Как устроена катушка тесла: принцип работы, как собрать в домашних условиях, схема

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

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

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

Так выглядит Тесла в действии.

Как правильно называть устройство

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

1. Трансформатор Тесла.
2. Катушка Тесла.
3. Тесла.

Также существуют сленговые названия трансформатора Тесла, некоторые из них:

1. Катуха (Котуха).
2. Койл.

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

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

Принцип работы

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

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

Простая схема работы катушки тесла.

Интересный материал для прочтения: факты о понижающих трансформаторах.

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

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

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

Аналогия с качелями

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

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

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

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

Теперь рассмотрим ситуацию, когда мужик только немного подталкивает качели. В этом случае коэффициент связи мал, а качели отклоняются намного дальше – мужик теперь их не держит. Качели придется раскачивать дольше, но с этим справится даже очень хилый мужик, чуть-чуть толкая их каждый период колебаний. Такие качели и есть аналогом трансформатора Тесла. Чем больше коэффициент связи, тем быстрее во вторичный контур накачивается энергия, но при этом выходное напряжение теслы получается меньше.

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

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

Основные виды катушек

Самодельная катушка тесла.

Сам Тесла изготавливал Трансформатор только одного типа – на разряднике (СГТЦ).

С тех пор элементная база сильно улучшилась, и появилось множество разных типов катушек, по аналогии их продолжают называть катушками Тесла.

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

SGTC (СГТЦ, Spark Gap Tesla Coil)

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

VTTC (ВТТЦ, Vacuum Tube Tesla Coil

Трансформатор тесла на лампе. В качестве ключевого элемента используется мощная радиолампа. Такие трансформаторы могут работать в непрерывном режиме и выдавать толстые, “жирные” стримеры. Этот тип чаще всего используют для высокочастотных тесел, которые из-за характерного вида своих стримеров получили название “факельник”.

SSTC (ССТЦ, Solid State Tesla Coil)

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

Катушка типа 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

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

Основные детали катушки трансформатора тесла.

Тороид

Тороиды обычно изготавливают из алюминиевой гофры, хотя есть множество других технологий. Выполняет три функции:

1. Первая – уменьшение резонансной частоты – это актуально для SSTC и DRSSTC, так как силовые полупроводники плохо работают на высоких частотах.
2. 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.
3. Третья – 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.

Интересный материал в тему: как собрать повышающий трансформатор самостоятельно.

Вторичка

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.

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.

Защитное кольцо

Предназначено для того, чтобы стример, попав в первичную обмотку не вывел электронику из строя. Эта деталь устанавливается на тесле, 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. Также 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.

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

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.

Заземление

Очень важная деталь теслы. Очень часто задают вопрос – куда же бьют стримеры? Отвечаем 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.

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.

Область применения

Неверно считать, что трансформатор Теслы не имеет широкого практического применения. Он используется для поджига газоразрядных ламп и для поиска течей в вакуумных системах. Тем не менее, основное его применение в наши дни — познавательно-эстетическое. В таблице ниже представлены эффекты, возникающие во время работы трансформатора тесла.

Эффекты, возникающие во время работы трансформатора тесла.

В основном это связано со значительными трудностями при необходимости управляемого отбора высоковольтной мощности или тем более передача её на расстояние от трансформатора, так как при этом устройство неизбежно выходит из резонанса, а также значительно снижается добротность вторичного контура.

Схема для самостоятельной сборки

В данной схеме минимум элементов, что нисколько не облегчает нашу задачу. Ведь чтобы она работала необходимо её не только собрать, но и настроить. Начнем с МОТов.

Такой трансформатор есть в микроволновке. Представляет собой обычный силовой трансформатор с одной лишь разницей, что его сердечник работает в режиме, близком к насыщению.

Схема сборки самодельного трансформатора Тесла.

Это означает, что несмотря на малые размеры, он имеет мощность до 1,5 кВт. Однако, есть и отрицательные стороны у такого режима работы. Это и большой ток холостого хода, около 2-4 А, и сильный нагрев даже без нагрузки, про нагрев с нагрузкой я молчу. Обычное выходное напряжение у МОТа — 2000-2200 вольт при силе тока 500-850 мА.

МОТы на трансформатор теслу.

У всех МОТов «первичка» намотана внизу, «вторичка» сверху. Делается это для хорошей изоляции обмоток.

На «вторичке», а иногда и на «первичке» намотана накальная обмотка магнетрона, около 3,6 вольт.

Причём между обмотками можно заметить две металлические перемычки. Это — магнитные шунты.

Основное их назначение — замкнуть на себя часть создаваемого «первичкой» магнитного потока.

Таким образом ограничить магнитный поток через «вторичку» и её выходной ток на некотором уровне.

Внимание! Дилетантов просим отказаться от этой работы! Опасно, высокое напряжение, смертельно для жизни! Напряжение хотя и мало по сравнению со строчником, но сила тока, в сто раз большая, чем безопасный предел 10мА сведет шансы остаться в живых практически к нулю.

КАПы подразумеваются высоковольтные керамические конденсаторы (серий К15У1, К15У2,  ТГК, КТК, К15-11, К15-14 —для установок высокой частоты!).

Фильтр от ВЧ для самодельной теслы.

Фильтр от ВЧ: соответственно две катушки, выпоняющие функцию фильтров от напряжения высокой частоты.

В каждой 140 витков медного лакированного провода 0.5 мм в диаметре.

Искровик, который нужен для коммутации питания и возбуждения колебаний в контуре.

Если в схеме не будет искровика, то питание будет, а колебаний нет. А еще блок питания начинает сифонить через первичку — а это короткое замыкание!

 

Искровик для самодельного трансформатора Тесла.

Пока искровик не замкнут — капы заряжаются. Как только замыкается — начинаются колебания.  Поэтому ставят балласт в виде дроселей — когда искровик замкнут дросель мешает течь току от блока питания заряжается сам, а потом, когда разрядник разомкнется, заряжает капы с удвоенной злостью.

Наконец-то очередь дошла и до самого трансформатора Теслы: первичная обмотка состоит из 7-9 витков провода очень большого сечения.

Впрочем, подойдёт сантехническая медная трубка. Вторичная обмотка содержит от 400 до 800 витков, тут нужно подстраиваться.

 

 

 

Готовая катушка трансформатора Тесла своими руками.

На первичную обмотку подаётся питание. У вторички один вывод надёжно заземлён, второй присоединён к ТОРУ (излучатель молний) .

Тор можно изготовить из вентиляционной гофры. На этом все. Помните о безопасности и желаем удачи в самостоятельной сборке.

 

 

Заключение

В данной статье были рассмотрены основные факты о трансформаторе тесла и способ собрать устройство самостоятельно. Больше информации об этих трансформаторах можно узнать в учебном материале “Способы определения параметров трансформатора Тесла” В. А. Колчановой.

Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. Также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов. Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vк.coм/еlеctroinfonеt. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию:

www.bsvi.ru

www.i-dodo.ru

Предыдущая

ПрактикаКак проверить диодный мост мультиметром?

Следующая

ПрактикаКак проверить трансформатор при помощи мультиметра

Ламповая катушка Теслы / Хабр

Хомяки приветствуют вас, друзья.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

---

Полное видео проекта на YouTube
Наш Instagram

Как сделать катушку Тесла (трансформатор), устройство и применение.

😎 От автора: данная статья является первоисточником, прошу помнить об этом в случае её переиздания на других ресурсах.

Трансформатор Тесла своими руками

Наша рабочая модель самодельного трансформатора Тесла в действии

                1. Описание: катушки Тесла- это простейший трансформатор, состоящий из двух катушек без общего сердечника. Первичная обмотка (первичка)  имеет несколько (3-10) витков толстого провода. Вторичная (высоковольтная) обмотка содержит намного больше витков, порядка 1000. Трансформатор Тесла обладает коэффициентом трансформации в 10-50 раз выше отношения числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной. Выходное напряжение трансформатора Тесла может достигать нескольких миллионов вольт. Это напряжение в резонансной частоте способно создавать внушительные электрические разряды в воздухе, которые могут иметь значительную длину, в зависимости от мощности конечно.

применение простейшей катушки Тесла в быту.

                  2. Изобретение: «Трансформатор Тесла» в том виде, который нам известен, стал итогом одного из экспериментов в Колорадо-Спрингс (США) проходивших в далёком 1899 году. Предвестником изобретения стало открытие, сделанное Николой Тесла в 1888 году  явления вращающегося магнитного поля и строительство электрогенератора высокой и сверхвысокой частот. В 1891 году учёный создаёт резонансный трансформатор, позволяющий получать высокочастотное напряжение с амплитудой до нескольких миллионов вольт. В своих изысканий Никола Тесла доказал возможность создания стоячей электромагнитной волны. Само изобретение наружу кажется очень простым и незамысловатым, в действительности самое сложное в трансформаторе Тесла, — это цепь питания для первичной обмотки трансформатора.

             3. Эксперимент: работая с гигантской катушкой, Тесла   дошёл до строительства целой башни высотой в несколько десятков метров, которую венчала большая медная полусфера, и при включении установки возникали искровые разряды длиной до сорока метров. Молнии сопровождались громовыми раскатами, слышимыми за 24 километра. Вокруг самой башни, во время её работы, пылал огромный световой шар. Идущие по улице, люди испуганно шарахались с ужасом наблюдая, как между их ногами и землёй проскакивают искры. Лошади получали электрошоковые удары через железные подковы. На многих, в том числе значительно удалённых, металлических предметах возникали синие ореолы – «огни святого Эльма».

Башня Ворденклиф при лаборатории Николы Тесла 1901—1917— первая беспроводная телекоммуникационная башня

Человек, устроивший всю эту электрическую фантасмагорию в 1899 году из своей лаборатории в Колорадо-Спрингс, вовсе не собирался пугать людей. Его цель была иной, и она была достигнута: за двадцать пять миль от башни под аплодисменты наблюдателей разом загорелись 200 электрических лампочек. Электрический заряд был передан без всяких проводов.

               4. Как сделать простейшую катушку Тесла: Берём любой источник высокого напряжения (МИНИМУМ 1.5кВ и вообще привыкайте, что теперь вольтов не существует, есть только кВ, а 1.5кВ так же мало, как 1.5В в обычной жизни) лучше брать не меньше 5 кВ, его подключаем к любому конденсатору на нужное напряжение (если ёмкость слишком большая, то нужен будет ещё и диодный мост, но для начала лучше экспериментировать с малыми емкостями).

          Затем через искровой промежуток — два провода, смотанные изолентой, так что их оголённые концы смотрят в одну сторону (подгибая проволоку провода регулируем зазор, настроенный на пробой при напряжении чуть выше напряжения источника, ток-то переменный, так что в пике напряжение выше номинального), подключаете это дело к первичной обмотке катушки (для наших параметров лучше брать 5-6 витков). Для вторичной обмотки достаточно будет 150 витков (можно намотать на обычную картонную трубку) и, если Вы всё сделали правильно, то получите разряд в 1см если приблизить выводы катушки и довольно заметную корону, если их развести. Да, не забудьте один нижний вывод вторичной обмотки хорошенько заземлить.

Простейший трансформатор Тесла в работе. Для его создания понадобился высоковольтный источник питания.

 Цель данной статьи- показать как своими руками можно сделать  настоящую трансформатор (катушку) Тесла с нуля. Итак, начнём!

5. Требования к оборудованию: для Теслы, которую не стыдно показать, уже нужно попотеть.

а) Входное напряжение нужно МИНИМУМ 6кВ, иначе искровик стабильно работать не будет (настройка будет сбиваться).
б) Искровик должен быть из масивных кусков меди, желательна их честкая фиксация в нужном положении.
в) Мощность на входе не ниже 50Вт, но лучше 100+.
г) Конденсатор и первичная обмотка должны образовывать колебательный контур, попадающий в резонанс со вторичной обмоткой. Вторичная обмотка может иметь много кратных резонансов (например, в нашей схеме резонирует на 200, 400, 800 и 1200кГц, почему так — не знаю, но это проверено экспериментально на точном оборудовании), причём одни сильнее, а другие слабее (первый не обязательно самый сильный) и они зависят от расположения первичной обмотки. Как определить эти частоты без генератора частот не знаю — придётся использовать метод «научного тыка”, перематывая первичную обмотку и меняя ёмкость конденсатора.
д) Ещё потребуется либо относительно маленькая ёмкость конденсатора (чтобы он до большого напряжения переменным током заряжался), либо диодный мост выпрямления тока (с мостом мне как-то спокойнее — можно любую ёмкость подключать , но там нужен резистор для её разрядки, после выключения питания либо в ручную его закорачивать, а то он ОЧЕНЬ больно бьёт током).
е) Первичная обмотка должна быть хорошо заизолирована от вторичной, иначе пробьёт на неё. Вторичная обмотка также должна иметь хорошую межвитковую изоляцию, иначе из каждой царапины на лаке будет идти корона, либо вообще вся катушка будет светиться.

А теперь поговорим о том, как создать катушку, подобную той, что изображена на самом верху!

6.СХЕМА ТРАНСФОРМАТОРА ТЕСЛА

Принципиальная схема трансформатора Тесла, по которой собрана наша катушка.

Как Вы видите, в данной схеме минимум элементов, что нисколько не облегчает нашу задачу. Ведь чтобы она работала необходимо её не только собрать, но и настроить! Начнём по-порядку.

7. Принципы безопасности:

            Прежде чем начинать какую либо практическую работу связанную с электричеством, очень важно для себя оценить всю его опасность и предупредить возможные риски. Помните, что смертельный ток для человека это жалкие 0,1 Ампера, а неотпускающий – переменный ток, который за счет периодических импульсов вызывает прилипание человека к источнику тока, возникает при силе от 0,025 ампер;

Помните про опасность при работе с электричеством!

                 При попадании под электрическое напряжение пострадавший всегда получает шок, а вот его последствия могут быть различными: от судорог пальцев конечностей и их дрожи, от неприятных ощущений нагревания и жжения до остановки дыхания и фибрилляции сердца (бессистемного сокращения) и полной его остановки. В последнем случае кровь перестает перемещаться по сосудам, отчего человек умирает. Кроме того, электрический ток является опасным для человека, поскольку при определенных значениях его силы создается эффект прилипания к оголенным проводам из-за чрезмерного стимулирования электричеством нервных волокон. Одной из причин смерти от удара током может стать механическая травма в результате непроизвольного сокращения мышц. Может наступить потеря зрения из-за воздействия на сетчатку глаза образовавшейся электрической дуги. И, если вы не обладаете должным практическим навыком работы, то потренируйтесь сначала на более простых вещах, прежде чем начинать подобный этому большой проект.

8. Схема питания трансформатора Тесла:

8.1. МОТЫ:  такой трансформатор есть в микроволновке. Представляет собой обычный силовой трансформатор с одной лишь разницей, что его сердечник работает в режиме, близком к насыщению. Это означает, что несмотря на малые размеры, он имеет мощность до 1,5 кВт. Однако, есть и отрицательные стороны у такого режима работы. Это и большой ток холостого хода, около 2-4 А, и сильный нагрев даже без нагрузки, про нагрев с нагрузкой я молчу. Обычное выходное напряжение у МОТа — 2000-2200 вольт при силе тока 500-850 мА.

МОТ — силовой трансформатор.

            У всех МОТов первичка намотана внизу, вторичка сверху. Делается это для хорошей изоляции обмоток. На вторичке, а иногда и на первичке намотана накальная обмотка магнетрона, около 3,6 вольт. Причём между обмотками можно заметить две металлические перемычки. Это — магнитные шунты. Основное их назначение — замкнуть на себя часть создаваемого первичкой магнитного потока и таким образом ограничить магнитный поток через вторичку и её выходной ток на некотором уровне. Делается это из-за того, что при отсутствии шунтов при коротком замыкании во вторичке (при дуге) ток через первичку многократно возрастает и ограничивается лишь её сопротивлением, которое и так очень мало.

             Таким образом, шунты не дают трансу быстро перегреться при подключенной нагрузке. Хотя МОТ и греется, но в печке ставят  вентилятор для его охлаждения и он не сдыхает. Если же шунты удалить, то мощность, отдаваемая трансом, повышается, но перегрев происходит гораздо быстрее. Шунты у импортных МОТов обычно хорошо залиты эпоксидкой и их не так просто удалить. Но сделать это всё-же желательно, уменьшится просадка под нагрузкой. Для уменьшения нагрева могу посоветовать погрузить МОТ в масло, но сделать это таким образом, чтобы масло в случае перегрева или даже возгорания не могло причинить вреда.

Батарея из трансформаторов МОТ для питания нашей катушки Тесла

Мы использовали батарею из четырёх МОТов, собранную аналогичным нашей схеме. Помните. что напряжение на вторичной обмотке многократно превышает сетевое и смертельно опасно, опасайтесь дуговых разрядов и не работайте без снятия напряжения!

8.2. Конденсаторный блок — Капы: Под Капами подразумеваются высоковольтные керамические конденсаторы (серий К15У1, К15У2,  ТГК, КТК, К15-11, К15-14 -для установок высокой частоты!) Самое сложное в капах- это найти их.

Капы -высоковольтный конденсаторный блок

8.3. Фильтр от ВЧ: соответственно две катушки, выполняющие функцию фильтров от напряжения высокой частоты. В каждой 140 витков медного лакированного провода 0.5 мм в диаметре.

Фильтр высокой частоты и  конденсаторный блок

Фильтр ВЧ и КАПы- конденсаторный блок для питания Теслы

8.4. Искровик: Искровик нужен  для коммутации питания и возбуждения колебаний в контуре. Если в схеме не будет искровика , то питание будет, а колебаний нет. А еще блок питания начинает сифонить через первичку — а это короткое замыкание! Пока искровик не замкнут — капы заряжаются. Как только замыкается — начинаются колебания.  Поэтому ставят балласт в виде дросселей — когда искровик замкнут дроссель мешает течь току от блока питания заряжается сам, а потом, когда разрядник разомкнется, заряжает капы с удвоенной злостью. И да, если бы в розетке было 200 кГц, разрядник естественно был бы  не нужен.

Искровик для возбуждения колебаний в контуре катушки Тесла

Искровик для возбуждения колебаний в цепи питания катушки Тесла

8.5. Тор и катушка Тесла: Наконец-то очередь дошла и до самого трансформатора Тесла. Первичная обмотка катушки Тесла состоит из 7-9 витков провода очень большого сечения, впрочем подойдёт сантехническая медная трубка. Вторичная обмотка содержит от 400 до 800 витков, тут нужно подстраиваться. На первичную обмотку подаётся питание. У вторички один вывод надёжно заземлён, второй присоединён к ТОРУ (излучатель молний) . Тор, своеобразный токопроводящий бублик можно изготовить из обычной вентиляционной гофры.

Намотка катушки Тесла трудоёмкое и медитативное занятие

катушка Тесла перед сборкой

8.6. Небольшое видео про нашу самодельную катушку Тесла:

9. Практическое применение. Трансформатор использовался Теслой для генерации и распространения электрических колебаний, направленных на управление устройствами на расстоянии без проводов (радиоуправление) , беспроводной передачи данных (радио) и беспроводной передачи энергии. В начале XX века трансформатор Тесла также нашёл популярное использование в медицине. Пациентов обрабатывали слабыми высокочастотными токами, которые протекая по тонкому слою поверхности кожи не причиняли вреда внутренним органам (см. : скин-эффект, Дарсонвализация) , оказывая при этом «тонизирующее» и «оздоравливающее» влияние. Похожая на этот трансформатор схема используется в системах зажигания двигателей внутреннего сгорания, но там она низкочастотная.

         В наши дни трансформатор Тесла не имеет широкого практического применения. Он изготовляется многими любителями высоковольтной техники и сопровождающих её работу эффектов. Также он иногда используется для поджига газоразрядных (в том числе неисправных) ламп и для поиска течей в вакуумных системах.  Есть теория, что его использовали для создания радиопомех.

            Некоторые создают аттракционы, другие светильники и фокусы. один чудак и вовсе умудрился создать новогоднюю ёлку. Цвета у него получились благодаря нанесению разных веществ на излучатель. Например если нанести раствор какой нибудь борной кислоты, то будет корона зеленая. Если марганца ,то вроде ярко синяя, если лития, то малиновый. Так что, катушка Тесла в руках современного человека превратилась в игрушку и только.

Применение катушки Тесла

Это должно изображать сигнализацию. Хотя совершенно очевидно, что такая близость может оказаться фатальной для электрооборудования автомобиля =)

У меня есть своя идея по применению трансформатора Тесла, но об этом в другой раз.  🙂

________________________________________________________________________

На страницах нашего интернет магазина, Вы можете купить готовую катушку Тесла

________________________________________________________________________

П.С.  Выражаю  благодарность создателю нашей катушки Тесла,

Ларионову А.

за предоставленные материалы!

Беспроводное электричество? Как работает катушка Тесла

Среди своих многочисленных нововведений Никола Тесла мечтал создать способ подачи энергии в мир, не протягивая провода по всему земному шару. Изобретатель был близок к выполнению этого, когда его эксперименты с электричеством «безумного ученого» привели к созданию катушки Теслы.

Первая система, способная передавать электричество по беспроводной связи, катушка Тесла была поистине революционным изобретением. Ранние радиоантенны и телеграфия использовали изобретение, но вариации катушки могут также делать вещи, которые просто круто — как стрелять молнии, посылать электрические токи через тело и создавать электронные потоки.

Тесла разработал катушку в 1891 году, прежде чем обычные трансформаторы с железным сердечником использовались для питания таких устройств, как системы освещения и телефонные линии. Эти обычные трансформаторы не могут противостоять высокочастотным и высоким напряжениям, которые могут выдержать ослабляющие катушки в изобретении Теслы. Концепция за катушкой на самом деле довольно проста и использует электромагнитную силу и резонанс. Используя медную проволоку и стеклянные бутылки, электрик-любитель может построить катушку Тесла, которая может производить четверть миллиона вольт.[Инфографика: как работает катушка Тесла]

Установка

Катушка Тесла состоит из двух частей: первичной катушки и вторичной катушки, каждая со своим конденсатором. (Конденсаторы накапливают электроэнергию точно так же, как батареи.) Две катушки и конденсаторы соединены искровым разрядником — воздушным промежутком между двумя электродами, который генерирует искру электричества. Внешний источник, подключенный к трансформатору, питает всю систему. По сути, катушка Тесла представляет собой две открытые электрические цепи, соединенные с искровым разрядником.

Катушке Тесла нужен источник высокого напряжения. Обычный источник питания, питаемый через трансформатор, может генерировать ток необходимой мощности (не менее тысячи вольт).

В этом случае трансформатор может преобразовывать низкое напряжение основного питания в высокое напряжение.

Как катушки Тесла генерируют электрические поля высокого напряжения. (Фото предоставлено Россом Торо, художником по инфографике)

Как это работает

Источник питания подключен к первичной катушке.Конденсатор первичной катушки действует как губка и поглощает заряд. Сама первичная катушка должна выдерживать массивный заряд и огромные скачки тока, поэтому катушка обычно изготавливается из меди — хорошего проводника электричества. В конце концов, конденсатор накапливает так много заряда, что разрушает сопротивление воздуха в искровом промежутке. Затем, подобно выдавливанию смоченной губки, ток течет из конденсатора вниз по первичной катушке и создает магнитное поле.

Огромное количество энергии заставляет магнитное поле быстро разрушаться и генерирует электрический ток во вторичной катушке.Напряжение, проникающее через воздух между двумя катушками, создает искры в искровом промежутке. Энергия колеблется между двумя катушками взад-вперед несколько сотен раз в секунду и накапливается во вторичной катушке и конденсаторе. В конце концов, заряд во вторичном конденсаторе становится настолько высоким, что он освобождается в результате захватывающего всплеска электрического тока.

Результирующее высокочастотное напряжение может освещать люминесцентные лампы на расстоянии нескольких футов без подключения электрического провода. [Фото: Историческая лаборатория Николы Теслы в Варденклиффе]

В идеально спроектированной катушке Тесла, когда вторичная катушка достигает максимального заряда, весь процесс должен начаться заново, и устройство должно стать самоподдерживающимся.Однако на практике этого не происходит. Нагретый воздух в искровом промежутке отводит часть электричества от вторичной катушки и обратно в щель, так что в конечном итоге у катушки Тесла кончится энергия. Вот почему катушка должна быть подключена к внешнему источнику питания.

Принцип работы катушки Тесла заключается в достижении явления, называемого резонансом. Это происходит, когда первичная катушка подает ток во вторичную катушку в нужное время, чтобы максимизировать энергию, передаваемую во вторичную катушку.Думайте об этом как о времени, когда нужно толкать кого-то на качелях, чтобы он поднялся как можно выше.

Установка катушки Тесла с регулируемым поворотным искровым разрядником дает оператору больший контроль над напряжением производимого тока. Именно так катушки могут создавать сумасшедшие дисплеи молнии и даже могут быть настроены для воспроизведения музыки, приуроченной к всплескам тока.

Хотя катушка Тесла больше не имеет практического применения, изобретение Теслы полностью изменило способ понимания и использования электричества.Радио и телевизоры до сих пор используют вариации катушки Тесла.

Следуйте за Келли Дикерсон на , Twitter . Следуйте за нами @livescience , Facebook и Google+ . Оригинальная статья на Live Science .

,

Как работает катушка Тесла

Катушка Тесла хорошо известна тем, что вырабатывает чрезвычайно высокое напряжение. В этом разделе мы объясним, как катушка oneTesla 10 ”может достигать напряжения свыше четверти миллиона вольт, используя связанные резонансные цепи. Мы будем опираться на основы, чтобы дать вам подробное объяснение того, что происходит.

Содержание:

Ток, магнитные поля и индукция

Давайте начнем с основ электромагнетизма.Одно из уравнений Максвелла, закон Ампера, говорит нам, что ток, протекающий через провод, создает вокруг него магнитное поле.

Если мы хотим использовать это магнитное поле для нашего преимущества, как в электромагните, мы свернем провод. Магнитные поля от отдельных витков складываются в центре.

Постоянный ток создает статическое магнитное поле. Что происходит, когда мы проводим переменный ток через провод? Другое уравнение Максвелла, закон индукции Фарадея, говорит нам, что изменяющееся во времени магнитное поле индуцирует напряжение на проводе, пропорциональное скорости изменения магнитного поля:

Если ток внезапно отключается, закон Фарадея говорит нам, что будет резкий скачок напряжения.Если через катушку протекает колебательный ток, он создает внутри нее колеблющееся магнитное поле. Это, в свою очередь, индуцирует напряжение на катушке, которое стремится противостоять току возбуждения. Интуитивно понятно, что магнитное поле «упрямо», вызывая напряжение, которое противостоит любым изменениям поля.

Трансформаторы

Трансформатор использует закон индукции для повышения или понижения напряжения переменного тока. Он состоит из двух витков провода вокруг сердечника. Сердцевина из мягкого железа или феррита, материалы, которые легко намагничиваются и размагничиваются.

Колеблющийся ток в первичной обмотке создает колеблющееся магнитное поле в сердечнике. Ядро концентрирует поле, гарантируя, что большая часть его проходит через вторичное. Когда магнитное поле колеблется, оно вызывает колебательный ток во вторичной катушке. Напряжение на каждом витке провода одинаково, поэтому общее напряжение на катушках пропорционально числу витков:

Поскольку энергия сохраняется, ток на стороне трансформатора с более высоким напряжением меньше в той же пропорции.

Катушка Тесла является очень мощным трансформатором. Давайте кратко рассмотрим, что произошло бы, если бы это был идеальный трансформатор. Первичная обмотка имеет шесть витков, а вторичная — около 1800 витков. Первичная обмотка имеет напряжение 340 вольт, поэтому вторичная обмотка будет иметь напряжение 340 В x 300 = 102 кВ. Это много! Но не совсем четверть миллиона. Кроме того, поскольку катушка Тесла имеет воздушную сердцевину, а катушки расположены относительно далеко друг от друга, только небольшая часть магнитного поля, создаваемого первичной обмоткой, фактически связана с вторичной обмоткой.Чтобы лучше понять, что происходит, нам нужно ввести резонансные схемы.

Резонансные схемы

Резонансный контур похож на камертон: он имеет очень сильный амплитудный отклик на одной частоте, называемой резонансной или собственной частотой. В случае камертона зубья сильно вибрируют при возбуждении на частоте, определяемой их размерами и свойствами материала. Резонансный контур достигает самых высоких напряжений при работе на собственной частоте, которая определяется значением его компонентов.

Резонансные схемы

используют конденсаторы и катушки индуктивности, и поэтому их также называют LC-цепями. Они также известны как «контуры бака» из-за присутствующих элементов накопления энергии.

Конденсаторы хранят энергию в форме электрического поля между двумя пластинами, разделенными изолятором, известным как диэлектрик. Размер конденсатора зависит от размера пластин, расстояния между ними и свойств диэлектрика. Интересно, что верхняя нагрузка на катушку Тесла действует как однопластинный конденсатор, а плоскость заземления, окружающая катушку, действует как противоположная пластина.Емкость верхней нагрузки определяется ее размерами и ее близостью к другим объектам.

Индукторы хранят энергию в форме магнитного поля вокруг провода или в середине петли провода. Первичный индуктор в катушке oneTesla 10 ”имеет шесть витков провода AWG14, а вторичный — приблизительно 1800 витков провода AWG36.

LC-цепь может иметь индуктивность и конденсатор последовательно или параллельно. Здесь мы используем серии LC цепей, как это:

Рассмотрим, что происходит, когда вы не управляете цепью (предположим, что источник переменного тока на рисунке выше заменен проводом), но начните с заряженного конденсатора.Конденсатор хочет разрядиться, поэтому заряд течет по цепи, через индуктор, к другой пластине. При этом внутри индуктора создается магнитное поле. Когда заряд на каждой пластине конденсатора равен нулю, ток перестает течь. Но в этот момент индуктор накапливает энергию в магнитном поле, что имеет тенденцию противостоять изменениям. Магнитное поле разрушается, индуцируя постоянный ток в том же направлении, перезаряжая конденсатор и перезапуская цикл в противоположном направлении.

Резонансная частота LC-цепи или частота, на которой энергия циклически переключается между конденсатором и индуктором, как описано выше, равна:

Управление цепью на ее резонансной частоте добавляет энергию в течение каждого цикла. Обеспечивая череду своевременных импульсов, мы можем нарастить до чрезвычайно высокого напряжения! В катушке Тесла возникает искра, которая разряжает цепь, когда напряжение становится достаточно высоким.

DRSSTC

Катушка oneTesla 10 ”использует двойную резонансную топологию, отсюда и название двухрезонансная твердотельная катушка Тесла, или DRSSTC.В DRSSTC схема, управляющая вторичной схемой LC, является другой схемой LC, настроенной на ту же резонансную частоту. На следующей диаграмме L _при и L _с являются первичными и вторичными индукторами, соответственно. Они слабо связаны, связывая около одной десятой их магнитных полей.

Существует несколько причин, по которым катушки Тесла не используют магнитный сердечник. Прежде всего, напряжения в катушке Тесла настолько высоки, что сердечник будет быстро насыщаться, а это означает, что он больше не будет намагничиваться после определенной точки.Кроме того, большинство материалов создают сопротивление и нагреваются в магнитном поле, которое быстро переключается, как в случае с катушкой. Высокое напряжение, создаваемое катушкой, также может привести к дуге на сердечнике. Но самое главное, очень важно, чтобы первичная и вторичная катушки были слабо связаны, чтобы вторичная обмотка не была загружена первичной.

Полумост

Как мы можем развлечь первичку? Мы используем источник напряжения постоянного тока и прикладываем напряжение в разных направлениях через первичный.

Переключатели, которые мы используем для подачи напряжения постоянного тока в чередующихся направлениях через первичную обмотку, являются IGBT, сокращенно для биполярных транзисторов с изолированным затвором. IGBT — это транзистор, способный управлять очень высокими напряжениями и токами. Это схематическое обозначение:

Его клеммы обозначены коллектором, затвором и эмиттером как удерживающее устройство от вакуумных трубок до эпохи транзисторов. Упрощенная модель IGBT — это нормально разомкнутый переключатель, который замыкается при подаче положительного напряжения затвора (VGE).На следующей схеме полумоста S1 и S2 представляют IGBT. Они попеременно включаются и выключаются, что переключает полярность шины V /2 между первичной L _{и первичной} C _{, первичной индуктивностью и конденсатором. Катушка oneTesla 10 ”работает от напряжения на шине 340 В постоянного тока, которое мы получаем от выпрямленного и удвоенного линейного напряжения.}

На плате управления мы получаем напряжение на шине от прямого и удвоенного линейного напряжения.Мы подробно расскажем об этой части схемы позже.

нулевой ток переключения

Когда IGBT полностью включены (переключатели замкнуты), они почти идеальные проводники. Когда они полностью выключены (переключатели полностью открыты), они почти идеальные изоляторы. Однако когда они находятся в состоянии перехода между полностью открытым и полностью закрытым или наоборот, они ведут себя как резисторы.Напомним, что мощность, рассеиваемая в цепи, равна P = VI. Если мы попытаемся переключить IGBT, когда ток в цепи велик, он сильно нагреется! Нам нужно рассчитать время переключения IGBT на естественные пересечения нуля первичной цепи LC. На плате oneTesla мы достигаем переключения при нулевом токе, измеряя первичный ток и используя логику управления для обеспечения переключения транзисторов в нужное время.

Ворота Вождения

IGBT далеко не идеальные переключатели.Мы хотим, чтобы они быстро переключались, чтобы минимизировать время, в течение которого они сопротивляются, и рассеивать мощность. Проблема с быстрым переключением затворов заключается в том, что они имеют значительную внутреннюю емкость, и для заполнения этой емкости и достижения напряжения включения на затворе требуется много заряда (напряжение на конденсаторе определяется как V = Q / C). ).

Чтобы зарядить CGE за максимально короткое время, мы хотим использовать короткий сильноточный импульс. Микросхемы накопителей Gate предназначены именно для этого.Мы используем микросхемы UCC3732x, которые могут выдавать до 9А для коротких импульсов. Логическая схема, предшествующая драйверам затвора, даже не близка к возможности подачи достаточного тока для быстрого включения затворов, поэтому драйверы затвора являются важными компонентами. Наконец, нам необходимо изолировать драйверы затвора от IGBT с помощью трансформаторов привода затвора (GDT). Для включения каждого IGBT требуется напряжение затвора, которое должно быть приложено между его затвором и эмиттером. Это легко сделать на нижнем (нижнем) IGBT — его излучатель всегда находится на земле, а это значит, что его затвор нужно поднять только до + 15В.С IGBT верхней (верхней) стороны не все так просто, потому что его излучатель связан с коллектором IBGT нижней стороны, узла, который колеблется между 0 и V _{по шине} /2 (которая в нашем случае составляет 170 В). ). Это означает, что мы должны довести затвор IGBT на стороне высокого уровня до шины V /2 + 15V, чтобы включить его.

К счастью, есть простой способ обойти это! Мы можем управлять первичной обмоткой трансформатора 1: 1: 1 с помощью (биполярного) сигнала возбуждения, получаемого из двухтактной пары UCC.Более конкретно, мы приводим первичную обмотку трансформатора с разностью выходов инверторного и неинвертирующего драйвера затвора. Это гарантирует, что половину времени этот сигнал является положительным, а половину времени этот сигнал является отрицательным. Благодаря действию трансформатора, напряжение на каждой вторичной обмотке GDT гарантированно повторяет напряжение на первичной обмотке, независимо от того, где мы соединяем концы. Это означает, что мы можем просто подключить вторичное устройство через затвор и эмиттер каждого IGBT и гарантировать, что V _ge всегда будет колебаться между 0 и 15 В (независимо от потенциала эмиттера).

Выпрямитель и удвоитель

Полумост в oneTesla приводится в действие выпрямителем с удвоением, как показано на рисунке выше. Этот выпрямитель попеременно заряжает каждый конденсатор на чередующихся полупериодах входа переменного тока, что приводит к удвоению напряжения источника на нагрузке. В положительной части цикла верхний диод проводит и заряжает верхний конденсатор.

В отрицательной части цикла нижний диод проводит и заряжает нижний конденсатор.Напряжение на нагрузке является суммой напряжений на каждом конденсаторе.

Логика
Как упоминалось ранее, логика управления необходима для определения первичного тока и предотвращения включения и выключения IGBT, когда через них проходит ток. Давайте пройдемся по приведенной выше схеме слева направо. (Обратите внимание, что номера деталей в схеме не соответствуют номерам деталей на доске, но мы используем их здесь только для пояснительных целей.Обратитесь к файлам Eagle, доступным по адресу http://onetesla.com/downloads, для полной схемы.)

Трансформатор тока понижает первичный ток до безопасного уровня для использования в логической секции платы. R1 — это резистор мощностью 5 Вт, который нагружает трансформатор и ограничивает ток. D1 начинает проводить, когда сигнал превышает 5,7 В, что является напряжением шины плюс прямое падение напряжения на диоде, эффективно предотвращая превышение сигнала 5,7 В. D2 начинает проводить, когда сигнал -0.7В. Вместе D1 и D2 являются защитными диодами, которые обрезают сигнал и предотвращают повреждение логических ИС, если сигнал от трансформатора тока слишком высок. Далее, G1 и G2 являются инверторами, которые возводят в квадрат сигнал для последующих микросхем.

Оптический приемник выдает 5 В или 0 В в зависимости от сигнала от прерывателя. R1, R2 и R3 образуют резисторную сеть, которая гарантирует, что катушка может быть «запущена» в действие только сигналом прерывателя при запуске, в отсутствие сигнала обратной связи.Когда катушка только запускается, сигнал обратной связи отсутствует, но сигнал прерывателя проходит через UCC. Когда катушка работает, сигнал обратной связи доминирует над вершиной пути прохождения сигнала.

Инвертированный сигнал прерывателя и прямоугольная волна из квадрата первичного токового сигнала затем поступают на триггер D-типа, который выполняет логику, которая определяет, когда драйверы затвора получают сигнал. Они включаются только при наличии пересечения нуля и сигнала от прерывателя.Триггер D ведет себя в соответствии со следующей таблицей истинности:

В нашей схеме \ PRE и D тянутся высоко. Сигнал инвертированного прерывателя, который подается в \ CLR, устанавливает высокий уровень \ Q, когда прерыватель включен. Когда прерыватель выключается, \ Q остается высоким до следующего падающего фронта CLK (который синхронизирован с пересечением нуля первичного тока), при котором он переключается на низкий уровень.

Драйвер инвертирующего затвора включается, когда IN высокий, а EN низкий.Неинвертирующий драйвер затвора включается, когда IN высокий, а EN высокий.

Прерыватель
Прерыватель oneTesla — это устройство на основе микроконтроллера, которое преобразует входящий поток MIDI-команд в поток импульсов для катушки Тесла. Эти импульсы включают или выключают всю катушку, тем самым управляя пропускной способностью и позволяя воспроизводить музыку.

Команды MIDI принимаются через входной разъем MIDI. Согласно спецификациям MIDI, оптоизолятор 4N25 обеспечивает изоляцию, необходимую для устранения контуров заземления.Когда микроконтроллер получает команду на запись, он начинает выводить поток импульсов с частотой ноты. Длины этих импульсов указываются в справочной таблице в прошивке. Прерыватель использует отдельные MIDI-каналы для одновременного воспроизведения нескольких нот — чтобы воспроизвести два канала, программное обеспечение просто генерирует последовательности импульсов, соответствующие каждому каналу, а затем выполняет логическую функцию ИЛИ для последовательностей импульсов перед их выводом. Максимальное ограничение ширины импульса гарантирует, что результирующий поток не будет иметь слишком длинные импульсы.

Регулятор мощности линейно масштабирует ширину импульса в зависимости от положения потенциометра. Хотя это не дает линейной длины искры, оно имеет преимущество в том, что оно предсказуемо масштабирует энергопотребление катушки, что будет потеряно, если кривые масштабирования будут настроены для линейного роста искры.

Так, как это делает музыку?

Звук — это волна давления. Его высота определяется частотой волны. Мы можем издавать звук разными способами: обычные колонки вибрируют мембрану, а катушки Тесла используют расширение и сжатие воздуха из-за нагрева от плазмы.

Резонансная частота вторичной обмотки составляет около 230 кГц, намного выше звукового диапазона. Мы можем использовать вспышки искр, которые гаснут на частоте 230 кГц, чтобы создавать волны давления на звуковой частоте. Вспышка искр горит на каждом пике звукового сигнала. Быстрое срабатывание искр происходит быстрее, чем может разрешить ваш глаз, поэтому оно выглядит непрерывным, но в действительности искра формируется и гаснет с интервалами звуковой частоты. Этот метод модуляции известен как модуляция плотности импульсов (PDM) или модуляция с повторением импульсов (PRM).

Ток в первичной обмотке увеличивается во время движения моста. Важно сделать посадки достаточно короткими, чтобы IGBT не перегревались. В течение одного цикла ток на первичной обмотке может достигать до сотен ампер за короткое время. По тепловым причинам максимальный рабочий цикл моста составляет примерно 10%. Микропрограмма прерывателя имеет справочную таблицу частот и времени, которые определяются эмпирически путем изменения ширины импульса и отслеживания характеристик искры.

.

Tesla Coil Руководство по проектированию, строительству и эксплуатации

Введение

Добро пожаловать в руководство по проектированию, строительству и эксплуатации катушки Тесла. Я надеюсь, что это руководство послужит подробным пошаговым справочником с простыми инструкциями. Следуя этому руководству, вы можете построить катушку Тесла, способную генерировать более 4 ‘дуг молнии.

Дизайн

Руководство начнется с базового введения в катушки Тесла, как они работают и как их правильно спроектировать.Этот раздел в основном содержит утомительные уравнения и формулы, используемые в процессе проектирования. К счастью, использование таких программ, как TeslaMap Tesla, позволяет быстро и легко выполнить все необходимые расчеты. Если вы решили использовать программу, вы можете пропустить раздел дизайна и использовать его в качестве справочного материала. Этот раздел, вероятно, станет более понятным после прочтения раздела «Конструкция», в котором более подробно описаны детали катушки Теслы.

Строительство

Этот раздел проведет вас через процесс строительства катушки Тесла.Я покажу вам все необходимые детали и предложу совет, чтобы избежать ошибок.

Операция

Наконец, я объясню, как настроить и настроить катушку Тесла для безопасной работы и максимальной эффективности. Я предложу несколько советов по устранению неполадок, которые помогут вам решить эти небольшие проблемы, которые часто возникают.

Это руководство предназначено для всех, кто имеет базовый или продвинутый опыт работы с электроникой, немного свободного времени и желание создать свою собственную молнию. Полезно иметь некоторый практический опыт работы с электроникой, но это не обязательно требуется.Это руководство касается только традиционных катушек Тесла, но не твердотельных катушек Тесла или увеличительных катушек Тесла. Тем не менее, все типы катушек Тесла имеют много общих частей и принципов работы, поэтому это руководство все еще может использоваться в качестве справочного материала для других типов катушек Тесла. Я стараюсь убедиться, что вся информация в этом руководстве верна, но исследования постоянно производят новые методы, а старые идеи совершенствуются или отбрасываются. Пожалуйста, дайте мне знать, если у вас есть исправление или предложение по электронной почте мне: kevin @ teslacoildesign.ком, и я вернусь к вам, как только смогу.

Это руководство было написано для использования вместе с программой TeslaMap. Программа TeslaMap — это самый быстрый и простой способ разработки катушки Тесла. Несколько образцов конструкции катушек Тесла включены в программу TeslaMap. TeslaMap идеально подходит для быстрого и простого создания работающей конструкции катушки Тесла, однако это не программа моделирования катушки Тесла. Несколько более точная программа под названием JAVATC, написанная Бартом Андерсоном, может предоставить более подробные параметры катушки Теслы, хотя это может быть более сложным и трудоемким в использовании.

В руководстве я использую этот тип области для информации, которая потенциально опасна. Пожалуйста, обратите особое внимание на эту информацию.

В этом руководстве я использую этот тип области для информации, которая может помочь вам избежать распространенных ошибок.

Пожалуйста, не стесняйтесь, напишите мне по адресу: [email protected], если у вас есть какие-либо вопросы или предложения.

В вашем браузере отключен JavaScript.Пожалуйста, включите JavaScript в вашем браузере, чтобы правильно увеличить изображения. Как включить JavaScript в …
Firefox, Chorme или Internet Explorer

Удачи в создании катушек Тесла!

,

катушек Тесла: как они работают

Чтобы понять, как работает катушка Тесла, сначала нужно понять
пара основных моментов об используемых компонентах и ​​терминах:

1) Индукторы: (компонент)
Первичная и вторичная катушки катушки Теслы являются электрическими индукторами. Когда ток, протекающий через индуктор, изменяется, он создает противоположное или обратное напряжение. Википедия Статья

2) Свечи зажигания: (компонент)
Свеча зажигания в автомобиле — это основной искровой разрядник, напряжение пробоя которого зависит от размера электродного промежутка.Как только он проводит, горячий ионизированный воздух в зазоре дает ему возможность продолжать, пока течет ток.

3) Конденсатор: (компонент)
Хорошая аналогия для конденсатора — думать о нем как о губке, помещенной в разлитую воду и оставленной для медленного впитывания. Если оставить на минуту, а затем быстро и сильно сжать, впитывание за одну минуту мгновенно высвобождается за доли секунды. В цепи катушек Тесла эта так называемая стадия «впитывания» длится всего несколько миллисекунд, в то время как «выжимание» может быть в тысячу раз быстрее за несколько микро (миллионных долей) секунды. Википедия Статья

4) Резонанс: (терминология)
Свойство резонанса является фундаментальным для работы катушек Тесла. Хорошая аналогия — садовые качели. Если оставить качаться самостоятельно, он будет делать это на своей резонансной частоте, только замедляясь из-за трения и силы тяжести. Если вы стоите за качелями и толкаете их так же, как они отклоняются от вас каждый раз, они будут повышаться с каждым последующим толчком. Это потому, что вы добавляете энергию в правильную точку времени цикла свинга и только в нее.Поэтому вы добавляете импульс в тот же промежуток времени, что и резонансная частота колебания, это означает, что ваш толчок находится в резонансе с колебанием.
Резонанс магическим образом не увеличивает количество энергии, он только облегчает ее передачу. Поэтому, если вы ищете информацию, связанную с Tesla, так называемую информацию о «свободной энергии» или «нулевой точке», которую некоторые люди связывают с катушками Tesla, это не место для вас!

5) Резонансная цепь (терминология)
Если конденсатор расположен на катушке индуктивности и подается напряжение, у вас будет резонансный контур.Когда конденсатор разряжается, он посылает ток в индуктор, который сохраняет его в виде энергии в своем магнитном поле. Но когда конденсатор разряжается, ток в катушке индуктивности также уменьшается. Это заставляет его магнитное поле разрушаться и генерировать противоположное напряжение обратно в конденсатор, позволяя циклу начинаться заново. Число раз, когда этот цикл «назад и вперед» происходит в секунду, является резонансной частотой цепи, выраженной в герцах (Гц).

Использование различной емкости и индуктивности дает разные частоты.
Примечание: Из-за резистивных потерь ток уменьшается каждый цикл до нуля.
НЕТ такой вещи, как свободная энергия!

В схеме , показанной на рис. 1 выше, конденсатор ( ‘C’ ) заряжается от источника высокого напряжения, как мой пример впитывающей воду губки.

Как только конденсатор достигает достаточно высокого напряжения, искровой разрядник срабатывает и проводит (рис. 2 ниже).Искровой разрядник теперь является коротким замыканием, которое завершает резонансную цепь (показана красным) первичного индуктора и конденсатора.

Сжигание искрового промежутка — это практически мгновенный разряд энергии конденсатора в катушку индуктивности, и это похоже на мой более ранний пример мгновенного выдавливания губки.
Индуктор (первичный) сохраняет эту энергию в своем магнитном поле, а силовые линии врезаются во вторичную катушку (другой индуктор) и индуцируют в нее напряжение.Как только конденсатор опустошается, ток, протекающий в индуктор, прекращается, и его магнитное поле разрушается, заставляя обратный ток (теперь довольно уменьшенный) снова течь обратно в конденсатор.

Этот цикл уменьшения и уменьшения (называемый «первичное замыкание») конденсатора на катушку индуктивности и обратно продолжается до тех пор, пока не будет протекать недостаточный ток для поддержания проводимости искрового промежутка. Следует помнить, что каждый раз, когда происходит этот первичный цикл, больше энергии также переносится на вторичную, поэтому магнитное поле первичного индуктора накапливает все меньше и меньше энергии в каждом цикле.

К сожалению, каждый раз, когда проходит искровой разрядник, потери также возникают в виде тепла и света, поэтому вам нужно минимальное количество циклов, которое согласуется с передачей всей доступной энергии вторичному устройству.
Обычно после двух, трех или, возможно, четырех циклов большая часть энергии передается, и первичный ток падает достаточно, чтобы позволить искровому промежутку прекратить проводку (так называемое гашение).

После того, как искровой разрядник погас, он позволяет конденсатору получить новый заряд, и весь процесс может начаться снова.2
C = Фарад, V = напряжение, при котором срабатывает разрядник.

Здесь вы можете видеть, что удвоение значения C (при условии, что ваш источник питания достаточно надежен) даст вам в два раза больше энергии. Но удвоение напряжения, до которого заряжается конденсатор, даст в 4 раза больше мощности, потому что значение напряжения возведено в квадрат, поэтому, если вы хотите использовать длину искры, лучше использовать источник питания с более высоким напряжением.

В то время как первичный контур резонирует и передает свою энергию, во вторичном контуре одновременно происходит следующее………

Тороид в верхней части катушки действует как конденсатор по отношению к окружающей земле. Это легче увидеть на диаграммах ниже.

Рис 1 аналогичен Рис 2 , потому что в действительности тороид разряжается через воздух на землю. Если вы теперь замените тороид с символом конденсатора (рис. 3 ) и переставите вещи, вы получите Рис 4 .

Это означает, что вторичная катушка (катушка индуктивности) вместе с емкостью тороида также образует резонансный контур, ведущий себя во многом как первичный контур.Поэтому энергия вторичной обмотки также резонирует между катушкой и тороидом. Однако он не гасит так же, как основной, фактически он неуклонно растет.

Это потому, что как раз в нужный момент времени его цикла (подобно тому, как вы нажимаете это колебание в примере) другое магнитное поле от первичной цепи, помните, что также резонирует на той же частоте, передает немного больше его запасенной энергии во вторичном контуре.

Следовательно, , поскольку происходит первичное подавление вызова, в результате чего первичный теряет свою энергию, вторичный получает мощность, что называется вторичным вызовом.
Помните, что первичные и вторичные должны иметь одинаковые резонансные частоты, чтобы они могли успешно взаимодействовать (в действительности существует намеренное небольшое несоответствие, объясненное в другом месте). Как правило, это в сотнях килогерц.
В конце концов, напряжение на поверхности тороида в верхней части возрастает настолько высоко, что изогнутая поверхность тороида больше не может удерживать заряд, и происходит прорыв.Это будет либо туманный пурпурный коронный разряд, либо, если все компоненты надлежащим образом сбалансированы друг с другом, беловатый твердый стример на землю или в воздух.

В идеальная катушка Тесла, когда произойдет прорыв, это будет концом дела, позволяя начать новый цикл зарядки заново. Однако обычно происходит то, что, когда поле вторичного источника начинает разрушаться, оно начинает снова передавать свою энергию обратно в первичное. Это связано с тем, что горячий ионизированный искровой разрядник в первичной зарядной цепи все еще способен проводить несколько уменьшенную энергию, которая теперь возвращается вторичной обмоткой.

Это означает, что любая оставшаяся энергия в коллапсирующей вторичной обмотке, которая могла бы пойти на продление разряда, будет потрачена впустую из-за отправки обратно в первичную. Это может привести к тому, что весь цикл первичного / вторичного переноса произойдет снова, а в худших случаях — даже три из четырех.

Что за проблема с тем, что вы говорите? Ну, во-первых, лучше иметь всю энергию, образующую один высокий заряд, а не несколько циклов последовательных убывающих зарядов.
И, во-вторых, никакая новая энергия от источника питания не может быть добавлена ​​в цепь до тех пор, пока не погаснет искровой разрядник, и это не может произойти, пока текущий цикл не остановится.

Существует различных способов преодоления проблемы этих нежелательных циклов. В так называемом статическом искровом промежутке вы можете использовать либо Suction , либо вентилятор для удаления горячего ионизированного воздуха между электродами и их охлаждения, так как оба действия помогают гасить.

Другой метод — это вращающийся искровой разрядник.В них искровой разрядник состоит из неподвижного электрода, в то время как другой вращается, почти так же, как распределитель в двигателе автомобиля. Эти искровые разрядники бывают двух разных типов. Асинхронный [ARSG] и Синхронный [SRSG] , последний, где положение вращающихся электродов в каждом обороте напрямую связано с циклом частоты сети, в то время как асинхронная система — нет.
С помощью синхронной системы вы делаете так, чтобы вращающиеся электроды выравнивались с фиксированными, когда цикл переменного тока составляет около своего пика (обычно вы стремитесь к приблизительно 1 мс или около того после пика).Это позволяет конденсатору разряжаться в первичную сеть в оптимальное время цикла зарядки. Вращающиеся электроды также мешают окружающему воздуху, чтобы помочь с их собственным охлаждением.

Это , а не фактическое разделительное действие вращающихся электродов, которое гасит дугу, однако, это потому, что искра может быть достаточно сильно растянута после удара. Гашение происходит естественным образом в одной из основных меток, и, надеюсь, эта метка гашения будет происходить, когда электроды достаточно сместились, прежде чем конденсатор перезарядится достаточно, чтобы начать цикл заново.

Асинхронные промежутки , поскольку они используют вращающиеся электроды, также срабатывают с равномерной скоростью, но в их случае это не зависит от того, где находится цикл переменного тока. Это означает, что конденсатор может быть не полностью заряжен во время срабатывания. Это также может означать, что может возникнуть противоположная ситуация, когда между конденсаторами и источником ВН может возникнуть напряжение выше нормального. По этой причине асинхронные системы не следует использовать с NST , поскольку они могут быть довольно хрупкими при воздействии пиков высокого напряжения.

Даже роторных разрядников имеют свои недостатки. По мере того, как напряжение, которое обрабатывает искровой разрядник, увеличивается, время имеет тенденцию повышаться. Это связано с тем, что более высокие напряжения от более крупных трансформаторов (обычно 15 000>) означают, что искра способна преодолеть зазор между статическим электродом и быстро приближающимся вращающимся электродвигателем, с до , когда они фактически выстроились в линию.

С помощью синхронного искрового разрядника [SRSG] это можно преодолеть, отрегулировав фазирование на входе переменного тока переменного тока двигателя, используя индукторы и конденсаторы.Таким образом, положение вращающихся электродов может быть точно отрегулировано относительно фиксированных.

,