Расчет катушки тесла онлайн: Онлайн расчет катушки тесла

Содержание

Бесплатный калькулятор для расчёта катушек индуктивности — Md Coil Mate

Подробное описание как сделать катушку Тесла своими руками и в домашних условиях. Теория, проектирование, создание и сборка. – Zaochnik

Что нужно для изготовления катушки Тесла?

Чтобы изготовить катушку Тесла дома, за своим рабочим столом или даже на кухне, нам сначала необходимо запастись всем необходимым.
Итак, предварительно мы должны найти или приобрести следующее.
Из инструментов нам потребуется:

  • Паяльник
  • Клеевой пистолет
  • Дрель с тонким сверлом
  • Ножовка
  • Ножницы
  • Изолента
  • Маркер

Для сбора самой катушки Тесла необходимо подготовить следующее:

  • Кусок толстой полипропиленовой трубы диаметром 20 мм.
  • Медная проволока диаметром 0,08-0.3 мм.
  • Кусок толстого провода
  • Транзистор типа КТ31117Б или 2N2222A (можно КТ805, КТ815, КТ817)
  • Резистор 22 кОм ( можно от 20 до 60 кОм брать резисторы)
  • Источник питания (Крона)
  • Шарик для пинг-понга
  • Кусок пищевой фольги
  • Основание, на чём будет крепиться изделие — кусок доски или пластика
  • Провода для соединения нашей схемы

Подготовив все необходимое приступаем у изготовлению катушки Тесла.

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.

П О П У Л Я Р Н О Е:
  • Ускоряем свой компьютер кэшем

Существуют некоторые программы, например eBoostr, ReadyBoost® и т.п., которые используют специальную технологию для увеличения скорости загрузки OC Windows XP и его приложений. Их принцип основывается на сборке статистики использования программ и наполнения вспомогательного кэша, размещая его на отдельных жестких дисках или USB-накопителях. Такие программы необходимы для владельцев старых или перегруженных компьютеров и ноутбуков, которые модернизировать аппаратно проблематично или даже невозможно.

Подробнее…

Программа для компьютера»Закладки»

Бесплатная программка для компьютера «ЗАКЛАДКИ»

Описание: Небольшая бесплатная программка устанавливается на компьютер и предназначена для напоминания событий, можно для включения каких либо программ в определённое время.

Есть возможность включения автозагрузки с функцией запоминания. Например, при включении компьютера в заданное время программа «Закладки» напомнит о записанном событии или например, включит заданную Вами перед этим какую нибудь программу. Подробнее…

Программа антиблокировки Windows

Как разблокировать компьютер?

Рано или поздно с многими происходит такая ситуация, когда компьютер блокируется вирусной программой, требует отправить СМС на номер телефона или другими способами выманить у вас деньги за разблокировку системы. Чтобы предотвратить заражение компьютера предлагаем воспользоваться простой бесплатной программкой — 

ABS (Анти Блокировочная Система). Она позволяет отслеживать (вручную и автоматически) все изменения в реестре и файловой системе Windows, имеет справочник по кодам разблокировки ОС через СМС, а также включает в себе целый ряд сторонних системных утилит. Программу можно использовать совместно с антивирусами.

Подробнее…

Популярность: 3 237 просм.

Вы можете следитьза комментариями к этой записи через

RSS 2.0

.Вы можете

оставить комментарий:

.

Калькулятор индуктивности плоской спиральной катушки для устройств радиочастотной идентификации (RFID) и ближней бесконтактной связи (NFC)

См. рисунок ниже в описании калькулятора

Калькулятор предназначен для расчета индуктивностей однослойных круглых, квадратных, шестиугольных и восьмиугольных планарных (плоских) катушек индуктивности, которые часто используются в метках устройств радиочастотной идентификации (RFID) и ближней бесконтактной связи (NFC), которые получают питание за счет энергии электромагнитного поля, создаваемого устройством считывания меток. Входными параметрами для расчета является геометрия катушек, в частности, их внешний диаметр, ширина проводника или провода, из которого они изготовлены, расстояния между витками и число витков.

Пример: Рассчитать индуктивность плоской квадратной катушки из 10 витков внешним диаметром 45 мм, шириной проводника 1 мм и расстоянием между проводниками также 1 мм.

Внешний диаметр катушки

Число витков

n

Ширина витка или диаметр провода

Расстояние между витками

Нужно увеличить внешний диаметр катушки или уменьшить количество витков; также можно уменьшить ширину витка или диаметр провода.

Поделиться ссылкой на этот калькулятор, включая входные параметры

Выходные данные

Внутренний диаметр

din мм

Коэффициент заполнения катушки

ρ

Средний диаметр

davg мм

Индуктивность катушки

L Гн

Описание прибора

В большинстве случаев КТ (катушку Николя Тесла) описывают сложно. На самом деле она является обычным резонансным трансформатором. При эксплуатации вырабатывается электрический ток высокой частоты. Сейчас инженеры, которые трудятся на оборонный комплекс, создали устройство, обладающее мощностью в 1 Тгц. И теперь многим интересно, как и зачем появилась катушка Тесла, если ученый трудился над созданием беспроводной передачей сигнала, к которому мы все привыкли в современной жизни.

Катушка Тесла своими руками: простая инструкция по изготовлению от специалиста!

Предполагалось, что если разместить два устройства на удалении друг от друга, электричество от первой катушки можно передать на другую. Единственное условие – обе должны иметь идентичные технические параметры. Более того, амбициозность Тесла позволяла ему надеяться, что таким образом можно создать вечный двигатель. И если бы у него все получилось, люди смогли бы отказаться от использования АЭС, ТЭС и ГЭС, а проблема экологии разрешилась сама собой. Тем не менее, продолжения разработка не получила. Причина тому до сих пор неизвестна.

Что такое катушка Тесла и зачем она нужна?

Как уже отмечалось ранее, катушка Тесла представляет собой резонансный трансформатор. Назначение трансформатора – изменение значения напряжения электрического тока. Эти приборы бывают соответственно понижающие и повышающие.

Более подробно подробно о трансформаторах, их общем устройстве и назначении читайте в нашем отдельном материале.

С точки зрения электроники катушка Тесла представляет собой две обмотки без общего сердечника и с разным числом витков. Трансформатор Тесла – повышающий трансформатор. Напряжение на выходе такого трансформатора возрастает в сотни раз и может достигать значений порядка миллиона вольт.

Изобретение Теслы не просто работает, а работает очень зрелищно. Включив трансформатор, можно наблюдать эффектные разряды (молнии), длина которых достигает нескольких метров.

Когда возможности трансформатора были впервые продемонстрированы публике?

В городке Колорадо Спрингс однажды полностью сгорел генератор на местной электростанции. Причина была в том, что ток от него шел на питание первичной обмотки изобретения Николы Тесла. В ходе этого гениального эксперимента ученый впервые доказал сообществу, что существование стоячей электромагнитной волны – реальность. Если вашей мечтой является катушка Тесла, своими руками сложнее всего сделать именно первичную обмотку.

Вообще, смастерить ее самому не так уж и сложно, но куда труднее придать готовому изделию визуально привлекательный облик.

Принцип работы

Большинство ошибок, допускаемых любителями при сборке, связано  с непониманием принципа работы устройства. Стараясь имитировать, считая прибор простым трансформатором, они забывают о необходимости ясно представлять, как на самом деле она должна действовать КТ. Предусмотрено две обмотки. Одна именуется первичной, другая вторичной. К первой (разрядник) подводятся провода, идущие к внешнему источнику питания. Вокруг создается электромагнитное поле. Когда колебательный контур наберет достаточно мощности, заряд по воздуху передается на вторую обмотку.

Частично переданная энергия преобразуется в напряжение. Причем есть закономерная взаимосвязь между этой величиной и временем, за которое образуется колебательный контур. Показатели прямо пропорциональны. Наличие двух колебательных контуров и является принципиальным отличием катушки Тесла от простого трансформатора. Причем результат работы первой заключается в появлении видимых стримеров – разрядов молнии искусственного происхождения. В результате происходит ионизация водорода, содержащегося в воздухе, как и во время сильной грозы.

Конфигурации катушки Тесла

Много что можно сделать из катушки Тесла. Достаточно иметь лишь некоторый инженерный опыт или знания в электронике

Трансформатор Тесла имеет много видоизменений, в зависимости от этого используется в разных сферах жизни:

  1. Катушка с роторным механизмом с искрами, вращающимися в разных положениях. Здесь роль двигателя выполняет электрический агрегат с вращающимся диском, проводящим электроды.
  2. Ламповая катушка с обычными лампами для генерации тока высокого напряжения. Они способны проводить напряжение до 600 Вольт.
  3. Полупроводниковый генератор с задающим генератором высокой частоты (более современная конструкция).
  4. Высокочастотный трансформатор, выводящих ток посредством музыкальных волн. Разряд изменяется в зависимости от музыкального ритма.

Достаточно изменить ключ разряда, чтобы изменить его вид и достигнуть тем самым разных форм разряда.

Основное отличие их всех – довольно тихая работа, так как сама искра издает мало шума.

Катушки Тесла используют для получения тока на расстоянии или для беспроводной передачи энергии

Расчет катушки

Тем, кто собирает трансформатор Тесла своими руками в домашних условиях, рассчитывать ничего не придется. Ниже в описании будут приведены все рекомендации с учетом параметров каждого из элементов. Но если работы ведутся в промышленных условиях, инженеры тщательно просчитывать множество параметров. Главное, что нужно знать – главное правильно рассчитать число витков обмоток. Есть взаимосвязь между количеством оборотов первичное и вторичной катушки.

Невозможно создать рабочее устройство, не зная индуктивности каждой из них и емкости контуров. Также просчитывается рабочая частота трансформатора и емкость конденсатора. Для любознательных читателей есть возможность сделать это своим умом. Формула и схема есть на сайте. А ниже приведена пошаговая инструкция с указанием конкретных параметров, и достаточно просто следовать алгоритму действий. Но перед этим подготовьте все необходимое с теми же характеристиками, которые указаны в описании процесса сборки.

Включение, проверка и регулировка

Перед включением уберите электронные устройства подальше от места испытания, чтобы исключить их поломку. Помните об электробезопасности! Для успешного запуска по порядку выполняем следующие пункты:

  1. Выставляем переменный резистор в среднее положение. При подаче питания, убеждаемся в отсутствии повреждений.
  2. Визуально проверяем наличие стримера. Если он отсутствует, подносим к вторичной катушке люминесцентную лампочку или лампу накаливания. Свечение лампы подтверждает работоспособность «трансформатора Тесла» и наличие электромагнитного поля.
  3. Если устройство не работает, в первую очередь меняем местами выводы первичной катушки, а уже потом проверяем транзистор на пробой.
  4. При первом включении следите за температурой транзистора, при необходимости подключите дополнительное охлаждение.

В чем уникальность катушки Тесла?

Основное отличие этого изобретения состоит в том, что у его изобретателя получалось при частоте в несколько сот килогерц получить напряжение, превышающее 15 млн вольт. Это устройство смотрится невероятно странно, пугающе, но и в той же мере красиво: отсутствие железного сердечника, толстый наружный слой первичной обмотки и толстый внутренний слой вторичной обмотки. Но есть и недостатки. Например, изготовить большой виток, обеспечивая отличный тепловой контакт с сердечником трансформатора, довольно непросто.

Кстати, если вдруг вам нужно написать любую работу по физике, у нас действуют вкусные скидки

Многие пытаются повторить многочисленные уникальнейшие эксперименты великого гения. Однако для этого им придется решить важнейшую задачу – как сделать катушку Теслы в домашних условиях. Но как это сделать? Попробуем подробно описать так, чтобы у вас это получилось с первого раза.

Приступаем к работе

Как можно заметить, элементов для сборки вам потребуется не так уж и много. Вот только нужно помнить, что для правильной работы устройства нужно не только правильно собрать, но и правильно настроить! Однако обо всем по порядку.

Трансформаторы (МОТы) можно демонтировать из любой старой микроволновки. Это практически стандартный силовой трансформатор, но у него есть одно важное отличие: его сердечник практически всегда работает в режиме насыщения. Таким образом, весьма компактное и простое устройство вполне может выдавать вплоть до 1,5 кВ. К сожалению, есть у них и специфические недостатки.

Так, величина тока холостого хода равна приблизительно трем-четырем амперам, да и нагрев даже в простое очень велик. У среднестатистической микроволновки МОТ выдает порядка 2-2,3 кВ, а сила тока равна приблизительно 500-850 мА.

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.

Меры безопасности и полезное видео

КТ в состоянии вывести из строя даже выключенные бытовые приборы, находящиеся в разиусе активного электромагнитного поля. Нужно не просто выключить их, а унести подальше. Имеет смысл перед первым пускам обесточить помещение, если испытания проводятся на столе, где есть розетка. Личная безопасность – главное требование. Когда приходит время проверять наличие стримеров, держитесь подальше. Сила тока в активной вторичной обмотке может достигать 700 Ампер, тогда как для человека смертельно уже 15А.

Источник: https://vodatyt.ru/moimi-rukami/katushku-tesla.html

Вам была полезна эта статья? Ставьте палец вверх! Подпишитесь на мой канал и давайте общаться в комментариях!

С уважением, Пётр Андреевич.

Бифилярная катушка Тесла

Такой метод намотки провода распределяет емкость больше, чем при стандартной намотке.

Такие катушки обуславливают приближения витков. Градиент конусообразный, а не плоский, в середине катушки, или с провалом.

Емкость тока не изменяется. Из-за сближения участков разность потенциалов между витков во время колебаний повышается. Следовательно, сопротивление емкости при большой частоте в несколько раз снижается, а емкость увеличивается.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

В завершение…

Увы, но никакого практического применения у этого эффектного устройства нет и по сию пору. Кто-то показывает опыты в институтах, кто-то зарабатывает на этом, устраивая парки «чудес электричества». В Америке один весьма чудной товарищ пару лет назад так и вовсе соорудил из катушки Тесла… рождественскую елку!

Чтобы сделать ее красивее, он наносил различные вещества на излучатель молний. Имейте в виду: борная кислота дает зеленый цвет, марганец делает «елку» синей, а литий придает ей малиновый окрас. До сих пор идут споры об истинном назначении изобретения гениального ученого, но сегодня это – обычный аттракцион.

Вот как сделать катушку Тесла.

Катушка Тесла. Краткая теория | RadioLaba.ru


Катушка Тесла представляет собой высокочастотный резонансный трансформатор без ферромагнитного сердечника, с помощью которого можно получить высокое напряжение на вторичной обмотке. Под действием высокого напряжения в воздухе происходит электрический пробой, подобно разряду молнии. Устройство изобретено Николой Теслой, и носит его имя.

По типу коммутирующего элемента первичного контура, катушки Тесла подразделяются на искровые (SGTC – Spark gap Tesla coil), ламповые (VTTC – Vacuum tube Tesla coil), транзисторные (SSTC – Solid state Tesla coil, DRSSTC – Dual resonant solid state Tesla coil). Я буду рассматривать только искровые катушки, являющиеся самыми простыми и распространенными. По способу заряда контурного конденсатора, искровые катушки делятся на 2 типа: ACSGTC – Spark gap Tesla coil, а также DCSGTC – Spark gap Tesla coil. В первом варианте, заряд конденсатора осуществляется переменным напряжением, во втором используется резонансный заряд с подведением постоянного напряжения.


Сама катушка представляет собой конструкцию из двух обмоток и тора. Вторичная обмотка цилиндрическая, наматывается на диэлектрической трубе медным обмоточным проводом, в один слой виток к витку, и имеет обычно 500-1500 витков. Оптимальное соотношение диаметра и длины обмотки равно 1:3,5 – 1:6. Для увеличения электрической и механической прочности, обмотку покрывают эпоксидным клеем или полиуретановым лаком. Обычно размеры вторичной обмотки определяют исходя из мощности источника питания, то есть высоковольтного трансформатора. Определив диаметр обмотки, из оптимального соотношения находят длину. Далее подбирают диаметр обмоточного провода, так чтобы количество витков примерно равнялось общепринятому значению. В качестве диэлектрической трубы обычно применяют канализационные пластиковые трубы, но можно изготовить и самодельную трубу, при помощи листов чертежного ватмана и эпоксидного клея. Здесь и далее речь идет о средних катушках, мощностью от 1 кВт и диаметром вторичной обмотки от 10 см.

На верхний конец трубы вторичной обмотки устанавливают полый проводящий тор, обычно выполненный из алюминиевой гофрированной трубы для отвода горячих газов. В основном диаметр трубы подбирают равным диаметру вторичной обмотки. Диаметр тора обычно составляет 0,5-0,9 от длины вторичной обмотки. Тор имеет электрическую емкость, которая определяется его геометрическими размерами, и выступает в роли конденсатора.

Первичная обмотка располагается у нижнего основания вторичной обмотки, и имеет спиральную плоскую или коническую форму. Обычно состоит из 5-20 витков толстого медного или алюминиевого провода. В обмотке протекают высокочастотные токи, вследствие чего скин-эффект может иметь значительное влияние. Из-за высокой частоты ток распределяется преимущественно в поверхностном слое проводника, тем самым уменьшается эффективная площадь поперечного сечения проводника, что приводит к увеличению активного сопротивления и уменьшению амплитуды электромагнитных колебаний. Поэтому лучшим вариантом для изготовления первичной обмотки будет полая медная трубка, или плоская широкая лента. Над первичной обмоткой по внешнему диаметру иногда устанавливают незамкнутое защитное кольцо (Strike Ring) из того же проводника, и заземляют. Кольцо предназначено для предотвращения попадания разрядов в первичную обмотку. Разрыв необходим для исключения протекания тока по кольцу, иначе магнитное поле, созданное индукционным током, будет ослаблять магнитное поле первичной и вторичной обмотки. От защитного кольца можно отказаться, если заземлить один конец первичной обмотки, при этом попадание разряда не причинит вреда компонентам катушки.

Коэффициент связи между обмотками зависит от их взаимного расположения, чем они ближе, тем больше коэффициент. Для искровых катушек типичное значение коэффициента равно K=0,1-0,3. От него зависит напряжение на вторичной обмотке, чем больше коэффициент связи, тем больше напряжение. Но увеличивать коэффициент связи выше нормы не рекомендуется, так как между обмотками начнут проскакивать разряды, повреждающие вторичную обмотку.

На схеме представлен простейший вариант катушки Тесла типа ACSGTC.
Принцип действия катушки Тесла основан на явлении резонанса двух индуктивно связанных колебательных контуров. Первичный колебательный контур состоит из конденсатора С1, первичной обмотки L1, и коммутируется разрядником, в результате чего образуется замкнутый контур. Вторичный колебательный контур образован вторичной обмоткой L2 и конденсатором С2 (тор обладающий емкостью), нижний конец обмотки обязательно заземляется. При совпадении собственной частоты первичного колебательного контура с частотой вторичного колебательного контура, происходит резкое возрастание амплитуды напряжения и тока во вторичной цепи. При достаточно высоком напряжении происходит электрический пробой воздуха в виде разряда, исходящего из тора. При этом важно понимать, что представляет собой замкнутый вторичный контур. Ток вторичного контура течет по вторичной обмотке L2 и конденсатору С2 (тор), далее по воздуху и земле (так как обмотка заземлена), замкнутый контур можно описать следующим образом: земля-обмотка-тор-разряд-земля. Таким образом, захватывающие электрические разряды представляют собой часть контурного тока. При большом сопротивлении заземления разряды, исходящие из тора будут бить прямо по вторичной обмотке, что не есть хорошо, поэтому нужно делать качественное заземление.

После того как размеры вторичной обмотки и тора определены, можно посчитать собственную частоту колебаний вторичного контура. Здесь надо учитывать, что вторичная обмотка кроме индуктивности обладает некоторой емкостью из-за немалых размеров, которую надо учитывать при расчете, емкость обмотки необходимо сложить с емкостью тора. Далее надо прикинуть параметры катушки L1и конденсатора C1первичного контура, так чтобы собственная частота первичного контура была близка к частоте вторичного контура. Емкость конденсатора первичного контура обычно составляет 25-100 нФ, исходя из этого, рассчитывают количество витков первичной обмотки, в среднем должно получиться 5-20 витков. При изготовлении обмотки необходимо увеличить количество витков, по сравнению с расчетным значением, для последующей настройки катушки в резонанс. Рассчитать все эти параметры можно по стандартным формулам из учебника физики, также в сети есть книги по расчету индуктивности различных катушек. Существуют и специальные программы калькуляторы для расчета всех параметров будущей катушки Тесла.

Настройка осуществляется путем изменения индуктивности первичной обмотки, то есть один конец обмотки подсоединен к схеме, а другой никуда не подключается. Второй контакт выполняют в виде зажима, который можно перекидывать с одного витка на другой, тем самым используется не вся обмотка, а только ее часть, соответственно меняется индуктивность, и собственная частота первичного контура. Настройку выполняют во время предварительных запусков катушки, о резонансе судят по длине выдаваемых разрядов. Существует также метод холодной настройки резонанса при помощи ВЧ генератора и осциллографа или ВЧ вольтметра, при этом катушку запускать не надо. Необходимо взять на заметку, что электрический разряд обладает емкостью, вследствие чего собственная частота вторичного контура может немного уменьшаться во время работы катушки. Заземление также может оказывать небольшое влияние на частоту вторичного контура.

Разрядник является коммутирующим элементом в первичном колебательном контуре. При электрическом пробое разрядника под действием высокого напряжения, в нем образуется дуга, которая замыкает цепь первичного контура, и в нем возникают высокочастотные затухающие колебания, в течение которых напряжение на конденсаторе С1 постепенно уменьшается. После того как дуга гаснет, контурный конденсатор С1 вновь начинает заряжаться от источника питания, при следующем пробое разрядника начинается новый цикл колебаний.

Разрядник подразделяется на два типа: статический и вращающийся. Статический разрядник представляет собой два близко расположенных электрода, расстояние между которыми регулируют так чтобы электрический пробой между ними происходил в то время, когда конденсатор С1 заряжен до наибольшего напряжения, или немного меньше максимума. Ориентировочное расстояние между электродами определяют исходя из электрической прочности воздуха, которая составляет около 3 кВ/мм при стандартных условиях окружающей среды, а также зависит от формы электродов. Для переменного сетевого напряжения, частота срабатываний статического разрядника (BPS – beats per second) составит 100Гц.

Вращающийся разрядник (RSG – Rotary spark gap) выполняется на основе электродвигателя, на вал которого насажен диск с электродами, с каждой стороны диска устанавливаются статические электроды, таким образом, при вращении диска, между статическими электродами будут пролетать все электроды диска. Расстояние между электродами делают минимальным. В таком варианте можно регулировать частоту коммутаций в широких пределах управляя электродвигателем, что дает больше возможностей по настройке и управлению катушкой. Корпус двигателя необходимо заземлить, для защиты обмотки двигателя от пробоя, при попадании высоковольтного разряда.

В качестве контурного конденсатора С1 применяют конденсаторные сборки (MMC – Multi Mini Capacitor) из последовательно и параллельно соединенных высоковольтных высокочастотных конденсаторов. Обычно применяют керамические конденсаторы типа КВИ-3, а также пленочные К78-2. В последнее время намечен переход на бумажные конденсаторы типа К75-25, которые неплохо показали себя в работе. Номинальное напряжение конденсаторной сборки для надежности должно быть в 1,5-2 раза больше амплитудного напряжения источника питания. Для защиты конденсаторов от перенапряжения (высокочастотные импульсы) устанавливают воздушный разрядник параллельно всей сборке. Разрядник может представлять собой два небольших электрода.

В качестве источника питания для зарядки конденсаторов используется высоковольтный трансформатор Т1, или несколько последовательно или параллельно соединенных трансформаторов. В основном начинающие тесластроители используют трансформатор из микроволновой печи (MOT – Microwave Oven Transformer), выходное переменное напряжение которого составляет ~2,2 кВ, мощность около 800 Вт. В зависимости от номинального напряжения контурного конденсатора, МОТы соединяют последовательно от 2 до 4 штук. Применение только одного трансформатора не целесообразно, так как из-за небольшого выходного напряжения зазор в разряднике будет очень малым, итогом будут нестабильные результаты работы катушки. Моты имеют недостатки в виде слабой электропрочности, не рассчитаны для работы в длительном режиме, сильно греются при большой нагрузке, поэтому часто выходят из строя. Более разумно использовать специальные масляные трансформаторы типа ОМ, ОМП, ОМГ, которые имеют выходное напряжение 6,3 кВ, 10 кВ, и мощность 4 кВт, 10 кВт. Можно также изготовить самодельный высоковольтный трансформатор. При работе с высоковольтными трансформаторами не следует забывать о технике безопасности, высокое напряжение опасно для жизни, корпус трансформатора необходимо заземлить. При необходимости последовательно с первичной обмоткой трансформатора можно установить автотрансформатор, для регулировки напряжения зарядки контурного конденсатора. Мощность автотрансформатора должна быть не меньше мощности трансформатора T1.

Дроссель Lд в цепи питания необходим для ограничения тока короткого замыкания трансформатора при пробое разрядника. Чаще всего дроссель находится в цепи вторичной обмотки трансформатора T1. Вследствие высокого напряжения, необходимая индуктивность дросселя может принимать большие значения от единиц до десятков Генри. В таком варианте он должен обладать достаточной электропрочностью. С таким же успехом дроссель можно установить последовательно с первичной обмоткой трансформатора, соответственно здесь не требуется высокая электропрочность, необходимая индуктивность на порядок ниже, и составляет десятки, сотни миллигенри. Диаметр обмоточного провода должен быть не меньше диаметра провода первичной обмотки трансформатора. Индуктивность дросселя рассчитывают из формулы зависимости индуктивного сопротивления от частоты переменного тока.

Фильтр низких частот (ФНЧ) предназначен для исключения проникновения высокочастотных импульсов первичного контура в цепь дросселя и вторичной обмотки трансформатора, то есть для их защиты. Фильтр может быть Г-образным или П-образным. Частоту среза фильтра выбирают на порядок меньше резонансной частоты колебательных контуров катушки, но при этом частота среза должна быть намного больше частоты срабатывания разрядника.

При резонансном заряде контурного конденсатора (тип катушки – DCSGTC), используют постоянное напряжение, в отличии от ACSGTC. Напряжение вторичной обмотки трансформатора T1 выпрямляют с помощью диодного моста и сглаживают конденсатором Св. Емкость конденсатора должна быть на порядок больше емкости контурного конденсатора С1, для уменьшения пульсаций постоянного напряжения. Величина емкости обычно составляет 1-5 мкФ, номинальное напряжение для надежности выбирают в 1,5-2 раза больше амплитудного выпрямленного напряжения. Вместо одного конденсатора можно использовать конденсаторные сборки, желательно не забывая про выравнивающие резисторы при последовательном соединении нескольких конденсаторов.

В качестве диодов моста применяют последовательно соединенные высоковольтные диодные столбы типа КЦ201 и др. Номинальный ток диодных столбов должен быть больше номинального тока вторичной обмотки трансформатора. Обратное напряжение диодных столбов зависит от схемы выпрямления, по соображениям надежности обратное напряжение диодов должно быть в 2 раза больше амплитудного значения напряжения. Возможно изготовление самодельных диодных столбов путем последовательного соединения обычных выпрямительных диодов (например 1N5408, Uобр = 1000 В, Iном = 3 А), с применением выравнивающих резисторов.
Вместо стандартной схемы выпрямления и сглаживания можно собрать удвоитель напряжения из двух диодных столбов и двух конденсаторов.

Принцип работы схемы резонансного заряда основан на явлении самоиндукции дросселя Lд, а также применения диода отсечки VDо. В момент времени, когда конденсатор C1 разряжен, через дроссель начинает течь ток, возрастая по синусоидальному закону, при этом в дросселе накапливается энергия в виде магнитного поля, а конденсатор при этом заряжается, накапливая энергию в виде электрического поля. Напряжение на конденсаторе возрастает до напряжения источника питания, при этом через дроссель течет максимальный ток, и падение напряжения на нем равно нулю. При этом ток не может прекратиться мгновенно, и продолжает течь в том же направлении из-за наличия самоиндукции дросселя. Зарядка конденсатора продолжается до удвоенного значения напряжения источника питания. Диод отсечки необходим для предотвращения перетекания энергии от конденсатора обратно в источник питания, так как между конденсатором и источником питания появляется разность потенциалов равная напряжению источника питания. На самом деле напряжение на конденсаторе не достигает удвоенного значения, из-за наличия падения напряжения на диодном столбе.

Применение резонансного заряда позволяет более эффективно и равномерно передавать энергию на первичный контур, при этом для получения одинакового результата (по длине разряда), для DCSGTC требуется меньшая мощность источника питания (трансформатор Т1), чем для ACSGTC. Разряды приобретают характерный плавный изгиб, вследствие стабильного питающего напряжения, в отличии от ACSGTC, где очередное сближение электродов в RSG может приходиться по времени на любой участок синусоидального напряжения, включая попадание на нулевое или низкое напряжение и как следствие переменная длина разряда (рваный разряд).

Ниже на картинке представлены формулы для расчета параметров катушки Тесла:

Предлагаю ознакомиться с моим опытом постройки катушки Тесла своими руками.

Расчет индуктивности катушки

Coil32 – прекрасная программа для всевозможных расчетов, связанных с катушками индуктивности

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “Радиолюбитель“

Сегодня я хочу познакомить вас с очередной радиолюбительской программой.

Программа называется Coil32 и предназначена для расчета индуктивности катушек. Перед тем как мы рассмотрим эту программу, хочу выразить благодарность ее автору и создателю. К сожалению я не нашел его имени-отчества, да и фамилии тоже (даже в разделе “Об авторе программы”). Сайт создателя программы – coil32.narod.ru. Если у вас будут какие-либо замечания по работе программы, предложения, или вы захотите поблагодарить автора (возможно и материально – пожертвовав один рубль на развитие проекта) вы всегда сможете сделать это на сайте создателя программы.

Вот что пишет автор о своей программе:
Довольно часто перед радиолюбителем встает вопрос: “Как рассчитать индуктивность катушки?“. Катушки используются и в высокочастотной связной аппаратуре, и при конструировании акустических систем, и даже взглянув на материнскую плату компьютера, Вы и там обнаружите индуктивные элементы. С помощью программы Coil32 можно быстро рассчитать индуктивность катушки. В программе учитываются наиболее распространенные варианты каркасов катушек. Можно рассчитать бескаркасную катушку в виде одиночного витка, на каркасах различной формы, на ферритовых кольцах и в броневых сердечниках, а также плоскую печатную катушку с круглой и квадратной формой витков. Для рассчитанной катушки можно “не отходя от кассы” рассчитать емкость конденсатора в колебательном контуре.
Программа предназначена для расчета индуктивности катушек на разных каркасах: одно и многослойных, на ферритовых кольцах, в броневом сердечнике, плоских катушек на печатной плате, а также колебательных контуров. Имеется набор плагинов к программе для расчета дополнительных видов индуктивности. Список плагинов имеется на странице загрузки (в конце этой страницы вы сможете скачать последнюю версию программы с уже установленными всеми доступными плагинами). Также можно воспользоваться онлайн расчетом индуктивности (на сайте автора).

Программа бесплатна и свободна для использования и распространения.

В последней версии Coil32 v7.3 доступны:
♦ Расчет числа витков катушки при заданной индуктивности
♦ Расчет индуктивности катушки для заданного числа витков
♦ Расчет добротности для однослойных катушек
♦ Расчет индуктивности многослойной катушки по ее омическому сопротивлению
♦ Расчет длины провода, необходимого для намотки многослойной катушки
♦ Расчет длины провода, необходимого для намотки катушки на ферритовом кольце

Программа позволяет производить расчет следующих типов катушек индуктивности:
♦ Одиночный круглый виток
♦ Однослойная виток к витку
В качестве начальных параметров при расчете катушки можно выбрать два варианта:
◊ Известны диаметр каркаса и диаметр провода, длина намотки вычисляется.
◊ Известны диаметр каркаса и длина намотки, диаметр провода вычисляется
♦ Однослойная катушка с шагом
♦ Катушка с не круглой формой витков
♦ Многослойная катушка
В качестве начальных параметров при расчете катушки можно выбрать два варианта:
◊ Известны диаметр каркаса, длина намотки и диаметр провода. Вычисляется число витков, попутно определяется толщина катушки, ее омическое сопротивление постоянному току и приблизительная длина провода для намотки (“сколько надо отрезать”).
◊ Известны диаметр каркаса, длина намотки и предельное омическое сопротивление катушки. Вычисляется число витков, попутно определяется толщина катушки, нужный минимальный диаметр провода и приблизительная длина провода для намотки.
♦ Тороидальная однослойная катушка
♦ Катушка на ферритовом кольце
♦ Катушка в броневом сердечнике
(Ферритовом и карбонильном)
♦ Тонкопленочная катушка
(Плоская катушка на печатной плате с круглой и квадратной формой витков и в виде одиночного прямого проводника)

В чем преимущества программы перед аналогами?
◊ Программа рассчитывает индуктивность многих типов катушек. Можно подобрать оптимальный вариант, либо пересчитать катушку под имеющийся каркас.
◊ Результаты всех расчетов выводятся в текстовое поле, откуда их можно сохранить в файл. В дальнейшем Вы можете их просмотреть, чтобы не пересчитывать заново. Можно открыть этот файл в “MS Word” и распечатать.
◊ Есть возможность рассчитать добротность для радиочастотных однослойных катушек индуктивности.
◊ Можно рассчитать длину провода для намотки многослойной катушки и на ферритовом кольце
◊ Для катушек в броневых сердечниках есть возможность выбрать один из нескольких стандартных, что позволяет рассчитать катушку несколькими щелчками мыши.
◊ Для плоских катушек на печатной плате программа подскажет оптимальные размеры для достижения наивысшей добротности.
◊ В Сети часто встречаются программы для расчета индуктивности, работающие под DOS, о преимуществах Windows-интерфейса, думаю, говорить не приходится.
◊ Программа имеет возможность расширения функционала с помощью дополнительных плагинов для расчета индуктивностей
◊ Программа имеет мультиязычный интерфейс и скины, дополнительные наборы скинов можно найти на странице загрузки.
◊ Программа распространяется в стиле “Portable” и не имеет установщика. Для установки программы распакуйте файл Coil32.zip в любой каталог и запустите на выполнение файл Coil32.exe. При постоянной работе с программой, желательно создать для нее специальную папку и вынести ярлык Coil32.exe на рабочий стол.

Программа очень проста в использовании и разобраться в ней совершенно несложно. Кроме того, все ее возможности подробно описаны в разделе “Help”, там-же указаны формулы, по которым производится каждый расчет.
В разделе “Plugins” вы можете воспользоваться дополнительными возможностями программы (плагинами):
- meandr_PCBv0.3 – Расчет плоской печатной катушки в форме меандра.
square_loop – Расчет индуктивности прямоугольной рамки
screen – Учет влияния экрана на величину индуктивности
multiloop – Расчет индуктивности многовитковой круглой рамки круглого сечения (для металлоискателей)
Ferrite – Расчет индуктивности на ферритовом стержне.
Precise Helix – Точный расчет однослойной катушки с произвольным шагом намотки.
MLC Precise – Точный расчет многослойной катушки с любой геометрией намотки по эллиптическим интегралам Максвелла.

У нас на сайте вы сможете скачать последнюю версию программы, с уже установленными всеми плагинами (а на сегодняшний день – их всего восемь):

  Программа для расчета индуктивности катушки Coil32_v7.3.7 (5.1 MiB, 13,835 hits)



Тема работы: передача энергии с помощью Трансформатора Тесла

Тема работы: передача энергии с
помощью Трансформатор Тесла
Работу выполнили:
Стахеев Алексей
Трунов Владимир
Студенты гр.2-46
Преподаватель:
Мочалов Александр
Сергеевич

2. Понятие Трансформатора Тесла.

Понятие Трансформатора Тесла
.
Трансформа́тор Те́сла, — устройство, изобретённое Николой
Тесла и носящее его имя. Является резонансным
трансформатором, производящим высокое напряжение высокой
частоты. Прибор был запатентован 22 сентября 1896 года как
«Аппарат для производства электрических токов высокой
частоты и потенциала»
Данный трансформатор является тороидальным источником
электричества.
Главной отличительной особенностью данного трансформатора от
обычного трансформатора является отсутствие металлического
сердечника между обмотками. А самое удивительное
разомкнутость цепи.

3. Принцип работы.

Резонансный контур трансформатора,
аналогия с качелями.

4. Как устроен трансформатор Тесла

5. Расчет Трансформатора

Поскольку мощность трансформатора линейно зависит от резонансной частоты
обмоток и соответственно индуктивности, то правильно расчитать
трансформатор можно воспользовавшись следующими соотношениями:
N - число витков катушки
A - Диаметр основания конуса
B - Диаметр верхней части конуса
H - Высота конуса
W = (B - A)/2 - Эффективная ширина
Z - Длина катушки (по гипотенузе!) Z = √(W2 + h3)
X - Угол конуса (sin(X) = H/Z; cos(X) = W/Z)
R = A/2 + W/2 - Средний радиус катушки
L1 = R2*N2/(9*R+10*H) - Вертикальный компонент индуктивности
L2 = R2*N2/(8*R+11*W) - Горизонтальный компонент индуктивности
L = √[(L1*Sin(X))2 + (L2*cos(X))2] - Итоговая индуктивность катушки
Наша установка
Трансформатор потребляет всего 48 ватт и при этом трансформирует
напряжение питания из 19 в несколько десятков тысяч вольт.
Работает на частоте 4 Мгц. Схема построена по принципу “Качера Бровина”
Непризнанное теоретическое обоснование
Множество аспектов данного устройства с трудом поддается описанию,
если инструментом выступает классическая физика. Полное теоретическое обоснование
предоставляется через непризнанную теорию всемирного эфира.
Эффекты, наблюдаемые при работе трансформатора
Трансформатор Тесла имеет огромное количество впечатляющих и даже
иногда необъяснимых явлений.
• Коронный разряд , образованный одним электродом в разомкнутой цепи.
• Ионизация газа в энергосберегающих люминисцентных лампах
• Передача больших токов по одному проводу
толщиной от 1 микрон
• Передача электричества без проводов на резонансной
частоте
• Модуляция звука на коронном разряде,
путем изменения частоты импульсов основного транзистора
Применение
Данный трансформатор можно использовать во многих сферах от быта до
Промышленных коммуникаций.
Беспроводная передача электричества на большие расстояния начиная от
небольших промышленных объектов, заканчивая целыми городами
Экономия огромного количества коммуникаций провода по всему миру
Использование трансформатора в быту для экономии электричества
Использование скинэффекта высокочастотного тока в лечебных целях
В настоящее время подобные устройства используются для поиска
течей в промышленных вакуумных системах и естественно в качестве
впечатляющего спецэффекта на больших мероприятиях.

14. Дальнейшие этапы работы

Башня Уорденклифф
(создатель Никола Тесла)
Модель бестопливного
генератора

15. Спасибо за внимание!

Работу выполнили:
Стахеев Алексей
Трунов Владимир
Студенты гр.2-46
Преподаватель:
Мочалов Александр
Сергеевич

Катушка Тесла

Описание
Никола Тесла – гениальный физик, инженер, изобретатель в области электротехники и радиотехники. А в школе о нем упоминается только когда говорят о единице индуктивности. Поэтому было принято решение сделать кое-что по «рецептам» Тесла – катушку Тесла. С помощью катушки Тесла в процессе изучения физики можно демонстрировать удивительные электрические явления, что сделает обучение наглядным и понятным.
Катушка Тесла – резонансный трансформатор, производящий высокое напряжение высокой частоты. Состоит из двух катушек, у которых нет общего железного сердечника. Первичная обмотка – несколько витков провода большого диаметра, а вторичная – несколько тысяч витков провода меньшего диаметра.
Созданная модель с первичной катушкой из 7 витков и вторичной  из 2160 витков была использована на уроке физике при изучении газовых разрядов.
Работа над проектом проходила с июня по ноябрь 2016 г.

Цель
Изготовить катушку Тесла, которую можно использовать как наглядное пособие на уроках физики для демонстрации электромагнитных явлений.

Задачи:
1. Исследовать материал по данной теме.
2. Познакомиться с принципом работы катушки Тесла.
3. Создать действующую модель катушки Тесла
4. Провести опыты, демонстрирующие работу катушки Тесла.

Результаты
Коэффициент трансформации данной модели трансформатора Тесла K≈ N1/N2 =7/2160=0,003.
При входном напряжении в 90 по расчетам с учетом коэффициента трансформации выходное напряжение составляет 30 000 В. Поле определяется детектором даже на расстоянии одного метра.
Таким образом, вокруг установки существует электромагнитное поле высокой напряженности.
С помощью изготовленной модели катушки Тесла можно продемонстрировать следующие эффектные эксперименты:
1. Тлеющий разряд – свечение спектральных трубок, наполненных инертными газами: гелием, криптоном, неоном.
2. Разряд в люминесцентной лампе.
3. При близком поднесении металлического проводника к терминалу трансформатора между ним и терминалом возникает разряд, при этом разряд ударяется о проводник, а проводник остается холодным.
Собранная модель катушки Тесла является простым и очень дешевым устройством, так как все, что нужно для сборки, можно достать в любом магазине электротехнических товаров.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы
1. Изолированный эмалированный медный  
провод диаметра 1,2 мм
2. Изолированный медный эмалированный
провод диаметром 0,2 мм
3. Резистор 15 Ом
4. Переменный резистор B50K
5. Транзистор 13007A
6. Радиатор
7. 10 батареек типа «Крона»
8. Клеевой пистолет
9. Паяльник
10. Люминесцентная лампа
11. Газоразрядные трубки

Работа была представлена:
- Конкурс исследовательских работ и творческих проектов обучающихся колледжей и старших школьников «Искусство познания» – 1 место.
- Московский городской конкурс научно-исследовательских и проектных работ обучающихся – призер финала.
- Научно-практическая конференции «Инженеры будущего» – победитель.
- 21-я Региональная научно-практическая конференция школьников «Творчество юных» – 3 место.

Перспективы развития результатов работы
Собранную модель можно использовать как наглядное пособие на уроках физики для демонстрации электромагнитных явлений. С помощью данного устройства можно проводить эффектные эксперименты, которые вызовут интерес обучающихся, повысят их познавательную активность, позволят обучение сделать наглядным, понятным, интересным. 

Особое мнение

«Участие в конференции «Инженеры будущего» стало очень значимым для меня, я получил опыт выступления, опыт стендовой защиты, опыт участия в мероприятии такого высокого уровня», – говорит автор работы.

Онлайн расчет трансформатора за 6 простых шагов

Ремонт современных электрических приборов и изготовление самодельных конструкций часто связаны с блоками питания, пускозарядными и другими устройствами, использующими трансформаторное преобразование энергии. Их состояние надо уметь анализировать и оценивать.

Считаю, что вам поможет выполнить расчет трансформатора онлайн калькулятор, работающий по подготовленному алгоритму, или старый проверенный дедовский метод с формулами, требующий вдумчивого отношения. Испытайте оба способа, используйте лучший.

Содержание статьи

Сразу заостряю ваше внимание на том вопросе, что приводимые методики не способны точно учесть магнитные свойства сердечника, который может быть выполнен из разных сортов электротехнических стали.

Поэтому реальные электрические характеристики собранного трансформатора могут отличаться на сколько-то вольт или число ампер от полученного расчетного значения. На практике это обычно не критично, но, всегда может быть откорректировано изменением числа количества в одной из обмоток.

Поперечное сечение магнитопровода передает первичную энергию магнитным потоком во вторичную обмотку. Обладая определенным магнитным сопротивлением, оно ограничивает процесс трансформации.

От формы, материала и сечения сердечника зависит мощность, которую можно преобразовывать и нормально передавать во вторичную цепь.

Как пользоваться онлайн калькулятором для расчета трансформатора пошагово

Подготовка исходных данных за 6 простых шагов

Шаг №1. Указание формы сердечника и его поперечного сечения

Лучшим распределением магнитного потока обладают сердечники, набранные из Ш-образных пластин. Кольцевая форма из П-образных составляющих деталей обладает большим сопротивлением.

Для проведения расчета надо указать форму сердечника по виду пластины (кликом по точке) и его измеренные линейные размеры:

  1. Ширину пластины под катушкой с обмоткой.
  2. Толщину набранного пакета.

Вставьте эти данные в соответствующие ячейки таблицы.

Шаг №2. Выбор напряжений

Трансформатор создается как повышающей, понижающей (что в принципе обратимо) или разделительной конструкцией. В любом случае вам необходимо указать, какие напряжения вам нужны на его первичной и вторичной обмотке в вольтах.

Заполните указанные ячейки.

Шаг №3. Частота сигнала переменного тока

По умолчанию выставлена стандартная величина бытовой сети 50 герц. При необходимости ее нужно изменить на требуемую по другому расчету. Но, для высокочастотных трансформаторов, используемых в импульсных блоках питания, эта методика не предназначена.

Их создают из других материалов сердечника и рассчитывают иными способами.

Шаг №4. Коэффициент полезного действия

У обычных моделей сухих трансформаторов КПД зависит от приложенной электрической мощности и вычисляется усредненным значением.

Но, вы можете откорректировать его значение вручную.

Шаг №5. Магнитная индуктивность

Параметр определяет зависимость магнитного потока от геометрических размеров и формы проводника, по которому протекает ток.

По умолчанию для расчета трансформаторов принят усредненный параметр в 1,3 тесла. Его можно корректировать.

Шаг №6. Плотность тока

Термин используется для выбора провода обмотки по условиям эксплуатации. Среднее значение для меди принято 3,5 ампера на квадратный миллиметр поперечного сечения.

Для работы трансформатора в условиях повышенного нагрева его следует уменьшить. При принудительном охлаждении или пониженных нагрузках допустимо увеличить. Однако 3,5 А/мм кв вполне подходит для бытовых устройств.

Выполнение онлайн расчета трансформатора

После заполнения ячеек с исходными данными нажимаете на кнопку «Рассчитать». Программа автоматически обрабатывает введенные данные и показывает результаты расчета таблицей.

Как рассчитать силовой трансформатор по формулам за 5 этапов

Привожу упрощенную методику, которой пользуюсь уже несколько десятков лет для создания и проверки самодельных трансформаторных устройств из железа неизвестной марки по мощности нагрузки.

По ней мне практически всегда получалось намотать схему с первой попытки. Очень редко приходилось добавлять или уменьшать некоторое количество витков.

Этап №1. Как мощность сухого трансформатора влияет на форму и поперечное сечение магнитопровода

В основу расчета положено среднее соотношение коэффициента полезного действия ŋ, как отношение электрической мощности S2, преобразованной во вторичной обмотке к приложенной полной S1 в первичной.

ŋ = S1 / S2

Потери мощности во вторичной обмотке оценивают по статистической таблице.

Мощность трансформатора, ватты Коэффициент полезного действия ŋ
15÷50 0,50÷0,80
50÷150 0,80÷0,90
150÷300 0,90÷0,93
300÷1000 0,93÷0,95
>1000 0.95÷0,98

Электрическая мощность устройства определяется произведением номинального тока, протекающего по первичной обмотке в амперах, на напряжение бытовой проводки в вольтах.

Она преобразуется в магнитную энергию, протекающую по сердечнику, полноценно распределяясь в нем в зависимости от формы распределения потоков:

  1. для кольцевой фигуры из П-образных пластин площадь поперечного сечения под катушкой магнитопровода рассчитывается как Qc=√S1;
  2. у сердечника из Ш-образных пластин Qc=0,7√S1.

Таким образом, первый этап расчета позволяет: зная необходимую величину первичной или вторичной мощности подобрать магнитопровод по форме и поперечному сечению сердечника;или по габаритам имеющегося магнитопровода оценить электрические мощности, которые сможет пропускать проектируемый трансформатор.

Этап №2. Особенности вычисления коэффициента трансформации и токов внутри обмоток

Силовой трансформатор создается для преобразования электрической энергии одной величины напряжения в другое, например, U1=220 вольт на входе и U2=24 V — на выходе.

Коэффициент трансформации в приведенном примере записывается как выражение 220/24 или дробь с первичной величиной напряжения в числителе, а вторичной — знаменателе. Он же позволяет определить соотношение числа витков между обмотками.

n = W1 / W2

На первом этапе мы уже определили электрические мощности каждой обмотки. По ним и величине напряжения необходимо рассчитать силу электрического тока I=S/U внутри любой катушки.

Этап №3. Как вычислить диаметры медного провода для каждой обмотки

При определении поперечного сечения проводника катушки используется эмпирическое выражение, учитывающее, что плотность тока лежит в пределах 1,8÷3 ампера на квадратный миллиметр.

Величину тока в амперах для каждой обмотки мы определили на предыдущем шаге.

Теперь просто извлекаем из нее квадратный корень и умножаем на коэффициент 0,8. Полученное число записываем в миллиметрах. Это расчетный диаметр провода для катушки.

Он подобран с учетом выделения допустимого тепла из-за протекающего по нему тока. Если место в окне сердечника позволяет, то диаметр можно немного увеличить. Тогда эти обмотки будут лучше приспособлены к тепловым нагрузкам.

Когда даже при плотной намотке все витки провода не вмещаются в окне магнитопровода, то его поперечное сечение допустимо чуть уменьшить. Но, такой трансформатор следует использовать для кратковременной работы и последующего охлаждения.

При выборе диаметра провода добиваются оптимального соотношения между его нагревом при эксплуатации и габаритами свободного пространства внутри сердечника, позволяющими разместить все обмотки.

Этап №4. Определение числа витков обмоток по характеристикам электротехнической стали: важные моменты

Вычисление основано на использовании магнитных свойств железа сердечника. Промышленные трансформаторы собираются из разных сортов электротехнической стали, подбираемые под конкретные условия работы. Они рассчитываются по сложным, индивидуальным алгоритмам.

Домашнему мастеру достаются магнитопроводы неизвестной марки, определить электротехнические характеристики которой ему практически не реально. Поэтому формулы учитывают усредненные параметры, которые не сложно откорректировать при наладке.

Для расчета вводится эмпирический коэффициент ω’. Он учитывает величину напряжения в вольтах, которое наводится в одном витке катушки и связан с поперечным сечением магнитопровода Qc (см кв).

ω’=45/Qc (виток/вольт)

В первичной обмотке число витков вычислим, как W1= ω’∙U1, а во вторичной — W2= ω’∙U2.

Этап №5. Учет свободного места внутри окна магнитопровода

На этом шаге требуется прикинуть: войдут ли все обмотки в свободное пространство окна сердечника с учетом габаритов катушки.

Для этого допускаем, что провод имеет сечение не круглое, а квадрата со стороной одного диаметра. Тогда при совершенно идеальной плотной укладке он займет площадь, равную произведению единичного сечения на количество витков.

Увеличиваем эту площадь процентов на 30, ибо так идеально намотать витки не получится. Это будет место внутри полостей катушки, а она еще займет определенное пространство.

Далее сравниваем полученные площади для катушек каждой обмотки с окном магнитопровода и делаем выводы.

Второй способ оценки — мотать витки «на удачу». Им можно пользоваться, если новая конструкция перематывается проводом со старых рабочих катушек на том же сердечнике.

4 практических совета по наладке и сборке трансформатора: личный опыт

Сборка магнитопровода

Степень сжатия пластин влияет на шумы, издаваемые железом сердечника при вибрациях от протекающего по нему магнитного потока.

Одновременно не плотное прилегание железа с воздушными зазорами увеличивает магнитное сопротивление, вызывает дополнительные потери энергии.

Если для стягивания пластин используются металлические шпильки, то их надо изолировать от железа сердечника бумажными вставками и картонными шайбами.

Иначе по этому креплению возникнет искусственно созданный короткозамкнутый виток. В нем станет наводиться дополнительная ЭДС, значительно снижающая коэффициент полезного действия.

Состояние изоляции крепежных болтов относительно железа сердечника проверяют мегаомметром с напряжением от 1000 вольт. Показание должно быть не менее 0,5 Мом.

Расчет провода по плотности тока

Оптимальные размеры трансформатора играют важную роль для устройств, работающих при экстремальных нагрузках.

Для питающей обмотки, подключенной к бытовой проводке лучше выбирать плотность тока из расчета 2 А/мм кв, а для остальных — 2,5.

Способы намотки витков

Быстрая навивка на станке «внавал» занимает повышенный объем и нормально работает при относительно небольших диаметрах провода.

Качественную укладку обеспечивает намотка плотными витками один возле другого с расположением их рядами и прокладкой ровными слоями изоляции из конденсаторной бумаги, лакоткани, других материалов.

Хорошо подходят для создания диэлектрического слоя целлофановые (не из полиэтилена) ленты. Можно резать их от упаковок сигарет. Отлично справляется с задачами слоя изоляции кулинарная пленка для запекания мясных продуктов и выпечек.

Она же придает красивый вид внешнему покрытию катушки, одновременно обеспечивая ее защиту от механических повреждений.

Обмотки сварочных и пускозарядных устройств, работающие в экстремальных условиях с высокими нагрузками, желательно дополнительно пропитывать между рядами слоями силикатного клея (жидкое стекло).

Ему требуется дать время, чтобы засох. После этого наматывают очередной слой, что значительно удлиняет сроки сборки. Зато созданный по такой технологии трансформатор хорошо выдерживает высокие температурные нагрузки без создания межвитковых замыканий.

Как вариант такой защиты работает пропитка рядов провода разогретым воском, но, жидкое стекло обладает лучшей изоляцией.

Когда длины провода не хватает для всей обмотки, то его соединяют. Подключение следует делать не внутри катушки, а снаружи. Это позволит регулировать выходное напряжение и силу тока.

Замер тока на холостом ходу трансформатора

Мощные сварочные аппараты требуют точного подбора объема пластин и количества витков под рабочее напряжение, что взаимосвязано.

Выполнить качественную наладку позволяет замер тока холостого хода при оптимальной величине напряжения на входной обмотке питания.

Его значение должно укладываться в предел 100÷150 миллиампер из расчета на каждые 100 ватт приложенной мощности для трансформаторных изделий длительного включения. Когда используется режим кратковременной работы с частыми остановками, то его можно увеличить до 400÷500 мА.

Выполняя расчет трансформатора онлайн калькулятором или проверку его вычислений дедовскими формулами, вам придется собирать всю конструкцию в железе и проводах. При первых сборках своими руками можно наделать много досадных ошибок.

Чтобы их избежать рекомендую посмотреть видеоролик владельца Юность Ru. Он очень подробно и понятно объясняет технологию сборки и расчета. Под видео расположено много полезных комментариев, с которыми тоже следует ознакомиться.

Если заметите в ролике некоторые моменты, которые немного отличаются от моих рекомендаций, то можете задавать вопросы в комментариях. Обязательно обсудим.

онлайн-калькуляторы, особенности автотрансформаторов и торов. Как определить число витков обмотки трансформатора не разматывая катушку

Расчёт витков трансформатора онлайн

Трансформаторы постоянно используются в различных схемах, при устройстве освещения, питании цепей управления и прочем электронном оборудовании. Поэтому довольно часто требуется вычислить параметры прибора, в соответствии с конкретными условиями эксплуатации. Для этих целей вы можете воспользоваться специально разработанным онлайн калькулятором расчета трансформатора. Простая таблица требует заполнения исходными данными в виде значения входного напряжения, габаритных размеров, а также выходного напряжения.

Преимущества онлайн калькулятора

В результате расчета трансформатора онлайн, на выходе получаются параметры в виде мощности, силы тока в амперах, количества витков и диаметра провода в первичной и вторичной обмотке.

Существуют формулы, позволяющие быстро выполнить расчеты трансформатора. Однако они не дают полной гарантии от ошибок при проведении вычислений. Чтобы избежать подобных неприятностей, применяется программа онлайн калькулятора.

Полученные результаты позволяют выполнять конструирование трансформаторов для различных мощностей и напряжений. С помощью калькулятора осуществляются не только расчеты трансформатора. Появляется возможность для изучения его устройства и основных функций.

Запрошенные данные вставляются в таблицу и остается только нажать нужную кнопку.

Благодаря онлайн калькулятору не требуется проводить каких-либо самостоятельных подсчетов. Полученные результаты позволяют выполнять перемотку трансформатора своими руками.

Большинство необходимых расчетов осуществляется в соответствии с размерами сердечника. Калькулятор максимально упрощает и ускоряет все вычисления.

Необходимые пояснения можно получить из инструкции и в дальнейшем четко следовать их указаниям.

Конструкция трансформаторных магнитопроводов представлена тремя основными вариантами – броневым, стержневым и тороидальным. Прочие модификации встречаются значительно реже. Для расчета каждого вида требуются исходные данные в виде частоты, входного и выходного напряжения, выходного тока и размеров каждого магнитопровода.

Принцип работы устройства

Трансформатор — это электротехническое устройство, предназначенное для передачи энергии без изменения её формы и частоты. Используя в своей работе явление электромагнитной индукции, устройство применяется для преобразования переменного сигнала или создания гальванической развязки. Каждый трансформатор собирается из следующих конструктивных элементов:

  • сердечника;
  • обмотки;
  • каркаса для расположения обмоток;
  • изолятора;
  • дополнительных элементов, обеспечивающих жёсткость устройства.

В основе принципа действия любого трансформаторного устройства лежит эффект возникновения магнитного поля вокруг проводника с текущим по нему электрическим током. Такое поле также возникает вокруг магнитов. Током называется направленный поток электронов или ионов (зарядов). Взяв проволочный проводник и намотав его на катушку и подключив к его концам прибор для измерения потенциала можно наблюдать всплеск амплитуды напряжения при помещении катушки в магнитное поле. Это говорит о том, что при воздействии магнитного поля на катушку с намотанным проводником получается источник энергии или её преобразователь.

В устройстве трансформатора такая катушка называется первичной или сетевой. Она предназначена для создания магнитного поля. Стоит отметить, что такое поле обязательно должно всё время изменяться по направлению и величине, то есть быть переменным.

Классический трансформатор состоит из двух катушек и магнитопровода, соединяющего их. При подаче переменного сигнала на контакты первичной катушки возникающий магнитный поток через магнитопровод (сердечник) передаётся на вторую катушку. Таким образом, катушки связаны силовыми магнитными линиями. Согласно правилу электромагнитной индукции при изменении магнитного поля в катушке индуктируется переменная электродвижущая сила (ЭДС). Поэтому в первичной катушки возникает ЭДС самоиндукции, а во вторичной ЭДС взаимоиндукции.Количество витков на обмотках определяет амплитуду сигнала, а диаметр провода наибольшую силу тока. При равенстве витков на катушках уровень входного сигнала будет равен выходному. В случае когда вторичная катушка имеет в три раза больше витков, амплитуда выходного сигнала будет в три раза больше, чем входного — и наоборот.

От сечения провода, используемого в трансформаторе, зависит нагрев всего устройства. Правильно подобрать сечение возможно, воспользовавшись специальными таблицами из справочников, но проще использовать трансформаторный онлайн-калькулятор.

Отношение общего магнитного потока к потоку одной катушки устанавливает силу магнитной связи. Для её увеличения обмотки катушек размещаются на замкнутом магнитопроводе. Изготавливается он из материалов имеющих хорошую электромагнитную проводимость, например, феррит, альсифер, карбонильное железо. Таким образом, в трансформаторе возникают три цепи: электрическая — образуемая протеканием тока в первичной катушке, электромагнитная — образующая магнитный поток, и вторая электрическая — связанная с появлением тока во вторичной катушке при подключении к ней нагрузки.

Правильная работа трансформатора зависит и от частоты сигнала. Чем она больше, тем меньше возникает потерь во время передачи энергии. А это означает, что от её значения зависят размеры магнитопровода: чем частота больше, тем размеры устройства меньше. На этом принципе и построены импульсные преобразователи, изготовление которых связано с трудностями разработки, поэтому часто используется калькулятор для расчёта трансформатора по сечению сердечника, помогающий избавиться от ошибок ручного расчёта.

Виды сердечников

Трансформаторы отличаются между собой не только сферой применения, техническими характеристиками и размерам, но и типом магнитопровода. Очень важным параметром, влияющим на величину магнитного поля, кроме отношения витков, является размер сердечника. От его значения зависит способность насыщения. Эффект насыщения наступает тогда, когда при увеличении тока в катушке величина магнитного потока остаётся неизменной, т. е. мощность не изменяется.
Для предотвращения возникновения эффекта насыщения понадобится правильно рассчитать объём и сечение сердечника, от размеров которого зависит мощность трансформатора. Следовательно, чем больше мощность трансформатора, тем большим должен быть его сердечник.

По конструкции сердечник разделяют на три основных вида:

  • стержневой;
  • броневой;
  • тороидальный.

Стержневой магнитопровод представляет собой П-образный или Ш-образный вид конструкции. Собирается из стержней, стягивающихся ярмом. Для защиты катушек от влияния внешних электромагнитных сил используются броневые магнитопроводы. Их ярмо располагается на внешней стороне и закрывает стержень с катушкой. Тороидальный вид изготавливается из металлических лент. Такие сердечники из-за своей кольцевой конструкции экономически наиболее выгодны.

Зная форму сердечника, несложно рассчитать мощность трансформатора. Находится она по несложной формуле: P=(S/K)*(S/K), где:

  • S — площадь сечения сердечника.
  • K — постоянный коэффициент равный 1,33.

Площадь сердечника находится в зависимости от его вида, её единица измерения — сантиметр в квадрате. Полученный результат измеряется в ваттах. Но на практике часто приходится выполнять расчёт сечения сердечника по необходимой мощности трансформатора: Sс = 1.2√P, см2. Исходя из формул можно подтвердить вывод: что чем больше мощность изделия, тем габаритней используется сердечник.

Как выбрать ферритовый кольцевой сердечник?

Выбрать примерный размер ферритового кольца можно при помощи калькулятора для расчета импульсных трансформаторов и справочника по ферритовым магнитопроводам. И то и другое Вы можете найти в «Дополнительных материалах».

Вводим в форму калькулятора данные предполагаемого магнитопровода и данные, полученные в предыдущем параграфе, чтобы определить габаритную мощность срдечника.

Не стоит выбирать габариты кольца впритык к максимальной мощности нагрузки. Маленькие кольца мотать не так удобно, да и витков придётся мотать намного больше.

Если свободного места в корпусе будущей конструкции достаточно, то можно выбрать кольцо с заведомо бо’льшей габаритной мощностью.

В моём распоряжении оказалось кольцо М2000НМ типоразмера К28х16х9мм. Я внёс входные данные в форму калькулятора и получил габаритную мощность 87 Ватт. Этого с лихвой хватит для моего 50-ти Ваттного источника питания.

Типовой расчёт параметров

Довольно часто радиолюбители используют при расчёте трансформатора упрощённую методику. Она позволяет выполнить расчёт в домашних условиях без использования величин, которые трудно узнать. Но проще использовать готовый для расчёта трансформатора онлайн-калькулятор. Для того чтобы воспользоваться таким калькулятором, понадобится знать некоторые данные, а именно:

  • напряжение первичной и вторичной обмотки;
  • габаритны сердечника;
  • толщину пластины.

После их ввода понадобится нажать кнопку «Рассчитать» или похожую по названию и дождаться результата.

Стержневой тип магнитопровода

В случае отсутствия возможности расчёта на калькуляторе выполнить такую операцию самостоятельно несложно и вручную. Для этого потребуется определиться с напряжением на выходе вторичной обмотки U2 и требуемой мощностью Po. Расчёт происходит следующим образом:

После того как первый этап выполнен, приступают к следующей стадии расчёта. Число витков в первичной обмотке находится по формуле: K1 = 50*U1/S. А число витков вторичной обмотке определяется выражением K2= 55* U2/S, где:

  • U1 — напряжение первичной обмотке, В.
  • S — площадь сердечника, см².
  • K1, K2 — число витков в обмотках, шт.

Остаётся вычислить диаметр наматываемой проволоки. Он равен D = 0,632*√ I, где:

  • d — диаметр провода, мм.
  • I — обмоточный ток рассчитываемой катушки, А.

Читайте также:  Сварка молибдена и тантала, особенности и последовательность работы

При подборе магнитопровода следует соблюдать соотношение 1 к 2 ширины сердечника к его толщине. По окончании расчёта выполняется проверка заполняемости, т. е. поместится ли обмотка на каркас. Для этого площадь окна вычисляется по формуле: Sо = 50*Pт, мм2.

Особенности автотрансформатора


Автотрансформаторы рассчитываются аналогично простым трансформаторам, только сердечник определяется не на всю мощность, а на мощность разницы напряжений.

Например, мощность магнитопровода 250 Вт, на входе 220 вольт, на выходе требуется получить 240 вольт. Разница напряжений составляет 20 В, при мощности 250 Вт ток будет равен 12,5 А. Такое значение тока соответствует мощности 12,5*240=3000 Вт. Потребление сетевого тока составляет 12,5+250/220=13,64А, что как раз и соответствует 3000Вт=220В*13,64А. Трансформатор имеет одну обмотку на 240 В с отводом на 220 В, который подключён к сети. Участок между отводом и выходом мотается проводом, рассчитанным на 12,5А.

Таким образом, автотрансформатор позволяет получить на выходе мощность значительно больше, чем трансформатор на таком же сердечнике при небольшом коэффициенте передачи.

Трансформатор тороидального типа

Тороидальные трансформаторы имеют ряд преимуществ по сравнению с другими типами: меньший размер, меньший вес и при этом большее КПД. При этом они легко наматываются и перематываются. Использование онлайн-калькулятора для расчёта тороидального трансформатора позволяет не только сократить время изготовления изделия, но и «на лету» поэкспериментировать с разными вводными данными. В качестве таких данных используются:

  • напряжение входной обмотки, В;
  • напряжение выходной обмотки, В;
  • ток выходной обмотки, А;
  • наружный диаметр тора, мм;
  • внутренний диаметр тора, мм;
  • высота тора, мм.

Необходимо отметить, что почти все онлайн-программы не демонстрируют особой точности в случае расчёта импульсных трансформаторов. Для получения высокой точности можно воспользоваться специально разработанными программами, например, Lite-CalcIT, или рассчитать вручную. Для самостоятельного расчёта используются следующие формулы:

  1. Мощность выходной обмотки: P2=I2*U2, Вт.
  2. Габаритная мощность: Pg=P2/Q, Вт. Где Q — коэффициент, берущийся из справочника (0,76−0,96).
  3. Фактическое сечение «железа» в месте размещения катушки: Sch= ((D-d)*h)/2, мм2.
  4. Расчётное сечение «железа» в месте расположения катушки: Sw =√Pq/1.2, мм2
  5. Площадь окна тора: Sfh=d*s* π/4, мм2.
  6. Значение рабочего тока входной обмотки: I1=P2/(U1*Q*cosφ), А, где cosφ справочная величина (от 0,85 до 0,94).
  7. Сечение провода находится отдельно для каждой обмотки из выражения: Sp = I/J, мм2., где J- плотность тока, берущаяся из справочника (от 3 до 5).
  8. Число витков в обмотках рассчитывается отдельно для каждой катушки: Wn=45*Un*(1-Y/100)/Bm* Sch шт., где Y — табличное значение, которое зависит от суммарной мощности выходных обмоток.
  9. Остается найти выходную мощность и расчёт тороидального силового трансформатора считается выполненным. Pout = Bm*J*Kok*Kct* Sch* Sfh /0,901, где: Bm — магнитная индукция, Kok — коэффициент заполнения проводом, Kct —коэффициент заполнения железом.

Все значения коэффициентов берутся из справочника радиоаппаратуры (РЭА). Таким образом, проводить вычисления в ручном режиме несложно, но потребуется аккуратность и доступ к справочным данным, поэтому гораздо проще использовать онлайн-сервисы.

Как правильно провести расчет трансформаторов разных видов, формулы и примеры

Код для вставки без рекламы с прямой ссылкой на сайт. Код для вставки с рекламой без прямой ссылки на сайт. Скопируйте и вставьте этот код на свою страничку в то место, где хотите, чтобы отобразился калькулятор. Калькулятор справочный портал. Избранные сервисы. Кликните, чтобы добавить в избранные сервисы. Расчет трансформатора, онлайн калькулятор позволит вам рассчитать параметры трансформатора, такие как мощность, ток, количество витков и диаметр провода в обоих обмотках, по его размерам, входному и выходному напряжению. Входное напряжение: В Габаритный размер a: см Габаритный размер b: см Габаритный размер c: см Габаритный размер h: см Выходное напряжение: В Трансформатор — это статическое электромагнитное устройство, состоящее из двух или более индуктивно-связанных обмоток, намотанных на общий ферромагнитный сердечник, предназначенное для преобразования напряжения переменного тока посредством электромагнитной индукции.

Как пользоваться онлайн калькулятором для расчета трансформатора пошагово

Подготовка исходных данных за 6 простых шагов

Шаг №1. Указание формы сердечника и его поперечного сечения

Лучшим распределением магнитного потока обладают сердечники, набранные из Ш-образных пластин. Кольцевая форма из П-образных составляющих деталей обладает большим сопротивлением.

Для проведения расчета надо указать форму сердечника по виду пластины (кликом по точке) и его измеренные линейные размеры:

  1. Ширину пластины под катушкой с обмоткой.
  2. Толщину набранного пакета.

Вставьте эти данные в соответствующие ячейки таблицы.

Шаг №2. Выбор напряжений

Трансформатор создается как повышающей, понижающей (что в принципе обратимо) или разделительной конструкцией. В любом случае вам необходимо указать, какие напряжения вам нужны на его первичной и вторичной обмотке в вольтах.

Заполните указанные ячейки.

Читайте также:  Как открутить патрон на шуруповерте bosch

Шаг №3. Частота сигнала переменного тока

По умолчанию выставлена стандартная величина бытовой сети 50 герц. При необходимости ее нужно изменить на требуемую по другому расчету. Но, для высокочастотных трансформаторов, используемых в импульсных блоках питания, эта методика не предназначена.

Их создают из других материалов сердечника и рассчитывают иными способами.

Шаг №4. Коэффициент полезного действия

У обычных моделей сухих трансформаторов КПД зависит от приложенной электрической мощности и вычисляется усредненным значением.

Но, вы можете откорректировать его значение вручную.

Шаг №5. Магнитная индуктивность

Параметр определяет зависимость магнитного потока от геометрических размеров и формы проводника, по которому протекает ток.

По умолчанию для расчета трансформаторов принят усредненный параметр в 1,3 тесла. Его можно корректировать.

Шаг №6. Плотность тока

Термин используется для выбора провода обмотки по условиям эксплуатации. Среднее значение для меди принято 3,5 ампера на квадратный миллиметр поперечного сечения.

Для работы трансформатора в условиях повышенного нагрева его следует уменьшить. При принудительном охлаждении или пониженных нагрузках допустимо увеличить. Однако 3,5 А/мм кв вполне подходит для бытовых устройств.

Выполнение онлайн расчета трансформатора

После заполнения ячеек с исходными данными нажимаете на кнопку «Рассчитать». Программа автоматически обрабатывает введенные данные и показывает результаты расчета таблицей.

Достоинство и плюсы этого способа

  • Вам не нужно ничего считать
  • Вы можете самостоятельно мотать трансформатор для своих целей
  • По размеру сердечника можно определить необходимые расчёты
  • Упрощенный расчет трансформатора
  • Всё понятно даже для новичков
  • Есть инструкция
  • Для расчёта нужно нажать всего одну кнопку!

Как рассчитать силовой трансформатор по формулам за 5 этапов

Привожу упрощенную методику, которой пользуюсь уже несколько десятков лет для создания и проверки самодельных трансформаторных устройств из железа неизвестной марки по мощности нагрузки.

По ней мне практически всегда получалось намотать схему с первой попытки. Очень редко приходилось добавлять или уменьшать некоторое количество витков.

Этап №1. Как мощность сухого трансформатора влияет на форму и поперечное сечение магнитопровода

В основу расчета положено среднее соотношение коэффициента полезного действия ŋ, как отношение электрической мощности S2, преобразованной во вторичной обмотке к приложенной полной S1 в первичной.

Потери мощности во вторичной обмотке оценивают по статистической таблице.

Мощность трансформатора, ваттыКоэффициент полезного действия ŋ
15÷500,50÷0,80
50÷1500,80÷0,90
150÷3000,90÷0,93
300÷10000,93÷0,95
>10000.95÷0,98

Электрическая мощность устройства определяется произведением номинального тока, протекающего по первичной обмотке в амперах, на напряжение бытовой проводки в вольтах.

Она преобразуется в магнитную энергию, протекающую по сердечнику, полноценно распределяясь в нем в зависимости от формы распределения потоков:

  1. для кольцевой фигуры из П-образных пластин площадь поперечного сечения под катушкой магнитопровода рассчитывается как Qc=√S1;
  2. у сердечника из Ш-образных пластин Qc=0,7√S1.

Этап №2. Особенности вычисления коэффициента трансформации и токов внутри обмоток

Силовой трансформатор создается для преобразования электрической энергии одной величины напряжения в другое, например, U1=220 вольт на входе и U2=24 V — на выходе.

Коэффициент трансформации в приведенном примере записывается как выражение 220/24 или дробь с первичной величиной напряжения в числителе, а вторичной — знаменателе. Он же позволяет определить соотношение числа витков между обмотками.

n = W1 / W2

На первом этапе мы уже определили электрические мощности каждой обмотки. По ним и величине напряжения необходимо рассчитать силу электрического тока I=S/U внутри любой катушки.

Этап №3. Как вычислить диаметры медного провода для каждой обмотки

При определении поперечного сечения проводника катушки используется эмпирическое выражение, учитывающее, что плотность тока лежит в пределах 1,8÷3 ампера на квадратный миллиметр.

Величину тока в амперах для каждой обмотки мы определили на предыдущем шаге.

Теперь просто извлекаем из нее квадратный корень и умножаем на коэффициент 0,8. Полученное число записываем в миллиметрах. Это расчетный диаметр провода для катушки.

Он подобран с учетом выделения допустимого тепла из-за протекающего по нему тока. Если место в окне сердечника позволяет, то диаметр можно немного увеличить. Тогда эти обмотки будут лучше приспособлены к тепловым нагрузкам.

Когда даже при плотной намотке все витки провода не вмещаются в окне магнитопровода, то его поперечное сечение допустимо чуть уменьшить. Но, такой трансформатор следует использовать для кратковременной работы и последующего охлаждения.

При выборе диаметра провода добиваются оптимального соотношения между его нагревом при эксплуатации и габаритами свободного пространства внутри сердечника, позволяющими разместить все обмотки.

Этап №4. Определение числа витков обмоток по характеристикам электротехнической стали: важные моменты

Вычисление основано на использовании магнитных свойств железа сердечника. Промышленные трансформаторы собираются из разных сортов электротехнической стали, подбираемые под конкретные условия работы. Они рассчитываются по сложным, индивидуальным алгоритмам.

Домашнему мастеру достаются магнитопроводы неизвестной марки, определить электротехнические характеристики которой ему практически не реально. Поэтому формулы учитывают усредненные параметры, которые не сложно откорректировать при наладке.

Для расчета вводится эмпирический коэффициент ω’. Он учитывает величину напряжения в вольтах, которое наводится в одном витке катушки и связан с поперечным сечением магнитопровода Qc (см кв).

ω’=45/Qc (виток/вольт)

В первичной обмотке число витков вычислим, как W1= ω’∙U1, а во вторичной — W2= ω’∙U2.

Этап №5. Учет свободного места внутри окна магнитопровода

На этом шаге требуется прикинуть: войдут ли все обмотки в свободное пространство окна сердечника с учетом габаритов катушки.

Для этого допускаем, что провод имеет сечение не круглое, а квадрата со стороной одного диаметра. Тогда при совершенно идеальной плотной укладке он займет площадь, равную произведению единичного сечения на количество витков.

Увеличиваем эту площадь процентов на 30, ибо так идеально намотать витки не получится. Это будет место внутри полостей катушки, а она еще займет определенное пространство.

Далее сравниваем полученные площади для катушек каждой обмотки с окном магнитопровода и делаем выводы.

Второй способ оценки — мотать витки «на удачу». Им можно пользоваться, если новая конструкция перематывается проводом со старых рабочих катушек на том же сердечнике.

Формулы для расчета числа витков трансформатора

[Число витков вторичной обмотки] = [Число витков первичной обмотки] * [Амплитудное значение напряжения вторичной обмотки, В] / [Амплитудное значение входного напряжения, В]

Как мы видим из формул, число витков не зависит от магнитной проницаемости сердечника. Так как сердечник с зазором эквивалентен сердечнику с меньшей магнитной проницаемостью, но без зазора, то от размера зазора число витков также не зависит. Но от проницаемости (и от зазора) зависит ток холостого хода трансформатора. Если Он обратно пропорционален этой величине. Так как обычно мы заинтересованы в уменьшении холостого тока, то, если нет противопоказаний, лучше использовать материал с большей проницаемостью.

Как определить число витков обмотки трансформатора не разматывая катушку

При отсутствии данных о конкретной модели трансформатора, количество витков в обмотках определяется при помощи одной из функций мультиметра.


Мультиметр следует перевести в режим омметра. Затем определяются выводы всех имеющихся обмоток. Если между магнитопроводом и катушкой имеется зазор, то сверху всех обмоток наматывается дополнительная обмотка из тонкого провода. От количества витков будет зависеть точность результатов измерений.

Один щуп прибора подключается к концу основной обмотки, а другой щуп – к дополнительной обмотке. По очереди выполняются измерения всех обмоток. Та из них, у которой наибольшее сопротивление, считается первичной. Полученные данные позволяют выполнить расчет трансформатора и вместе с другими параметрами выбрать наиболее оптимальную конструкцию для конкретной электрической цепи.

4 практических совета по наладке и сборке трансформатора: личный опыт

Сборка магнитопровода

Степень сжатия пластин влияет на шумы, издаваемые железом сердечника при вибрациях от протекающего по нему магнитного потока.

Одновременно не плотное прилегание железа с воздушными зазорами увеличивает магнитное сопротивление, вызывает дополнительные потери энергии.

Если для стягивания пластин используются металлические шпильки, то их надо изолировать от железа сердечника бумажными вставками и картонными шайбами.

Иначе по этому креплению возникнет искусственно созданный короткозамкнутый виток. В нем станет наводиться дополнительная ЭДС, значительно снижающая коэффициент полезного действия.

Состояние изоляции крепежных болтов относительно железа сердечника проверяют мегаомметром с напряжением от 1000 вольт. Показание должно быть не менее 0,5 Мом.

Расчет провода по плотности тока

Оптимальные размеры трансформатора играют важную роль для устройств, работающих при экстремальных нагрузках.

Для питающей обмотки, подключенной к бытовой проводке лучше выбирать плотность тока из расчета 2 А/мм кв, а для остальных — 2,5.

Способы намотки витков

Быстрая навивка на станке «внавал» занимает повышенный объем и нормально работает при относительно небольших диаметрах провода.

Качественную укладку обеспечивает намотка плотными витками один возле другого с расположением их рядами и прокладкой ровными слоями изоляции из конденсаторной бумаги, лакоткани, других материалов.

Хорошо подходят для создания диэлектрического слоя целлофановые (не из полиэтилена) ленты. Можно резать их от упаковок сигарет. Отлично справляется с задачами слоя изоляции кулинарная пленка для запекания мясных продуктов и выпечек.

Она же придает красивый вид внешнему покрытию катушки, одновременно обеспечивая ее защиту от механических повреждений.

Обмотки сварочных и пускозарядных устройств, работающие в экстремальных условиях с высокими нагрузками, желательно дополнительно пропитывать между рядами слоями силикатного клея (жидкое стекло).

Ему требуется дать время, чтобы засох. После этого наматывают очередной слой, что значительно удлиняет сроки сборки. Зато созданный по такой технологии трансформатор хорошо выдерживает высокие температурные нагрузки без создания межвитковых замыканий.

Как вариант такой защиты работает пропитка рядов провода разогретым воском, но, жидкое стекло обладает лучшей изоляцией.

Когда длины провода не хватает для всей обмотки, то его соединяют. Подключение следует делать не внутри катушки, а снаружи. Это позволит регулировать выходное напряжение и силу тока.

Замер тока на холостом ходу трансформатора

Мощные сварочные аппараты требуют точного подбора объема пластин и количества витков под рабочее напряжение, что взаимосвязано.

Выполнить качественную наладку позволяет замер тока холостого хода при оптимальной величине напряжения на входной обмотке питания.

Его значение должно укладываться в предел 100÷150 миллиампер из расчета на каждые 100 ватт приложенной мощности для трансформаторных изделий длительного включения. Когда используется режим кратковременной работы с частыми остановками, то его можно увеличить до 400÷500 мА.

Выполняя расчет трансформатора онлайн калькулятором или проверку его вычислений дедовскими формулами, вам придется собирать всю конструкцию в железе и проводах. При первых сборках своими руками можно наделать много досадных ошибок.

Чтобы их избежать рекомендую посмотреть видеоролик владельца Юность Ru. Он очень подробно и понятно объясняет технологию сборки и расчета. Под видео расположено много полезных комментариев, с которыми тоже следует ознакомиться.

Если заметите в ролике некоторые моменты, которые немного отличаются от моих рекомендаций, то можете задавать вопросы в комментариях. Обязательно обсудим.

Как рассчитать мощность трансформатора

Чаще всего необходимость расчета мощности трансформатора возникает при работе со сварочной аппаратурой, особенно когда технические характеристики заранее неизвестны.

Мощность трансформатора тесно связана с силой тока и напряжением, при которых аппаратура будет нормально функционировать. Самым простым вариантом расчета мощности будет умножение значения напряжения на величину силы тока, потребляемого устройством. Однако на практике не все так просто, прежде всего из-за различия в типах устройств и применяемых в них сердечников. В качестве примера рекомендуется рассматривать Ш-образные сердечники, получившие наиболее широкое распространение, благодаря своей доступности и сравнительно невысокой стоимости.

Для расчета мощности трансформатора понадобятся параметры его обмотки. Эти вычисления проводятся по такой же методике, которая рассматривалась ранее. Наиболее простым вариантом считается практическое измерение обмотки трансформатора. Показания нужно снимать аккуратно и максимально точно. После получения всех необходимых данных можно приступать к расчету мощности.

Ранее, для определения площади сердечника применялась формула: S=1,3*√Pтр. Теперь же, зная площадь сечения магнитопровода, эту формулу можно преобразовать в другой вариант: Ртр = (S/1,3)/2. В обеих формулах число 1,3 является коэффициентом с усредненным значением.

Возможные схематические решения

Схем подключения вторичной обмотки трансформаторов, да и вообще всей электроники две:

  • Звезда, которая используется для повышения мощности сети.
  • Треугольник, который поддерживает постоянное напряжение в сети.

Вне зависимости от выбранной схемы, наиболее трудными считается изготовление и подключение небольших трансформаторов. Сюда относится и столь популярный в запросах поисковиков аtx. Это модель, которая устанавливается в системных блоках компьютеров, и изготовить ее самостоятельно крайне трудно.

В число трудностей при изготовлении маленьких трансформаторов стоит отнести сложность обмотки и изоляции, правильного подключения вторичной обмотки вне зависимости от выбранной схемы, а так же сложности с поиском сердечника. Короче говоря, проще и дешевле такой трансформатор купить. А вот как выбрать подходящую модель – это совсем другая история.

Рекомендации по сборке и намотке


При сборке трансформатора своими руками пластины сердечника собираются «вперекрышку». Магнитопровод стягивается обоймой или шпилечными гайками. Для того чтобы не нарушить изоляцию, шпильки закрываются диэлектриком. Стягивать «железо» нужно с усилием: если его окажется недостаточно при работе устройства возникнет гул.

Проводники наматываются на катушку плотно и равномерно, каждый последующий ряд изолируется от предыдущего тонкой бумагой или лавсановой плёнкой. Последний ряд обматывается киперной лентой или лакотканью. Если в процессе намотки выполняется отвод, то провод разрывается, а на место разрыва впаивается отвод. Это место тщательно изолируется. Закрепляются концы обмоток с помощью ниток, которыми привязываются провода к поверхности сердечника.

При этом существует хитрость: после первичной обмотки не следует наматывать всю вторичную обмотку сразу. Намотав 10—20 витков, нужно измерить величину напряжения на её концах.

По полученному значению можно представить, сколько витков потребуется для получения нужной амплитуды выходного напряжения, тем самым контролируя полученный расчёт при сборке трансформатора.

Опубликовано: 28.07.2021

DeepFriedNeon - Катушки Тесла

Что такое катушка Тесла?

г. Катушка Тесла - устройство, изобретенное гениальным ученым Никой. Тесла (родился в 1856 г., умер в 1943 г.). Это высокое напряжение, высокая частота, генератор энергии, в первую очередь построенный для проведения экспериментов и наблюдать явление, связанное с переменным электричеством.С помощью этой катушки Тесла мог генерировать напряжения такой величины, они будут стрелять из аппарата, как молнии!

Хотя вид извивающихся электрических лент, прыгающих, хотя воздух, безусловно, впечатляющий, для Теслы он олицетворял энергию потеря. Иногда Тесла сознательно настраивал свое оборудование так, чтобы производят эти видимые результаты как средство измерения состояния настройки системы, и предоставить некоторые отзывы для его экспериментов.

Сегодня, Катушки Тесла строят любители со всего мира по одной причине только острые ощущения от создания своей собственной молнии!


Итак вы хотите построить катушку Тесла!

Шаг 1 - Мотивация

Первоначально ваша единственная причина, по которой вы хотите построить катушку Тесла, - это увидеть фантастическое световое шоу, которое они производят.Вы бродили по интернету и увидели, что любой может построить катушку, так что вы думая, что вы хотите попробовать.

Обязательно навыки: Создание катушки требует умений во многих различных областях. инженерии.Вам нужно будет работать с деревом, металлом, пластиком, клеи / герметики; для резки и сверления использовать ручной и электроинструмент; работа с электросетью, проводкой, пайкой; импровизировать и модифицировать складские товары, выполнять простые математические расчеты, планировать свои вокруг того, какие компоненты вы можете найти / позволить себе. И наконец, Самое главное требование - Времени! Очень много!
Шаг 2 - Размер имеет значение

Мост того, что вы сейчас прочтете, покажется скучным и далеким от азарт самодельной молнии.Вы, вероятно, захотите пропустить это и начать строить сразу, но если вы это сделаете, вы скоро обнаружите, что у вас много вопросов и нет ответов. Ты настоящий нужен план!

Что размер катушки собираетесь строить? Если деньги не имеют значения, вы можете получить все компоненты, необходимые для вашей катушки, от в любой точке мира и создайте действительно мощный, но есть немного больше, чем это.

Как большой должна быть ваша катушка? Когда я говорю о размере, я мог бы иметь в виду к физическим размерам катушки, ее высоте и ширине, или я мог бы говорить о номинальной мощности, сколько ватт электричество он будет потреблять. Вы, вероятно, изначально только думаете о размере искры, которую вы хотите произвести, так что грубая руководство, вы можете использовать следующее уравнение для расчета входных данных Показатель мощности для приблизительной длины искры:

P = входная мощность в ваттах
л = длина искры в дюймах
Пример: Для 50 дюймов искры требуется мощность 865 Вт.
Раньше Вы увлекаетесь, есть один довольно важный момент, который следует рассмотреть возможность:-

До у вас есть место для включения вашей катушки?

Здесь в Великобритании в одноместном гараже среднего размера достаточно места для Катушка Тесла мощностью около 1 кВт.Выходные стримеры будут быть обрезанным стенами и потолком, но не слишком сильно.

Вы может возникнуть соблазн построить действительно большую катушку и запустить ее на открытом воздухе. Это было бы гораздо более впечатляюще, и больше людей могли бы его посмотреть. в то же время, не теснясь в небольшом гараже, но будьте осторожны! Изображения на веб-сайте не передают реального воздействия катушка делает.

тесла Катушки ОЧЕНЬ ОЧЕНЬ ГРОМКО !!!

Нет построить катушку, способную генерировать искры длиной 7 футов, и запустить ее в саду, только чтобы обнаружить, что соседи расстраиваются и вызывают полицию!
Шаг 3 - Поиск деталей
Мощность Трансформатор:

г. сложнее всего достать силовой трансформатор, а диапазон доступных трансформаторов высокого напряжения невелик.А подходящее напряжение от 6 кВ до 15 кВ (среднеквадратичное).

Неон Вывеска Трансформатор полюс Свинья
20 кг 200 кг !!

г. Конечный трансформатор - это «Pole Pig», но его нелегко достать один, а есть проблемы связанные с транспортировкой! Для средний человек, единственная возможность - ОБИТ Трансформаторы розжига котлов) и НСТ.

Проверить из вашего местного (и национального) телефонного справочника для предприятий это дело с нефтяным центральным отоплением или неоновыми вывесками.

Вы Возможно, вы выбрали размер искры, который вам нужен, но реальный предел к вашему выходу - трансформатор, который вам удалось найти.

Вторичный Проволока катушки:
Это рекомендуется наматывать вторичную катушку одним непрерывным кусок проволоки.Небольшие количества эмалированной медной проволоки легко можно приобрести в магазинах электронных компонентов для любителей и по почте. фирмы. Размеры катушек варьируются от 50 до 500 граммов, и это нормально. для маленьких катушек, но вам не хватит, чтобы сделать средний размер один.

Вы нужно будет найти местную компанию, которая либо продаст вам провод в количестве, которое вам нужно или кто знает поставщика, который (телеграфирует имеет тенденцию поставляться на барабанах по 20 кг!).

Конденсаторы:
рекомендуемый тип конденсатора для баковой цепи в настоящее время MMC (мульти-мини-колпачок). Легко построить, легко транспортировать, относительно дешев в изготовлении и является отличным исполнителем.

г. отдельные конденсаторы, составляющие MMC (и соответствующие резисторы утечки) можно приобрести в компаниях по доставке электроники по почте.

Остальные:
Все другой материал можно легко приобрести в местных магазинах DIY.

Шаг 3 - Конструкция
Вы следует приступить к расчету проектных параметров исходя из мощности рейтинг используемого трансформатора.

Пример: Если у вас был NST, рассчитанный на 10 кВ среднеквадратичного значения при 60 мА, тогда мощность V х I = 10000 х 0.060 = 600 Вт.


Вторичный Катушка:

г. Номинальная мощность катушки напрямую зависит от размера вторичной обмотки. потому что, когда длина искры увеличивается с увеличением мощности, вы получаете повреждение ударяет по первичной обмотке, если вы не сделаете вторичную обмотку выше.

(Вы можно добавить защитную планку к первичной катушке, чтобы защитить ее, но если ваша вторичная обмотка слишком коротка для номинальной мощности, тогда все вы получите удары по рельсам и несколько лент в воздух).

Используйте эту таблицу в качестве приблизительного руководства для выбора диаметра вторичной обмотки.
Мощность по сравнению с Вторичный диаметр
Диапазон мощности Вторичный диаметр
менее 500 Вт От 3 до 4 дюймов
от 500 Вт до 1500 Вт От 4 до 6 дюймов
от 1500 Вт до 3 кВт От 6 до 10 дюймов
3 кВт и более 10 дюймов и выше

После множества экспериментов современные пионеры намотки Тесла пришли к следующим правилам определения оптимального размера вторичной катушки (см. Таблицу).Это дает вам размер катушки, поэтому, чтобы получить длину формы, добавьте пару дюймов к длине катушки.
Размеры формы вторичной обмотки
Диаметр формы Соотношение сторон Длина рулона
3 дюйма 6 к 1 18 дюймов
4 дюйма 5 к 1 20 дюймов
6 дюймов 4 к 1 24 дюйма
8 дюймов и больше 3–5 к 1 24 дюйма и больше


Пример: Для диапазона формы катушки от 4 до 6 дюймов, если вы выберете 4 дюйма, высота намотанной катушки будет 5 x 4 = 20 дюймов.Добавьте пару дюймов к длине, чтобы получить реальную длину пластиковой трубки, которую вам нужно получить.


Провод:

Эмалированный медная проволока бывает самых разных диаметров. Вы стремитесь иметь от 800 до 1000 витков провода для вторичной катушки, так что разделите Длина катушки рассчитана, скажем, на 900, чтобы получить приблизительную длину провода. толщина.Значения, указанные производителями, относятся к медному проводнику. диаметр. Изоляция из эмали обычно делает провод толще примерно на 10%. так что учитывайте это в своих суммах.


Пример: Выбранная длина рулона составляет 20 дюймов или 508 мм.
508 разделить на 900 = 0,564 мм на ветер.
С учетом прибл.Увеличение на 10% для эмали, диаметр провода
= 0,564 мм / 1,1 = 0,51 мм.
Возможно, вам не удастся достать провод диаметром 0,51 мм, поэтому найдите ближайший доступный размер и проверьте, на сколько витков он рассчитан.

Электрические параметры:
Катушка имеет характеристики индуктивности и емкости, которые вы можете определить. нужно знать. Введите размеры вашей катушки в спиральную катушку. калькулятор (см. «Уравнения» секции), используя значение ширины эмали 10% в качестве значения шага витков.

Пример: Катушка диаметром 152 мм, намотанная 825 витками провода 0,71 мм (10% 0,71 мм дает интервал 0,071 мм), имеет значения
L = 21,7 мГн (21716 мкГн) и C = 10,45 пФ
при высоте ветра 644 мм.


Разгрузочный терминал:
Теперь, когда размеры вторичной обмотки определены, вы должны подумать о верхней нагрузке или разрядной клемме.

Классическая форма - тор (кольцевая форма пончика), но подойдет все, что не имеет острых углов. Очевидная альтернатива - сфера.

Электрическое значение:
Разрядный вывод действует как конденсатор и является частью вторичной LC-цепи. Его значение зависит от его формы и размера и может быть вычислено с помощью калькулятора максимальной нагрузки.

Рассчитайте емкость верхней нагрузки и вместе с рассчитанной индуктивностью (и собственной емкостью) вторичной обмотки вы можете определить резонансную частоту вторичной цепи (см. Ниже).

Пример: Для тороида, сделанного из 4-дюймового алюминиевого канала и имеющего общий диаметр 15 дюймов, мы получаем значение его емкости, равное 16,6 пФ.


Резонансная частота вторичного контура

Теперь у нас есть два параметра, необходимые для расчета резонансной частоты вторичного контура, а именно вторичная индуктивность и объединенная верхняя нагрузка и вторичная емкость.

Используйте «Калькулятор LC», чтобы вычислить эту частоту.


Пример: Следуя приведенным выше примерам, мы подаем: -
L = 21,82 мГн
C = 10,5 + 16,6 пФ = 27,1 пФ или 0,0000271 мкФ

Результирующая резонансная частота составляет 207 кГц.



Конденсатор первичного бака:
Для максимальной выходной мощности вашей катушки можно рассчитать емкость емкостного конденсатора, соответствующую используемому трансформатору.Искровой разрядник срабатывает и передает энергию от крышки бака к первичной катушке каждые полупериод сетевого питания (например, 100 раз в секунду для питания 50 Гц). Это означает, что у трансформатора есть время только за один полупериод (10 мс), чтобы перезарядить конденсатор для следующего срабатывания промежутка. Конденсатор, который заряжается только до половины своей емкости за отведенное время, не используется полностью, а небольшой конденсатор, который можно заряжать дважды за это время, теряет половину доступной мощности.

Конденсатор, размер которого меньше или больше этого значения, будет работать, но выходная мощность будет меньше.Меньше лучше, чем больше, потому что это дешевле!

Используйте «Калькулятор емкости», чтобы найти соответствующее значение емкости для вашего трансформатора.

Пример: 10 кВ (50 Гц) 100 мА NST может работать с максимальной эффективностью с емкостью 0,031 мкФ.

Если вы решили создать крышку в стиле MMC, воспользуйтесь «Калькулятором MMC», чтобы определить количество отдельных компонентов, которые вам понадобятся.


Первичная обмотка:
Первичная обмотка и основной конденсатор резервуара образуют первичный резонансный (LC) контур. Для правильной работы катушка Тесла должна иметь идентичные первичные и вторичные резонансные частоты.

Снова используя «Калькулятор LC», мы вводим значение конденсатора первичного резервуара, а затем экспериментируем с разными значениями L, пока не получим совпадение частоты с вторичной цепью.


Пример: Используя значение 0,031 мкФ для нашего первичного конденсатора, мы будем стремиться согласовать резонансную частоту 207 кГц (вторичная цепь), пробуя разные значения для «L» в «Калькуляторе LC».

При значении L = 0,03 мГн мы получаем частоту разрешения 165 кГц, что слишком мало, а при L = 0,01, F = 286 кГц - слишком высокое.
Немного поиграв, мы обнаруживаем, что получаем хорошее совпадение с
L = 0.019 мГн.

Рассчитав необходимую индуктивность, вам теперь нужно определиться с фактическими физическими параметрами первичной катушки.
Для плоской спиральной катушки, которая является предпочтительным выбором, вам необходимо знать ширину и расстояние между проводниками, диаметр внутреннего витка и количество витков, чтобы можно было определить значение индуктивности.Используйте «Калькулятор спиральной катушки», чтобы найти соответствие вашей целевой индуктивности.

Пример: Мы стремимся к значению 0,019 мГн для нашей первичной обмотки. В диаметр самого внутреннего витка должен составлять пару дюймов больше, чем диаметр вторичной обмотки, поэтому для вторичной обмотки 6 дюймов мы получаем значение 8 дюймов (зазор 1 дюйм по всему периметру). Хорошо выберите использовать 8 мм (0.315 дюймов) медная труба для проводника, с зазором 8 мм (0,315 дюйма) между каждым витком.

с D1 = 8 дюймов, W = 0,315 дюйма, S = 0,315 дюйма и N = 10
получаем значение L = 40,413 мкГн (или 0,040413 мГн).

Попробовав несколько разных чисел для N, мы в конечном итоге обнаружим, что 7 витков дают нам значение L = 0,019221 мГн (19,221 мкГн), которое достаточно близко к нашей цели.

Чтобы учесть изменения в значениях компонентов и для экспериментов, увеличьте количество витков первичной обмотки примерно на 50% (с 7 витков до примерно 10).


Искровой разрядник:

Искровой разрядник - это выключатель питания для первичного контура бака. Он использует воздух для проведения электричества между электродами и при этом выделяет много тепла.
Размер общего промежутка зависит от источника питания. Чем выше напряжение, тем больший промежуток можно использовать.Зазор обычно делится на множество меньших зазоров, соединенных последовательно. Это сделано по двум причинам; 1) Чем больше у вас зазоров, тем с большей мощностью он может справиться; 2) Можно изменять напряжение зажигания промежутка, изменяя количество электродов в цепи (перемещая соединительные провода).
Расстояние между отдельными зазорами от 20 до 30 тысяч (тысячная часть дюйма), от 0,5 до 0,75 мм, с общим зазором около 6 мм для источника питания 10 кВ, примерно такие размеры, которые вам нужны, но это не критично.Если общий зазор слишком велик, то источник питания не сможет разрушить воздух и запустить зазор должным образом, а если он слишком мал, он все равно будет работать, но с менее чем оптимальной производительностью.

Тип материала и размер электродов влияют на время, в течение которого катушка может работать, прежде чем зазор станет слишком горячим и испарится. Медь требует регулярной очистки для поддержания максимальной производительности, в то время как вольфрам - нет.

Может быть добавлено охлаждение в виде вентилятора или воздуходувки.Пылесосы - излюбленный выбор моталок.

Руководство по проектированию, изготовлению и эксплуатации катушек Тесла

Теория работы

Дизайн

Я не собираюсь давать подробное объяснение, потому что несколько других людей уже сделали это (см. Ссылки ниже). Кроме того, людям, желающим построить катушку Тесла, не нужно глубокое понимание работы катушки Тесла.Тем не менее, я предложу краткое описание работы катушки Тесла, которое должно помочь вам спроектировать и построить катушку Тесла.

Катушка Тесла - это резонансный трансформатор, содержащий первичный и вторичный LC-контур. Две цепи LC слабо связаны друг с другом. Питание в первичную цепь подается через трансформатор, который заряжает конденсатор. В конце концов, напряжение на конденсаторе вырастет настолько, что произойдет короткое замыкание искрового промежутка. Конденсатор разряжается через искровой разрядник в первичную обмотку.Энергия будет колебаться между первичным конденсатором и первичной катушкой индуктивности на высоких частотах (обычно 100 - 300 кГц). Первичная катушка соединена с катушкой индуктивности вторичной цепи, называемой вторичной катушкой. К верхней части вторичной катушки прикреплена верхняя нагрузка, которая обеспечивает емкость для вторичной LC-цепи. Когда первичный контур колеблется, мощность индуцируется во вторичной катушке, где напряжение увеличивается во много раз. Вокруг верхней нагрузки и дуги разряда молнии возникает поле высокого напряжения и слабого тока, что является прекрасным проявлением великолепия.Первичный и вторичный LC-контуры должны колебаться с одинаковой частотой для достижения максимальной передачи мощности. Цепи в катушке обычно «настраиваются» на ту же частоту, регулируя индуктивность первичной катушки.

Этот материал, защищенный авторскими правами, был незаконно использован без разрешения владельца. Посетите www.teslacoildesign.com, чтобы найти оригинальную и самую последнюю версию этого материала.

Для более подробного описания рекомендую следующие ресурсы:

Катушка Тесла, Крис Герекос
Крис написал выдающуюся статью, в которой очень подробно и технически объясняется работа катушки Тесла.Он также делится своим опытом создания катушки Тесла «Зевс». Статья в формате pdf.

Теория катушки Тесла

, Терри Блейк http://www.tb3.com/tesla/theory.html

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

Источник питания

Конструкция

Источник питания представляет собой высоковольтный трансформатор, используемый для зарядки первичного конденсатора. Трансформаторы с неоновыми вывесками (NST) - наиболее распространенные источники питания, используемые в катушках Тесла малых и средних размеров.В остальной части руководства я буду называть трансформатор источника питания NST.

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

NST VA = NST V out × NST I out

NST Импеданс (Ом) = NST V на выходе ∕ NST I на выходе

Нам не требуется рассчитывать NST ватт, но это может быть полезно при выборе резисторов, предохранителей, калибра проводов и т. Д.

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

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

Емкость PFC (мкФ) = NST VA ∕ (2 × pi × NST F дюйм × (NST V дюйм 2 )) × 1000000

Где:
F в - входная частота
пи = 3.14

Емкость первичной обмотки

Конструкция

Конденсатор первичной обмотки используется с первичной обмоткой для создания первичной LC-цепи. Конденсатор резонансного размера может повредить NST, поэтому настоятельно рекомендуется использовать конденсатор большего размера (LTR). Конденсатор LTR также обеспечивает большую мощность через катушку Тесла. Различные первичные зазоры (статические или синхронные вращающиеся) потребуют первичных конденсаторов разного размера.

Этот материал, защищенный авторскими правами, был незаконно использован без разрешения владельца.Посетите www.teslacoildesign.com, чтобы найти оригинальную и самую последнюю версию этого материала.

Емкость первичного резонатора (нФ) = 1 ∕ (2 × pi × импеданс NST × NST F дюйм ) × 1000000000

Статическая емкость первичного преобразователя частоты (нФ) = емкость первичного резонатора × 1,618

Первичная емкость синхронизации LTR (нФ) = 0,83 × (NST I на выходе ∕ (2 × NST F на выходе ) ∕ NST V на выходе ) × 1000000000

Вторичная обмотка

Конструкция


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

Вторичная катушка обычно должна иметь от 800 до 1200 витков. Некоторые вторичные катушки могут иметь 2000 витков. Для намотки катушки используется магнитный провод. Между витками всегда есть небольшой промежуток, поэтому уравнение предполагает, что витки катушки идеальны на 97%.

витков вторичной обмотки = (1 ∕ (диаметр провода магнита + 0,000001)) × высота намотки вторичной обмотки × 0,97

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

Вторичная емкость (пФ) = (0,29 × Высота намотки вторичного провода + (0,41 × (Диаметр вторичной формы 2)) + (1,94 × sqrt (((Диаметр вторичной формы 2) 3 ) ∕ Высота намотки вторичного провода) )

Отношение высоты к ширине должно быть около 5: 1 для катушек Тесла небольшого размера, 4: 1 для катушек Тесла среднего размера и около 3: 1 для больших катушек Тесла. Обратитесь к разделу конструкции вторичной обмотки, чтобы определить малые, средние и большие.

Этот материал, защищенный авторскими правами, был незаконно использован без разрешения владельца. Посетите www.teslacoildesign.com, чтобы найти оригинальную и самую последнюю версию этого материала.

Вторичная высота Отношение ширины = Высота намотки вторичной проволоки ∕ Диаметр вторичной формы

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

Длина провода вторичной катушки (футы) = (Количество витков вторичной катушки × (Диаметр вторичной обмотки × пи)) ∕ 12

Магнитная проволока обычно продается на вес, поэтому важно знать требуемый вес проволоки.

Масса провода вторичной обмотки (фунты) = pi × ((Диаметр неизолированного провода вторичной обмотки 2) 2 ) × Длина провода вторичной обмотки × 3,86

Индуктивность вторичной катушки будет использоваться для расчета резонансной частоты вторичного LC-контура.

Вторичная индуктивность (мГн) = (((Вторичная обмотка витков 2 ) × ((Диаметр вторичной формы 2) 2 )) ∕ ((9 × (Диаметр вторичной формы 2)) + (10 × Вторичный диаметр Высота намотки провода)))) × 0,001

Верхняя нагрузка

Конструкция

Верхняя нагрузка используется с вторичной обмоткой для создания вторичного LC-контура. Обычно используется тороид или сфера. Диаметр кольца относится к кольцу в форме тороида. Общий диаметр означает наибольшую длину от края до края формы тороида.Я нашел несколько уравнений для верхних нагрузок разного размера. В любом случае, не зная, что является наиболее точным, я использую среднее значение всех уравнений.

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

Емкость тороида 1 (пФ) = ((1 + (0,2781 - диаметр кольца ∕ (общий диаметр))) × 2,8 × sqrt ((pi × (общий диаметр × диаметр кольца)) ∕ 4))

Емкость тороида 2 (пФ) = (1.28 - Диаметр кольца ∕ Общий диаметр) × sqrt (2 × pi × Диаметр кольца × (Общий диаметр - Диаметр кольца))

Емкость тороида 3 (пФ) = 4,43927641749 × ((0,5 × (Диаметр кольца × (Общий диаметр - диаметр кольца))) 0,5 )

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

Диаметр кольца от 3 до 6 дюймов

Нижняя емкость тороида = 1,6079 × общий диаметр 0.8419

Верхняя емкость тороида = 2,0233 × общий диаметр 0,8085

Емкость тороида (пФ) = (((Диаметр кольца - 3) 3) × (Верхняя емкость тороида - Нижняя емкость тороида)) + Нижняя емкость тороида

Диаметр кольца от 6 до 12 дюймов

Нижняя емкость тороида = 2,0233 × общий диаметр 0,8085

Верхняя емкость тороида = 2,0586 × Общий диаметр 0,8365

Емкость тороида (пФ) = (((Диаметр кольца - 6) 6) × (Верхняя емкость тороида - Нижняя емкость тороида)) + Нижняя емкость тороида

Диаметр кольца от 12 до 20 дюймов

Нижняя емкость тороида = 2.0586 × Общий диаметр 0,8365

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

Емкость тороида (пФ) = (((Диаметр кольца - 12) 12) × (Верхняя емкость тороида - Нижняя емкость тороида)) + Нижняя емкость тороида

Малые катушки Тесла могут использовать верхнюю нагрузку сферической формы.

Емкость сферы (пФ) = 2,83915 × (Диаметр сферы 2)

Диаметр сферы = окружность ∕ pi

Полная вторичная емкость включает емкость вторичной катушки и емкость верхней нагрузки.Если вы используете несколько верхних нагрузок, сложите их емкость, чтобы рассчитать общую вторичную емкость. Общая вторичная емкость будет использоваться для расчета вторичной резонансной частоты.

Общая емкость вторичной обмотки = емкость вторичной обмотки + емкость максимальной нагрузки

Резонансная частота вторичного LC-контура будет использоваться для расчета индуктивности первичной катушки, необходимой для настройки катушки Тесла.

Частота вторичного резонанса (кГц) = 1 (2 × pi × sqrt ((Вторичная индуктивность × 0.001) × (Общая вторичная емкость × 0,000001)))

Первичная обмотка

Конструкция

Первичная обмотка используется с первичным конденсатором для создания первичной LC-цепи. Первичная катушка также отвечает за передачу энергии вторичной катушке.

Во-первых, мы должны определить индуктивность, необходимую для настройки катушки Тесла. После того, как индуктивность рассчитана для каждого витка первичной катушки, мы можем использовать значение «Необходимая первичная индуктивность», чтобы указать правильный виток, на котором мы должны отвести первичную обмотку.Он также укажет минимальное количество витков, необходимое в первичной катушке. Конечно, у первичной катушки должно быть несколько дополнительных витков - на всякий случай, если они вам понадобятся.

Необходимая первичная индуктивность (H) = 1 ∕ (4 × pi 2 × (вторичный F res × 1000) 2 × первичная емкость × 0,000000001)

Где:
F res - частота вторичного резонанса

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

Гипотенуза первичной обмотки = (Диаметр провода первичной обмотки + расстояние между проводами первичной обмотки) × Обороты

Соседняя сторона первичной катушки = Гипотенуза первичной катушки × cos (toRadians (Угол наклона первичной катушки))

Диаметр первичной обмотки = (смежная сторона первичной обмотки × 2) + Диаметр центрального отверстия первичной обмотки

Высота первичной катушки = диаметр провода первичной катушки + прилегающая сторона первичной катушки × тангенс угла наклона (toRadians (угол наклона первичной катушки))

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

Средний радиус намотки первичной катушки = (Диаметр центрального отверстия первичной катушки 2) + (Гипотенуза первичной катушки 2)

Плоская индуктивность первичной катушки = (Средний радиус намотки первичной катушки 2 × витков 2 ) ∕ ((8 × Средний радиус намотки первичной катушки) + (11 × Гипотенуза первичной катушки))

Радиус намотки первичной катушки = (Диаметр центрального отверстия первичной катушки 2) + (Диаметр проволоки первичной катушки 2)

Спираль индуктивности первичной катушки = ((витков × радиус намотки первичной катушки) 2 ) ∕ ((9 × радиус намотки первичной катушки) + (10 × высота первичной катушки))

Индуктивность катушки конической формы определяется путем вычисления индуктивности плоской и спиральной катушки и использования среднего значения двух катушек, взвешенных по углу наклона.

Угловой процент = 0,01 × (Угол наклона первичной катушки × (100/90)

Инвертированный угол в процентах = (100 - (Угол в процентах × 100)) × 0,01

Индуктивность первичной катушки (мкГн) = (Индуктивность первичной катушки по спирали × Угловой процент) + (Плоская индуктивность первичной катушки × Инвертированный угол в процентах)

Образец дизайна

Дизайн

Это довольно типичная конструкция катушки Тесла со статическим разрядником, который должен быть хорошей отправной точкой для катушки Тесла малого и среднего размера.Эта конструкция должна создавать дуги длиной более 2 футов с указанной входной мощностью.

Расчетный параметр Значение (стандарт) Значение (в метрической системе)
NST Входное напряжение 120 В 240 В
NST Входная частота 60 Гц 50 Гц
NST Выходное напряжение 15 кВ 15 кВ
NST Выходной ток 30 мА 30 мА
NST Ватт 463 Вт 463 Вт
Емкость первичной обмотки (MMC) 9 нФ 9 нФ
Диаметр проволоки первичной катушки 0.25 дюймов (трубка) 6 мм (НКТ)
Расстояние между проводами первичной катушки 0,25 дюйма 6 мм
Диаметр центрального отверстия первичной обмотки 6 дюймов 15 см
Угол наклона первичной катушки 0 градусов (плоский) 0 градусов (плоский)
Калибр провода магнита вторичной катушки 24 AWG 0.5 мм
Масса вторичного провода 1,37 фунта 612 г
Высота намотки вторичной катушки 22 в 56 см
Диаметр вторичной обмотки 4,4 дюйма 11 см
Вторичная обмотка витков 972 972
Отношение высоты вторичной обмотки к ширине 5: 1 5: 1
Диаметр тороидального кольца 4 в 11 см
Общий диаметр тороида 16 в 40 см

При указанном выше источнике питания (15 кВ) и статическом искровом промежутке первичная емкость (MMC) должна быть около 8.6нФ (рассчитано с помощью программы TeslaMap). В MMC должно быть достаточно последовательно соединенных конденсаторов для минимального номинального напряжения 15 кВ RMS * 1,414 = 21 кВ пиковое. Рекомендуется удвоить максимальное пиковое напряжение примерно до 40 кВ. При использовании конденсаторов 0,15 мкФ, 2 кВ (Cornell Dubilier 942C20P15K-F) цепочка из 20 последовательно соединенных проводов будет иметь 7,5 нФ при 40 кВ (также рассчитывается с помощью программы TeslaMap), что достаточно близко для наших нужд.

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

Конструкция катушки и калькулятор индуктивности

На этой странице вы узнаете, как создать свою собственную катушку, сделанную своими руками. Я сделал это для изготовления катушек для хрустальные радиоприемники и Катушки Тесла, но он работает с любой катушкой цилиндрической формы.Это также полезно, если вы собираетесь использовать свою катушку в Танк LC резонансный схема.

Предусмотрен калькулятор индуктивности. ниже, чтобы упростить задачу.

Намотка катушки вручную.

Индуктивность - это часто то, чего вы пытаетесь достичь при разработке катушки. то есть вы знаете нужную индуктивность, и теперь вам нужно спроектировать катушку который будет иметь эту индуктивность.

Индуктивность

Катушки имеют свойство, называемое индуктивностью. Что такое индуктивность? Когда электрический ток изменяется при прохождении через провод катушки, он создает изменяющееся магнитное поле, которое индуцирует (производит) напряжение или ЭДС (электродвижущая сила) в проводе, который противостоит течению. Это называется индукцией и индуктивностью. - величина, определяющая способность катушки индуцировать это напряжение. Символ индуктивности - Генри, а единица измерения - H.Вот мы на самом деле говорят о катушке, индуцирующей напряжение в себе, что является самоиндукцией, но мы просто скажем индукция.

Магнитное поле вокруг катушки.
Параметры для формулы индуктивности

Одна формула для индуктивности выглядит следующим образом:

Где:

  • L = индуктивность
  • u r = относительная проницаемость материала сердечника (воздух = 1)
  • витков = количество витков на катушке
  • площадь = площадь поперечного сечения жилы в квадратных метрах *, включая часть катушки, как показано на схеме
  • длина = длина бухты в метрах *

* Калькулятор индуктивности ниже также принимает дюймы, а также сантиметры и миллиметры, и переводит их в метры за вас.

Как сказано выше, μ r является относительной магнитной проницаемость для всего, что вы используете для сердечника катушки, цилиндр, на который вы наматываете провод. Это греческая буква мю, μ, хотя часто для удобства используется буква u, например u r . Если это полая картонная или пластиковая трубка, то картонная или пластиковая считается воздухом, и вы можете использовать 1. Такие материалы, как железо и феррит, имеют более высокие относительные проницаемости в сотнях и тысячах.Для железного сердечника приблизительное число - 100, хотя оно действительно варьируется. в зависимости от сплава. То же самое и с ферритом, который может иметь ценность где-то от 20 до 5000, но если вы не знаете, что использовать, тогда 1000 - грубый компромисс. Поскольку он умножается на остальную часть формулы, это означает использование этих материалы дадут более высокое значение индуктивности. Ядра для кристаллического радио катушки иногда бывают пластиковыми или картонными и, следовательно, представляют собой катушки с воздушным сердечником, а иногда это ферритовый сердечник.Сердечники для вторичной обмотки Тесла катушки обычно пластиковые, а меньшие могут быть картонными, и поэтому считаются катушками с воздушным сердечником.

И если вы не знакомы с обозначениями 1.26x10 -6 , это просто другой способ записи 0.00000126.

Область включает часть катушки, как показано на схеме выше. Если площадь рассчитывается с использованием радиуса, включите радиус сердцевины. плюс радиус проволоки. При расчете площади по диаметру затем включите диаметр сердечника плюс диаметр проволоки.Обратите внимание, что при выполнении расчетов для катушки с очень тонкой проволокой, как в случае кристалл радио и катушка Тесла, показанная выше (например, 24 калибра / AWG) тогда размер провода, вероятно, будет незначительным по сравнению с область жилы, и обычно можно не обращать внимания на провод.

Калькулятор индуктивности

Вот калькулятор индуктивности, который использует приведенную выше формулу. Диаграмма выше можно использовать в качестве руководства для некоторых параметров.

Видео - Как разработать катушку с удельной индуктивностью

В этом видео я подробно объясняю формулу индукции. а также привести пример и поговорить о других факторах, таких как емкость катушки, частота и связь.

Тесла Обмотка вторичной катушки


Магнитный провод , который я использовал на четырехдюймовой катушке выше, имел AWG 27, диаметр 0,355 мм или 14 тысячных дюйма, что примерно соответствует моему желанию. Я нашел манипулятор такого размера, и мне также потребовалась лупа, чтобы убедиться, что обмотки находятся близко друг к другу, но некоторые люди с удовольствием используют меньший размер, если этого требует катушка.

I в то время посчастливилось иметь токарный станок с частотно-регулируемым приводом, позволяющий работать с любой скоростью, которую я хотел. Я включил заднюю передачу токарного станка и намотал его примерно на 15 об / мин. Я также сделал ножной переключатель, что означало, что у меня были свободны обе руки, чтобы натянуть и направить провод на место.
Те, у кого нет токарного станка, часто делают приспособление для намотки, используя шестерни (ремни и шкивы) и сверло с регулируемой скоростью. В любом случае будет проще, если вас двое, так как могут возникнуть путаницы и т. Д.
Для моих более поздних катушек большего размера, сначала шести дюймов, а затем восьми дюймов, я использовал редуктор токарного станка и ходовой винт, чтобы направить провод. Это оставило меня просто приложить небольшое усилие рукой, пока она наматывалась.

После намотки лак можно наносить немного толще, чем обычно, при условии, что катушка затем поворачивается, пока она высыхает. Достаточно низкая скорость (~ 30 об / мин) - это все, что нужно, чтобы лак не стекал на дно, пока он еще влажный.

Диаметр провода определяется размером катушки, которую вы хотите получить, что, в свою очередь, зависит от того, какую мощность может выдать ваш источник высокого напряжения.

Таким образом, шаги для решения всего этого следующие: -

1: Определите выходную мощность вашего источника высокого напряжения (что бы вы ни использовали, NST, Obit, MOV, PDT и т. Д.)

2: Эта доступная мощность поможет определить диаметр формы катушки (это , а не диаметр проволоки).

3: Также в зависимости от мощности вашего источника высокого напряжения вы можете выбрать соотношение сторон формы катушки. (Высота формы катушки, деленная на диаметр.20 дюймов высотой. Форма диаметром 4 дюйма будет иметь соотношение сторон 5: 1) Для получения дополнительной информации см. Страницу Design Page .

4: Одно время люди говорили, что общая длина используемого вторичного провода должна составлять четверть длины волны катушки. Это мнение может относиться к радиоантенне, но это полностью неверно для катушек Тесла, и было доказано, что это неверно.
Минимальное количество оборотов будет от 900 до 1000, но цифра 1400 обычно считается хорошей рабочей цифрой в настоящее время.Это может доходить до 1600 витков для катушек с наименьшей мощностью менее 0,5 кВА. Это очень приблизительные рекомендации, которые, как выяснилось, работают для катушек Тесла с искровым разрядником.

5: Наконец, достаточно достать калькулятор и, используя таблицы проводов, найти подходящий калибр, который даст вам правильное количество витков. Цифры, приведенные во всех таблицах, относятся к неизолированному проводу, поэтому добавьте около 10%, чтобы учесть изоляцию. Также оставьте около 5 дюймов (2,5 дюйма с каждого конца) на размотке на формирователе катушки.Катушка

Тесла, как это сделать?

Введение

Когда дело доходит до Tesla, многие люди сначала думают об известной автомобильной марке, поскольку эта автомобильная марка очень известна, можно сказать, что это представитель топовых автомобилей. Но когда дело доходит до Николы Теслы, многие люди все еще знают об этом, потому что этого человека можно назвать волшебником-физиком в истории. Можно сказать, что его изобретение полностью выходит за рамки уровня науки и техники того времени, поэтому многие люди говорят, что он на самом деле инопланетянин, и предложенная им катушка Тесла является очень известной вещью.Поскольку согласно ожиданиям, такого рода вещи могут обеспечить неограниченное развитие энергии, а принцип катушек Тесла относительно прост, многие обычные люди могут создавать катушки Тесла. В настоящее время люди все еще изучают катушку Тесла, в конце концов, потенциал развития такого рода вещей очень велик.


Каталог

Введение

I Обзор катушки Тесла

1.1 Изобретатель катушки Тесла

1.2 Как была изобретена катушка Тесла

1.3 Типы катушки Тесла

1.4 Принцип катушки Тесла

1,5 Формула расчета катушки Тесла

II Применение катушки Тесла

2.1 Применение катушки Тесла для получения энергии

2.2 Применение катушки Тесла в БПЛА

2.3 Катушка Тесла и беспроводная передача

2.4 Применение катушки Тесла в других аспектах

III Как сделать катушку Тесла

Заключение


I Обзор катушки Тесла

1.1 Изобретатель катушки Тесла

Изобретателем катушки Тесла был ученый по имени Николас Тесла, один из величайших изобретателей и физиков. инженеры-механики и инженеры-электрики во всем мире.Тесла считается важным изобретателем в истории, и его вклад в электричество и магнетизм был хорошо известен в конце 19-го и начале 20-го веков. Его запатентованные и теоретические рабочие формы основаны на современных системах питания переменного тока (AC), включая многофазные системы распределения энергии и двигатели переменного тока, которые помогли ему совершить вторую промышленную революцию.

1.2 Как была изобретена катушка Тесла

Эра изобретения катушки Тесла также должна начаться с 1990-х годов.Эдисон, который начал с изобретения электрических лампочек, занимается разработкой и продвижением силового оборудования постоянного тока и систем питания постоянного тока. А талантливый сербско-американский ученый по имени Никола Тесла, который создал первый маленький двигатель переменного тока для человечества в 1883 году, твердо верил, что многие очевидные преимущества переменного тока больше подходят для построения энергосистем.

Поскольку научные исследования и коммерческое соревнование между двумя сторонами усилились, Тесла в 1890 году обнаружил резонансные явления в физике, механике, акустике и электричестве.В следующем 1891 году талантливый ученый использовал принцип резонанса для создания трансформатора нового типа - «катушки Тесла», и родилось великое изобретение.

1.3 Типы катушек Тесла

На самом деле существует много типов катушек Тесла, потому что в соответствии с различными концепциями конструкции катушки Тесла могут производить разные эффекты, разные уровни проводки могут давать разные характеристики, а количество энергии может иметь разные функции. Вообще говоря, катушки Тесла бывают следующих типов.

(1) Катушка Тесла с искровым зазором (SGTC): «Катушка Тесла», изобретенная самим г-ном Николасом Тесла, принадлежит SGTC. Поскольку структура и принцип относительно просты, на данном этапе это также катушка Тесла для начинающих.

(2) Твердотельная катушка Тесла (SSTC): Вообще говоря, это однорезонансная катушка Тесла с электронным переключателем. Последовательный резонанс не возникает в первичной обмотке, и только вторичная обмотка может иметь частоту, которая может соответствовать последовательному резонансу во вторичной LC, так что последовательный резонанс возникает во вторичной катушке.Первичный ток - это напряжение источника возбуждения, деленное на полное сопротивление переменного тока.

Преимущества: Он обладает характеристиками низкого шума, высокой эффективности и долгого срока службы, поэтому он хорошо разработан.

Недостатки: первичная обмотка обеспечивает ограниченную мощность возбуждения вторичной обмотки, и дуга непродолжительная.

(3) Автономная катушка Тесла (РПН): когда мы снимаем зажигалку SGTC, заменяем ее на MOSFET или IGBT и используем диод параллельно с полюсами D и S (если полюсы IGBT, C и E ).Затем используйте твердотельную схему для управления этим переключателем и подайте на него низкое напряжение, чтобы он стал РПН. Его основным принципом остается колебание LC, и он почти такой же, как и SGTC. Разница в том, что прикуриватель заменен твердотельным переключателем и используется низковольтный привод. Поскольку он приводится в действие низким напряжением и не может генерировать слишком большой ток, дуга устройства РПН не столь впечатляющая, как дуга SGTC.

(4) Катушка Тесла с вакуумной трубкой (VTTC): Поскольку лампы постепенно выпадали из поля нашего зрения, группа энтузиастов использовала их для изготовления катушки Тесла с вакуумной трубкой (VTTC).Сама лампа имеет такие преимущества, как хорошие высокочастотные характеристики, поэтому эффект VTTC очень уникален. Однако нельзя отрицать, что сама трубка имеет недостатки, заключающиеся в высокой стоимости, малом сроке службы, низкой эффективности, сильном тепловыделении и легком повреждении, поэтому VTTC не получил широкого распространения.

(5) Твердотельный Тесла с двойным резонансом в непрерывном режиме: эксперименты показали, что катушки Тесла с непрерывной волной (CW) короткие и кластерные из-за того, что мощность воспроизводится без ограничений по времени.

(6) Двойная резонансная катушка Тесла (DRSSTC): DRSSTC - это, по сути, последовательный резонансный инвертор. По сравнению с SSTC, первичная катушка имеет последовательный резонанс, в результате чего напряжение на индуктивности первичной катушки в Q раз больше напряжения источника возбуждения. Кроме того, коэффициент резонансного импеданса Z (R) очень низок, поэтому первичный резонансный ток велик (резонансное напряжение, деленное на резонансное сопротивление, равно резонансному току). В это время мощность возбуждения, подаваемая на вторичную обмотку, также будет большой, а SSTC не на порядок величины.По сравнению с SSTC, первичная катушка SSTC не может обеспечить достаточную мощность возбуждения для вторичной катушки, поэтому молния, производимая SSTC, менее впечатляющая, чем катушка Тесла с искровым разрядником того же уровня мощности.

Первичная катушка DRSSTC не только удовлетворяет условиям последовательного резонанса индуктивности и распределенной емкости вторичной катушки, но также может обеспечивать достаточную мощность возбуждения для вторичной катушки, поэтому длина дуги DRSSTC будет очень большой. Его преимущества: по сравнению с SGTC, отсутствие звукового и светового загрязнения с искровым разрядником, высокая управляемость, возможность воспроизведения музыки, высокая эффективность, длительный срок службы.

(7) Прерванный SSTC (ISSTC): При одинаковой выходной мощности дуги SSTC сгруппированы и, очевидно, не такие впечатляющие, как SGTC. В это время вы можете добавить гаситель дуги, чтобы имитировать работу SGTC, дуга может быть длиннее, и вы можете использовать звуковой сигнал, чтобы погасить сигнал для воспроизведения музыки.

(8) Sidac-IGBT SGTC (SISGTC): Группа схем, состоящая из трубки IGBT триггерного диода, заменяет традиционный разрядник и устраняет искровой шум.

1.4 Принцип катушки Тесла

Проще говоря, катушка Тесла - это повышающее устройство, научное название которого - «высокочастотный резонансный трансформатор с распределенными параметрами». Он имеет двухступенчатую бустерную катушку, которая может повышать домашнее напряжение 220 В до десятков тысяч вольт или даже сотен тысяч вольт, а затем разряжать его через разрядный вывод. Из-за высокого напряжения искры, возникающие при разряде, похожи на маленькие молнии. С другой стороны, катушка Тесла содержит колебательный контур LC, поэтому переменный ток, генерируемый разрядным выводом, имеет очень высокую частоту.

Если в качестве примера взять бытовую частоту сети переменного тока 50 Гц, разрядный вывод катушки Тесла может достигать частоты от 100 кГц до 1,5 МГц, что в 2000–30 000 раз превышает частоту сети. Следовательно, катушки Тесла могут генерировать сверхвысокое напряжение, но малоточный высокочастотный переменный ток. Сначала источник питания промышленной частоты усиливается трансформатором с коэффициентом усиления более 2000, а затем конденсатор C1 заряжается после прохождения через выпрямительный мост.

Когда напряжение конденсатора превышает порог искрового промежутка (SG) до определенной степени, и искровой промежуток проникает в воздух и воспламеняется, образуется путь первичной обмотки трансформатора.Энергия колеблется между конденсатором C1 и первичной катушкой L1 и передается вторичной катушке через связь. Вторичная катушка также является катушкой индуктивности, которая может быть эквивалентна конденсатору между верхней крышкой C2 и землей, поэтому колебания LC также будут возникать. Когда частота двухступенчатого колебания резонирует с той же частотой, энергия первичного контура будет увеличиваться до вторичного, и пиковое напряжение разрядного конца будет продолжать увеличиваться до момента разряда.

1.5 Формула расчета катушки Тесла

В процессе создания катушки Тесла, будь то катушка Тесла большой мощности или катушка Тесла стандартной мощности, инженерам необходимо точно рассчитать значения мощности, емкости, напряжение и ток по соответствующей формуле. Давайте представим формулу этих катушек Тесла.

(1) Формула расчета длины цепи: в процессе изготовления катушки Тесла расчет длины цепи должен быть очень точным, что требует использования формулы расчета, а именно: L = 1.6) / [6,2832 * (E / I) * F]. В этой формуле E - выходное напряжение трансформатора в вольтах, а I - выходной ток трансформатора в миллиамперах. Максимальная емкость массива конденсаторов составляет C (в микрофарадах), а F - частота переменного тока (в герцах).

(4) Формула пика переменного тока: Когда емкость слишком велика, а переменный ток достигает пика, то есть, когда sqrt (2) * V, напряжение конденсатора слишком низкое, а воздушный зазор зажигалки невозможно проникнуть, зажигалка не может быть запущена, и вся система не будет работать.


II Применение катушки Тесла

2.1 Применение катушки Тесла для получения энергии

Пока построена большая катушка Тесла, даже если количество принимающих конденсаторов будет продолжать расти, это никогда не повлияет выход мощности, подаваемой катушкой. Другими словами, пока катушка сиденья выдает 100000 лошадиных сил электричества в пределах 35 миль от круга, все принимающие конденсаторы могут получать 100000 лошадиных сил, даже если добавлены дополнительные 10000 или 1 миллион принимающих конденсаторов, так что 10000 Один или один миллион приемных конденсаторов может также получить 100 000 лошадиных сил в воздухе.

Поскольку он высвобождает токи высокого напряжения и высокой частоты, он может побудить другие нейтроны в воздухе испустить те же электроны. В этом разница между катушками Тесла и общими изобретениями в области свободной энергии. Например, пока город построил катушки Тесла в нескольких азимутальных точках, каждая часть всего города может наслаждаться жизнью с бесплатным электричеством.

К сожалению, эта свободная энергия, обнаруженная 100 лет назад, до сих пор несправедливо подавляется. Лишь небольшому количеству людей в разных странах разрешено проводить эксперименты.Его нельзя продвигать как один из основных методов электроснабжения.

2.2 Применение катушки Тесла в БПЛА (беспилотный летательный аппарат)

В соответствии с горячей тенденцией текущего развития беспилотных летательных аппаратов, будь то доставка посылок, фермы или заключенные, этот небольшой и гибкий самолет, кажется, способен в будущее. Однако он не лишен недостатков, самым неприятным из которых является недостаточное время автономной работы. Большинство дронов, представленных в настоящее время на рынке, не могут находиться в воздухе более 30 минут без подзарядки.После этого нужно заменить аккумулятор или подключить блок питания для зарядки.

На самом деле идея беспроводной передачи электроэнергии возникла более века назад. В 1893 году Никола Тесла, один из сторонников применения энергии промышленного уровня, продемонстрировал «трюк» «освещения в соседней комнате» на выставке Columbus Memorial Expo, проходившей в Чикаго в том же году. Однако, по сравнению с заветными амбициями Tesla, этот трюк с «лампочкой» вообще не стоит упоминать. Согласно его идеям, в будущем с помощью вышек и воздушных шаров для «радиовещания» можно будет передавать электричество во все части мира, и даже Tesla успешно подала заявку на инвестиции JP Morgan Chase для первого испытания.

К сожалению, как и предсказывалось большинством физиков того времени, тест Теслы на «беспроводную передачу энергии» закончился неудачей. Хотя паранойя и кузница Теслы в течение некоторого времени подвергались критике, нельзя отрицать, что некоторые надежные способы передачи энергии на большие расстояния в настоящее время привлекают все больше и больше внимания.

Например, первая технология беспроводной зарядки Tesla была реализована на мобильных телефонах, и исследователи даже разрабатывают аналогичные кухонные приборы с беспроводным питанием, проекционные дисплеи и другое военное оборудование, сердечные насосы, электроэнцефалограмму и другое медицинское оборудование.По данным IHS, известного исследовательского института на рынке, в ближайшие 10 лет продажи такого оборудования составят около 500 миллионов долларов США.

2.3 Катушка Тесла и беспроводная передача данных

Когда дело доходит до технологии беспроводной зарядки, многие люди думают о знаменитой «катушке Тесла». Никола Тесла, которого считают создателем «Тунгусского большого взрыва», изобрел эту высокоэнергетическую конструкцию, которая могла производить искусственные молнии. Хотя он позволяет электричеству распространяться по воздуху, он немного отличается от того, что мы сейчас называем беспроводной зарядкой.Действительно похожая конструкция - индукционная катушка. После того, как одна группа катушек находится под напряжением, электромагнитное поле можно использовать для генерации тока в другой группе соседних катушек, что и стало прототипом беспроводной зарядки. Хотя эта технология существует уже сто лет, сложность популяризации технологии беспроводной зарядки по-прежнему очень высока, и даже самый большой выигрыш - фактически заряжаемая зубная щетка, которая действительно делает людей несчастными.

Фактически, реальное препятствие для технологии беспроводной зарядки заключается в высоких требованиях к индуктивной связи на коротких расстояниях.В результате долгое время он не мог быть по-настоящему популярным, даже если бы стандартизированный стандарт Qi появился в индустрии. Однако все движется в правильном направлении. Объявлено о слиянии стандартов 4AWP и PMA. Стандартный модельный ряд Qi также постепенно расширяется. Microsoft, Panasonic, Samsung, Sony, Toshiba ... даже IKEA заявила, что выпустит новую серию мебели, поддерживающую стандарт Qi. Последний стандарт Qi может обеспечить расстояние зарядки 45 мм, что является небольшим прорывом.

Благодаря технологии беспроводной зарядки люди могут постепенно отказываться от розетки, которая точно так же заменяет проводные сети на Wi-Fi. И его показатели, такие как скорость зарядки, стабильность и безопасность, также будут медленно развиваться с течением времени. И помимо цифровых технологий, мы можем видеть такие технологии во многих местах. На первой выставке CES ASIA в этом году мы увидели концепт-кар для гольфа от Volkswagen, который может въезжать прямо в определенное место и заряжаться по беспроводной сети через магнитную катушку под ним. Если в будущем индуктивная связь сможет преодолеть ограничения расстояния и точности, возможно, что все, что требует электричества, можно будет перезарядить в любое время.Например, если вы сидите в гостиной, а устройство беспроводной зарядки находится в кабинете, вы также можете выполнить зарядку на большом расстоянии одним щелчком мыши в мобильном приложении. Таким образом, вам не нужно беспокоиться о том, что батарея мобильного телефона достигла дна, когда вы заходите в туалет, если только он не отключился автоматически. Теперь Starbucks также представила в некоторых магазинах технологию беспроводной зарядки Qi. Если расстояние будет нарушено, в дополнение к тем, что на двери, будет группа динамо.

Если ожидаемый эффект беспроводной зарядки в будущем сравнить с технологией Wi-Fi, сегодняшний режим беспроводной зарядки даже не соответствует уровню Bluetooth. Но мы верим, что небольшой прогресс со временем приведет к большому успеху, и все это произойдет в ближайшем будущем.

2.4 Применение катушки Тесла в других аспектах

Катушки Тесла состоят из двух (иногда трех) связанных резонансных контуров. Поскольку катушки Тесла сложно определить, Никола Тесла испробовал большое количество различных конфигураций катушек.Тесла использует эти катушки для инновационных экспериментов, таких как электрическое освещение, флуоресцентная спектроскопия, рентгеновские лучи, явления высокочастотного переменного тока, электротерапия и беспроводное питание для передачи энергии.


III Как сделать катушку Тесла

Это видео в основном объясняет, как сделать катушку Тесла в домашних условиях

На самом деле, когда дело доходит до роли катушек Тесла, многие люди Катушки Тесла сейчас очень нравятся любителям техники.Поскольку такие вещи могут быть изготовлены сами по себе, то есть, если у вас есть технические знания, то очень возможно сделать катушки Тесла самостоятельно. А поскольку катушка Тесла очень красивая, она стала любимой вещью зрителей. Давайте научим всех делать катушку Тесла.

а. Изготовление первичной обмотки: она намотана в цилиндрическую форму с 2-миллиметровым эмалированным проводом, похожим на сплюснутую пружину, диаметром 7,5 см и семью витками. На этом этапе рекомендуется найти небольшой кусок пластиковой трубки диаметром 7 мм.5 см, чтобы намотать. Его легко наматывать, он относительно прочный, и между стропами нет как можно большего пространства.

г. Изготовление вторичной обмотки: Использование эмалированного провода 0,25 мм для намотки трубы. Провода не могут пересекаться, и их нужно наматывать 1000 раз. Старайтесь следить за тем, чтобы между проводами не было зазора. По возможности можно использовать слой изоляционной краски. Для вторичных катушек мы должны следовать двум принципам: во-первых, провода не могут пересекаться; во-вторых, обмотки должны быть плотными.Поскольку поверхность эмалированной проволоки покрыта слоем лака, необходимо сначала просверлить небольшое отверстие на участке трубы, затем закрепить конец проволоки клеем, а затем приступить к намотке.

г. Соберите катушку: подключив один конец провода вторичной катушки к металлическому шарику. Этот шарик называется кончиком разряда. Он образует конденсатор с землей, а затем прикрепляет шарик к концу трубки с помощью клея или термоклеевого пистолета. Вторичная обмотка закреплена на пластиковой пластине, первичная обмотка закреплена рядом с вторичной обмоткой, а другой конец провода вторичной обмотки заземлен.Таким образом, мы сначала закрепили первичную катушку с помощью клея в середине пластины из оргстекла (предполагая, что пластина из оргстекла была куплена), а затем закрепили вторичную катушку в середине первичной катушки. Затем удалите небольшой кусочек лака с одного конца эмалированного провода на вторичной катушке, прикрепите его к шарику и закрепите шарик.

г. Комбинированный конденсатор: нам нужны неполярные конденсаторы. Рекомендуется использовать конденсаторы МКФ или керамические конденсаторы. По данным этой катушки результат расчета - 0.Требуется конденсатор 022 мкФ (может быть настроен в соответствии с меньшим расстоянием). Выдерживаемое напряжение конденсатора зависит от напряжения источника питания, а высоковольтный блок может генерировать напряжение от 10 000 до 20 000 вольт, поэтому тем лучше выдерживаемое напряжение конденсатора. Выдерживаемое напряжение последовательного конденсатора равно сумме выдерживаемого напряжения каждого конденсатора, а обратная величина емкости равна сумме обратной величины емкости каждого конденсатора.Выдерживаемое напряжение параллельного конденсатора не изменяется, а емкость равна сумме емкостей конденсаторов.

e. Производство энергии: Высокое давление может быть создано за счет самовозбуждения одной трубки. Сначала мы используем транзистор 2N3055, а черная деталь на картинке - это ядро ​​высоковольтного корпуса. Две катушки, намотанные на феррите, намотаны восемь раз и двадцать раз эмалированным проводом толщиной 1 мм сверху вниз, особенно направление обмоток должно быть одинаковым.В то же время для триода лучше установить радиатор, потому что самовозбуждение одиночной лампы будет генерировать высокую температуру, и он не сожжет триод, если температура не слишком высока.

ф. Изготовление зажигалки: Принцип SGTC заключается в том, чтобы сначала зарядить конденсатор. Когда напряжение конденсатора достигает определенного уровня, от зажигалки излучается дуга, образуя цепь, затем цепь разряжается, а затем цикл перезапускается. Мы можем сделать зажигалки с немного более толстым эмалированным проводом.Как правило, зажигалки нельзя точить, и им нужна гладкая поверхность. Поэтому кожу на одном конце двух кусков шероховатой эмалированной проволоки соскоблите, согните на две гладкие поверхности, а затем закрепите на пластиковой доске с помощью пистолета для горячего клея, оставив зазор в 6-10 мм посередине. .

г. Окончательная сборка: Как показано ниже:


Заключение

Что касается Tesla, то с ней также связан знаменитый взрыв на Тунгуске.Многие предполагают, что это связано с экспериментом Теслы. Этот взрыв можно назвать беспрецедентным, а его взрывной эквивалент очень ужасен. Очевидно, что уровня взрывчатки в то время достичь не удавалось, и в это время это был как раз этап испытаний Tesla. Хотя об этом прямо не говорилось, многие люди все же говорили, что это было вызвано Теслой. По сравнению с таким небытием, мы должны уделять больше внимания тому, что чудесные катушки Тесла могут принести нам в будущем.


Вам также может понравиться:

Технология беспроводной зарядки | Как работает доза беспроводной зарядки, применение и стандарты

Магнитная связь Резонансная беспроводная передача энергии (MCR-WPT) - высокоэффективная система передачи энергии

Особенности, тенденции развития и недостатки беспроводной передачи энергии

Как работает катушка Тесла

Катушка Тесла хорошо известна тем, что вырабатывает чрезвычайно высокое напряжение.В этом разделе мы объясним, как катушка oneTesla 10 дюймов может достигать напряжения более 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

Начнем с основ электромагнетизма. Одно из уравнений Максвелла, закон Ампера, говорит нам, что ток, протекающий по проводу, создает вокруг него магнитное поле.

Если мы хотим использовать это магическое поле в своих интересах, как в случае с электромагнитом, мы скручиваем провод. Магнитные поля от отдельных витков складываются в центре.

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

Если ток внезапно отключается, закон Фарадея сообщает нам, что произойдет резкий скачок напряжения.Если через катушку протекает осциллирующий ток, он индуцирует в ней колеблющееся магнитное поле. Это, в свою очередь, индуцирует на катушке напряжение, которое стремится противодействовать току возбуждения. Интуитивно понятно, что магнитное поле «упорное», вызывая напряжение, которое препятствует любому изменению поля.

Трансформаторы

Трансформатор использует закон индукции для повышения или понижения напряжения переменного тока. Он состоит из двух витков проволоки вокруг сердечника. Сердечник - это мягкое железо или феррит, материалы, которые легко намагничиваются и размагничиваются.

Колебательный ток в первичной обмотке создает колеблющееся магнитное поле в сердечнике. Ядро концентрирует поле, гарантируя, что большая его часть проходит через вторичный. Когда магнитное поле колеблется, оно индуцирует колебательный ток во вторичной катушке. Напряжение на каждом витке провода одинаковое, поэтому общее напряжение на катушках пропорционально количеству витков:

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

Катушка Тесла - очень мощный трансформатор. Давайте вкратце рассмотрим, что было бы, если бы это был идеальный трансформатор. Первичная обмотка имеет шесть витков, а вторичная - около 1800 витков. На первичную обмотку подается напряжение 340 В, поэтому на вторичной будет подаваться напряжение 340 В x 300 = 102 кВ. Это много! Но не совсем четверть миллиона. Кроме того, поскольку катушка Тесла имеет воздушный сердечник и 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 контуры.

Резонансные цепи

Резонансный контур подобен камертону: он имеет очень сильный амплитудный отклик на одной конкретной частоте, называемой резонансной или собственной частотой. В случае камертона зубцы сильно вибрируют при возбуждении с частотой, определяемой его размерами и свойствами материала. Резонансный контур достигает самых высоких напряжений при работе на собственной частоте, которая определяется стоимостью его компонентов.

В резонансных цепях

используются конденсаторы и катушки индуктивности, поэтому они также известны как LC-цепи. Они также известны как «резервуарные контуры» из-за присутствующих элементов накопления энергии.

Конденсаторы хранят энергию в виде 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 однопластинчатый конденсатор, а земля, окружающая катушку, действует как противодействующая пластина.Емкость верхней нагрузки определяется ее размерами и близостью к другим объектам.

Катушки индуктивности накапливают энергию в виде магнитного поля вокруг провода или в середине петли провода. Первичный индуктор в катушке oneTesla 10 ”состоит из шести витков провода AWG14, а вторичный - примерно 1800 витков провода AWG36.

LC-цепь может иметь катушку индуктивности и конденсатор, включенные последовательно или параллельно. Здесь мы используем последовательные LC-схемы вроде этого:

Подумайте, что происходит, когда вы не управляете схемой (предположим, что источник переменного тока на приведенном выше рисунке заменен проводом), а начинаете с заряженного конденсатора.Конденсатор хочет разрядиться, поэтому заряд течет по цепи через катушку индуктивности 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 имеет энергию, накопленную в магнитном поле, которое имеет тенденцию противодействовать изменениям. Магнитное поле схлопывается, вызывая продолжающийся ток в том же направлении, тем самым перезаряжая конденсатор и возобновляя цикл в противоположном направлении.

Резонансная частота LC-контура или частота, при которой энергия циклически меняется между конденсатором и катушкой индуктивности, как описано выше, составляет:

Приведение цепи в действие на ее резонансной частоте добавляет энергии в течение каждого цикла. Обеспечивая последовательность своевременных толчков, мы можем создать чрезвычайно высокое напряжение! В катушке Тесла вспыхивает искра и разряжает цепь, когда напряжение становится достаточно высоким.

DRSSTC

Катушка oneTesla 10 ”использует топологию двойного резонанса, отсюда и название твердотельная катушка Тесла с двойным резонансом, или DRSSTC.В DRSSTC цепь, управляющая вторичной LC-цепью, представляет собой другую LC-цепь, настроенную на ту же резонансную частоту. На следующей диаграмме L pri и L sec являются первичной и вторичной индукторами соответственно. Они слабо связаны, связывая примерно одну десятую своего магнитного поля.

Есть несколько причин, по которым в катушках Тесла не используется магнитный сердечник. Прежде всего, напряжения в катушке Тесла настолько высоки, что сердечник быстро насыщается, 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 вызвать дугу в сердечнике. Но что наиболее важно, очень важно, чтобы первичная и вторичная обмотки были слабо связаны, чтобы вторичная обмотка не нагружалась первичной обмоткой.

Полумост

Как нам провести праймериз? Мы используем источник постоянного напряжения и подаем напряжение попеременно на первичную обмотку.

Переключатели, которые мы используем для подачи постоянного напряжения в переменном направлении через первичную обмотку, являются IGBT, сокращенно от биполярных транзисторов с изолированным затвором. IGBT - это транзистор, способный управлять очень высокими напряжениями и токами. Это его схематическое обозначение:

Его клеммы помечены как коллектор, затвор и эмиттер как пережиток электронных ламп до эры транзисторов. Упрощенная модель IGBT представляет собой нормально разомкнутый переключатель, который замыкается при приложении 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 обмоткой L и первичной обмоткой C , первичной катушкой индуктивности и конденсатором. Катушка oneTesla 10 ”питается от шины напряжением 340 В постоянного тока, которое мы получаем от выпрямленного и удвоенного линейного напряжения.

На плате управления мы получаем напряжение на шине из преобразованного и удвоенного линейного напряжения. Подробнее об этой части схемы мы поговорим позже.

Коммутация при нулевом токе

Когда IGBT полностью включены (переключатели замкнуты), они почти идеальные проводники. Когда они полностью выключены (переключатели полностью разомкнуты), они почти идеальные изоляторы. Однако, когда они находятся в переходном состоянии между полностью открытыми и полностью закрытыми или наоборот, они ведут себя как резисторы. Напомним, что количество мощности, рассеиваемой в цепи, равно P = VI.Если мы попытаемся переключить IGBT при большом токе в цепи, он сильно нагреется! Мы должны синхронизировать переключение IGBT с естественным переходом через ноль первичной LC-цепи. На плате oneTesla мы добиваемся переключения с нулевым током, измеряя первичный ток и используя управляющую логику, чтобы гарантировать, что транзисторы переключаются в правильное время.

Привод ворот

БТИЗ - далеко не идеальные переключатели. Мы хотим, чтобы они переключались быстро, чтобы минимизировать время, в течение которого они обладают сопротивлением и рассеивают мощность.Проблема с быстрым переключением затворов заключается в том, что они имеют значительную внутреннюю емкость, и требуется большой заряд, чтобы заполнить эту емкость и достичь напряжения включения на затворе (напряжение конденсатора определяется как V = Q / C ).

Чтобы зарядить CGE за максимально короткое время, мы хотим использовать короткий сильноточный импульс. ИС привода затвора предназначены именно для этого. Мы используем микросхемы UCC3732x, которые могут подавать короткие импульсы до 9А. Логическая схема, предшествующая драйверам затворов, даже близко не способна обеспечить достаточный ток для быстрого включения затворов, поэтому драйверы затворов являются важными компонентами.Наконец, нам необходимо изолировать драйверы затвора от IGBT с помощью трансформаторов управления затвором (GDT). Для включения каждого IGBT необходимо приложить напряжение затвора между его затвором и эмиттером. Это легко сделать с нижним (нижним) IGBT - его эмиттер всегда находится на земле, а это означает, что его затвор нужно только поднять до +15 В. С верхним (верхним) IGBT все не так просто, потому что его эмиттер связан с коллектором нижнего IBGT, узлом, который колеблется между 0 и V шиной /2 (что в нашем случае составляет 170 В. ).Это означает, что нам нужно подвести затвор верхнего IGBT к шине V /2 + 15 В, чтобы включить его.

К счастью, есть простой способ обойти эту проблему! Мы можем управлять первичной обмоткой трансформатора 1: 1: 1 с помощью (биполярного) управляющего сигнала, полученного от двухтактной пары UCC. Более конкретно, мы управляем первичной обмоткой трансформатора с разницей выходов инвертирующего и неинвертирующего драйвера затвора. Это гарантирует, что в половине случаев этот сигнал будет положительным, а в половине случаев - 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 вторичную обмотку через затвор и эмиттер каждого IGBT и гарантировать, что напряжение V ge всегда будет колебаться между 0 и 15 В (независимо от потенциала эмиттера).

Выпрямитель и удвоитель

Полумост в oneTesla приводится в действие удваивающим выпрямителем, как показано на схеме выше.Этот выпрямитель поочередно заряжает каждый конденсатор в чередующихся полупериодах входного 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 - это сумма напряжений на каждом конденсаторе.

Логика
Как упоминалось ранее, управляющая логика необходима для определения первичного тока и предотвращения включения и выключения IGBT, пока через них проходит ток. Давайте рассмотрим приведенную выше схему слева направо. (Обратите внимание, что номера деталей на схеме не соответствуют номерам на плате, но мы используем их здесь только в пояснительных целях. Для получения полной информации см. Файлы Eagle, доступные по адресу http://onetesla.com/downloads. схематический.)

Трансформатор тока снижает первичный ток до безопасного уровня для использования в логической части платы. R1 - это резистор мощностью 5 Вт, который нагружает трансформатор и ограничивает ток. D1 начинает проводить, когда сигнал превышает 5,7 В, что представляет собой напряжение шины плюс прямое падение напряжения на диоде, что эффективно предотвращает превышение сигналом 5,7 В. D2 начинает проводить, когда сигнал составляет -0,7 В. Вместе D1 и D2 представляют собой защитные диоды, которые ограничивают сигнал и предотвращают повреждение логических микросхем, если сигнал от трансформатора тока слишком высокий.Далее, G1 и G2 - это инверторы, которые выравнивают сигнал для последующих ИС.

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

Инвертированный сигнал прерывателя и прямоугольная волна из возведенного в квадрат сигнала первичного тока затем подаются в триггер D-типа, который выполняет логику, определяющую, когда драйверы затвора получают сигнал. Они включаются только при переходе через ноль, а также при наличии сигнала от прерывателя. D-триггер ведет себя согласно следующей таблице истинности:

В нашей цепи \ PRE и D подняты вверх. Инвертированный сигнал прерывателя, который подается в \ CLR, устанавливает высокий уровень \ Q, когда прерыватель включен.Когда прерыватель выключается, \ Q остается на высоком уровне до следующего спада CLK (который синхронизируется с переходами через ноль первичного тока), после чего он переключается на низкий уровень.

Инвертирующий драйвер затвора включается, когда IN высокий, а EN низкий. Драйвер неинвертирующего 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 контролируя как мощность, так и воспроизводя музыку.

MIDI-команды принимаются через входной MIDI-разъем. Согласно спецификациям MIDI, оптоизолятор 4N25 обеспечивает изоляцию, необходимую для устранения контуров заземления. Когда микроконтроллер получает команду включения ноты, он начинает выводить поток импульсов с частотой ноты. Длина этих импульсов указывается в справочной таблице в прошивке. Прерыватель использует отдельные MIDI-каналы для одновременного воспроизведения нескольких нот - для воспроизведения двух каналов программа просто генерирует последовательности импульсов, соответствующие каждому каналу, а затем выполняет логическую функцию ИЛИ над последовательностями импульсов перед их выводом.Ограничение максимальной ширины импульса гарантирует, что в результирующем потоке не будет слишком длинных импульсов.

Power Control линейно масштабирует ширину импульса в зависимости от положения потенциометра. Хотя это не дает линейной длины искры, у него есть преимущество предсказуемого масштабирования энергопотребления катушки, что было бы потеряно, если бы кривые масштабирования были настроены для линейного роста искры.

Так как же он делает музыку?

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

Резонансная частота вторичной обмотки составляет около 230 кГц, что намного выше звукового диапазона. Мы можем использовать всплески искр с частотой 230 кГц, чтобы создать волны давления на звуковой частоте. Вспышка искр загорается на каждом пике звукового сигнала. Быстрое зажигание искр происходит быстрее, чем ваш глаз может различить, поэтому он выглядит непрерывным, но на самом деле 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 продолжает увеличиваться, пока мост приводится в движение. Важно сделать импульсы достаточно короткими, чтобы IGBT не перегревались. За один цикл ток на первичной обмотке за короткое время может достигать сотен ампер. Из-за тепловых причин максимальный рабочий цикл моста составляет примерно 10%. В прошивке прерывателя есть справочная таблица частот и времени включения, которые определяются эмпирически путем изменения ширины импульса и наблюдения за характеристиками искры.

трансформатор - катушка Тесла - моя первичная цепь не работает

Я хотел сделать катушку Тесла, поэтому купил трансформатор неоновой вывески 10 кВ 120 Вт 30 мА на Алиэкспресс.

Первая потенциальная проблема, играя с ним, я заметил, что, когда он перестает образовывать дугу (потому что зонды слишком далеко друг от друга), если я снова помещаю их ближе, дуга больше не возникает, и мне нужно выключить и включить трансформатор, чтобы снова сгенерируйте дугу.Из того, что я видел в Интернете, дуга возвращается с обычным NST, поэтому я не знаю, будет ли это проблемой. С другой стороны, если я "закоротил" щупы, а затем разделил их, все работает нормально, дуга все еще есть.

Затем я создал конденсатор, используя винные бутылки внутри ведра и соленую воду, у меня получается около 4,5 нФ с 3 бутылками. Я подключил конденсатор параллельно с NST, и я добавил искровой разрядник также параллельно (это все, что я сделал на данный момент, без вторичной обмотки или чего-то еще, я просто хотел проверить, как он будет реагировать).

Когда я все включаю, на искровом промежутке не возникает искр, NST издает такой же звук, как если бы он был «замкнут накоротко», но ничего! Если я поставлю щупы искрового промежутка очень близко друг к другу (например, на 1 мм или 0,04 дюйма), я получу действительно крошечные искры, но я не получу звука "высокочастотного разряда" (я имею в виду звук тазера, который мы слышу на тесласе).

Вы знаете, в чем проблема? Я предполагаю, что NST построен, возможно, он построен не так, как обычный.Также я пробовал использовать 2 бутылки и 1, так что примерно 2,25 нФ и 1,5 нФ, те же результаты.

UDAPTE: @ DerStrom8 ответил на мой вопрос, но я все равно пришлю вам то, что писал, может быть, это поможет мне в дальнейшем, сначала вот моя экспериментальная схема. Используя онлайн-калькулятор, я знаю, что с моими 10 000 В и 30 мА оптимальное значение для моего конденсатора - 9,5 нФ (конечно, я изменю значение, если найду тяжелый трансформатор на 50 Гц), мой конденсатор на данный момент меньше этого значения, поэтому я думаю, что это нормально для экспериментальных целей.1/2), который можно использовать для синхронизации / настройки частоты или «первичной цепи» и «вторичной цепи» (под этим я подразумеваю первый конденсатор / катушку и второй «конденсатор» / катушку). Я также знаю, что самый простой способ настроить частоту - это изменить индуктивность «первичной катушки», поскольку это довольно просто. Поскольку большинство людей настраивают свою катушку Тесла методом проб и ошибок, я пришел к выводу, что если я случайно выберу свою «первичную» катушку для экспериментов, у меня не будет проблем. Есть одна вещь, которую я не совсем понимаю, скажите мне, работает ли она. нравится первый вариант второй или оба ошибаются

Во-первых: я могу почти произвольно выбрать размер своей первичной катушки, затем я нахожу свою резонансную частоту, используя емкость C1 винного конденсатора и индуктивность L1 моей первичной обмотки, которую я произвольно выбрал.Затем мне нужно будет согласовать эту резонансную частоту с правильными размерами L2 и C2 вторичной обмотки. А поскольку расчет не будет идеальным, я немного настраиваю первичную катушку.

Секунда: Я не могу выбрать размер первичной обмотки случайным образом, и в этом случае вы можете сказать мне, как это сделать?

Кроме того, я не думаю, что мне нужна вторичная цепь для создания искрового воздействия на искровой промежуток для эксперимента. Кроме того, является ли 9,5 нФ лучшим значением для получения наибольших искр в итоге?

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *