Принцип работы трансформатора тесла. Принцип работы трансформатора Тесла: устройство, компоненты и особенности — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как устроен трансформатор Тесла. Из каких основных компонентов он состоит. Какой принцип лежит в основе его работы. Для чего изначально создавался трансформатор Тесла. Какие мифы существуют об этом изобретении.

Содержание

История создания трансформатора Тесла

Трансформатор Тесла был изобретен в 1896 году выдающимся ученым и изобретателем Николой Тесла. Основной целью изобретения была передача электричества на большие расстояния без проводов.

Никола Тесла провел множество экспериментов, совершенствуя свое изобретение на протяжении нескольких лет. Он разработал различные компоненты схемы, включая прерыватели, высоковольтные конденсаторы и модифицированные контроллеры цепей.

20 мая 1891 года Тесла представил свои идеи и продемонстрировал эксперименты в Колумбийском университете перед сотрудниками Американского института инженеров-электриков. Целью первых демонстраций было показать новый способ получения света с использованием токов высокой частоты и высокого напряжения.

Основные компоненты трансформатора Тесла

Трансформатор Тесла состоит из следующих основных компонентов:

Первичная обмотка
Вторичная обмотка
Тороид
Защитное кольцо
Заземление

Вторичная обмотка является основной деталью трансформатора. Она выполнена из тонкого изолированного провода, намотанного в один слой на цилиндрический каркас. Отношение высоты каркаса к его диаметру обычно составляет от 4:1 до 5:1.

Первичная обмотка изготавливается из провода большего сечения и содержит меньшее количество витков (от 2 до 10). Она может быть выполнена в виде плоской спирали или намотана на цилиндрический каркас большего диаметра, чем у вторичной обмотки.

Функции тороида в трансформаторе Тесла

Тороид в конструкции трансформатора Тесла выполняет несколько важных функций:

Уменьшает резонансную частоту устройства
Накапливает энергию перед ее передачей стримеру

Формирует электростатическое поле, отталкивающее стример от вторичной обмотки

Размер тороида влияет на количество накапливаемой энергии — чем он больше, тем больше энергии может быть накоплено. Для повышения эффективности в тороиде часто используется прерыватель.

Принцип работы трансформатора Тесла

Принцип работы трансформатора Тесла основан на явлении резонанса в электрических цепях. Основные этапы работы устройства:

К первичной обмотке подключается переменное напряжение, создающее магнитное поле
Энергия магнитного поля передается на вторичную обмотку
Во вторичной обмотке образуется колебательный контур, накапливающий энергию
За счет резонанса амплитуда колебаний во вторичном контуре многократно увеличивается
На выходе получается напряжение, в сотни раз превышающее входное

Для достижения резонанса необходимо точно подобрать параметры первичной и вторичной цепей, чтобы их собственные частоты совпадали.

Особенности конструкции трансформатора Тесла

При создании трансформатора Тесла необходимо учитывать ряд важных конструктивных особенностей:

Вторичная обмотка наматывается в один слой виток к витку и покрывается лаком или эпоксидной смолой
Высота первичной обмотки обычно не превышает 1/5 высоты вторичной
К верхнему выводу вторичной обмотки подключается тороид
Нижний вывод вторичной обмотки заземляется
Емкость тороида подбирается так, чтобы резонансная частота вторичной цепи соответствовала длине провода вторичной обмотки

Точный расчет параметров трансформатора Тесла может быть выполнен с помощью специализированных компьютерных программ.

Мифы и легенды о трансформаторе Тесла

Вокруг личности Николы Тесла и его изобретений существует множество мифов и легенд. Некоторые из них связаны с трансформатором Тесла:

Создание Теслой электромобиля, работающего от эфира
Разработка лучевого оружия на основе трансформатора Тесла
Связь экспериментов Теслы с Тунгусским феноменом 1908 года
Использование трансформатора Тесла в Филадельфийском эксперименте

Большинство этих мифов не имеет документальных подтверждений и основано лишь на догадках и слухах. Тем не менее, они продолжают будоражить умы и подогревать интерес к личности великого изобретателя.

Современное применение трансформатора Тесла

Хотя изначально трансформатор Тесла создавался для беспроводной передачи энергии, сегодня он находит применение в других областях:

Научные исследования в области физики высоких напряжений
Создание световых и звуковых эффектов в шоу-индустрии
Образовательные демонстрации принципов электромагнетизма
Любительское конструирование и эксперименты

Современные энергосберегающие люминесцентные лампы работают на принципе, предложенном Теслой для получения света с помощью токов высокой частоты.

Заключение

Трансформатор Тесла остается одним из самых интригующих изобретений в истории электротехники. Его уникальные свойства и эффектные демонстрации продолжают вдохновлять ученых, инженеров и энтузиастов по всему миру. Хотя первоначальная цель создания устройства — беспроводная передача энергии на большие расстояния — так и не была полностью реализована, принципы, заложенные Николой Тесла, нашли применение во многих современных технологиях.

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

Тэги: DRSSTC, SGTC, SSTC, VTTC, Заземление, Катушка теслы, Тесла, тороид, трансформатор тесла, автор: BSVi

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

Трансформатор Тесла
Катушка Тесла
Тесла

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

Катуха (Котуха)
Койл

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].
Про заземления можно почитать в этой ветке форума

[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 >>

история создания, основные составляющие, принцип действия и схема

ХХ век, электротехника развивается огромными темпами, учёные разрабатывают всё новые и новые изобретения, которые внедряются как в промышленность, так и в быт. Никола Тесла — один из выдающихся ученых того времени. Этот человек опередил свою эпоху на столетие, а его открытиями до сих пор пользуются

передовые компании всего мира. Некоторые из его изобретений начали вводиться в общее пользование только в начале XXI века.

Экскурс в историю
Компоненты трансформатора Тесла
Принцип действия
Мифы об изобретателе

Экскурс в историю

Изобретение трансформатора в 1896 году принадлежит именно тому самому Николе Тесла. Основная активность изобретателя пришлась на конец IX — начало XX века. Приоритетными направлениями, которыми он занимался, были физика и инженерия. Он опережал своё время на столетия, даже современные учёные поражаются тем высотам, которых смог достичь изобретатель. Тесла мог превратить ночь над Нью-Йорком в день, у людей от этого вставали волосы дыбом, а из-под лошадиных подков вылетали метровые искры.

Путь, который он выбрал для себя, был полон трудностей, связанных в основном с постоянным поиском инвесторов. Те, в свою очередь, не желали вкладывать в его «сумасшедшие» идеи деньги. Немногие, решившиеся на финансирование его изобретений, в итоге либо пытались присвоить себе право собственности на его изобретения, либо прекращали финансирование. Влиятельным промышленникам того времени, таким как Рокфеллер, не было на руку, чтобы электричество стало бесплатным.

Одним из последних проектов, который проводил Тесла, было строительство огромной башни «Уорденклифф». В основу этой работы легла ранее изобретённая им катушка. Основным назначением этого объекта была передача электричества через океан — на другой континент такой же башне. При этом обе башни должны были работать в одинаковом резонансе. Но этот эксперимент был обречён на крах. Финансирование проекта прекратилось и Тесла снова ударился в поиски денег для построения своих детищ.

Ученый умер в 1943 году на 87-м году жизни при загадочных обстоятельствах в одном из номеров Нью-йоркского отеля. В последний год жизни он сильно болел и практически не выходил из отеля.

Компоненты трансформатора Тесла

Основными компонентами являются первичная и вторичная обмотка, защитное кольцо и тороид. Тороид, находящийся в конструкции, может выполнять несколько функций:

Уменьшает резонансную частоту.
Накапливает энергию до получения её стримером. При этом учитывается размер тороида — чем он больше, тем больше в нём копится энергии. Для получения большей выгоды в тороиде используется прерыватель.
В этом приборе образуется электростатическое поле, которое отталкивается стримером. Заменить в этой функции тороид может вторичная обмотка.
В роли основной детали трансформатора Тесла выступает вторичная обмотка. Защитное кольцо используется в защитных целях, чтобы не повредить электрические приборы. Изготавливается эта деталь из медного провода в форме специального кольца. Но также неотъемлемой частью защиты является заземление. Чтобы первичная обмотка могла обеспечивать надёжную передачу тока, её сопротивление не должно быть большим, а точка подключения должна иметь подвижный принцип.
В этом случае становится возможным изменение резонансной частоты.

Принцип действия

Катушка Тесла представляет собой трансформатор, способный вырабатывать энергию высокой амплитуды и мощности. Прибор приводится в действие двумя катушками с первичной обмоткой и вторичной. К первичной обмотке подсоединяется переменное напряжение, образующее магнитное поле, которое будет передавать энергию на вторичную обмотку. На вторичной образуется колебательный контур, накапливающий энергию определённое время.

При помощи вторичного колебательного контура раскачивается амплитуда колебаний, которая в своём максимальном значении становится равной прилагаемому усилию. При свободном раскачивании максимальное значение амплитуды возрастает при тех же усилиях, что приводит к её многократному увеличению. На выходе получается напряжение, превосходящее в сотни раз входящую энергию. Таков основной принцип работы трансформатора Тесла. Схема выглядит следующим образом:

Мифы об изобретателе

Основным эффектом, производимым катушкой Тесла, является передача электричества на расстояние. На этой основе было поставлено множество экспериментов как самим учёным при жизни, так и многими компаниями и учёными после его смерти.

Но есть несколько случаев и необъяснимых фактов в мировой науке, которые косвенно ведут к Тесле, например:

Филадельфийский эксперимент, произошедший почти через 10 месяцев после смерти учёного, в котором просматриваются следы опытов Теслы.

Электромобиль, который Тесла якобы продемонстрировал публике в 1931 году. Какие-либо свидетельства отсутствуют.
Лучевое оружие. С 1958 по 1982 года одно из американских агентств уже предпринимало ряд попыток создать оружие, но вынуждено было закрыт проект в связи с рядом неудач со значительным превышением бюджета.
Тунгусский метеорит. 30 июня 1908 года Никола Тесла проводил эксперимент по передаче энергии по воздуху, в этот же день наблюдался Тунгусский феномен.

Незадолго до смерти Никола Тесла попал под колеса автомобиля и получил перелом ребер. На фоне осложнений началось воспаление легких, и он слег в постель. Ученый глубоко переживал за судьбу родины, оккупированной в годы II мировой фашистами, и пытался поддерживать тех, кто вел борьбу за ее независимость. Даже будучи глубоко больным, Тесла никого к себе не пускал и находился в своем гостиничном номере один. Так он и умер в одиночестве от сердечной недостаточности в ночь на 8 января 1943 года. Обнаружили тело лишь спустя двое суток после смерти.

Что такое Трансформатор Теслы

Сегодня трансформатор Тесла называют высокочастотным высоковольтным резонансным трансформатором, и в сети можно найти множество примеров ярких реализаций этого необычного устройства. Катушка без ферромагнитного сердечника, состоящая из множества витков тонкой проволоки, увенчанной тором, излучает настоящие молнии, впечатляя изумленных зрителей. Но все ли помнят, как и для чего изначально создавалось это удивительное устройство?

История этого изобретения начинается в конце 19 века.века, когда гениальный ученый-экспериментатор Никола Тесла, работая в США, поставил перед собой лишь задачу научиться передавать электрическую энергию на большие расстояния без проводов.

Вряд ли можно точно указать конкретный год, когда эта идея пришла к ученому точно, но известно, что 20 мая 1891 года Никола Тесла прочитал развернутую лекцию в Колумбийском университете, где представил свои идеи сотрудникам Американского института инженеров-электриков и проиллюстрировано визуальными экспериментами.

Целью первых демонстраций было показать новый способ получения света, используя для этого токи высокой частоты и высокого напряжения, а также выявить особенности этих токов. Справедливости ради отметим, что современные энергосберегающие люминесцентные лампы работают по принципу, который как раз был предложен для света Теслы.

Окончательная теория именно беспроводной передачи электроэнергии вырисовывалась постепенно, несколько лет ученый доводил до ума свою технологию, много экспериментируя и кропотливо совершенствуя каждый элемент схемы, он разработал прерыватели, изобрел резистивные высоковольтные конденсаторы, изобрел и модифицированные контроллеры цепей, но он не мог воплотить свой план в жизнь в том масштабе, в котором хотел.

Тем не менее, теория дошла до нас. Доступны дневники, статьи, патенты и лекции Николы Теслы, в которых можно найти начальные подробности, касающиеся этой технологии. Принцип работы резонансного трансформатора можно узнать, прочитав, например, патенты Николы Теслы №787412 или №649621, уже имеющиеся сегодня в сети.

Если попытаться вкратце понять, как работает трансформатор Тесла, рассмотреть его устройство и принцип работы, то ничего сложного нет.

Вторичная обмотка трансформатора выполнена изолированным проводом (например, из эмалированного провода), который уложен виток к витку в один слой на полом цилиндрическом каркасе, отношение высоты каркаса к его диаметру обычно принимают от 6 к 1 до 4 к 1.

После намотки вторичная обмотка покрывается эпоксидной смолой или лаком. Первичная обмотка выполнена из провода относительно большого сечения, обычно содержит от 2 до 10 витков, и укладывается в форму плоской спирали, либо наматывается как вторичная — на цилиндрическом каркасе диаметром несколько больше чем у вторичного.

Высота первичной обмотки, как правило, не превышает 1/5 высоты вторичной. К верхнему выводу вторичной обмотки подключается тор, а его нижний вывод заземляется. Далее рассмотрим все более подробно.

Например: вторичная обмотка намотана на каркасе диаметром 110 мм, эмалированным проводом ПЭТВ-2 диаметром 0,5 мм, и содержит 1200 витков, поэтому ее высота составляет около 62 см, а длина провода около 417 метров. Пусть первичная обмотка содержит 5 витков толстой медной трубки, намотанной на диаметр 23 см, и имеет высоту 12 см.

Затем сделайте тороид. Его емкость в идеале должна быть такой, чтобы резонансная частота вторичной цепи (заземленной вторичной обмотки вместе с тороидом и окружающей средой) соответствовала длине провода вторичной обмотки так, чтобы эта длина равнялась четверти длины волны (для нашего примера частота равна 180 кГц).

Для точного расчета может пригодиться специальная программа для расчета катушек Тесла, например VcTesla или inca. Для первичной обмотки подбирается высоковольтный конденсатор, емкость которого вместе с индуктивностью первичной обмотки, образовал бы колебательный контур, собственная частота которого была бы равна резонансной частоте вторичного контура. Обычно берется близкий по емкости конденсатор, а настройка осуществляется подбором витков первичной обмотки.

Суть трансформатора Тесла в каноническом виде заключается в следующем: конденсатор первичной цепи заряжается от подходящего источника высокого напряжения, затем он переключателем подключается к первичной обмотке, и так повторяется много раз в секунду.

В результате каждого цикла переключения в первичной цепи возникают затухающие колебания. Но первичная катушка является индуктором для вторичной цепи; следовательно, электромагнитные волны возбуждаются во вторичной цепи соответственно.

Так как вторичная цепь настроена в резонанс с первичными колебаниями, то на вторичной обмотке возникает резонанс напряжения, поэтому коэффициент трансформации (отношение витков первичной обмотки и охватываемых ею вторичных обмоток) также необходимо умножить на Q — добротность вторичной цепи, тогда реальное отношение напряжения на вторичной обмотке к напряжению на первичной.

А так как длина провода вторичной обмотки равна четверти длины волны индуцируемых в ней колебаний, то именно на тороиде будет пучность напряжения (а в точке заземления — пучность тока ), и именно здесь может иметь место наиболее эффективное разрушение.

Для питания первичной цепи используются разные схемы, от статического разрядника (разрядника) с питанием от МОТ (ВОТ — высоковольтный трансформатор от микроволновой печи) до резонансных транзисторных схем на программируемых контроллерах с питанием от выпрямленного сетевого напряжения , впрочем, сути от этого не меняется.

Вот самые распространенные типы катушек Тесла, в зависимости от того, как вы ими управляете:

SGTC (SSTC, Spark Gap Tesla Coil) — Трансформатор Тесла в разряднике. Это классическая конструкция, подобная схема изначально использовалась самим Теслой. В качестве переключающего элемента здесь используется разрядник. В маломощных конструкциях разрядник представляет собой два отрезка толстой проволоки, расположенных на некотором расстоянии, а в более мощных применяются сложные вращающиеся разрядники с использованием двигателей. Трансформаторы такого типа делаются, если требуется только большая длина стримера, а КПД не важен.

VTTC (WTC, Vacuum Tube Tesla Coil) — Трансформатор Тесла на электронной лампе. В качестве переключающего элемента здесь используется мощная радиолампа, например ГУ-81. Такие трансформаторы могут работать непрерывно и давать довольно толстые разряды. Этот вид мощности чаще всего используется для построения высокочастотных катушек, которые из-за типичного вида их стримеров называются «факелами».

SSTC (SSTC, Solid State Tesla Coil) — Трансформатор Тесла, в котором в качестве ключевого элемента используются полупроводники. Обычно это IGBT или MOSFET транзисторы. Этот тип трансформатора может работать непрерывно. Внешний вид стримеров, создаваемых такой катушкой, может быть самым разным. Трансформаторами Тесла такого типа легче управлять, например, на них можно проигрывать музыку.

DRSSTC (DRSTC, Dual Resonant Solid State Tesla Coil) — Трансформатор Тесла с двумя резонансными контурами, здесь в качестве ключей в SSTC используются полупроводники. ДРССТЦ — самый сложный в управлении и настройке тип трансформаторов Теслы.

Для получения более экономичной и эффективной работы трансформатора Тесла используются именно схемы топологии DRSSTC, когда в самой первичной цепи достигается мощный резонанс, а во вторичной соответственно более яркая картинка, более длинные и густые молнии ( стримеры).

Сам Тесла пытался как мог добиться именно такого режима работы своего трансформатора, и зачатки этой идеи можно увидеть в патенте № 568176, где используются зарядные реакторы, далее Тесла развивал схему по этому пути , то есть стремился максимально эффективно использовать первичный контур, создавая резонанс. Об опытах ученого можно прочитать в его дневнике (заметки ученого об опытах в Колорадо-Спрингс, которые он проводил с 1899 по 19 гг.00, уже опубликованы в печатном виде).

Говоря о практическом применении трансформатора Тесла, не следует ограничиваться восхищением эстетичностью получаемых разрядов, и относиться к устройству как к декоративному. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора может достигать миллионов вольт, что в итоге является эффективным источником сверхвысокого напряжения.

Сам Тесла разработал свою систему для передачи электричества на большие расстояния без проводов, используя проводимость верхних воздушных слоев атмосферы. Предполагалось наличие приемного трансформатора аналогичной конструкции, который понизил бы принятое высокое напряжение до значения, приемлемого для потребителя, об этом можно узнать, прочитав патент Теслы №649.621.

Особо следует отметить характер взаимодействия трансформатора Теслы с окружающей средой. Вторичный контур — это разомкнутый контур, и система термодинамически не изолирована, даже не замкнута, это открытая система. Современные исследования в этом направлении ведутся многими исследователями, и точка на этом пути еще не поставлена.

Как работают катушки Теслы?

‍Считающийся одним из лучших изобретателей всех времен, Никола Тесла создал множество вещей, которые изменили мир и опередили свое время. Сюда входят и катушки Тесла.

Катушки Теслы были первой когда-либо созданной системой для беспроводной передачи электроэнергии. Это было революционно и работало с использованием двух катушек и источника питания, такого как батарея, для передачи электричества. Одна катушка питает другую катушку, и это позволяет току проходить через обе, создавая частоту.

Катушка Теслы до сих пор известна как одно из самых удивительных изобретений в истории, и спустя более 100 лет она по-прежнему актуальна в нашем обществе. То, как работали эти катушки, было чем-то, чего мир никогда раньше не видел, демонстрируя тот опыт, которым действительно обладал Никола Тесла. Это руководство объясняет больше о том, как именно работает катушка Тесла.

Хотя достать оригинальную катушку Теслы непросто, у нас все еще есть специалисты, которые могут собрать всю необходимую информацию о ней. Продолжая читать, вы узнаете о том, как работает катушка Теслы, что такое катушка Тесла и актуальны ли они в нашем обществе сегодня.

‍Как работают катушки Теслы?

Существует основной принцип, который необходимо учитывать при обсуждении катушки Теслы, и он тоже выполняется очень просто. Принцип заключается в том, что производимый электрический ток представляет собой поток электронов, и он возникает в двух местах для создания тока.

Это стало возможным благодаря электромагнитной индукции, когда магнитное поле может создавать ток в электрический поток, чтобы заполнить область вокруг катушек и создать электрическую частоту.

Есть несколько важных шагов, необходимых для того, чтобы катушка Тесла могла работать и создавать электрический ток, за которым вы гонитесь.

1. Источник питания подключен к первичной катушке

Для начала катушки должны быть подключены к какому-либо источнику питания, например к батарее. Это необходимо, иначе не будет прямого способа запитать катушку и создать какие-либо потоки электричества или электрического тока.

Конструкция катушки такова, что эта первичная катушка достаточно прочная, чтобы выдерживать большое количество электричества и большой заряд. После того, как вы подключили источник питания, потребуется некоторое время, чтобы включить его, чтобы начать работу.

2. Конденсатор и первичная катушка начинают проводить электричество

При подключении питания конденсатор в первичной катушке начинает поглощать создаваемый заряд. Он работает таким образом, чтобы удерживать как можно больше заряда, чтобы получить максимальное количество энергии, которое он способен удерживать.

Медь является основным компонентом конструкции первичной катушки, поскольку она является одним из лучших проводников электричества и обеспечивает безопасность катушек Теслы. Конденсатор будет накапливаться до экстремального уровня, при котором заряд должен разрушиться дальше.

Искры будут образовываться по мере того, как она будет накапливаться, пока не достигнет предела прочности. Причина, по которой он должен сломаться, заключается в том, что при возникновении искр между ними возникает сопротивление воздуха.

Это приводит к тому, что искровой разрядник создает слишком большую мощность для единственного первичного конденсатора и катушки, что означает, что ему требуется дополнительная помощь для обработки заряда.

3. Ток создает магнитное поле

Как только этот уровень достигнут, ток переходит из первичной катушки в нечто более обширное. Это известно как магнитное поле, которое формируется вокруг первичной катушки, и его можно рассматривать как электрический пузырь вокруг катушки.

Магнитное поле требует тонн энергии и электрического потока. Самое примечательное в этом поле то, что оно абсолютно безопасно, несмотря на то, что выглядит как что-то, что может убить любого, кто находится в нескольких футах от него.

Электромагниты также делают возможным формирование этого магнитного поля. Комбинация медной проволоки и электрического тока образует это поле.

4. Эта энергия создает электрический ток во второй катушке

Как только магнитное поле достигает более мощного уровня, одиночная катушка больше не может его удерживать, и это заставляет ее еще больше разрушаться и достигать вторичной катушки. В это время электрический ток будет течь между обеими катушками.

Когда это происходит, воздух между двумя катушками содержит напряжения, которые непрерывно передаются туда и обратно. Это также создает искры и искровые промежутки, в результате чего вторичная катушка и конденсатор становятся более мощными.

Аналогично накоплению в первой катушке, вторичная катушка также может удерживать ограниченное количество энергии. Он продолжает строиться и расти, пока не достигнет критической точки.

5. Заряд высвобождается, чтобы проводить электричество

Как только заряд достигает слишком большого уровня во вторичной катушке, он должен высвободиться, чтобы создать всплеск электрического тока. Этот всплеск превращается в напряжение, которое создает и поддерживает высокочастотные электрические волны.

Удивительная часть этих электрических волн, испускаемых катушками, заключается в том, что они полностью беспроводны, но при этом могут питать или освещать флуоресцентную лампочку одним прикосновением.

После этого процесс начинается снова. Машина может стать самоподдерживающейся после завершения этого цикла один раз, и это позволяет катушке Теслы поддерживать резонанс.

Что такое катушка Теслы?

Катушка Теслы — электрическая резонансная схема трансформатора. Первоначально он был разработан знаменитым изобретателем Николой Теслой в 189 г.9 как способ получения высоких электрических токов при низких напряжениях.

Чрезвычайно сложно дать определение или классифицировать катушку Тесла, потому что это уникальное изобретение одного из величайших умов в истории. Его часто называют генератором частоты или просто массивным трансформатором, вырабатывающим электрический ток.

Катушка Теслы использует две отдельные катушки для работы, и одна катушка питает другую, создавая большую мощность. Но поскольку это скорее электрический ток, чем реальное электричество, человек сможет прикоснуться к току, не будучи пораженным электрическим током.

Это можно сравнить с прикосновением к двум проводам и ощущением удара тока по руке. Катушка Теслы не такая, и вместо этого вы просто прикоснетесь к слабому электрическому току, что совершенно безопасно.

Опасны ли катушки Теслы?

Катушка Тесла может быть опасной, если вы не знаете, на что она способна, и не соблюдаете обычные меры предосторожности при ее использовании. Однако истинная опасность определяется только тем количеством напряжений, на которое оно установлено в данный момент.

Первичная катушка — самая мощная часть машины, получающая наибольшее количество напряжений, которые могут оказаться опасными для человеческого организма. Вторичная катушка будет менее мощной, но ее все же следует избегать в качестве меры предосторожности.

Ни при каких обстоятельствах нельзя прикасаться к первичной обмотке. Однако вторичная катушка может использоваться кем-то, кто находится на расстоянии между ними и машиной, используя металлические стержни в качестве проводников для управления током.

Катушки Теслы также представляют опасность для электроники поблизости.