мы подробно обсуждаем эти проблемы в этой статье.

В DRSSTC (или любой другой катушке Тесла) правильная настройка катушки может означать разницу в длине искры в два или более раз.Кроме того, поиск правильной точки настройки может значительно снизить нагрев транзистора и потребление энергии, одновременно повышая общую надежность и отказоустойчивость. В этой статье описаны некоторые советы и рекомендации по поиску наилучшей точки настройки для катушки Тесла.

Катушка

Тесла с конденсатором из шести блоков | Марка:

Изобретения Николы Теслы повсюду вокруг нас: радио, питание переменного тока, флуоресцентное освещение и устройства дистанционного управления - это лишь некоторые из них.Тесла во многом опередил свое время, и его работа с высокочастотными переменными токами более века вдохновляла инженеров, ученых, компьютерных фанатов, изобретателей, художников, мечтателей и (откровенно говоря) шарлатанов. Катушка Тесла особенно привлекательна из-за элементарной, интуитивной природы электрических дуг, которые она производит. Это как смотреть на удар молнии. Сам Тесла использовал эти впечатляющие эффекты, чтобы поразить публику чудесами электричества переменного тока.

Со времен Теслы любители «намотки» сделали много открытий и улучшили базовую конструкцию, добившись больших искр при меньшем входном токе.С появлением пластмасс, улучшенных изоляторов проводов и лучшего понимания теории современная катушка Тесла стала сильно отличаться от оригинала. Базовая схема и концепции те же, но почти все остальное другое.

Одно и то же в этом проекте - это конструкция конденсатора. Наша сделана из стеклянных бутылок для напитков, очень похожих на бутылки шампанского, которые часто использовал сам Тесла.

Безопасность

Вместе с чудом и трепетом перед катушкой Тесла существует значительный уровень опасности.Каждый, кто строит или эксплуатирует катушку Тесла, несет ответственность за обеспечение безопасности себя и всех, кто может приблизиться, будь то во время демонстрации или непреднамеренно. Когда вы приближаетесь к катушке, отключайте шнур питания и держитесь за вилку во время работы. Если место не совсем безопасное, подумайте о добавлении предохранительного переключателя с ключом, чтобы вы могли положить ключ в карман.

Высокочастотное электрическое поле катушки Тесла может повредить или разрушить кардиостимуляторы / дефибрилляторы, слуховые аппараты и другие биомедицинские устройства.Я никогда не видел, чтобы это происходило, но очень важно предупредить публику о возможности перед демонстрацией.

Точно так же катушка Тесла может повредить другую чувствительную электронику поблизости. Я лично уничтожил стереоприемник, устройство открывания гаражных ворот, систему беспроводной связи и две сетевые карты ПК. И снова производитель должен убедиться, что катушка работает на достаточном расстоянии от любой ценной электроники, легковоспламеняющихся материалов, домашних животных и, конечно же, маленьких детей.

Есть много опасностей, о которых следует знать, и в этой единственной статье мы не можем охватить их все.В случае сомнений обратитесь к ближайшему любителю Tesla или инженеру, имеющему опыт работы с высоковольтными устройствами и электробезопасностью. Если вы сомневаетесь в своих способностях в этой области, не пытайтесь строить. Период!

Знай об опасности

  • Предположим, что конденсатор всегда заряжен. Конденсаторы могут сохранять заряд в течение нескольких дней. Независимо от того, что вам говорят другие, всегда безопасно разряжайте конденсатор из шести блоков и соединяйте его с помощью прочного зажима, прежде чем прикасаться к любому из компонентов.Держите перемычку на месте, когда вы не используете катушку.
  • Не используйте катушку рядом с маленькими детьми или животными.
  • Работайте в чистом пространстве на расстоянии не менее 20 футов от легковоспламеняющихся материалов. Электрическое поле, создаваемое катушкой Тесла, может создавать искры внутри мебели и в потолках конструкций. Искры могут воспламенить горючие твердые вещества, жидкости и особенно пары.
  • Не прикасайтесь к клеммам NST. Обе стороны трансформатора с неоновой вывеской «горячие». Некоторые устройства NST имеют открытые первичные выводы, по которым проходит линейное напряжение.Ток на вторичных клеммах NST обычно низкий, но напряжения достаточно высоки, чтобы вызвать болезненный шок и вторичные травмы из-за потери координации движений.
  • Не смотрите на искры. Электрические дуги в воздухе излучают ультрафиолетовый свет, который может повредить глаза и кожу при длительном воздействии. Прозрачный поликарбонатный лист можно использовать для защиты искрового промежутка и блокирования большей части ультрафиолетового излучения, генерируемого искрами.
  • Не используйте змеевик без надлежащей вентиляции. Электрические дуги в воздухе производят озон, пятиокись азота и несколько других оксидов азота, которые опасны для здоровья.Учтите, что закись азота не образуется.
  • Не работайте в помещении без средств защиты органов слуха. Эта катушка Тесла может производить опасный уровень шума. На улице это не проблема, но в помещении звук громкий.

Как это работает

По сути, катушка Тесла - это просто трансформатор, подобный тому, который понижает напряжение в бытовой электросети до напряжения, подходящего для зарядки вашего мобильного телефона. Все трансформаторы имеют две катушки - первичную и вторичную - и большинство из тех, с которыми вы сталкиваетесь в повседневной жизни, преобразуют напряжения на основе разного количества витков в каждой катушке.Катушка Тесла работает по несколько иному принципу, создавая очень высокие напряжения, необходимые для создания длинных дуг на открытом воздухе, в основном за счет разницы индуктивностей между ее первичной и вторичной обмотками.

В частности, катушка Тесла представляет собой двухрезонансный трансформатор с воздушным сердечником и двойным резонансом. Воздушный сердечник означает, что катушки полые, а не намотаны на металлические или ферритовые сердечники, как в обычных трансформаторах. Двухрезонансный означает, что цепи, содержащие как первичную, так и вторичную катушки, настроены на «звон» на одной и той же частоте.

Комбинация первичной катушки (катушки индуктивности) и конденсатора (в этой конструкции бутылки) создает резонансный LC-контур, который «звенит» на определенной частоте. Это называется контуром резервуара .

Поскольку контур резервуара и вторичная обмотка настроены на одну и ту же частоту, они пропускают энергию вперед и назад при «ударе» электрическим импульсом. Представьте, что вы ударяете в колокольчик рядом с барабанной пластиной, настроенной на ту же ноту.

Электрод в верхней части катушки называется с верхней загрузкой .Вы можете представить верхнюю нагрузку как конденсатор, одна сторона которого подключена к вторичной катушке, другая сторона - к земле, а воздух вокруг - как изолятор между двумя «пластинами».

Эта катушка Тесла предназначена для питания от розетки и использует трансформатор неоновой вывески (NST) для повышения напряжения от 120 В переменного тока до примерно 10 кВ при 25–30 мА. Твердотельные преобразователи напряжения не подходят для этого применения, и современные NST не производятся со схемой защиты от замыкания на землю.Вам понадобится подержанный или старый NST; К счастью, их нетрудно найти на eBay, а иногда и на Craigslist. Неоновые магазины могут иметь старые устройства.

Спроектируйте катушку с шестью пакетами

Математика для создания катушки Тесла не особенно сложна, но может оказаться утомительной. К счастью, любитель катушек Барт Андерсон проложил нам путь с замечательной программой JavaScript под названием JavaTC. Если вас интересует математика, на сайте Барта classictesla.com есть ресурсы и ссылки, которые уведут вас настолько глубоко, насколько вы захотите.

JavaTC сыграл важную роль в разработке шестиступенчатой ​​катушки Тесла. Выходной текстовый файл, описывающий катушку с шестью пакетами, доступен здесь.

Поиграйте с JavaTC, настройте спецификации для катушки с шестью пакетами, и вы быстро почувствуете, как различные конструктивные параметры влияют друг на друга. Если вам нужно использовать другой трансформатор, сделать другую верхнюю нагрузку, использовать другой калибр проводов или любые другие важные изменения, вы можете использовать функцию автонастройки JavaTC, чтобы понять, как изменить конструкцию.

Создайте свою катушку Тесла с шестью пакетами

Начинающие намотчики должны как можно точнее следовать этой сборке. Используйте трансформатор с неоновой вывеской, рассчитанный на 9 кВ при 25 мА, стремитесь к тому, чтобы емкость главного бака была как можно ближе к 0,005 мкФ, и не заменяйте детали, если этого можно избежать.

Тщательно спланируйте сборку перед тем, как начать. Не начинайте строить, не изучив каждый аспект дизайна. Высокочастотные резонансные контуры очень чувствительны к небольшим изменениям, и недостаточное внимание к планированию может сильно расстроить процесс настройки.

Мастерство тоже важно. Не торопитесь, особенно с вторичной катушкой, где одиночная перекрестная обмотка или недостаточное количество лака могут легко привести к нефункциональной или очень короткоживущей катушке.

Хороший дизайн, внимание к деталям и терпеливое мастерство окупятся длинной шумной искрой, которая вызывает ох и ах, аплодисменты и восхищение всех, кто ее видит.

1. Намотайте вторичную катушку

1а. Отрежьте трубу из ПВХ толщиной 1½ дюйма длиной 16 дюймов.Очистите концы шлифованием.

1б. Отметьте и просверлите отверстие диаметром ¼ дюйма точно по центру обеих заглушек из ПВХ.

1c

1с. Сделайте простой намоточный стенд, как показано. Зажмите или иным образом закрепите его прямо на краю рабочей поверхности.

1д. Вставьте ось вторичной катушки в сверло.

1д. Очистите поверхность трубы из ПВХ медицинским спиртом и осторожно просушите.

1ф. Перед намоткой катушки убедитесь, что ваша дрель полностью заряжена. Если у вас есть запасной аккумулятор, держите его под рукой. Удерживая спусковой крючок пальцем (или кабельной стяжкой), начните медленно вращать трубку.

1 г

1г. Нанесите на трубку ровный слой глянцевого уретанового покрытия. Чтобы избежать подтеков и потеков, оставьте трубку вращаться, пока уретан немного не высохнет. Этот первый слой лака помогает удерживать проволоку на месте во время намотки. Через 20 минут уретан все еще должен быть немного липким.

ПРИМЕЧАНИЕ. Торцевые заглушки из ПВХ вы снимете позже, поэтому будьте осторожны, чтобы не покрыть лаком шов заглушки / трубы.

1ч. Остановить дрель. Изолентой закрепите конец магнитного провода на колпачке на одном конце трубки.

1i

1i. С помощью Sharpie отметьте начальную и конечную точки намотки на расстоянии 2 дюйма и 14 ½ дюйма от начального конца трубки, включая колпачок.

1j

1j. Установите направление вращения так, чтобы верх трубки откатывался от катушки с проволокой.Используйте свою не доминирующую руку (или помощника), чтобы медленно запустить дрель, направляя проволоку на трубку доминирующей рукой.

ПРИМЕЧАНИЕ. Для защиты от ожогов трением наденьте хлопчатобумажную перчатку или используйте сложенное бумажное полотенце, чтобы пропустить провод сквозь пальцы.

1к. Продвигайте проволоку широкими витками, пока не дойдете до первой контрольной метки, затем начните подачу так, чтобы проволока наматывалась плавно, без зазоров. Хитрость заключается в том, чтобы наклонить входящий провод так, чтобы он находился немного позади переднего края катушки.Будьте терпеливы и осторожны. Продолжайте наматывать, пока не дойдете до второй контрольной отметки.

ВНИМАНИЕ: Не позволяйте проводу пересекать предыдущий виток. Если это так, остановитесь, осторожно размотайте катушку и исправьте ошибку. Несколько небольших промежутков между витками не имеют значения, но один кроссовер создаст короткое замыкание, которое сделает катушку бесполезной.

СОВЕТ: Весь процесс намотки должен занять менее 20 минут. Лак будет удерживать обмотку на месте, если вам нужно отдохнуть в течение минуты, но не позволяйте ему полностью высохнуть, иначе он не будет достаточно липким, чтобы вы могли закончить.

1л. Замкните провод на несколько витков за второй контрольной меткой, затем снова разомкните обмотку, пока не дойдете до второй торцевой крышки. Намотайте провод примерно на пять витков на торцевую крышку и надежно заклейте лентой.

1 мес.

1м. Сделайте небольшой перерыв и при необходимости замените аккумулятор на сеялке. Как и раньше, настройте дрель на медленное вращение, закрепив кабельную стяжку на спусковом крючке. Нанесите три слоя лака на вторичные обмотки, давая каждому слою высохнуть в соответствии со временем, указанным на банке.Держите катушку вращающейся во время высыхания каждого слоя, чтобы предотвратить потеки и потеки.

ПРИМЕЧАНИЕ: Независимо от того, что написано на банке с лаком, не шлифуйте между слоями, поскольку это может повредить изоляцию провода и испортить катушку. Также, обращаясь с готовой катушкой, будьте осторожны, чтобы не поцарапать обмотки.

1н. Отложите змеевик в сторону, чтобы он полностью просох. Даже не думайте использовать его, пока последний слой лака не высохнет в течение 24 часов.

2.Установите клеммы вторичной катушки

Клеммы катушки должны быть механически прочными как на нижнем заземляющем проводе, так и на верхней нагрузке. Сначала вы подключите клемму заземления.

2a

2а. Удалите ленту с одного конца вторичной катушки и размотайте провод до первой контрольной метки. Проволока должна легко отделяться от лака. Снимите заглушку с трубы.

2б. Отрежьте полоску ½ дюйма × 2 дюйма регулировочной пластины из латуни или меди.Отполируйте обе стороны мелкой наждачной бумагой или металлической мочалкой, пока они не станут блестящими.

ПРИМЕЧАНИЕ: Мы используем латунь и медь, насколько это возможно, во всей конструкции, чтобы избежать использования магнитных материалов, которые могут повлиять на работу катушки.

2с. Сформируйте полосу пальцами или оправкой небольшого диаметра так, чтобы ее изгиб соответствовал трубке из ПВХ.

2д. Наклейте 4-дюймовую полоску изоленты на внешнюю / выпуклую сторону полосы и небольшое количество суперклея СА на внутреннюю / вогнутую сторону.Осторожно приклейте полоску примерно на 1/8 дюйма ниже обмотки, используя изоленту, чтобы удерживать ее, пока клей застывает.

ПРИМЕЧАНИЕ: Осторожно поместите полоску. Клей CA склеивает быстро.

2e

2д. Через несколько минут удалите изоленту и залудите край полосы, ближайший к катушке, где вы в конечном итоге будете подсоединять провод. Обрежьте проволоку так, чтобы она плавно наматывалась на трубу и контактировала с лентой без перегибов и изгибов. Очистите конец провода наждачной бумагой с зернистостью 600, затем залудите его и припаяйте к полосе.Наконец, нанесите немного клея Goop, чтобы зафиксировать провод возле соединения.

2f

2ф. Чтобы сделать клемму с верхней нагрузкой, сначала размотайте другой конец катушки до контрольной метки и снимите оставшуюся заглушку трубы из ПВХ. Проденьте латунный винт ¼-20 × 1 ″ через отверстие с внутренней стороны крышки. Наденьте припой на винт, накрутите латунную гайку и хорошо затяните.

2 г

2г. Чтобы изолировать головку винта и предотвратить дугу внутри трубы, нанесите эпоксидную смолу на колпачок из ХПВХ ½ дюйма внутри колпачка на 1 ½ дюйма.

2 ч.

2ч. Используйте ПВХ-клей или 5-минутную эпоксидную смолу, чтобы приклеить торцевую крышку из ПВХ на место поверх змеевика. Как только клей затвердеет, оберните свободный конец провода катушки вокруг трубы и колпачка, осторожно закручивая спираль, приближаясь к выступу припоя наверху. Держите катушку в порядке и избегайте резких изгибов. Временно приклейте провод на место и накройте его Goop от верхней контрольной метки до верхнего края колпачка.

После схватывания клея удалите ленту, очистите конец провода наждачной бумагой с зернистостью 600, залудите и припаяйте к наконечнику.Накройте последний отрезок провода от края заглушки трубы до наконечника припоя большим количеством Goop.

2i

2i. Вырежьте круг диаметром 16 дюймов из МДФ или фанеры толщиной ½ или ¾ дюйма. Просверлите отверстие диаметром ¼ дюйма в центре и расточку с одной стороны так, чтобы головка латунного крепежного винта ¼-20 × 1¼ дюйма располагалась заподлицо.

2j

2j. Установите незакрепленную заглушку трубы из ПВХ на основание с помощью крепежного винта и соответствующей латунной гайки внутри заглушки.

2к. Вставьте вторичную обмотку в крышку из ПВХ. Припаяйте 6-дюймовый заземляющий провод (18–12 AWG) к металлической полосе на нижнем конце катушки. Закрепите провод на основании с помощью P-образного зажима для снятия натяжения.

ВНИМАНИЕ: Не просверливайте вторичную обмотку (ПВХ), чтобы прикрепить заземляющий провод. Это может вызвать внутреннюю дугу.

3. Соберите верхнюю нагрузку

Верхняя загрузка основана на тороидальном цветочном венке, который я купил в большом магазине хобби. Если вы не можете найти тороид из пенопласта, подобный этому, есть и другие варианты построения верхней нагрузки, но эти варианты повлияют на вашу настройку.Используйте JavaTC, чтобы понять, как другая загрузка может повлиять на ваш дизайн.

3а. Если на тороиде есть линии формы или другие выступы, сгладьте их шлифовальным блоком.

3б. Измерьте внутренний диаметр вашего тороида. Мой был 8¼ дюймов. С помощью большого циркуля или трамплина нарисуйте соответствующий круг на листе фанеры или МДФ толщиной or или ½ дюйма. Вырежьте круг немного большего размера лобзиком, затем отшлифуйте его до плотного прилегания. Просверлите отверстие 5/16 ″ в центре диска.

3c

3с. Закройте обе стороны диска полосами алюминиевой ленты, перекрывая их примерно на дюйма. Приполируйте его стороной вашего Sharpie, чтобы разгладить складки, затем обрежьте его на одном уровне с краями диска и центральным отверстием с помощью универсального ножа.

3д. Чтобы убедиться, что диск центрирован по вертикали внутри тороида, сначала установите тороид на рабочую поверхность, а затем разместите внутри небольшие деревянные бруски, чтобы поддерживать диск на правильной высоте склеивания.С указанным тороидом хорошо работают блоки толщиной ¾ ”.

3e

3д. Нанесите суперклей на внутренний край тороида, затем быстро прижмите диск на место.

3f

3ф. Подождите несколько минут, а затем нанесите полоску суперклея вдоль стыка для большей точности.

3 г

3г. Когда суперклей схватится, полностью закройте тороид 8 ″ полосами алюминиевой ленты. Каждая полоска должна полностью оборачиваться вокруг тороида и доходить до верха и низа диска.

СОВЕТ: Сложите каждую полоску ленты пополам вдоль липкой стороной наружу, чтобы найти ее центр. Затем совместите сгиб с вертикальным центром внешнего края тороида.

3 ч.

3ч. Плавно протрите каждую полоску ленты пальцами, чтобы устранить большие морщины и пустоты. Затем отполируйте его перед тем, как наклеить следующий кусок ленты. Перекрывайте полосы примерно на ¼ дюйма на внешней стороне кольца.

3i

3i. Установите Т-образную гайку ¼-20 в отверстие, смочив 5-минутную эпоксидную смолу для надежности.Плотно установите гайку, затянув ее подходящим болтом и шайбой. Затем снимите болт и шайбу и отложите верхнюю нагрузку в сторону, пока эпоксидная смола схватывается.

4. Изготовьте конденсатор из шести блоков

Конденсатор - это устройство для хранения энергии в виде электрического заряда между двумя проводящими электродами, разделенными изолятором, также известным как диэлектрик . В этом случае соленая вода внутри бутылок является одним электродом, стекло бутылки - диэлектриком, а внешнее покрытие из фольги - другим электродом.Существует несколько конструкций доморощенных конденсаторов, но бутылочный конденсатор, также известный как лейденская банка, на сегодняшний день является самым простым и легким в изготовлении.

4а. Тщательно вымойте бутылки водой с мылом. Высушите их.

4б. Наклейте на дно каждой бутылки два куска алюминиевой ленты, перекрещенных под углом 90 °. Ножницами обрежьте ленту по кругу примерно на ½ дюйма больше, чем дно бутылки, а затем надрежьте внутрь, чтобы получились маленькие треугольные «лепестки». Один за другим согните и разгладьте лепестки по бокам бутылки, стараясь уменьшить морщины.Когда все «лепестки» будут на своих местах, гладко отполируйте ленту.

4c

4с. Закройте стороны каждой бутылки перекрывающимися полосами алюминиевой ленты, каждая из которых оборачивается по всей окружности бутылки плюс 1 дюйм или около того. Начните заподлицо с нижнего края, покрывая «лепестки» из предыдущего шага, и продолжайте движение вверх, перекрывая полосы на – ½ дюйма и полируя каждую полоску перед нанесением следующей. Нанесите последнюю полоску так, чтобы она оканчивалась там, где бутылка изгибается внутрь на горлышке.Оберните верхний край фольги двумя витками изоленты, чтобы уменьшить коронный разряд.

4д. Тщательно смешайте две чашки поваренной соли в 200 мл теплой воды в закрывающемся контейнере.

4e

4д. Используйте воронку, чтобы наполнить каждую бутылку соленой водой до уровня чуть ниже верхнего края ленты из фольги, затем с помощью мультиметра измерьте ее емкость, как показано здесь. Когда вы закончите тестирование, слейте раствор соленой воды обратно в закрывающийся контейнер.

4f

4ф. Эта катушка была разработана для емкости первичного резервуара 0,005 мкФ. Отдельные бутылки будут подключены параллельно, поэтому в идеальном конденсаторе на 6 бутылок каждая бутылка будет иметь емкость 0,005 мкФ / 6 = 0,00083 мкФ или 0,83 нФ. Добавляйте, удаляйте или меняйте отдельные флаконы по мере необходимости, чтобы общая емкость была максимально близкой к 0,005 мкФ. Вы также можете отрегулировать емкость отдельной бутылки, оторвав кусок фольги с верхнего края или удалив немного соленой воды.

4 г

4г. Разложите бутылки на рабочем столе группами по три и плотно скрепите их тремя или четырьмя витками виниловой изоленты сверху и снизу.

4 ч.

4ч. Возьмите два набора по три бутылки и скрепите их скотчем.

4i. Оберните кусок голого многожильного провода дважды вокруг группы бутылок, сожмите проушины с кольцевым язычком на каждом конце и натяните небольшую спиральную пружину между ними, чтобы провод плотно прилегал к фольге.

4j. Отрежьте 18-дюймовый провод из изолированного многожильного медного провода 12 AWG, зачистите концы и припаяйте один из них к оголенной обмотке. Для снятия натяжения закрепите провод к обмотке на небольшом расстоянии с помощью небольшой кабельной стяжки. Накройте оставшуюся часть провода виниловым капельным шлангом для дополнительной изоляции, а затем прижмите язычок к свободному концу. Этот вывод подключается к искровому промежутку.

4к. Заполните каждую бутылку соленой водой, как и раньше, а затем нанесите слой минерального масла толщиной 1/8 дюйма, чтобы предотвратить коронный разряд.

4л. Соедините электроды для морской воды внутри бутылок с помощью проволочного погружного электрода, сделанного из двух сплошных медных проводов 12 AWG длиной 19 дюймов, каждая из которых намотана на третью длину 23 дюйма. При необходимости согните шесть выводов вниз, чтобы достать до дна бутылок. Сделайте хорошие механические соединения и хорошо спаяйте стыки.

4м. Отрежьте 30-дюймовый изолированный многожильный провод 12 AWG, зачистите концы и припаяйте один из них к погружному электроду. Пропустите провод через виниловый капельный шланг длиной ¼ дюйма, чтобы добавить дополнительную изоляцию, затем припаяйте зажим типа «крокодил» к свободному концу.Зажим типа «крокодил» будет использоваться для регулировки точки отвода первичной катушки на этапе настройки.

5. Создайте первичную катушку

JavaTC полезен для расчета количества витков в первичной катушке с учетом конкретного NST, конфигурации вторичной катушки, геометрии верхней нагрузки и емкости основного резервуара. Если вы используете NST с номиналом 9000 кВ / 25 мА, установите вторичную катушку и верхнюю нагрузку, как описано выше, и достигните емкости основного бака 0,005 мкФ (+/– 0,0002 мкФ), эта первичная обмотка должна работать нормально.Если что-то из этого

DIY Mini Tesla Coil - RMCybernetics

Питание постоянного тока с плазменным выходом

Целью этой конструкции было получение максимально возможного напряжения (или самой длинной дуги) от одного автономного устройства.

Катушка работает от 12 В или 24 В батарей SLA. Пара автомобильных катушек зажигания используется для обеспечения около 20 кВ для зарядки конденсаторной батареи. Катушки зажигания возбуждаются прямоугольным импульсом переменной частоты от микросхемы синхронизации 555 и четырех больших транзисторов (2N3055).

Входное напряжение 12-24 В постоянного тока
Потребляемая мощность 250 Вт макс.
Макс.длина дуги 25 см
Выходное напряжение (прибл.) 250 кВ
Первичный трансформатор Две параллельные катушки зажигания автомобиля - 20кВ
Конденсатор MMC 20 кВ
Искровой разрядник Трубы 5 x 6 мм, переменная
Первичные витки 850
Вторичные витки 850
Дополнительная высота 40 см
Дополнительная ширина 5 см
Пополнение Сфера 10см
Особенности Терминал плазменного / пламенного разряда Питание от аккумулятора Полностью портативный Переменная муфта Basic Power Management

Труба, идущая от отверстия в верхней части сферы до внутренней части вторичной катушки, используется для подачи газа, который образует плазменный электрод.

Используя газ бутан и воздух, голубое пламя можно использовать в качестве интересного разрядного вывода. Выбросы нагретого CO 2 образуют канал низкого давления, по которому электричество проводится легче, чем воздух. Это создает большой плазменный столб над пламенем. При определенных скоростях разряда искрового промежутка плазменный столб может быть похож на стабильное образование двойной спирали. Небольшие количества других газов, таких как неон или гелий, можно смешивать с бутаном, чтобы получить немного другие цвета и эффекты.Приведенная ниже таблица поможет вам найти некоторые компоненты, необходимые для этого проекта.

Больше фотографий плазмы

Конденсаторная батарея - Конденсатор, используемый в этом проекте, был изготовлен путем объединения большого количества конденсаторов меньшего номинала. При последовательном подключении конденсаторов меньшего размера общее допустимое напряжение увеличивается. Для получения большей емкости (емкости) конденсаторы можно подключать параллельно. Этот тип конденсаторной батареи известен как MMC (Multi Mini Capacitors).В следующей версии этого проекта будут использоваться специально разработанные конденсаторы большой емкости для импульсного разряда. Эти конденсаторы могут быть более эффективными, чем MMC, но они могут быть дорогими и их трудно найти.

Первичный трансформатор - Для этой конструкции используются катушки зажигания (индукционные катушки), полученные со склада металлолома. Старые катушки зажигания представляют собой очень дешевый способ генерирования высокого напряжения для зарядки конденсатора. Повышение напряжения в катушке зажигания не определяется соотношением витков, как в обычных трансформаторах.Вторичное напряжение зависит от скорости изменения тока в первичной катушке. Старые катушки зажигания, например, со свалки, могут не работать так же хорошо, как новые. Со временем изоляционное масло внутри корпуса становится менее эффективным и может вызвать внутреннюю дугу. Это может повредить транзисторы и схему управления, сделав их бесполезными

Схема управления - Схема управления основана на простом генераторе, обеспечиваемом микросхемой таймера NE555. Прямоугольные импульсы отправляются на набор из четырех силовых транзисторов 2N3055, установленных на большом радиаторе.Эти транзисторы могут довольно быстро переключать большую мощность, но они могут быть чувствительны к скачкам напряжения, вызванным обратной связью в цепи или неисправными катушками зажигания. Схема драйвера катушки зажигания, показанная ниже, показывает, как сигнал от микросхемы 555 предварительно усиливается, чтобы можно было эффективно управлять большой решеткой транзисторов. Использование транзисторов 2N3055 таким образом не идеально, но это то, что у нас было в наличии на тот момент для проекта. Современные IGBT-транзисторы намного более эффективны и менее подвержены отказу от скачков напряжения.

Выходной сигнал катушек зажигания выпрямляется (преобразуется в постоянный ток с помощью диодов), так что он может заряжать батарею конденсаторов C1, показанную ниже.

Катушки - Первичная катушка просто сделана из 2-миллиметрового эмалированного медного провода, намотанного на пластиковую подставку. Всего есть шесть витков, но при настройке соединение выполняется примерно на 4,5 витка. Вторичная обмотка намотана из эмалированной медной проволоки диаметром 0,4 мм на пластиковую дренажную трубу.

Безопасность - К конденсатору прикреплен переключатель короткого замыкания, который приводится в действие длинной пластиковой ручкой.Это используется, чтобы убедиться, что конденсатор полностью разряжен и не может перезарядиться при выполнении каких-либо ручных регулировок. Также имеется переключатель для отключения питания от катушек зажигания, который активируется с помощью изолирующего натяжного шнура.

Особенности - Этот проект имеет несколько дополнительных функций по сравнению с обычной катушкой Тесла. Сфера с верхней загрузкой имеет небольшое отверстие для выхода газа. Пластиковая труба диаметром 5 мм проходит по внутренней стороне вторичной катушки и выходит из пластикового основания.

Фотографии плазмы и дуги

Это позволяет подавать газ по трубопроводу, не мешая нормальной работе катушки Тесла.

Будущие разработки - Этот проект в настоящее время модернизируется. Новый дизайн направлен на достижение более высокой пропускной способности. При параллельном подключении большего количества катушек зажигания можно увеличить размер искрового промежутка или ускорить его зажигание. Новые катушки зажигания будут использоваться вместо бывших в употреблении для повышения стабильности.Новый дизайн также включает функции контроля напряжения и мощности. Он также имеет аккуратную металлическую отделку и несколько выходов, поэтому его можно использовать в качестве многоцелевого портативного источника питания высокого напряжения

Щелкните здесь, чтобы увидеть новый проект

Перенастроенная катушка Тесла выравнивает, электризует материалы на расстоянии

Провода нанотрубок самоорганизуются под действием направленного электрического поля от катушки Тесла. Предоставлено: Джефф Фитлоу.

Ученые из Университета Райса обнаружили, что сильное силовое поле, излучаемое катушкой Тесла, заставляет углеродные нанотрубки самоорганизовываться в длинные провода - явление, которое они называют «теслафорезом»."

Команда под руководством химика Райса Пола Черукури сообщила о своих результатах на этой неделе в ACS Nano .

Черукури видит в этом исследовании четкий путь к масштабируемой сборке нанотрубок снизу вверх.

Система работает путем удаленного колебания положительных и отрицательных зарядов в каждой нанотрубке, заставляя их соединяться в длинные провода. Специально разработанная катушкой Тесла Черукури даже создает эффект притягивающего луча, когда провода нанотрубок тянутся к катушке на большие расстояния.

Это действие силового поля на материю никогда не наблюдалось в таком большом масштабе, сказал Черукури, и это явление было неизвестно Николе Тесле, который изобрел катушку в 1891 году с намерением передавать электрическую энергию по беспроводной сети.

«Электрические поля использовались для перемещения небольших объектов, но только на сверхкороткие расстояния», - сказал Черукури. «С Теслафорезом у нас есть возможность значительно увеличить силовые поля для удаленного перемещения материи».

Исследователи обнаружили, что это явление одновременно собирает и питает цепи, которые собирают энергию с поля.В одном эксперименте нанотрубки собирались в провода, образовывали цепь, соединяющую два светодиода, а затем поглощали энергию поля катушки Тесла, чтобы зажечь их.

Черукури понял, что переработанная катушка Тесла может создавать мощное силовое поле на расстояниях, намного больших, чем кто-либо мог представить. Его команда наблюдала выравнивание и движение нанотрубок на расстоянии нескольких футов от катушки. «Это потрясающее зрелище - наблюдать, как эти нанотрубки оживают и вшиваются в провода на другом конце комнаты», - сказал он.

Нанотрубки были естественным первым материалом для испытаний, учитывая их наследие в Райсе, где был изобретен производственный процесс HiPco. Но исследователи предполагают, что можно собрать и многие другие наноматериалы.

Линдси Борнхофт, ведущий автор статьи и аспирант биомедицинской инженерии в Техасском университете A&M, сказала, что направленное силовое поле от настольной катушки в Райсе ограничено всего несколькими футами. Чтобы изучить влияние на материю на больших расстояниях, потребуются более крупные системы, которые находятся в стадии разработки.Черукури предположил, что узорчатые поверхности и несколько систем катушек Тесла могут создавать более сложные самособирающиеся схемы из частиц нанометрового размера.

Химик из Университета Райса Пол Черукури (слева), аспирант Техасского A&M Линдси Борнхофт (в центре) и научный сотрудник Райс Картер Киттрелл демонстрируют силу теслафореза, который освещает их люминесцентные лампы по беспроводной сети. Испытания с настроенной катушкой Тесла показали, что нанотрубки в поле самособираются в провода.Предоставлено: Джефф Фитлоу.

Черукури и его жена Тоня, также квасцы Риса и соавтор статьи, отметили, что их сын Адам сделал несколько замечательных наблюдений, просматривая видео об эксперименте. «Я был удивлен, что он заметил закономерности в движениях нанотрубок, которых я не видел», - сказал Черукури. «Я не мог сделать его автором статьи, но мы благодарим его и его младшего брата Джона за полезные обсуждения».

Черукури знает цену юношескому наблюдению и воображению с тех пор, как он начал конструировать катушки Тесла, будучи подростком.«Я бы никогда не подумал, как 14-летний ребенок, строящий катушки, что когда-нибудь это пригодится», - сказал он.

Черукури и его команда самостоятельно финансировали работу, что, по его словам, сделало ее более значимой для группы. «Это был один из самых захватывающих проектов, которые я когда-либо делал, особенно потому, что это была полностью добровольная группа увлеченных ученых и студентов. Но поскольку Райс обладает этой замечательной культурой нетрадиционной мудрости, мы смогли сделать удивительное открытие, которое раздвигает границы нанонауки.«

Сборки нанотрубок притягиваются к источнику поля Тесла в эксперименте в лаборатории Райса. Предоставлено: Джефф Фитлоу.

Товарищи по команде с нетерпением ждут возможности увидеть, к чему приведет их исследование. «Эти проволочные нанотрубки растут и действуют как нервы, и контролируемая сборка наноматериалов снизу вверх может использоваться в качестве шаблона для приложений в регенеративной медицине», - сказал Борнхофт.

«Существует так много приложений, в которых можно использовать сильные силовые поля для управления поведением материи как в биологических, так и в искусственных системах», - сказал Черукури.«И еще более захватывающим является то, как много фундаментальной физики и химии мы открываем по мере продвижения вперед. Это действительно только первый акт в удивительной истории».

Соавторы Райс старшая Аида Кастильо; Ученые-исследователи риса Картер Киттрелл, Дастин Джеймс и Брюс Бринсон; Заслуженный научный сотрудник Райс Брюс Джонсон; Томас Рыболт, заведующий кафедрой химии и профессор Фонда Калифорнийского университета в Университете Теннесси-Чаттануга; и Престон Смолли из Второй баптистской школы в Хьюстоне, который работал над проектом в качестве летнего стажера в Райс.Черукури и Борнхофт начали проект, когда оба учились в Университете Теннесси-Чаттануга.


Идеальные нанотрубки сияют ярче всех
Дополнительная информация: Линдси Рэй Борнхофт и др. Теслафорез углеродных нанотрубок, ACS Nano (2016).DOI: 10.1021 / acsnano.6b02313 Предоставлено Университет Райса

Ссылка : Перенастроенная катушка Тесла выравнивает, электризует материалы на расстоянии (2016, 14 апреля) получено 10 января 2021 г. с https: // физ.org / news / 2016-04-reconfigured-tesla-aligns-electrifies-materials.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

10 лучших музыкальных клипов о катушках Тесла на YouTube

Никола Тесла по праву считается одним из величайших научных умов всех времен.Его новаторская работа в качестве инженера, особенно в области электричества и электромагнетизма, означает, что его имя является синонимом изобретений и инноваций. Однако одна из вещей, которыми Тесла наиболее известен в наши дни, - это катушка Тесла, схема электрического трансформатора, которую он использовал для экспериментов.

Никола Тесла по праву считается одним из величайших научных умов всех времен.Его новаторская работа в качестве инженера, особенно в области электричества и электромагнетизма, означает, что его имя является синонимом изобретений и инноваций.

Однако одна из вещей, которыми Тесла наиболее известен в наши дни, - это катушка Тесла, схема электрического трансформатора, которую он использовал для экспериментов. Эти высоковольтные устройства, вырабатывающие малый ток, в конечном итоге стали использоваться в коммерческих продуктах, но сейчас они используются в основном в развлекательных целях.Точно так же, как дисководы гибких дисков и устаревшие технологии, они способны создавать приятную, приятную музыку.

Катушки Тесла - Super Mario Bros.

Модель Super Mario Bros.Тема - одна из самых узнаваемых песен всех времен. Серьезно, любой, кто когда-либо играл хотя бы в одну из игр, в которых он появился, узнает об этом, как только услышит. Что делает его идеальным вариантом для игры с катушками Тесла. Парень в клетке должен продемонстрировать, насколько он в полной безопасности за слоем металла, хотя это не объясняет его ужасные танцевальные движения.

Катушки Тесла - Дуэль Банджо

Dueling Banjos из фильма Deliverance - быстрая и запутанная песня, на каком бы инструменте она ни играла.Тем более удивительно, что он хорошо работает при использовании катушек Тесла. Если вы присоединитесь на полпути, то будет сложно понять, что сейчас играет, но как только вы узнаете, что это Dueling Banjos , получается потрясающая кавер-версия классической песни.

Катушки Тесла - 2001: Космическая одиссея

Это смесь мелодий, сыгранных с использованием катушек Тесла, начиная с вступительной песни из 2001: A Space Odyssey , продолжая Ghostbusters и заканчивая Mega Man .Есть еще несколько смешанных песен, но эти три я сразу узнаю. Эффектный фон с флагами и темнеющим небом помогает создать настроение этой смеси.

Катушки Тесла - Имперский марш

Имперский марш , также известный как Тема Дарта Вейдера , возможно, является культовым треком из всех фильмов Star Wars .Это, безусловно, тот, за который фанаты ухватились в массовом порядке, записывая версии для всех видов технологий, как старых, так и новых. Вполне возможно, что это самая старая из них, поскольку катушки Тесла были изобретены в 1890-х годах. Парень, размахивающий люминесцентными лампами, выглядит так, будто ему почти столько же лет, сколько и его любимому инструменту.

Катушки Тесла - Дом восходящего солнца

Кажется, что в House Of The Rising Sun есть что-то, что делает его идеальной песней для каверов с использованием технологий, которые изначально никогда не предназначались для музыкальных инструментов.Хитовый альбом The Animals уже вошел в наш список песен, проигрываемых на старом техническом оборудовании, а теперь он вошел и в этот. Возможно, это не патч на оригинале, но, тем не менее, это чертовски хорошее усилие.

Катушки Тесла - Покер

Короткие, звенящие ноты в песне Poker Face Леди Гаги делают ее идеальной современной песней для воспроизведения на катушках Tesla.Или, точнее, одиночная катушка Тесла. Хорошо, так что только припев узнаваем для всех, кроме самых больших фанатов Гаги, но даже я, который только когда-либо слышал эту песню по радио (честно говоря), сразу знаю, что это такое. На удивление катушка Тесла выглядит лучше, чем Леди Гага. Или это немного жестковато?

Катушки Тесла - Пираты Карибского моря

Любите или ненавидите Пираты Карибского моря и Капитана Джека Воробья, мелодия темы довольно запоминающаяся.Он вызывает в воображении образы деревянных сосудов, бутылок с ромом и сидящих на плечах попугаев. Даже когда играет на одной катушке Тесла. Однако самое примечательное в этом видео - это выбор места. Я почти уверен, что не рекомендуется ставить катушку Тесла в гараж, полный хлама. Некоторые из них легко воспламеняются.

Катушки Тесла - Nyan Cat!

Ах, Нян Кот! Как мы так по тебе скучали.Этот мем уже действительно мертв, хотя мне все еще нравятся эпизодические всплески "Non-Stop Nyan Cat!" Я слышал эту песню, которая в равной степени вызывает привыкание и раздражает, и ее играли на разных инструментах. Но катушки Тесла - самые впечатляющие из всех. Нет ничего лучше этого.

Катушки Тесла - Тема Zelda

Тот же парень, которого мы уже видели, размахивая флуоресцентными лампами вокруг своей головы, вернулся, на этот раз он носит что-то вроде перевернутого мусорного бака на голове.Думаю, все дело в том, что он сделан из металла. Но все равно. Песня является темой для Zelda , еще одной давней серии видеоигр. Этот клип сделан более крутым, чем если бы он поджигал воздушные шары. Я полагаю, предупреждение не играть с катушками Тесла, не зная заранее о связанных с этим рисках.

Катушки Тесла - Доктор Кто

Как это уже стало традицией с этими краткими описаниями видео, я оставил лучшее напоследок.Это тематическая мелодия Doctor Who , которую проигрывает не только с использованием двух катушек Тесла, работающих в унисон, но и парнем, достаточно храбрым или глупым, чтобы встать между ними. Конечно, на нем что-то вроде кольчужного костюма, но даже этого недостаточно, чтобы убедить меня, что это безопасно. Если только он сам не Доктор Кто и не восстановится, если что-то пойдет не так.

Выводы

В катушках Тесла есть что-то безумно крутое, особенно когда они используются для создания музыки, и особенно если какой-то сумасшедший дурак стоит между двумя из них, руководя операциями.Хотя я бы не рекомендовал никому это делать. Катушки Тесла могут быть чрезвычайно опасны в чужих руках.

Что вы думаете о катушках Тесла, используются они в качестве музыкальных инструментов или нет? Если вы видели еще видео с катушками Тесла, не стесняйтесь оставлять ссылку в разделе комментариев ниже.Я никогда не устаю видеть эти невероятные молнии.

Кредит изображения: Стив Бегер

Microsoft удалит удобную функцию Windows в предстоящем обновлении

Функция минимизации окна должна выйти из Windows 10 в начале 2021 года.

Об авторе Дэйв Паррак (Опубликовано 2591 статей)

Дэйв Паррак - старший редактор новостей и других разделов MakeUseOf.У него более десяти лет опыта написания статей для технических изданий.

Больше От Дэйва Паррака
Подпишитесь на нашу рассылку новостей

Подпишитесь на нашу рассылку, чтобы получать технические советы, обзоры, бесплатные электронные книги и эксклюзивные предложения!

Еще один шаг…!

Подтвердите свой адрес электронной почты в только что отправленном вам электронном письме.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *