Схема башни тесла: Катушки Тесла

(формула 4.27 по ссылке выше)

При этом, очевидно, что осевая компонента тока относится к тангенциальной как диаметр провода витка к длине витка. Т.е. примерно на 2 порядка меньше тангенциальной составляющей (при диаметре катушки в 2 метра, и диаметре проводника обмотки в 2 см). И, аналогично логике учета кол-ва витков, эффективное сопротивление излучение уменьшится на квадрат этой величины – т.е. на 4 порядка.

Таким образом, эффективное сопротивление излучения (относительно тока, идущего через генератор) можно с достаточной точностью оценить как:

Что для наших параметров (высоте башни в десятки метров – пусть будет 20 метров для конкретики) дает величину около 35 наноОм, т.е. на порядок меньше, чем излучение от тангенциальной составляющей тока.

В итоге видим, что оба вида излучения (и от тангенциальной, и от осевой составляющих тока) пренебрежимо малы относительно потерь на активном сопротивлении контура, при том что это оценки сверху (т.к. для них величина тока полагается одинаковой на всём протяжении обмотки катушки, в то время как на самом деле ток падает по синусу – и на “горячем конце” катушки имеется узел тока – т.е. ноль тока, и реальное излучение будет в разы меньше оценок выше). Так что любые идеи о том, что Башня работает как антенна – не имеют под собой абсолютно никаких оснований (во всяком случае, до тех пор, пока мы следуем патентам Теслы, а не занимаемся фантазированием). Башня не является антенной в классическом понимании – её радиоизлучение (те. ЭМ-поле в дальней, волновой зоне) пренебрежимо мало, и всё что она позволяет делать – это быть эффективным накопителем для заряда, который генератор заводит-выводит из почвы на частоте работы генератора. Так что “гениальные” возражения вида “у вас обычная спиральная антенна – КПД передачи энергии будет ниже плинтуса”, и прочие “аргументы” исходящие из радиоизлучения такой структуры – лишь демонстрируют полное непонимание оппонентом самых базовых концепций радиофизики.

С Башей разобрались, теперь идем к Земле

Для простоты, начнем с элементарных аналогий – от которых постепенно перейдем к итоговой концепции.

Пусть у нас есть электрически-длинный проводник с разрывом на одном конце, заземленный вторым концом через источник переменного напряжения:

В такой длинной линии, в случае если потери в линии малы – возникает стоячая волны токов-напряжений (т.е. суперпозиция падающих волн от генератора и волн, отраженных от свободного конца длинной линии). Характерным примером таких линий и таких волн являются обычные электрические вибраторы, как показано на рисунке ниже.

Распределение тока в симметричных вибраторах различной длины.

Потери для такой ситуации в целом можно разделить на 2 составляющих: омические потери, и потери на излучение.
В случае большой длины проводника, и его малом омическом сопротивлении, основной вклад в потери будет давать излучение (т.е. сопротивление излучения).

Как известно, если окружить такую линию заземленным проводящим экраном, то потери на излучение будут нивелированы, и такая структура носит название коаксиального волновода – причем, в нашем примере, волна в таком коаксиальном волноводе будет существовать в виде ТЕМ-моды (портом возбуждения при этом, по сути, является генератор, подключенный через землю — к внутреннему и внешнему проводникам волновода).

По сути, режим ТЕМ-моды можно трактовать, как режим индуктивной связи внутреннего и внешнего проводников волновода через поле ближней зоны токов на этих проводниках, так что поперечные потоки энергии не просто нулевые в среднем по времени (как для ТЕ или ТМ мод), но нулевые в любой момент времени. Не происходит переотражений от границ волновода – поток энергии носит только продольный характер (т.е. вектор Пойнтинга направлен строго параллельно направлению распространения волны – вдоль оси коаксиального резонатора).

Именно поэтому режим ТЕМ-моды в коаксиальном волноводе характеризуется хорошими параметрами (относительно режимов ТЕ или ТМ мод) в части передачи энергии и в части малости коэффициента затухания волны в волноводе, и при необходимости передачи энергии по коаксиальному волноводу – как правило, стремятся использовать именно режим ТЕМ-моды.

Однако, даже если мы удалим заземление внешнего экрана такого волновода, по всей длине экрана кроме его концевых участков – экран будет отлично выполнять свою функцию.

Ведь такой экран в любом случае есть длинная линия, в качествен генератора для которой выступает ЭДС от переменного тока на внутреннем проводнике-жиле. И только на краях экрана – в силу очень малой ёмкости таких краев, будет существовать некоторая пучность напряжения, а на всей остальной длине такого экрана – он будет нормально функционировать. Что подтверждается элементарным моделированием в HFSS.

Далее, что будет, если мы не просто уберем заземление внешнего экрана – но “замкнем” края как показано на рисунке ниже (так что внешний экран станет этакой “капсулой”)? Ответ вполне ясен – эта ситуация не будет отличаться от рассмотренной выше. Экран будет работать по всей длине, а на таких вот окончаниях внешней “капсулы” – будут пучности напряжений (и узлы тока соответственно).

Далее, если внутренний и внешний проводники сделать уже в виде сфер – то мы придем к общей модели предполагаемого эксперимента (пропорции на рисунке, разумеется, не соблюдены):

Как не трудно догадаться, внутренняя проводящая сфера – это Земля, внешняя проводящая сфера – это верхние слои атмосферы (в основном ионосфера). А общая геометрия такого резонатора – это обычный концентрический сферический резонатор (в котором говорить про ТЕМ моду, в строгом смысле – уже нельзя, т.к. в нем существуют только ТЕ и ТМ моды), только с немного необычным способом возбуждения ТМ-моды (т.е. порт возбуждения – не связывает между собой внешнюю и внутреннюю обкладки).

Хотя, в силу переменного сечения внутреннего и внешнего проводников, амплитуды стоячих волн токов и напряжений будут уменьшаться по мере удаления от генератора, общая суть при этом остается той же самой – ТЕМ мода коаксиального (или же ТМ-мода сферического) резонатора, возбуждаемая соответствующим источником (Башней Тесла).

На первый взгляд, идея странная: известно, что проводимость грунта Земли, и ионосферы (в ясный день на освещенной стороне) около 0.001 См/м (плюс-минус порядок), в то время как проводимость например меди – около 58 000 000 См/м. Однако, давайте посмотрим на этот вопрос исходя из численных оценок, а не из интуитивных соображений. И для начала разберемся с сопротивлением грунта Земли. Общая мысль состоит в том, что с точки зрения процессов протекания тока, деление на диэлектрики, полупроводники и проводники – достаточно условно по своей сути, т.к. при достаточно большом сечении диэлектрика – он становится вполне хорошим проводником (т.е. обладает малым итоговым сопротивлением).
Как известно, при достаточной толщине проводника, ток имеет существенное значение только на некоторой глубине, называемой глубиной скин-слоя, которая рассчитывается по формуле:

Где — удельное сопротивление, — относительная магнитная проницаемость, — частота.

Разумеется, это упрощенная формула, применимая для проводника, а не диэлектрика – однако на наших сверхнизких частотах потери связанные с диэлектрической проницаемостью грунта — малы, так что в качестве оценки – такая формула вполне применима.

Для диапазона частот 1-10 кГц, и диапазона проводимостей 0.001-0.00001 См/м глубина скин-слоя лежит в диапазоне от сотни метров до нескольких километров. При этом, чем ниже будет частота – тем больше толщина скин-слоя, т.е. тем меньше омические потери в планетарном резонансе (обратно пропорционально корню из частоты).

Таким образом, мы приходим к выводу, что, рассматривая чисто активное сопротивление Земли (как шара из грунта, т.е. материала имеющего проводимость на уровне 0.01-0.0001 См/м), и подразумевая диапазон частот не ниже 1 кГц (т.к. еще меньшие частоты не реализуемы с практической точки зрения — исходя из требуемых технических параметров Башни Тесла) необходимо ограничиться километровым слоем. Отметим, что Тесла, видимо, не вполне отдавал себе в этом отчет – и искренне полагал, что токи от его установки идут вглубь земли (а не бегут по поверхности оной), как это указано в нашей научно-популярной статье. Согласно современным данным по электродинамике – этого, разумеется, не может быть.

Сопротивление между двумя стержнями, погруженными в плохо проводящую среду (например в грунт) задается формулой:

Где

Здесь L – длина стержней, D – расстояние между ними, r1 – радиус сечения стержней, — удельная проводимостью среды.

Интересно отметить, что исходя из этой формулы, начиная с расстояния между стержнями много большего длины стержней – сопротивление между стержнями фактически становится константой (перестает расти по мере роста расстояния).

Так, например, для двух стержней длиной 30м, диаметром 0.2 м, и проводимости грунта около 0.04 См/м (что корректно для верхних слоев почвы) характерное сопротивление (между ними) лежит в диапазоне 1-3 Ом – начиная с расстояния в метры, и далее (без ограничения дальности расстояния) остается таковым при любом увеличении расстояния между стержнями. Так что идея о том, что Земля – плохой проводник (как объект в целом) – это, разумеется, интуитивное заблуждение, и будь так – заземление просто не имело бы смысла.

Так же особенностью данной формулы является тот факт, что начиная с некоторой длины стержней – дальнейший рост длины стержня не приводит к заметному уменьшению сопротивления между стержнями (т.е. иначе говоря, итоговое сопротивление между приёмником и передатчиком – слабо зависит от глубины скин-слоя). Что в целом является известным фактов в части заземляющих систем (данный характерный график взят с этой страницы).

Таким образом, у нас есть все основания для оптимизма по части сопротивления всей поверхности Земли.

Сделаем теперь более строгие оценки

Постоянная затухания, характеризующая потери на стенках волновода в силу активного сопротивления, для ТЕМ-моды коаксиального волновода

(к которому близка большая, центральная часть Земли-резонатора как показано на рисунке выше) задается формулой (см. например тут):

где R_s1 и R_s2 — поверхностные сопротивления металла внутреннего и внешнего цилиндров волновода, которые можно определить по формуле:

Здесь мю – это абсолютная магнитная проницаемость (для подавляющей части поверхностного грунта – это просто магнитная постоянная).

Сразу отметим, что под корнем стоит отношение частоты и проводимости – т.е. меньшая по сравнению с металлами проводимость во многом компенсируется килогерцевым диапазоном частот (в то время как коаксиальные волноводы применяют для частот в гигагерцы), а то что отношение стоит под знаком корня – еще больше “улучшает” ситуацию. Итого, для наших параметров (f=3 кГц, и σ=0.(-9) означает, что за всю длину пути волны до противоположной точки Земного Шара (примерно 20 000 км) амплитуда волны упадет на величину =2%.

Чему соответствует крайне высокая добротность резонатора Земля-Ионосфера (на порядки выше, чем сотня) для такой моды, в отличие от механизма распространения обычных радиоволн через переотражение от границ земли-ионосферы. И даже ухудшение оценочной проводимости на 1-3 порядка (что имеет смысл для ионосферы) не приводит к фатальным последствиям в части самой возможности существования такого резонанса.

Мы убедились, что в принципе, искомый резонанс (исходя из фактических параметров резонатора) может иметь место, хотя реальная добротность такого резонанса может иметь вилку примерно в 2-3 порядка (но даже при самом худшем сочетании параметров – не должна быть ниже сотни).

Аналогичные оценки возможной высокой добротности ТМ-мод в резонаторе Земля-ионосфера даны в работе М.В. Давидовича – “моды многослойного концентрического сферического резонатора”.

Если говорить про строгий подход, то разумеется необходимо рассматривать полноценный концентрический резонатор в режиме ТМ-мод (например, неплохой обзор по этому вопросу можно найти по этой ссылке, для интересующихся более солидными теоретическими аспектами — можно порекомендовать вот эту работу).

Первые гармоники нулевой ТМ-моды – соответствуют явлению т.н. резонанса Шумана. Однако, если говорить про частоты в районе нескольких килогерц, то помимо нулевой моды – так же будут возбуждаться и следующие за ней моды (для 10 кГц – это номера мод в диапазоне 0-6).

Действительно, из формулы

для первой моды – низшая гармоника будет иметь частоту около 1.5 кГц, для второй моды – 3 кГц, и т.п.

При этом, как следует из формулы задающей частоты гармоник для каждой из таких мод, начиная с первой моды и далее – “плотность” расположения гармоник по частотной оси крайне велика (если для нулевой моды гармоники идут с шагом порядка 10 Гц, то для остальных мод попадающих в диапазон ниже 10 кГц – с шагом порядка 0.01-0.1 Гц). Так что, осуществляя возбуждение ТМ-мод такого резонатора на частотах в диапазоне нескольких килогерц, по сути невозможно говорить о какой-то конкретной моде/гармонике: итоговая картина стоячих волн будет соответствовать чрезвычайно большому количеству гармоник, сразу для нескольких мод. Что принципиально отличает такой резонанс от резонанса Шумана.

Есть и другое принципиальное отличие. Как известно (например, см. здесь – стр. 8), для пассивного резонатора, добротность гармоник растет с ростом частоты – примерно пропорционально корню из оной. Однако, резонатор Земля-ионосфера не является пассивным. В самом деле, электрическая машина Земли поддерживает примерно постоянную разность потенциалов между обкладками планетарного конденсатора (грунт-атмосфера). В случае удара молнии, данный потенциал уменьшается – однако восстанавливается за характерное время измеряемое секундами, при этом характерная плотность тока дозарядки – составляет порядка 0.1-1 ампера (стр. 6-8) на квадратный километр. Иначе говоря, Земля работает по сути как источник ЭДС, выравнивающий (впрочем, весьма медленно) разность потенциалов на некоем среднем уровне. Очевидно, что в случае сверх-низкочастотных колебаний, соответствующих резонансу Шумана (первые гармоники нулевой ТМ-моды резонатора), наличие такого источника ЭДС приводит к резкому ухудшению добротности резонанса: в случае отклонения потенциала от среднего уровня, этот источник ЭДС стремится скомпенсировать отклонение, что означает активное подавление ТМ-моды – а учитывая планетарные масштабы явления, это подавление может носить значительный характер. К сожалению, данный фактор не учитывает ни в одной из известных нам моделей резонанса ТМ-мод в резонаторе Земля-ионосфера – и причины этого понятны: до сих пор нет единой однозначной модели механизма возникновения этого источника ЭДС, и более того – как и всякие явления связанные с атмосферным электричеством, данный механизм существенно нелинеен, так что сколь-нибудь адекватное моделирование (учет) этого фактора для ТМ-мод резонатора пока не возможен – не достаточно данных.

Тем не менее, известны данные по добротности первых гармоник нулевой ТМ-моды резонатора Земля-ионосфера (данные свежие – 2011 год):

Из этих данных видно, что с ростом номера гармоники – фактическая добротность растет быстрее, чем корень из частоты (т.е. быстрее, чем для пассивного резонатора). Учитывая относительную “медленность” механизма дозарядки планетарного конденсатора, именно для низших гармоник нулевой моды данный механизм будет оказывать наиболее сильное влияние – т.к. с ростом частоты можно ожидать роста добротности резонанса с существенно большей скоростью, нежели корень из частоты.

Интересно отметить, что в 2011 году (что отражено в данных по ссылке выше) были обнаружены токи в ионосфере (соответствующие резонансу Шумана) на высотах (400-800 км), для которых все известные предыдущие модели давали полное отсутствие таких токов. Де-факто, существующие модели проводимости ионосферы оказались некорректными – и их нельзя использовать для построения моделей резонанса ТМ-мод в резонаторе Земля-Ионосфера.

Таким образом, есть основания для проведения прямых замеров добротности итогового резонанса на частотах в несколько килогерц – как исходя из теоретических предпосылок, так и исходя из фактических результатов, полученных Теслой. Прямой же аналитический (или численный) расчет невозможен – слишком сложным и плохо известным объектом является Земля сразу в большом кол-ве своих параметров/характеристик.

Предлагаемая же схема эксперимента фактически не имеет отношения ни к резонансу Шумана (принципиально другие добротности, а так же дополнительные ТМ-моды и гармоники резонанса), ни к передаче энергии радиоволнами (т.е. волнами ЭМ-поля дальней волновой зоны обычных радиоизлучателей) — о чем прямо и заявлял Тесла.

Разумеется, как уже упоминалось выше, поскольку сечение резонатора не является постоянным, то и волновое сопротивление будет так же переменным: максимум напряжения будет иметь место на пучностях вблизи от башни (и противоположного конца планеты), минимум – на “экваторе” от Башни, что подтверждается численным расчетом в HFSS (и соответствующими аналитическими формулами например для нулевой ТМ-моды такого резонатора).

Распределение амплитуд электрического E и магнитного B полей для первых 3-х гармоник нулевой ТМ-моды резонатора Земля-ионосфера.

“Заземление” для резонатора Земля-Ионосфера

Откуда мы возьмем “заземление”, к которому подключается генератор для накачки такого резонатора на ранее приведенном рисунке?

Ответ прост – поскольку мы ранее уже провели анализ работы Башни Тесла. С точки зрения генератор, Башня Тесла с практической точки зрения ничем не отличается от некоей внешней земли (подключенной через активное сопротивление Башни). Т.к. генератор “видит” только активное сопротивление башни, но никак не реагирует на величину заряда, накопленного на башне (ибо ёмкостное и индуктивное сопротивления в режиме резонанса – компенсируют друг друга) — иначе говоря, для генератора башня это и есть “заземление” через сопротивление, равное активному сопротивлению башни.

Разумеется, как уже отмечалось выше, такой заряд вызывает перераспределение зарядов в грунте в окрестности от Башни – но чем выше поднят накопитель заряда Башни, тем менее значим этот фактор (т.к. уменьшается ёмкость Башня-Земля). Достаточно поднять накопитель заряда на высоту заметно большую, чем размер накопителя – чтобы Башня Тесла стала действительно “внешней землей” для задающего генератора (т.е. достаточно минимизировать ёмкость между башней и землей — так, чтобы собственная уединенная ёмкость Башни стала хотя-бы одного порядка с ёмкостью Башня-Земля).

КПД передачи энергии

После установления по всей планете стоячих волн напряжений и токов (при этом токи будут иметь крайне малую амплитуду – в отличие от напряжений) возможно эффективное снятие этой энергии аналогичной системой (Башней – но уже без генератора). Физ-процессы при работе приёмника характеризуются созданием связи между резонансными контурами (башни-приёмника), что позволяет получать высокий КПД передачи даже при крайне низком коэффициенте связи источника и приёмника (строго в соответствии с классической электротехникой).

Рассмотрим данный вопрос подробнее.

В случае расположения приёмника (т.е. аналогичного контура) в пучности напряжения (и узле тока) итоговой стоячей волны, переменный потенциал поверхности будет являться источником ЭДС для приёмника. При этом, в приёмнике будет возбужден резонанс – полностью аналогичный резонансу в источнике, соответственно приёмник будет генерировать стоячую волну так же полностью аналогично источнику. При этом, поскольку приёмник расположен в пучности напряжения (и узле тока), то генерируемая им волна будет, очевидно, создавать дополнительную нагрузку на источник – тем самым создавая систему в виде т.н. резонансных связанных контуров (беглый обзор по этому вопросу можно найти здесь и здесь). Действительно, в пучности напряжения внешней волны – приёмник имеет узел напряжения (и пучность тока), и работает на той же частоте, т.е. в области расположения источника – приёмник будет создавать пучность напряжения (и узел тока), которую источник и будет “видеть” как дополнительную нагрузку. Что отлично видно на видео (соответствующего моделировании в HFSS).

На видео, и на рисунке выше – источник расположен в левой верхней области, область расположения приёмника выделена в правой около-центральной части. Видно, что в области приёмника постоянный минимум поля – что и означает эффективную откачку энергии из планетарного резонанса. Так же хорошо видна интерференционная картина волн, испускаемых приёмником и источником.

Для такого рода систем (т.е. резонансных связанных контуров), КПД передачи энергии определяется произведением коэффициента связи систем k и их добротности Q. График зависимости КПД от данного произведения – приведен ниже (взят из документа по ссылке выше):

Физический смысл этой зависимости очевиден: даже если за один период колебаний приёмник «забирает” лишь малый процент энергии источника, но за этот же период (в силу высокой добротности) потери энергии в суммарном резонансе малы – то КПД передачи (определяющий отношение переданной и рассеянной энергий) будет высоким.

Оценим коэффициент связи между источником и приёмником – в предположении высокой добротности резонатора Земля-ионосфера (для чего, как указывалось выше – есть все основания).

Пусть частота — 10 кГц. Это значит, что Земля поделена на «кольца» шириной 30 км, коих соответственно на длину половины периметра — приходится около 700. Ёмкость Земли как уединенного проводника — около 700 мкФ. Пусть ток в Башне (источнике) — 1 кА (это соответствует мощности генератора как минимум в несколько мегаватт). Для длинной линии-Земли, наши «кольца» — это параллельные ёмкости. Т.е. ёмкость, приходящуюся на одну длину волны в районе «экватора» от башни — можно оценить в c1=1 мкФ (700 мкФ/700 волн). Что при токе в 1 кА (идущем на подзаряд каждой из таких ёмкостей) дает напряжение около 15 кВ (по стандартной формуле U=I*Rc=I/(c1*w) ). Всё поле (для ТМ-моды) сосредоточено примерно на длине, равной половине длины волны (перпендикулярно грунту), как это следует из моделирования в HFSS (и/или из соответствующих аналитических формул на которые приводились ссылки выше). Для 10 к Гц — это 15 км.

Что означает напряженность поля около грунта — всего один вольт на метр (при фоновой напряженности вертикальной составляющей поля — около 120 вольт на метр). Это — «на экваторе», а в ближайших к башне пучностях (т.к. ёмкость меньше на 1-2 порядка) будет соответственно на 1-2 порядка больше. Т.е. башня-приёмник «увидит» напряжение в сотню киловольт (и напряженность поля будет около 10 в/м) — если расположена на дистанции в десятки км от источника. В данной ситуации — переменный потенциал грунта велик, но напряженность поля — мала, ибо поле распределено вертикально на большой дистанции — в десятки км (что вполне позволяет говорить даже при гигаватную мощность передатчика — так чтобы не выходить за фоновый уровень напряженности поля около поверхности Земли). В случае если мы говорим про «экватор», при указанных параметрах, и итоговом резонансном напряжении в источнике, например, в мегавольт (а на экваторе, как следует из оценки выше, в 10 киловольт) — коэффициент связи, соответственно, около 1% (и десятки % на дистанции в десятки км от источника), т.к. коэффициент связи можно определить как отношение напряжений на индуктивности приёмника (при разомкнутом контуре приёмника) – и работающего источника (разумеется, при одинаковых параметрах приёмника и источника). Исходя из возможной добротности резонанса в районе нескольких сотен, такой коэффициент связи означает КПД передачи как минимум в десятки % — для экватора, и вполне может дать цифру выше 90% — для дистанции в десятки км (что соответствует заявлениям, сделанным Тесла по соответствующим экспериментам). Однако, в силу проблем с моделирование и расчетом реальной добротности резонанса, пытаться сделать более точные оценки, по сути, смысла нет (по большому счету, всё зависит от реальной добротности резонанатора-Земли, и резонатора-башни – моделирование же может дать ошибки в порядки). Так что единственный адекватный вариант – это постановка полномасштабного эксперимента, для чего очевидно необходимо построить полный аналог башни Тесла. В худшем случае – просто получим красивую экспериментальную работу, воспроизводящую “ту самую Башню Тесла” с фактическим замером параметров резонанса и КПД передачи энергии (причем на дистанциях, которые использовал Тесла, высокий КПД передачи более чем вероятен), что интересно и полезно само по себе т.к. позволит раз и навсегда «закрыть” все спекуляции по этому предмету. А в лучшем случае – подтвердим высокий КПД передачи и для бОльших (нежели делал Тесла) расстояний.

Дополнительные соображения

Помимо собственно патентов, посвященных Башне, Тесла так же запатентовал устройство для детекции стоячих волн напряжений в грунте, возникающих вследствие удара молний. Данное устройство описано в патенте US787412 . Суть данного детектора, переводя на современный язык — состоит в организации т.н. синхронного детектора (или lock-in amplifier). Вот что написано по этому поводу в википедии:

The lock-in amplifier is commonly believed to be invented by Princeton University physicist Robert H. Dicke who founded the company Princeton Applied Research (PAR) to market the product. However, in an interview with Martin Harwit, Dicke claims that even though he is often credited with the invention of the device, he believes he read about it in a review of scientific equipment written by Walter C Michels, a professor at Bryn Mawr College. This was probably a 1941 paper by Michels and Curtis, which in turn cites a 1934 paper by C. R. Cosens.

Очевидно, как и многие другие идеи и патенты Теслы по которым он объективно имел приоритет — его современники не разобрались в том, что и как делал Тесла, так что приоритет относят не к нему и датируют датой на пару- тройку десятилейтий позже. Однако внимательный анализ устройства по детекции стоячих волн, использованного Теслой, не оставляет никаких сомнений в том, что приоритет изобретения синхронного детектора принадлежит именно Тесле.

В самом деле, суть устройства использованного Теслой состояла в том, что на заданной частоте (и заданной скважности — см. патент) он создавал поочередное замыкание одного из контактов конденсатора-накопителя с груном (в это время второй контакт конденсатора находился «в воздухе»), чисто механическим способом — используя скользящие контакты на соответствующем барабане (F на рисунке ниже).

Таким образом, при условии совпадения частоты стоячей волны в грунте, и частоты замыкания контактов в приёмнике, конденсатор Т постепенно накапливал заряд — а затем принудительно разряжался через приёмник R (позволяющий регистрировать ток разряда такого конденсатора-накопителя). Что в явном виде и является логикой синхронного детектора. При этом, поскольку длина проводов соединяющих конденсатор с грунтом — была много меньше длины волны, то говорить об ЭМ-наводках на такие провода (от ударов молний) не приходится — они будут ничтожными.

Вот что писал по этому поводу сам Тесла — и с чего начался его путь в этой области:

The date I shall never forget — when I obtained the first decisive experimental evidence of a truth of overwhelming importance for the advancement of humanity. A dense mass of strongly charged clouds gathered in the west and towards the evening a violent storm broke loose which, after spending its fury in the mountains, was driven away with great velocity over the plains. Heavy and long persisting arcs formed almost in regular time intervals. My observations were now greatly facilitated and rendered more accurate by the experiences already gained. I was able to handle my instruments quickly and I was prepared. The recording apparatus being properly adjusted, its indications became fainter and fainter with the increasing distance of the storm until they ceased altogether. I was watching in eager expectation. Surely enough, in a little while the indications again began, grew stronger and stronger and, after passing thru a maximum, gradually decreased and ceased once more. Many times, in regularly recurring intervals, the same actions were repeated until the storm, which, as evident from simple computations, was moving with nearly constant speed, had retreated to a distance of about three hundred kilometers. Not did these strange actions stop then, but continued to manifest themselves with undiminished force. Subsequently, similar observations were also made by my assistant, Mr. Fritz Lowenstein, and shortly afterwards several admirable opportunities presented themselves which brought out still more forcibly and unmistakably, the true nature of the wonderful phenomenon. No doubt whatever remained: I was observing stationary waves.

Исходя из фактического устройства детектора, нет никаких сомнений в том, что факт работы такого детектора — а именно, периодическое синусоидальное изменение амплитуды энергетики процесса по мере хода и удаления грозы (на сотни миль), регистрируемого детектором — однозначно свидетельствовал именно о стоячих волнах напряжения на грунте Земли, что и было для Тесла отправной точкой его исследований.

F.A.Q.

Ниже — список наиболее часто задаваемых вопросов, с ответами. Если у Вас есть вопрос — пожалуйста, прежде чем задавать его, убедитесь, что его нет в списке ниже (ну или приведите аргументацию — почему приведенный ниже ответ на такой вопрос является некорректным).

• Номер один по популярности (и это не шутка) — а не помрут ли в Земле все червяки и прочая флора/фауна, и не полезут ли из шахт злобные шахтеры «с кирками наперевес».
  Червяки не помрут, и шахтеры не полезут. Просто потому, что плотность тока в поверхностном слое Земли будет мизерная (возьмем 2 килоампера в Башне, и распределим такой ток по периметру в 20 000 км длиной, и 100 метров глубиной; получим плотность тока — порядка 1 мкА на квадратный метр, что не ощутит ни один живой организм). Т.е. большой переменный внешний потенциал от заряда на грунте (киловольты и выше) — сочетается с очень малыми токам, и одновременно вертикальная составляющая напряженности электрического поля около грунта — мала (много меньше фоновой величины в 120 вольт на метр).По мере роста высоты — напряженность поля (и без того малая) будет падать, так что самолетам и спутникам -) тоже ничего не грозит.
• Вы делаете планетарную микроволновку.
  К механизму нагрева вещества микроволновым излучением процессы связанные с Башней Тесла не имеют абсолютно никакого отношения. Омические потери, разумеется, будут — но даже гигаватт, распределенный на площадь всей планеты — это все равно, что спичкой греть море.
• У вас модель некорректная — вы взяли две сферы из металла и конечно получили ТМ-моду.
  Нет, мы не брали сферы из проводников — а честно заложили проводимости грунта и ионосферы, исходя из их табличных значений.
• Понятно, что ТМ-моду можно возбудить. Но как вы пробросите порт от грунта до ионосферы?
  А этого и не надо дела — см. в статье выше. Достаточно подключения генератора только к грунту, остальное будет автоматически наведено переменными токами в окрестности Башни. Т.е. формально можно считать антенной — круговую область грунта около башни, радиусом в несколько километров.
• У меня для вас офигенная новость — Земля ток не проводит. Ничего не получится.
  Грунт отлично проводит ток — см. выше. На заре ЖД индустрии обратным проводником служила как раз Земля, и совершенно замечательно работала в качестве такового (не внося сколь-нибудь заметного сопротивления). Всё получится.
• У вас обычная радиоантенна, КПД передачи будет ниже плинтуса.
  Как показано выше, к радиоантеннам Башня не имеет ни малейшего отношения — т.к. собственно радиоизлучение у неё в практическом смысле — отсутствует (т.е. оно на очень много порядков меньше потерь на омическое сопротивление Башни).
• А чем это все отличается от Шумана? Обычный резонанс Шумана, все это знают и поэтому у вас ничего не получится. И ничего нового в этом нет.
  Резонанс Шумана — это не резонанс конкретной моды, а явление шума на первых гармониках нулевой ТМ-моды, связанное с наличием импульсной накачки резонатора Земля-Ионосфера на частоте около первой моды (10 Гц — т.к. в среднем в секунду происходит около 40-50 разрядов молний, из которых по статистике только 20%-25% бъют в землю), и с тем фактом что средняя частота разрядов распределена по поверхности планеты не равномерно (с характерным масштабом неоднородности такого распределения — порядка длины волны первых гармоник). Иначе говоря, шум резонанса Шумана — связан с наличием (хотя и слабой) пространственно-временной когерентности ударов молний. Т.е. если бы молнии били равномерно по всей поверхности — резонанса Шумана (т.е. шума на частотах первых гармоник) не было бы. Или если бы средняя частота удара молний была бы не 10 Гц, а 10 кГц, то максимум энергии был бы совершенно на других гармониках/модах. Кроме того, в резонансе Шумана возбуждается только нулевая ТМ-мода, а для наших частот — будут активно участвовать и следующие моды. Таким образом, хотя косвенная связь с резонансом Шумана и есть — но наш случай это не резонанс Шумана. Принципиально новых физических эффектов мы действительно не предлагаем – всё строго в рамках того, что уже давно известно в соответствующих разделах физики. Мы лишь “склеили” известные знания в объяснение работоспособности Башни Тесла. Так что всё у нас получится.
• Добротность резонанса будет низкой — потому как у вас, по сути, Шуман, так что стоячей волны не получится, будет бегущая волна с большим затуханием.
  Не верно, во-первых у нас не Шуман — см. вопросы выше, во-вторых даже для первых гармоник нулевой ТМ-моды (т.е. для резонанса Шумана) добротность доходит до 10-ки (см. пруфы выше), что, на минуточку, означает время затухания энергии в несколько десятых секунды — т.е. очень много. И согласно фактически экспериментальным данным, добротность с ростом номера гармоники (т.е. с ростом частоты) — растет, причем быстрее, чем корень из частоты. Так что стоячая волна — будет, и ожидаемая добротность на нашем диапазоне частот составляет как минимум несколько сотен.
• Если в грунте будут проводники электрически-длинные относительно длины волны — у вас волна будет на них концентрироваться и затухать.
  Не верно, проводники в грунте (например, трубы систем отопления и т.п.) означают локально улучшенную проводимость грунта, что приведет только к возрастанию добротности резонанса — т.е. увеличению КПД передачи энергии. Реально в качестве такого «оттягивающего» проводника может работать только проводник достаточной длины, находящийся не в грунте, но — заземленный одним концом. Таковых не наблюдается (провода линий ЛЭП, при том что они достаточной длины, разумеется не заземлены — т.е «не видят» переменного потенциала грунта, а наводки от внешнего поля грунта буду слабы — т.к. мала напряженность поля, см. выше — велик только переменный потенциал самого грунта, но не поле от такого потенциала).
• У вас невозможна адресная доставка энергии, так что в такой технологии — даже если она заработает — нет никакого смысла.
  Тут можно идти не путем адресной доставки, а путем контроля доставки. Любой приёмник будет генерировать волну, которую можно элементарно засечь. Для отбора сколь-нибудь высокого по плотности потока энергии — потребуется очень хорошее заземление и высокодобротный приёмник (т.е. фундаментальная и дорогая конструкция). Ставить такую штуку только для того чтобы через пару дней к тебе пришли дяди и сказали а-та-та — глупо (экономически не оправданно). Кроме того, никто не отменял возможность частотной модуляции такого резонанса, так что не зная конкретную зависимость модуляции – снять значимый процент энергии будет невозможно. Ну и т.п. С другой стороны, рассматривать такого рода возражения на текущей стадии как серьезный аргумент – это из серии “делить шкуру не убитого медведя”.
• А вы не боитесь, что создадите второй Тунгусский метеорит? А можно ли как-то защититься от поля, создаваемого установкой?
  Нет, не боимся. Чтобы всерьез об этом говорить, надо иметь четкую модель того что такое тунгусский метеорит и как его вызвать Башней. У нас такой модели нет. Если же есть острое параноидальное желание защититься от поля, создаваемого стоячей волной – то, разумеется, это можно сделать соответствующим оборудованием (или просто — заглубив объект под землю, т.е. по сути просто хорошо заземлив всю его внешнюю поверхность – что просто и недорого).
• Почему никто до вас не поставил такого эксперимента — вы что, типа самые умные? Ну-ну, вон сколько академиков сидит в институтах, а тут вы такие красивые…
  Понятия не имеем, почему никто до нас не поставил прямого эксперимента. Возможно — потому что Тесла слишком эпатажная фигура (ну любил человек устраивать эффектные шоу и делать громкие заявления, был у него такой “грех”), возможно, потому что тема сильно дискредитирована альтернативщиками всех мастей — изобретателями «новой физики», возможно почему-то еще.
• Ребята просто хотят срубить баблос нахаляву.
  Угу, точно. Нормальная такая халява — выстраивать всю ту аргументацию, что есть хотя-бы в статье выше, делать модели, отсеивать гипотезы, потом продираться через бастионы интернет-скептиков. Ага. Поседеешь — такая халява… «Срубить бабосы» — можно намного-намного более простыми способами… К тому же, мы выкладываем и будем продолжать выкладывать в открытый доступ всю информацию по ходу проекта, на всех этапах постройки Башнии проведения эксперимента.
• А вы не учли возможную электрохимию при протекании тока в грунте.
  Да, разумеется. Как только вы дадите нам подробную карту (с разрешением хотя-бы в километр) электрохимических свойств грунта всех материков Земли (на глубину хотя-бы в 100 метров) — мы непременно учтем это в модели. А пока такой карты у нас (да и кого бы то ни было) нет — так что придется делать прямой эксперимент.
• Вы влезете в диапазон СДВ-связи, или связи подлодок, и за вами прийдут.
  Нет, не влезем. Во первых, отдельный чистый синус — не сможет нарушить связь (т.е. фильтруется “на раз”). Во вторых, при высоком значении переменного потенциала грунта Земли, напряженность поля будет малой (в силу достаточно большой области распределения поля в вертикальном направлении). В третьих, эксперимент разумеется будем проводить под эгидой одного из НИИ (уже есть варианты), так что соответствующие «разрешения» на эксперимент — проблемой не будут.
• Незачем вам миллион — надо сделать элементарную модельку размером в метр, и всё будет понятно.
  Странная идея. Мы уже сделали модельку в HFSS — размером в 120 км. и на ней — все ОК (т.к. результаты моделирования в HFSS в мировой практике — по факту очень хорошо совпадают с материальными моделями, то и делать реальную физическую модель размером в метр — незачем). Но никакая модель не сможет учесть всю сложность и возможные нелинейности реальной Земли. Не говоря о том, что для такой модельки размером в метр придется калибровать проводимость поверхностей – т.е. по сути делать их из металла, а в таком случае нет никаких сомнений что получится отличная стоячая волна. Так что в такой модели нет никакой ценности, проверка прямым масштабным экспериментом, и на хорошей энергии — в любом случае будет необходима.
• Я ничего не понял. Где еще можно почитать об этом — обычным человеческим языком, без формул и цифр, так чтобы понятно было?
  В более простом виде материал сформулирован в нашей статье — на странице проекта на boomstarter.ru. Там же мы выкладываем все обновления по проекту. При успешном финансировании мы создадим отдельный сайт, где будем подробно освещать все этапы.

Авторы: Сергей Плеханов, Леонид Плеханов ( инвайты, если кому-то понравилось и вы хотите ещё, нужно слать сюда: leonid.plekhanov[собачка]gmail.com и ssphouse[медведь]mail.ru )

Автор: ks_ks

Источник

Схема башни тесла — aivaisieme.iprug.org

Схема башни тесла

Трансформатор Никола Тесла или 220 вольт из ничего. Рассмотрим схему образования свободной энергии. За сим, приступим. Башня Тесла: характеристики работы. Иначе говоря, принципиальная схема башни выглядит следующим образом: Слева показана физическая уединенная ёмкость. Простейший трансформатор Теслы включает в себя входной трансформатор, катушку индуктивности, состоящую из двух обмоток — первичной и вторичной, разрядник (прерыватель, часто встречается. Схемы трансформатора Тесла. Для чего нужен трансформатор Тесла? Кто вы, мистер Тесла? Тесла — это новая цивилизация. Ученый был невыгоден правящей элите, невыгоден и сейчас. Высокочастотный резонансный трансформатор Тесла для отопления и освещения дома дачи анализ бестопливный сверхединичный генератор электроэнергии СЕ схема. Концепция беспроводного электричества была введена около 100 лет назад, и даже сегодня она является одной из самых увлекательных и захватывающих тем для научных исследований. Эти кривые образуют замкнутую линию в соответствии с тепловым циклом, по которому работает паровая машина между давлениями p 1 и p 2, а также объёмами Могу добавить к запасам схему Тесла и его очередного детища. к ранее опубликованому… разьяснения к схеме башня Теслы. схемка изготовления генератора, подробной работы. Чем больше резонатор, тем эффективнее он осуществляет преобразование и усиление сигнала. Трансформатор, увеличивающий напряжение и частоту во много раз, называется трансформатором Тесла. Энергосберегающие и люминесцентные лампы. Сейчас начали вспоминать двигатель Стирлинга. Дескать у него и экономичность и экологичность, да и вообще — название красивое. Если отсечь все невозможное, то Башня Тесла (за вычетом не существенных здесь технических нюансов) есть не Иначе говоря, принципиальная схема башни выглядит следующим образом. О Душе «Жизнь – это способность получать, накапливать электроэнергию, и её силой строить тело, – инструмент души, познающей мир. Катушка Тесла своими руками. Трансформатор Тесла изобрел знаменитый изобретатель, инженер, физик, Никола Тесла. Прибор является резонансным трансформатором. Автодром «Айвенпа» Некогда здесь проводились гонки на трехколесных компактных автомобилях, теперь же место занято мутировавшими муравьями. Катушка Тесла своими руками — схема и расчет простого электрического украшения своими руками. В нашем мире постоянно происходят удивительные вещи. Конструируя, создавая, возводя различные сооружения и башни, Тесла, как величайший гений, работал для будущего, а не для настоящего. Он запатентовал свыше 300 приборов. Первая башня-лаборатория должна была стать первым звеном во всемирной системе беспроволочной передачи энергии. Подобные башни должны были появиться в…. Настольная башня Тесла HD. Sawyer Bodenhall. Загрузка. Эфир. Трансформатор Тесла. Описание работы — Продолжительность: 22:18 Просто о сложном 461 112 просмотров. Генератор Тесла своими руками — схема и последовательность проведения работ. Одно из них — это генератор Тесла, в основе которого лежит эффект вылетающих стримеров, что очень. Фото патента на башню Никола Тесла. На данной схеме мною представлена схематичная конструкция башни в виде электрической схемы для сегодняшней ситуации. Некоторые изобретения Николы Теслы мы используем сегодня. По задумке Теслы Башня Ворденклиф должна была стать шагом к созданию Всемирной беспроводной системы. В схему этого устройства входит две обмотки Компоненты трансформатора Тесла. Трансформатор Тесла может иметь несколько видов катушек, но у них похожие черты. За сим, приступим. Башня Тесла: характеристики работы. Если отсечь все невозможное, то Башня Тесла (за вычетом не существенных здесь технических нюансов) есть не что иное, как. ПЕРВЫЙ СЕКРЕТ Все секреты Теслы основаны на ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБРАЗЦЕ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ: Обычная энергетическая система содержит генератор и двигатель (общий. Гигантские башни, генераторы энергии, которые были построены Тесла, использовались для Ниже приведена принципиальная схема катушек Тесла, которую можно собрать без больших. Схема катушки Тесла очень простая. Катушка Тесла представляет две катушки L1 и L2, которая посылает большой импульс тока в катушку. Никола Тесла по истине гениальный изобретатель всех времен. Он практически создал весь современный мир. Без его изобретений мы бы долго не знали о электрическом токе того. Катушка Тесла — это резонансный трансформатор. В основном это LC схемы, настроенные на одну резонансную частоту. Высоковольтный трансформатор используется для зарядки. Башня Ворденклиф (англ. Wardenclyffe Tower, 1901—1917, также известная как Башня Теслы) — первая беспроводная телекоммуникационная башня, созданная Николой Теслой и предназначавшаяся для коммерческой трансатлантической телефонии, радиовещания. Хочу все знать. Башни Тесла, скрывающиеся в дебрях лесов Подмосковья. Фото 10. Ну а подробнее про Теслу — повелителя молний я вам рассказывал вот тут: Никола Тесла. Рис.6. Схемы патентов Николы Тесла, проясняющие работу его башен (предоставил ной). Видно, что Тесла прекрасно знал, что его работа с радиантной энергией опасна. В схеме электромобиля Теслы то, что принимают за приемник (черный ящик и два стержня за спиной у водителя) очевидно, является передатчиком. Используется два излучателя. Схема башни Вондерклифф. Команда башни Ворденклифф несколько раз тестировала свое фантастическое устройство, и получало неплохие результаты (одно из испытаний напрямую. Сделай своими руками трансформатор Тесла (Tesla coil). В 1891 г. Никола Тесла разработал трансформатор (катушку) при помощи которого он ставил эксперименты с электрическими. Трансформатор Никола Тесла или 220 вольт из ничего. Рассмотрим схему образования свободной. Высокочастотный резонансный трансформатор Тесла для отопления и освещения дома дачи. Простейший трансформатор Теслы включает в себя входной трансформатор, катушку. Для привода паровой машины необходим паровой котёл. Расширяющийся пар давит на поршень. В различных науках эти процессы называется по-разному, хотя имеют общую сущность. Все таки забыл сказать главное его преимущество технически построить его в разы легче чем. Roman Belousov, Moscow, Russia. Log in or sign up to contact Roman Belousov or find more of your friends. Fallout: New Vegas, Интерактивная карта пустоши Мохаве, Mojave, русская версия, описания локаций. Иногда можно услышать, что сочинение музыки — это несложно, и что любой человек может этим.

Никола Тесла и его забытые изобретения | Прошлое

Гениальные люди — это метеоры, призванные сгореть, чтобы озарить свой век.

Наполеон

В практической жизни от гения проку не больше, чем от телескопа в театре.

Артур Шопенгауэр

Переменный ток, электродвигатели, флуоресцентный свет, беспроводная передача энергии, дистанционное управление, лечение высокочастотными токами… Человек, получивший более 300 патентов на изобретения, без которых наша жизнь сейчас была бы попросту невозможна, лишь вскользь упоминается в учебниках физики. Одна из самых противоречивых фигур в истории мировой науки — то ли величайший гений 19-20 века, то ли шизофреник и шарлатан, Никола Тесла прожил весьма бурную, и, надо сказать, не слишком счастливую жизнь.

Учёный не гнался за славой и не умел распоряжаться деньгами. Подавляющая часть его открытий не дошла до потомков. Легенды о создаваемых им приборах до сих пор возбуждают любопытство — если хотя бы часть из них является правдой, то человечество потеряло реальную возможность сделать гигантский шаг вперёд — шаг, который полностью изменил бы облик нашей планеты и ускорил развитие науки.

Милутин Тесла, отец Николы

Никола Тесла родился 10 июля 1856 года в селе Смиляны (Хорватия). Ребёнок посещал гимназию в Карлштате, хорошо учился, но рос слабым и нерешительным. Уже тогда у него стали проявляться некоторые странности в восприятии окружающей действительности. При взгляде на жемчуг у Теслы случалось некое подобие приступа, персики приводили его к лихорадке. Стоило ему посмотреть на то, как в воду опускают прямоугольные листы бумаги, как во рту появлялся странный привкус.

Отец Николы — Милутин Тесла, сербский православный священник, мечтал о духовной карьере для своего сына. Последний, напротив, испытывал необъяснимую тягу к естественным наукам. Понимая это, отец строго-настрого запретил мальчику поступать в политехнический институт в Граце. Вскоре Никола тяжело заболел. Врачи сообщили отцу, что ребёнок может не выжить. Убитый горем Милутин, желая ободрить сына, официально разрешил ему поступить в институт. Некоторое время спустя юный Тесла выздоровел. Вернее, не совсем. После перенесённой болезни у него стали появляться видения, сопровождавшиеся вспышками света.

Сильные вспышки света покрывали картины реальных объектов и попросту заменяли мои мысли…

Из дневников Н. Теслы

Позднее Тесла признавался, что благодаря этим видениям он может «сконструировать» любой прибор у себя в голове и там же проверить его работоспособность, не прибегая к каким-либо реальным экспериментам.

В 1878 году Тесла окончил институт в Граце, в 1880 году — Пражский университет. После этого он работал на телеграфе в Будапеште, позднее перебрался в Париж, а из него — в Страсбург. В 1883 году Тесла построил свой первый электродвигатель. Год спустя на талантливого физика обратил внимание Томас Эдисон.

Познакомившись с Эдисоном, молодой серб переехал на работу в США, где и прожил всю оставшуюся жизнь. Примечательно, что когда Тесла сошёл с корабля в Нью-Йорке, у него в кармане было только 4 цента, рекомендательное письмо и рисунки летающей машины. С таким «багажом» он обосновался в стране, которая, по его словам, «на целый век обогнала Европу в техническом развитии».

Томас Алва Эдисон

Рабочий день Николы длился с 10:30 утра до 5 утра следующего дня. Он трудился, не покладая рук, но отношения с Эдисоном у него, увы, так не сложились. Американец был всего на 9 лет старше Теслы, однако на его счету были такие популярные изобретения, как угольный микрофон, электрическая лампочка и фонограф. Все они работали на постоянном токе, в то время как Тесла видел будущее физики лишь в переменном токе.

После очередного спора Эдисон пообещал Николе $50000, если тот сможет переоборудовать завод машинами, работающими на переменном токе. Молодой учёный успешно справился с задачей, но Эдисон поступил по-свински и не заплатил ему ни цента, сославшись на своё чувство юмора: «Когда ты станешь настоящим американцем, ты сможешь оценить эту шутку».

Выйдя из команды Эдисона в 1887 году, Никола основал компанию «Тесла Электрик Лайт Компани». Уже через год к нему пришла слава — миллионер Джордж Вестингхаус (изобретатель гидравлического паровозного тормоза) услышал доклад Теслы в Американском институте инженеров-электриков и сразу же заплатил ему $60000 за патенты на систему передачи и распределения многофазных токов. Позднее эта технология была использована компанией «Вестингхаус Электрик» при постройке гидроэлектростанции на Ниагаре мощностью в 50000 лошадиных сил (в финансировании проекта участвовали богатейшие люди того времени: Морган, Астор, Ротшильд и Вандербильт).

Свидетельство о регистрации компании «Тесла Электрик Лайт».

Один из недоброжелателей молодого серба — профессор Гарольд Браун — нелегально приобрёл генератор Вестингхауса (построенный по патенту Теслы) и использовал его для казни убийцы Вильяма Кеммлера на электрическом стуле в федеральной тюрьме Аубурн. По замыслу профессора это должно было показать людям опасность переменного тока. В 1890 году осуждённый умер в страшных мучениях, поскольку «добрый» профессор внёс в генератор некоторые изменения, значительно увеличив силу тока.

Освещённая «Аллея Славы» на Чикагской выставке 1893 года.

В 1893 году Вестингхаус и Тесла выиграли государственный конкурс (победив компанию General Electric) на монтаж освещения для Всемирной выставки в Чикаго. 1 мая во время торжественного открытия президент Кливленд нажал на кнопку и включил несколько сот тысяч ламп, превративших, по выражению журналистов, «ночь в день». Следует сказать, что до настоящего времени ни одна частная компания не смогла реализовать осветительный проект подобного масштаба.

Успешная продажа изобретений сделала Николу богатым человеком. Он мог позволить себе всласть поиздеваться над своим завистником Эдисоном, утверждавшим, что переменный ток смертельно опасен для жизни. В 1893 году Тесла устроил настоящее шоу на Всемирной выставке в Чикаго. Стоя на подиуме в центре выставочного зала, он пропустил через себя ток напряжением в два миллиона вольт. По версии Эдисона, от «сумасшедшего серба» не должно было остаться даже пыли. Однако Тесла спокойно улыбался, а в его руке горела лампочка Эдисона, получавшая энергию будто бы из ниоткуда.

Чуть раньше, в 1891 году, в своей лаборатории в городке Колорадо-Спрингс Тесла сконструировал огромный резонансный трансформатор, позволявший получать высокочастотное напряжение с амплитудой до нескольких миллионов вольт (энергию обеспечивала электростанция компании Эль Пасо). Учёный исходил из гипотезы, согласно которой наша планета является великолепным проводником электричества, и через неё можно передавать энергию на любые расстояния.

Знаменитый кадр — Тесла спокойно сидит под разрядами в миллионы вольт и работает с бумагами.

Лаборатория в Колорадо-Спрингс.

Башня загудела и начала разражаться молниями длиной в несколько десятков метров. Гром был слышен на расстоянии 15 миль. Люди, шедшие по улице, наблюдали искры, скачущие между их ногами и землёй. Если кто-нибудь открывал кран, желая напиться воды — он видел ворох ярких искр. Лошади получали шоковые удары через металлические подковы. Наэлектризованные бабочки беспомощно кружили в воздухе, светясь синими огнями.

Тесла работал в своей лаборатории 9 месяцев и пришёл к выводу, что энергию лучше всего передавать путём «её отражения от земли и ионосферы». Учёный вычислил, что необходимая для этого частота составляет около 8 герц. Данная теория была экспериментально подтверждена лишь в 1950 году.

Незадолго до начала Мировой войны Тесла предложил революционный по тем временам способ обнаружения подводных лодок путём «испускания высокочастотных радиоволн под воду с тем, чтобы они отражались от металлических корпусов субмарин». Но дальше идеи дело не пошло. Радар был «повторно» изобретён англичанами в 1940 году.

В 1900 году невероятные эксперименты Теслы сожгли генератор на электростанции Эль Пасо, и изобретатель был вынужден переехать в Нью-Йорк. Там его уже поджидал один из богатейших людей того времени — банкир Джон Пирпонт Морган. Он внимательно выслушал рассказы Теслы о том, что он может «собирать энергию солнца через особую антенну» а также «контролировать погоду при помощи электричества», и предложил учёному начать с более скромных проектов, а именно — построить Всемирный центр беспроводной передачи (банкир подразумевал под этим создание узла телеграфной радиосвязи).

Тесла в ответ предложил создать не просто «продвинутый» телеграф, а устройство, обеспечивающее беспроводную связь по всему миру с возможностью голосового общения, трансляции музыки, новостей, биржевых котировок и даже передачи изображений (сравните с возможностями интернета).

Морган, как это принято говорить сейчас, «уронил челюсть на пол» и немедленно выдал учёному около 150 тыс. долларов (по нынешним временам это эквивалентно нескольким миллионам долларов), а также выделил участок в 200 акров на острове Лонг-Айленд. Там была построена башня высотой 57 метров со стальной шахтой, углублённой в землю на 36 метров. Наверху башни установили 55-тонный металлический купол диаметром 20 метров.

В 1905 году был проведён пробный пуск этой невиданной энергетической установки. Эффект был просто ошарашивающим — как впоследствии писали журналисты, «Тесла зажёг небо над океаном на тысячи миль».

Башня проекта «Ворденклиф».

Я не тружусь для настоящего, я тружусь для будущего!

Тесла о проекте «Ворденклиф»

Однако мало кто догадывался, что это было началом конца карьеры гениального физика. За несколько лет до реализации проекта «Ворденклиф» итальянец Маркони и русский Попов независимо друг от друга создали радиопередатчики. В ответ на вопрос Моргана о том, что же на самом деле представляет из себя эта установка, Тесла признался, что обманул банкира — он создавал не интернет образца 1905 года, а гигантский передатчик энергии.

Беспроводная передача электричества с одного континента на другой банкира совершенно не интересовала, поэтому он прекратил финансирование.

Это не мечта! Это всего лишь инженерный проект… Правда, очень дорогой… О слепой, малодушный, недоверчивый мир!

Из писем Теслы после закрытия проекта «Ворденклиф»

Оборудование башни проекта «Ворденклиф».

После закрытия проекта «Ворденклиф», в который Тесла вложил значительную часть собственных денег, учёный начал вести уединённый образ жизни. Именно с этим временем — вплоть до 7 января 1943 года, когда Тесла умер в возрасте 87 лет, связано подавляющее большинство слухов о его невероятных теориях.

В 1898 году в парке Мэдисон-Сквер прошла презентация нового изобретения Теслы. Посреди парка имелся пруд, в котором плавал небольшой кораблик. Зрители были в шоке — судно двигалось, следуя приказам учёного. Когда Тесла в шутку предложил им пообщаться со своим изобретением, кто-то (тоже в шутку) спросил: «Каков будет кубический корень из 64?». Маячок на корабле мигнул четыре раза.

Чуть позже всё прояснилось — после испытаний чудо-корабля Тесла зарегистрировал патент номер 613809 на устройство дистанционного управления, использующее радиосигналы.

Когда репортёр газеты «Нью-Йорк Таймс» спросил у изобретателя, можно ли начинить его кораблик динамитом и направить на судно неприятеля, Тесла взбесился и закричал: «Там, где вы видите телеавтоматическую торпеду, я вижу механических людей, выполняющих за нас всю тяжёлую работу!».

Радиоуправляемая лодка Теслы.

В том же году Тесла изучал явление резонанса. Результатом его исследований стал небольшой прибор, который был прикреплён изобретателем к железной балке на чердаке здания, где находилась его лаборатория.

Через некоторое время стены соседних домов стали вибрировать, люди в панике выбегали на улицу. Будучи наслышанными о проделках «яйцеголового маньяка», они вызвали полицию. К дому Теслы устремилась толпа репортёров. Однако до их прибытия изобретатель всё же успел выключить и уничтожить свой прибор. «Я мог бы обрушить Бруклинский мост за час», — признался он впоследствии. Кроме того, он заявлял, что мог бы расколоть Землю — нужен лишь подходящий резонатор и точный расчёт времени.

Летающая машина Теслы (чертёж к патенту).

В 1931 году неугомонный Тесла продемонстрировал новый феномен. С обыкновенного автомобиля был снят бензиновый двигатель, а вместо него установлен электромотор. Затем Тесла прикрепил под капот небольшую коробочку, из которой торчали два стерженька. Выдвинув их, Тесла сказал: «Теперь у нас есть энергия». После этого он сел на место водителя, нажал на педаль, и машина поехала. Тесла ездил на ней неделю, развивая скорость до 150 км/час. Никаких батарей или аккумуляторов на машине не было.

На вопрос о том, откуда берётся энергия, он невозмутимо отвечал: «Из эфира, который нас окружает». Снова поползли слухи о безумии электротехника. Теслу это рассердило. Он снял с машины таинственную коробочку, навсегда похоронив тайну своего электромобиля.

В возрасте 72 лет Тесла запатентовал «аппарат для воздушной транспортировки» (номер патента 6555114) — гибрид самолёта и вертолёта. Согласно описанию и чертежам, эта летающая машина весила 400 килограммов, могла взлетать с любой площадки, и стоила около $1000. К сожалению, под конец жизни учёный был слишком беден, чтобы построить действующий прототип.

Тесла на обложке журнала «Тайм».

В 40-х годах 20 века стали поговаривать, что Тесла окончательно свихнулся. Причиной тому послужило заявление учёного о том, что он изобрёл «луч смерти», который передаёт на расстояние до 400 км такую энергию, которой достаточно для уничтожения 10000 самолётов или армии в миллион человек.

Известно, что отчаявшийся изобретатель рассылал по всему миру предложения сконструировать «супер-оружие», предполагая установить баланс сил между разными странами и таким образом предотвратить наступление Второй Мировой войны. В списке адресатов были правительства США, Канады, Англии, Франции, Советского Союза и Югославии.

Как ни странно, Советский Союз заинтересовался этим предложением. В 1937 году изобретатель провёл переговоры с фирмой «Амторг», представлявшей интересы СССР в США, и передал ей некоторые планы вакуумной камеры для своих «лучей смерти». Два года спустя Тесла получил из СССР чек на $25000. Войну это, конечно, не остановило — Советский Союз создал лазерные технологии гораздо позднее.

Да, возможно, стареющий изобретатель действительно погрузился в мир иллюзий. Однако, учитывая то, что он никогда не бросал слов на ветер и всегда реализовывал заявленные проекты, можно допустить, что Тесла мог приспособить технологию беспроводной передачи энергии под нужды военных.

Грустный факт — изобретения Теслы заинтересовали правительство США лишь после смерти учёного. В отеле «Нью-Йоркер», где он умер, был проведён тотальный обыск. ФБР изъяло все бумаги, связанные с научной деятельностью физика. Доктор Джон Трамп, руководивший Национальным комитетом обороны, ознакомился с ними и сделал экспертное заключение, что «эти записи спекулятивны и умозрительны, они носят исключительно философский характер и не подразумевают никаких принципов или методов их реализации».

Однако через 15 лет после этого Агентство высокотехнологических оборонных исследований (DARPA) реализовало сверхсекретный проект «Качели» в Лаборатории имени Лоуренса Ливермура. На него ушло 10 лет и $27 млн., причём, несмотря на то, что очевидно провальные результаты этих экспериментов засекречены до сих пор, все учёные сходятся в одном — в 1958 году американцы пытались создать легендарные «лучи смерти» Теслы.

* * *

Ему присваивали способности ясновидца, утверждая, что Тесла спас жизнь друзьям, уговорив их не садиться на поезд, который в этот же день сошёл с рельс. Он жил в относительной бедности, хотя мог бы стать богатейшим человеком на планете.

И совершенно очевидно, что если бы современники воспринимали его изобретения всерьёз, то вполне вероятно, что мы с вами сейчас жили бы в другом мире — причём словосочетание «другой мир» можно было бы трактовать буквально. Ведь Никола Тесла действительно обогнал своё время и был самым настоящим «человеком не отсюда».

Это интересно

• Никола Тесла боялся микробов — постоянно мыл руки и требовал в отелях до 18 полотенец в день.
• Закрытию проекта «Ворденклиф» способствовали заявления учёного о том, что он регулярно общается с инопланетными цивилизациями (отсюда и слухи, согласно которым проект «Ворденклиф» предназначался для связи с другими цивилизациями), причём их сигналы становятся особо чёткими, когда на небе появляется Марс.
• Тесла зарегистрировал около 300 патентов, заработав на них свыше $15 млн. (не считая последующих отчислений).
• Изобретатель очень любил животных и, в частности, разводил голубей.
• Резерфорд назвал Теслу «вдохновенным пророком электричества».
• На лекции Николы чаще всего приходили люди, далёкие от физики. Дело в том, что лекции представляли из себя красочное шоу. Особым успехом пользовалась демонстрация флуоресцентной лампочки, лишённой спирали накала. По тем временам это воспринималось, как нечто среднее между хитрым фокусом и чёрной магией.
• Тесла писал неплохие стихи. Одной из целей его переезда в США была писательская деятельность. Этому так и не суждено было сбыться, однако сборник переводов стихов сербских поэтов на английский язык Тесла всё же издал.

Схема башни тесла — kid-stock.ru

Скачать схема башни тесла fb2

О том, что физик Никола Тесла был гениальным изобретателем и значительно опередил свое время, слышали многие. К сожалению, по ряду причин большинство его изобретений так и не увидели свет. Но одно из самых неоднозначных — катушка Тесла, сохранилось до наших времен и нашло применение в медицине, военной отрасли и световых шоу.

Если очень коротко, то катушка Тесла КТ — это резонансный трансформатор, создающий высокочастотный ток. Есть информация, что в своих экспериментах военные довели катушку до мощности в 1 Тгц. Тут стоит затронуть такой вопрос — зачем Тесла ее изобрел? Согласно записям ученый работал над технологией беспроводной передачи электроэнергии.

Вопрос крайне актуальный для всего человечества. В теории с помощью эфира две мощные КТ, размещенные в паре километров друг от друга, смогут передавать электричество. Для этого они должны быть настроены на одинаковую частоту. Также есть мнение, что КТ может стать своего рода вечным двигателем. Человечеству не придется сжигать твердые ископаемые, подвергаться риску радиационного заражения, перекрывать русла рек.

На окраинах города Истра находится самый большой каскад трансформаторов в мире. Сегодня место почти заброшено и больше напоминает базу пришельцев из фантастического фильма.

Полный размер. Этот электрополигон создавался как универсальный научно-исследовательский комплекс для испытания и исследования объектов техники на стойкость к воздействию импульсных электромагнитных полей естественного и искусственного происхождения в е годы. На первых фото каскад трансформаторов 3 МВ. Был предназначен для испытаний изоляции электрооборудования сверх- и ультравысокого напряжения.

Вдалеке видна ещё одна установка, до которой мы решили не ходить что бы не встретиться с охраной.

Похожее:

Человек, который изобрел XX век

В 2003 году Илон Маск вместе с группой талантливых инженеров основали стартап по разработке и производству машин с электрическим двигателем. Свое детище они назвали Tesla Motors (сейчас Tesla Inc.) в честь великого ученого Николы Теслы. Именно он более 100 лет тому назад придумал схему двигателя, которая используется в современных электромобилях — до сих пор остается загадкой, как ему удалось сделать это на заре развития современной физики. Впрочем, это далеко не единственная тайна, связанная с изобретениями и биографией ученого.

Первые годы жизни и обучения

Никола Тесла родился 10 июля 1856 года в сербском селе Смиляны, входившем тогда в состав Австрийской империи. Ему с детства была предназначена стезя служителя Бога, поскольку отец и дед по материнской линии были священниками. Никола с ранних лет проявлял большой интерес к точным наукам и грезил стать инженером, но собирался поступать в семинарию, поскольку боялся опечалить родителей своим выбором. Шанс воплотить свою мечту в реальность выпал во время эпидемии холеры. Видя изможденное от болезни лицо сына, отец не только разрешил ему следовать зову сердца, но и пообещал помочь поступить в лучшее учебное заведение в Европе.

В 1875 год Тесла поступил в Высшую техническую школу в Граце. Именно эту дату он считает началом своей жизни. Никола пребывал в восторге от учебного процесса и занимался словно одержимый. Он стал одним из самых лучших на курсе. Преподаватели стали ставить в пример Теслу другим студентам, что вызвало сильную неприязнь среди однокурсников, впоследствии переросшую в травлю. Находясь в отчаянии, Тесла решил попробовать вести ту же самую жизнь, что и большинство студентов: ходить по пивным и играть в азартные игры. Началось все с бильярда, а закончилось картами. Естественно, что с каждым днем на учебу оставалось все меньше и меньше времени. В итоге в декабре 1878 года за неуспеваемость и плохое поведение он был исключен из учебного заведения. Однако столь резкий поворот событий ни на секунду не остановил серба от падения в пропасть.

Неизвестно чем бы все закончилось, если бы в марте 1879 года его, подобно бродяге, не выслали домой по полицейскому протоколу. Об этом времени в своих дневниках Тесла вспоминает с горечью и стыдом, ведь он не только забросил непонятно ради чего любимое дело, но и вогнал семью в долги. После серьезного разговора вначале с отцом, а затем с матерью, беспутный игрок и выпивоха умер в нем навсегда. «Мое отвращение к азартным играм стало таким сильным, что когда я видел карты, бильярдный стол или кости, то испытывал то же самое чувство, которое появляется у меня при виде нечистот», — писал ученый.  

Жизнь в Европе и первые изобретения

Покончив с прежней разгульной жизнью, Тесла, вновь одержимый жаждой знаний, отправился в Прагу для продолжения своего образования. Через год один из родственников по материнской линии предложил ему работу на строительстве телефонной станции в Будапеште — там требовались знающие и энергичные инженеры. Молодой человек с радостью принял предложение, поскольку был неудовлетворен условиями обучения в Пражском университете. Служба в компании показалась Николе довольно легкой:  благодаря невысоким темпам работ у него оставалось время для прогулок по Будапешту и размышлений на научные темы.

Здесь Тесла сделал свое первое полноценное изобретение — телефонный усилитель. Весть о нем быстро распространилась по всей Европе и создала хорошую репутацию начинающему ученому, поэтому по окончании строительства телефонной станции в 1882 году Тесла довольно легко устроился в Континентальную компанию Эдисона в Париже. В столице Франции он занимал должность инженера по монтажу и ремонту электрических установок.

В 1883 году Николе Тесла доверили вести работы по запуску новой электростанции на железнодорожном вокзале в Страсбурге, пообещав в случае успеха огромное вознаграждение по тем временам в размере 25 000 долларов. Дело в том, что во время первой попытки открытия вокзала в присутствии высокопоставленных лиц возник пожар из-за короткого замыкания на вокзальной подстанции и обрушилась стена, поэтому новую электростанцию необходимо было запустить в кратчайшие сроки. Тесла блестяще справился с этой непростой задачей, однако глава местного отделения Континентальной компании Эдисона отказался выплачивать обещанную премию. Оскорбленный начинающий изобретатель, несмотря на практически полное отсутствие сбережений, решил уволиться.

Мысли о России и переезд в Америку

Безработный Никола Тесла оказался перед сложным выбором, что делать дальше. Он серьезно задумывался о переезде в Россию. Его привлекали высокий уровень подготовки и пытливый ум русских инженеров, с которыми ему доводилось встречаться в Париже. Один из его знакомых, Алексей Жаркевич, даже подготовил рекомендательное письмо профессору Московского университета Николаю Любимову. Однако сотрудник Континентальной компании Эдисона отговорил Теслу от этой затеи, предложив поработать в Америке у Томаса Эдисона, который в тот момент был кумиром для молодого изобретателя. Условия, которые были предложены, показались Николе вполне приемлемыми. В итоге 6 июля 1884 года Тесла ступил на американскую землю.

Работа в компании Эдисона

Видя талант и горящие глаза молодого инженера, Эдисон стал давать все более сложные и сложные задания сотруднику. Однажды он даже пообещал Николе 50 000 долларов, если у того получится конструктивно улучшить электрические машины постоянного тока, запатентованные компанией, — они довольно часто выходили из строя. Тесла успешно справился с этой задачей и представил 24 новые версии приборов, после чего поинтересовался насчет обещанной премии. Эдисон рассмеялся в ответ и сказал, что серб плохо понимает американский юмор — никакой премии не будет, максимум, на что может рассчитывать Никола, так это на увеличение своего оклада на 10 долларов в неделю. От столь унизительного предложения вновь обманутый Тесла отказался и уволился.

Через тернии к собственной лаборатории

Помещение под офис Тесла снял на Пятой авеню, вблизи конторы Эдисона, тем самым стремясь показать своему бывшему работодателю и обидчику, что, несмотря ни на что, жив и процветает. Репутация изобретателя начала восстанавливаться. Им заинтересовался президент Американского института электроинженеров. В мае 1888 года по его приглашению Тесла прочитал лекцию перед группой ученых о своей системе двигателей и трансформаторов переменного тока.

Эта лекция способствовала знакомству Николы с известным промышленником Джоржем Вестингаузером, который выкупил у Теслы более 40 патентов, а также пригласил изобретателя на должность консультанта на свои заводы в Питтсбурге, где разрабатывались промышленные образцы машин переменного тока. Никола с радостью принял это предложение, поскольку после нескольких лет безуспешных попыток убедить всех в перспективности машин переменного тока наконец встретил единомышленника. Промышленник был готов не только вложить деньги в его разработки, но и обеспечить ученого всем необходимым для работы. Сотрудничество продлилось около года, после чего Тесла вернулся к себе в лабораторию в Нью-Йорк, поскольку из-за проблем с коллективом работа на Вестингауза не приносила ему удовольствия и отнимала много времени, лишая возможности размышлять над новыми изобретениями.

Война токов

Существуют два вида тока: переменный и постоянный. Переменный ток имеет два главных преимущества перед постоянным: возможность передавать электрическую энергию на большие расстояния с минимальными потерями, а также простоту и надежность машин — генераторов и двигателей. Однако еще в конце XIX века в это мало кто верил, поскольку главный авторитет в науке того времени промышленник, Томас Эдисон, утверждал обратное. В 1890 году в США работало более сотни электростанций постоянного тока. Эдисон собирался значительно увеличить эту цифру и покрыть сетью своих электростанций всю страну от Аляски до Флориды.

Однако на его пути встали Вестингауз и Тесла, которые делали ставку не на постоянный, а на переменный ток. Наступило великое противостояние между физиками, которое получило название «война токов». Согласно мемуарам Николы Тесла, чтобы победить в этой нелегкой схватке, Эдисон стал пускать в ход «черный» PR, например начал распространять слухи об опасности переменного тока для жизни, в отличие от постоянного. Он даже способствовал принятию закона о казни на электрическом стуле, где использовался переменный ток, чтобы настроить общество против переменного тока. Однако в 1893 году Тесле с Вестингаузом удалось одержать победу и получить огромный заказ на 200 000 ламп для Всемирной выставки в Чикаго.

Тесла наконец-то получил возможность спокойно работать. Он активно занимался изучением токов высокой частоты и возможностью получения света посредством колебаний высокой частоты в лампах накаливания. Как утверждает ученый, первая половина 1890-х стала самым продуктивным периодом, но 13 марта 1895 года случилась беда: в лаборатории на Пятой авеню произошел пожар. Самые последние достижения изобретателя: механический осциллятор, стенд для испытаний новых ламп для электрического освещения, макет устройства для беспроводной передачи сообщений на дальние расстояния и установку для исследования природы электричества — сгорели дотла, так же как и здание. Многие обвиняли Эдисона в причастности к случившемуся, но сам Тесла это утверждение опровергал.

Беспроводная передача сигналов

В 1900 году итальянец планировал запатентовать в США свое открытие по передаче радиосигналов на расстояние, но патентное бюро ему отказало, поскольку ранее этот патент был получен Теслой. Это не остановило Маркони, и в 1905 году он добился того, чтобы патентное бюро аннулировало выданные Тесле свидетельства и отдало пальму первенства в этом направлении итальянцу.

Поговаривают, что это произошло не без помощи Эдисона. Правда восторжествовала лишь после смерти Теслы. В 1943 году Верховный суд США вынес вердикт, что все-таки первым, кто открыл, что электрическая связь может осуществляться без проводов был Никола Тесла. Хотя справедливости ради стоит отметить, что в разных странах изобретателем радио считаются разные ученые, например в России — физик Александр Попов.

Мировая система

Помимо беспроводной передачи связи и радиосигналов, Тесла занимался изучением беспроводной передачи энергии. Свой проект он назвал «Мировая система». Для его реализации требовалось возвести 30 башен-резонаторов в разных частях земного шара. Установленные на башнях излучатели вызывали бы колебания определенной частоты в атмосфере, под башнями в земле должны были располагаться заполненные маслом каналы, в которых с помощью насосов создавались колебания, которые передавались бы земле. Таким образом, получалась замкнутая система, в которой можно было бы отправлять на большие расстояния энергию и радиосвязь. В поисках инвестора Никола Тесла обратился к Джону Моргану, но рассказал лишь про одну из будущих функций Мировой системы — передачу радиосигналов за океан.

Промышленный магнат согласился, но довольно быстро прекратил финансирование проекта, когда, глядя на мощнейший фундамент, обнаружил, что башня в первую очередь предназначена для чего-то еще, а не для передачи радиосигналов. Морган заявил, что его обманули. В прессе разразился бурный скандал. После этого найти других инвесторов Тесле не удалось. Изобретатель вложил в проект все свои сбережения, но этой суммы оказалось недостаточно, чтобы завершить начатое. Недостроенная башня простояла до 1917 года, после чего была взорвана властями, которые опасались ее использования в шпионских целях.

Несмотря на сильное душевное потрясение после неудачи с Мировой системой, Тесла продолжал активно трудиться и патентовать свои изобретения. В последние годы жизни он занимался разработкой безлопастных турбин, устройств для радиообнаружения подводных лодок, а также изучением возможностей получения сверхвысоких напряжений. Умер Никола Тесла в Нью-Йорке в ночь с 7 на 8 января 1943 года. Урну с прахом сначала установили на местном кладбище в Нью-Йорке, позже  перенесли в Музей Николы Теслы в Белграде.

Добываем электричество из воздуха в промышленных масштабах

Прошли новогодние праздники, отгорели гирляндами елки и пришли счета за электричество. Обогрев на основе электроконвекторов не перестает меня радовать общей стоимостью системы отопления загородного дома, но мысль о бесплатных киловатт-часах становится навязчивой. Поделюсь еще одной находкой из области очевидного и невероятного.

В этот раз электричество будем добывать непосредственно из воздуха. Про электростатические разряды все знают – если погладить пушистую кошку, а потом этой же рукой взяться за металлическую дверную ручку, то ударит током. Более интересный вариант – сняв шерстяной свитер, помыть руки водой из водопроводного крана. Она, оказывается, тоже бьется статическими разрядами! Но мы сегодня не об этом. Давайте упрощенно представим, как выглядит наша планета: твердая сфера – мы здесь, атмосфера – здесь летают птицы, ионосфера – здесь летают заряженные частицы. 

Верхние слои атмосферы называют ионосферой не просто так – в ней очень много положительно заряженных частиц – ионов. Считается, что сама планета, в свою очередь, заряжена отрицательно. Отсюда и «заземление» — подключение отрицательного полюса в полярной электрической схеме к «земле».

Теперь, если представить нашу планету в виде сферического конденсатора (в вакууме), то получится, что он состоит из двух обкладок – положительно заряженной ионосферы и отрицательно заряженной поверхности земли. Атмосфера играет роль изолятора. Через атмосферу постоянно протекают ионные и конвективные токи утечки этого «конденсатора». Но, несмотря на это, разность потенциалов между «обкладками» не уменьшается. Мы по прежнему наблюдаем молнии, полярные сияния, да и ионов меньше не становится.

Это значит, что существует некий генератор, который постоянно подзаряжает эту систему. Таким генератором является магнитное поле Земли, которое вращается вместе с нашей планетой, и солнечный ветер, ионизирующий верхние слои атмосферы. Если каким-либо способом подключить к этому генератору полезную нагрузку, мы получим практически вечный и бесплатный источник электроэнергии. 

Разность потенциалов атмосферы и земной поверхности может достигать от сотен до сотен тысяч вольт на разных высотах и в разное время года. Принципиальная схема «электростанции» в таком случае предельно проста: строим высокий столб-проводник (или поднимаем кабель аэростатом), хорошенько его заземляем и разрезаем у основания на нужной нам высоте. Верхняя часть столба будет иметь положительный заряд, нижняя- отрицательный. При помощи трансформаторов снижаем напряжение до нужных нам величин, попутно увеличив силу тока…и вроде как бы все. Включаем полезную нагрузку и радуемся.

Но в этой простоте и кроется вся хитрость. Проблема 1: высота проводника. Считается, что напряженность электрического поля планеты наиболее сильна у поверхности, т.е. на высоте 100-150 м. Выше строить сложно, хотя всегда есть аэростаты…Проблема 2, она же главная: чтобы по нашему проводнику пошел ток, т.е. движение электронов от отрицательного полюса к положительному, этот самый положительный полюс там должен быть. А если мы просто построим заземленный металлический столб, то электрическое поле в лице атмосферы его обойдет, «приняв» за новую точку поверхности земли. Таким образом, электроны, которые должны были бы двигаться снизу, от заземленной поверхности по проводнику вверх, к положительно заряженным ионам в атмосфере, этого делать не будут потому, что не смогут покинуть верхнюю часть проводника. Они останутся «запертыми» в нем, чем и обеспечится нейтральный заряд всей системы. 

Грубо говоря, с металла (проводника) через воздух и в воздух ток просто так не проходит. Если совсем заумно, то есть такие штуки, как векторы напряженности электрического поля. Векторы напряженности поля проводника направлены вверх, а векторы напряженности эл. поля атмосферы направлены вниз. Они встречаются в верхней точке проводника и складываясь, компенсируют друг друга. Общий заряд системы нейтрален, однако на кончике проводника сконцентрирована наибольшая напряженность электрического поля. 

Электроны не могут покинуть верхнюю точку проводника сами по себе, у них недостаточно энергии для того, чтобы покинуть проводник. Эта энергия называется работой выхода электрона из проводника и для большинства металлов она составляет менее 5 электронвольт, но даже ее пока взять неоткуда. А если помочь электронам покинуть проводник? Тогда все заработает – электроны будут подниматься вверх, захватываться электрическим полем и по проводнику пойдет ток. Нужно только постоянно помогать им в этом процессе. Весь фокус в устройстве, которое бы освобождало электроны из проводника в атмосферу и делало это постоянно.

Нам, получается, нужен трансформатор — проводник электронов в атмосферу. И такое чудо есть – катушки Тесла. Если избыточные электроны направлять в атмосферу при помощи коронных разрядов, или плазменной дуги или еще чего-то такого же плазменного, электроны будут покидать поверхность проводника и переходить в атмосферу по воздуху, еще как.

<

p align=»center»>

Совсем упрощенно – коронным разрядом на верхушке нашего столба мы соединим обкладки «кондесатора», плазменная дуга – тот самый проводник, которым можно соединить отрицательно заряженный металл заземленного проводника с положительно заряженной атмосферой…живой пример – молния, ударившая в громоотвод.

Электростанции-столбы с генераторами тесла на верхушках, уходящие на сотни метров в высоту – выглядит футуристично, технократично и канонично! Мне эта картинка так нравится, что я не буду портить ее расчетами и формулами. Любопытные все найдут сами. И на всякий случай – первооткрывателем стать не получится, технологию недавно запатентовали.

Как построить катушку Тесла на 1,35 миллиона вольт

Я построил катушку Тесла на 1,35 миллиона вольт у себя на заднем дворе, не убив себя.

Примечание автора: это очень устаревшая статья, написанная в средней школе.

Катушка Тесла, изобретенная гениальным ученым Никой Тесла (1856-1943), представляет собой высоковольтный высокочастотный генератор энергии. Тесла разработал его для беспроводной передачи электроэнергии, но из-за его низкой эффективности сейчас они просто выглядят круто.

С помощью этого устройства Тесла мог генерировать напряжения такой величины, что они вылетали из устройства, как молнии! Зрелище извивающихся электрических струй, прыгающих по воздуху, просто захватывает. Сегодня катушки Тесла строятся любителями по всему миру только по одной причине — острые ощущения от создания собственной молнии!

также были популяризированы в 90-х годах популярной видеоигрой Red Alert. В игре катушки Тесла использовались Советским Союзом в качестве оружия для создания чрезвычайно высоких и смертельных напряжений.

Следуй за мной

Следи за моими последними приключениями

Материалы

Строительство

Следует отметить, что конструкция катушки Тесла является сложной и трудоемкой.Это дорого, отнимает много времени, опасно и требует огромной мотивации. Требуются технические навыки, и необходимы хорошие знания физики и математики. Лучше всего разбить конструкцию на разные компоненты.

Источник питания / трансформатор

Пожалуй, самый важный компонент катушки Тесла — это блок питания, и его, вероятно, труднее всего достать. Характеристики источника питания влияют на все остальные компоненты и общий размер катушки Тесла.

Источник питания в основном преобразует напряжение сети (240 В) в чрезвычайно высокие напряжения, необходимые для катушки Тесла.

Обычно любители ищут трансформаторы нескольких типов.

Трансформаторы с неоновыми вывесками (NST), вероятно, являются самыми популярными. Их можно приобрести в магазинах с неоновой вывеской. Стоимость может составлять от 30 до 100 долларов в зависимости от состояния и рейтинга. Обычно они находятся в диапазоне от 6000 В до 15000 В, с током около 30 мА. Существует 2 типа трансформаторов для неоновых вывесок: один с железным сердечником и работает на частоте 50 Гц, а другой — это новый, меньший по размеру, с переключаемым режимом, который работает на частоте 20 кГц и намного легче.Тяжелые с железным сердечником обычно работают лучше.

Конечным трансформатором будет Pole Pig. Они используются вашими местными правительственными учреждениями для подачи энергии в город. Их можно найти высоко на столбах, по которым подается электричество. Они весят около 200 кг, поэтому, если вы собираетесь украсть их, приготовьтесь с краном или чем-то еще. Кроме того, вы можете иметь с собой электрика, когда вы запускаете катушку Тесла дома, так как ваши автоматические выключатели легко сработают из-за высокого тока, который требуется этим парням.В принципе, не беспокойтесь.

Я позвонил в магазин неоновых вывесок, и они действительно продали старые / старые NST. Я посетил их и купил один за 45 сингапурских долларов. Если вы не знаете, как им управлять, лучше попросите магазин продемонстрировать. Они обманывают мелкие; Они довольно тяжелые, от 8 до 20 кг, и у меня болели руки после того, как я принес их домой в общественном транспорте.

Во-первых, некоторые детали моего трансформатора, а также спецификации, которым должна соответствовать моя катушка Тесла.

My NST выдает 15 кВ и 30 мА.

Более подробно…

Используя эту формулу, я выяснил, что моя катушка Тесла может достигать длины искры до 91,64 см. Теперь он не может приблизиться к этому значению, но он просто дает надежную оценку пространства, которое мне нужно для проведения тестов.

Конденсаторная батарея

Каждая катушка тесла должна иметь конденсаторную батарею. Это сохраняет мощность, необходимую для разряда катушки Тесла.Можно построить три типа конденсаторных батарей, в том числе полностью самодельный, состоящий из пивных бутылок и прочего. Но самый простой метод — это конструкция с несколькими мини-конденсаторами (MMC). Для MMC необходимо учитывать множество факторов.

Во-первых, вы должны знать пиковое напряжение, с которым должна справиться конденсаторная батарея.

В то время как мой трансформатор выдает 15000 В, напряжение может достигать пика до 21 213 В!

Затем нужно выбрать тип конденсатора.

Я выбрал полипропиленовый конденсатор на 1500 В постоянного тока, 0,047 мкФ, потому что он обеспечивает наилучшее соотношение цены и качества, т. Е. лучший мкФ за доллар.

Теперь, поскольку моя MMC должна хранить как минимум 21213 В, я решил, что напряжения должны быть разделены конденсаторами, когда они включены последовательно. Я планирую расположить 15 таких конденсаторов последовательно, что в сумме составит 22500 В, с которыми он может справиться.

Используя приведенную выше формулу, я подсчитал, что моему трансформатору требуется конденсаторная батарея 0.0064 мкФ. Однако это всего лишь значение резонансной шапки. Чтобы быть в большей безопасности, нам нужно значение LTR (больше, чем резонанс). Это значение зависит от того, используете ли вы статический разрядник или SRSG (синхронный вращающийся разрядник), о котором я подробнее расскажу позже. Я буду использовать статический зазор, поэтому значение LTR составляет 0,0095 мкФ.

Расчетная общая емкость 1 «струны» из 15 конденсаторов — это просто номинальная емкость каждой шапки (т. Е. 0,045 мкФ), деленная на количество насадок в струне (т. Е.15), поэтому каждая моя струна имеет 0,00313 мкФ. Для производства 0,0095 мкФ мне понадобится примерно 3 струны.

Итак, это 3 струны по 15 заглавных букв, что в сумме дает 45 заглавных букв.

К каждой крышке также должен быть прикреплен резистор. Спускные резисторы используются для безопасного разряда каждого конденсатора, чтобы обеспечить безопасное обращение при настройке и транспортировке катушки. Я выбрал резистор 10 МОм 0,5 Вт 3500 В постоянного тока.

Общая конструкция моей конденсаторной батареи выглядит следующим образом:

После того, как я закончил сборку конденсаторной батареи, делая снимки по ходу дела, по какой-то причине изображения конструкции конденсаторной батареи пропали, возможно, были удалены / отформатированы, и моя программа для восстановления данных не смогла вернуть их.

Итак, я не могу показать фотографии того, как я делал батарею конденсаторов, но я постараюсь изо всех сил описать это словами.

Хорошо, я нарисовал схему конденсаторов на бумаге формата А4. Затем я прикинул размер банка, купив 3 акрила такого размера.

Один кусок акрила будет использоваться для крепления конденсаторов. На концах конденсатора просверливались отверстия. Контакты конденсаторов проходили через эти отверстия, чтобы надежно прикрепить их к акрилу.

Мои навыки пайки были ужасными, поэтому мне было трудно спаять точки контакта вместе, чтобы сформировать цепочки конденсаторов.

Затем к каждому конденсатору были добавлены резисторы. И снова, с пайкой, работа была сделана довольно плохо.

Наконец, я просверлил отверстия в 4 углах трех частей акрила. Они будут использоваться для сквозной установки болтов и гаек.

Остальные 2 части акрила предназначены для покрытия конденсаторов из соображений безопасности.Один покрывает заднюю часть со всеми точками контакта и пайкой, а другой закрывает переднюю часть, защищая меня от конденсаторов, а их от меня.

Конденсаторная батарея находится в той части цепи катушки Тесла, где как напряжение, так и ток высокие. Требуется толстый хорошо изолированный медный провод.

Я отмерил необходимую длину конденсаторной батареи. Голый медный сердечник был обнажен в различных точках окончания цепочек конденсаторов. Конечная точка контакта была прикреплена с помощью проволочного наконечника.

Моя паяльная работа выглядит так, как будто ее выполнил пятилетний ребенок.

И, наконец, заклейка всей голой проводки. Готово! Вид сверху, обнаруживающие конденсаторы.

Общая стоимость конденсаторной батареи более 100 долларов США. Но это намного дешевле, чем покупать промышленный импульсный конденсатор.

Примерно через неделю я решил испытать недостроенную катушку Тесла. Получилось ужасно.

Зигзагообразная компоновка была глупым решением, поскольку ток предпочитал пробиваться через диэлектрический воздух, чем проходить через конденсаторы.

Между двумя соседними точками конденсаторной батареи возникла дуга, во многом благодаря ужасной конструкции Yours Truly. Я мог добавить изоляционный слой между всей цепочкой крышек, но расстояние было настолько маленьким, что я не мог найти подходящий материал.

И вот я решил все это перестроить. Это было последнее, о чем я думал, когда думал о вариантах, но, похоже, у меня не было выбора.

Потратил около часа или двух на распайку всех конденсаторов и резисторов, и мой отец купил мне новые кусочки акрила.На этот раз он будет не зигзагообразным, а просто из трех прямых цепочек заглавных букв.

На бурение потребовалось время, но, как я делал раньше, это было немного проще и быстрее…

Затем я вставил колпачки, спаял их вместе.

И, конечно, добавление резисторов…

Соединения на концах выполняются припаиванием толстого провода к 3 точкам контакта.

Электропроводка

Обычно для катушек Тесла требуются толстые хорошо изолированные медные провода из-за большого количества проходящего через них тока и напряжения.Количество обработанной меди в проволоке делает ее очень дорогой. Я попросил один диаметром 6-8 мм, 7 м, и парень дал мне диаметр 7,2 мм и назвал 47 долларов. Я не мог позволить себе платить столько только за проводку, поэтому попросил другую, меньшего размера. Это примерно 3-4 мм, не совсем то, что я хотел, но вдвое дешевле. Так что 20 долларов + за толстую проводку.

Итак, когда я сделал еще один тестовый прогон, это произошло:

Нет искр на разрядном выводе, но вместо этого на первичной обмотке!

Как видно из рисунка выше, дуга на самом деле возникает в проводе.Да, 20000 Вольт просто проскочили прямо через изоляцию провода. На самом деле я думал, что он довольно толстый, но нет, мне следовало купить высоковольтные провода (высоковольтные), но это довольно дорого.

Итак, чтобы решить эту проблему, я купил несколько трубок для аквариума, чтобы обмотать провода в качестве дополнительной изоляции. Все провода теперь изолированы трубками для аквариума.

Разгрузочный терминал

В верхней части катушки Тесла находится разрядный терминал, что и делает он.Один, как следует из названия, должен действовать как выходной терминал для стримерных разрядов, а другой — как емкостная нагрузка для вторичной катушки.

Может быть двух форм: тороид или сфера. Я не знаю разницы, плюсов и минусов между ними, но понятия не имею, как сделать большую металлическую сферу. Поэтому выбрана тороидальная конструкция.

Коммерческий алюминиевый тороид будет стоить несколько сотен, если не тысяч долларов. Самодельный стоит около 40 долларов.

Вот как я делаю свой тороид.

3 шт. Воздуховоды алюминиевые, досталось мне 3м. Довольно дорого — 30 долларов +. Затем алюминиевая лента. Это около 10 долларов. И, наконец, блюда для пирогов, очень дешевые.

Просверлите пару отверстий в центре и по краям форм для пирога, а затем затяните их вместе болтами и гайками.

Отмерьте необходимую длину алюминиевого воздуховода и вырежьте его. Я использовал алюминиевую ленту, чтобы скрепить концы воздуховода, плотно прилегая к формам для пирога.

Сглаживал внешний вид тороида, добавляя ленты от алюминиевого воздуховода к формам для пирога.

Вторичная обмотка

Вторичная обмотка — черт возьми.

Он отвечает за генерирование необходимого очень высокого напряжения, а его конструкция чрезвычайно утомительна.

Во-первых, требуется форма катушки. Провода, намотанные примерно на тысячу витков, полностью охватывают форму катушки, которая должна быть из изоляционного материала.О металлических трубах по понятным причинам не может быть и речи. Вода убивает производительность, поэтому также избегайте картона. Подойдет большинство пластиковых материалов. Обычно используются трубы из ПВХ, потому что их легко найти. Некоторые намотчики Tesla пытались и преуспели в том, чтобы намотать проводку вокруг формы катушки и полностью удалить ее, но на данный момент это выходит за рамки моих возможностей.

Черный ПВХ следует избегать, потому что он содержит углерод, серый работает, но белый — лучше всего.

Я купил 3-дюймовую трубу из ПВХ, 2 фута.При покупке формы катушки важно выбрать правильную длину, так как она сильно повлияет на высоту катушки. Слишком высокий, слишком громоздкий; Слишком короткая катушка Тесла способна поразить сама себя. Здесь играет роль соотношение диаметра к высоте. У меня была ошибка в расчетах, поэтому получилось странное соотношение 1: 6,67. Думаю, для моей катушки это плохо, учитывая, что рекомендуется соотношение от 1: 3 до 1: 6.

Перед тем, как начать, желательно покрыть форму змеевика полиуретановым лаком.

Был нанесен слой или два, и после того, как он высох, я сразу приступил к намотке проводов.

Несколько замечаний. Мы должны стремиться к диапазону от 800 до 1200 оборотов, любое большее или меньшее значение, похоже, снижает выход (либо из-за повышенного сопротивления, либо из-за низкой индуктивности). Я нацеливаюсь на 1000 ходов.

Я купил 0,5 кг провода 0,5 мм (AWG 24) (довольно дорого, от 30 долларов США). 1000 оборотов должны дать 20 дюймов.

Ранение утомительно. Я ищу слово со значением, аналогичным «утомительным», но с большей степенью страдания.Но пока подойдет утомительное занятие. Чтобы дать вам некоторое представление, вот процесс:

Для начала я нашла валяющуюся вешалку для полотенец. Ладно, не совсем «валяется», но взял это от мамы.

Разорвав его и реконструировав, я получил эту маленькую новаторскую штуку.

Намотка была невероятно утомительной, поскольку я прибегал к этому.

Я потратил 5-6 часов на намотку и намотку. Для развлечения я сделал это перед своим компьютером, пока я смотрел все оставшиеся серии CSI и Lost, которые я оставил.

Началось в 17:00, а примерно в 23:00 было так:

Я подсчитал и решил, что повредил около 240 м медной проводки. О, боль!

На самом деле я начал очень хорошо, с хорошими и плотными обмотками. Я потерял терпение на полпути, и оттуда все стало неряшливо. Надеюсь, это не сильно повлияет на работу катушки.

Я еще не доработал дизайн того, как вторичная катушка будет прикреплена к тороиду, но это должно выглядеть так.

Как я упоминал ранее, я обнаружил, что количество витков на моей вторичной катушке было слишком большим, почти 1000 витков. Это дает слишком высокое отношение диаметра формы к длине катушки, равное 6,67. Рекомендуемое максимальное соотношение — 6, что я намного выше. Я решил потратить некоторое время на раскручивание витков, чтобы получить длину катушки 18 дюймов из 20 дюймов.

Завершение вторичной катушки осуществляется путем прикрепления ее к алюминиевой ленте и использования перфоратора для подключения к концу заземляющего наконечника.

Штанга заземления

Заземляющий стержень, даже если он звучит незначительно, играет важную роль. Большинство компонентов необходимо заземлить не только из соображений безопасности, но и для их работы. Я решил использовать один заземляющий стержень с множеством подключений к нему, так как я не хотел, чтобы слишком много стержней врезались в землю.

Я начал с толстого медного провода и 1-дюймовой медной трубы длиной в фут.

Я просто просверлил медную трубку, вставил болт и гайку и прикрепил медный провод с проволочным наконечником на конце.

Заземляющий стержень должен быть забит в землю надежно и глубоко.

Искровой разрядник

Искровой разрядник действует как выключатель питания для первичного контура бака. Он использует воздух для проведения электричества между электродами и при этом выделяет много тепла.

Звучит достаточно просто, но Spark Gap — единственный компонент, на который я тратил больше всего времени. Около 20 часов легко. Существует множество проектов Spark Gaps, и было довольно сложно выбрать один из них.

Существует два основных типа искровых разрядников. Статический, не связанный с движением электродов, отсюда и название. И экзотический тип, в котором электроды вращаются для повышения производительности. Схема вращающегося искрового промежутка была слишком сложной, поэтому я остановился на статическом искровом промежутке.

Конструкция статического искрового промежутка может отличаться от простой, например:

Однако 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).

При этом вы получаете многосерийный статический искровой разрядник, который я выбрал для создания. Этот дизайн для этого сильно различается, и он имеет большое значение по цене, эффективности, выполнимости, затраченному времени и т. Д. У разных людей будут разные предпочтения в большом количестве доступных дизайнов.После нескольких часов поиска в Интернете я нашел дизайн, который мне понравился. Это парень по имени Скотт. Какой Скотт, я не знаю, но сколько там Скоттов, которые используют Tesla Coiler?

Итак, я приступил к этому.

Два куска прозрачного акрила, просверленные и поддерживаемые стержнями с резьбой по 4 углам. Стержни с резьбой действительно раздражали пилу и пилку.

Я нашел алюминиевые U-образные профили правильного размера! И снова пилить было настоящей болью.

И их выравнивание…

Электроды! Медные трубы, удерживаемые из акрила алюминиевыми U-образными профилями.

После многочасового бурения…

Последний собранный статический искровой разрядник Multi Series! Соединения крепились к болтам и гайкам, поддерживающим медную трубу и U-образные профили.

Тогда еще одно разочарование. В одном из тестовых запусков, откладывая настройку, чтобы завершить день, я уронил Spark Gap.Он очень сильно сломался и выглядел так, будто полностью вышел из строя. Я потратил на этот искровой разрядник целый день, а возможно, и больше, что-то вроде 6 часов непрерывной утомительной технической работы, и видеть, как он ломается, было совершенно отстой.

Мне пришлось построить еще один, но я сказал себе: «Ни в коем случае не еще 6 часов сверления, пиления и т. Д.», И поэтому я импровизировал. Придумал новый дизайн, и с его помощью появился шанс улучшить ситуацию.

Я нашел эти Г-образные металлические детали где-то в доме, и мне в голову пришла идея.Я попросил у папы еще, и он достал целую коробку.

И я купил 2 твердые пластиковые линейки, которые служат опорой, и они также обеспечивают точные измерения расстояния искрового промежутка.

Необходимо настроить искровой промежуток, чтобы катушка Тесла могла достичь максимальной производительности.

Для этого я подключил разрядник только к трансформатору 15000В. Оттуда я отрегулировал расстояние между электродами так, чтобы добиться максимального расстояния искрового промежутка, который соответствует максимальному проходящему через него напряжению.

Первичная обмотка

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

О моей первичной катушке мало что можно сказать. По сути, это моток медной трубы, намотанный плоской блинной спиралью. Диаметр самого внутреннего витка должен быть на 2 дюйма больше диаметра вторичной катушки, и он закручивается по спирали, сохраняя зазор 1/4 дюйма между соседними витками.Общее количество необходимых витков зависит от значений других компонентов схемы, но максимум 10-15 витков будет хорошим числом.

Медные трубки, обычно используемые в системах центрального отопления, идеально подходят для изготовления первичных змеевиков. Он имеет большую гладкую поверхность, которая идеально подходит для работы с высокими частотами / высоким напряжением, и его легко сгибать вручную.

Хорошим материалом для монтажа высоковольтных компонентов является полиэтилен высокой плотности (HDPE), который легко достать в виде разделочных досок.Это то, что я буду использовать для поддержки трубки. Если вы используете древесину, ее следует просушить и покрыть лаком, чтобы гарантировать, что она действует как изолятор.

Сначала вырезал пилой полосы из ПНД.

После этого я просверлил отверстия во всех полосах, через которые будут проходить медные трубки.

Итак, я сел перед телевизором и начал продевать опоры через медную катушку.

Вот и готово!

Много недель спустя, когда я успешно протестировал испытанную катушку, мне удалось получить дугу 25-27 см… но характеристики катушки Тесла были ограничены.

Проблема была с первичной обмоткой. У меня был отвод первичной обмотки на катушке номер 8, с улучшением характеристик по мере увеличения количества витков. Моя первичная катушка, к сожалению, имела всего 8 витков. Работа моей катушки Тесла была ограничена, в первую очередь, моей первичной катушкой!

Если бы у меня была более длинная медная трубка и, следовательно, больше витков в первичной катушке, я бы смог добиться гораздо большей производительности. Очень жаль, что первичная катушка не позволяет мне достичь резонанса.

Итак, я купил новую 50-футовую медную трубку для своей новой первичной обмотки. По сравнению с моей 18-футовой старой первичной катушкой, у меня никогда не должно закончиться оборотов, от которых я мог бы отводить.

Целый день работал над этим. После 4 часов пиления, сверления, забивания молотком.

На этот раз я сделал это немного по-другому, потому что научился на собственном опыте. Продевать через опоры было мучительно утомительно, поэтому я поумнел и сделал это по-другому.Вместо того, чтобы продевать его, я просто сделал узкие выступы с небольшими отверстиями в опорах. Оттуда я могу просто вставить медные трубки, чтобы они хорошо вошли в выступы опор.

К первичной обмотке необходимо выполнить два электрических соединения; фиксированное соединение на одном конце катушки и подвижная точка отвода для подключения к любой точке катушки. Это то, что позволяет нам настраивать частоту первичного контура резервуара в соответствии с естественным резонансом вторичного контура.

Подвижное соединение отвода первичной обмотки было выполнено с помощью держателя предохранителя. Он был разработан для установки предохранителей, но если осторожно согнуть его плоскогубцами, возможно хорошее соединение с медной трубкой. На самом деле мне потребовалось много модификаций, чтобы заставить его хорошо соединиться с толстым медным проводом.

Неподвижное соединение выполняется путем скручивания внутреннего конца медной трубки вниз, и я приклеил проволочный наконечник, чтобы обеспечить хороший электрический контакт.

Стенд

Я решил создать подходящую подставку, чтобы упростить настройку, улучшить внешний вид и удобство хранения, когда я закончу с ней.Итак, несколько недель назад (на самом деле почти месяц) я попросил отца выступить за это. Я описал ему, что хочу: две палубы, 4 опоры, на колесах.

Через неделю или две он сделал это, но я продолжал просить мелкие исправления и изменения. Это выглядело действительно некрасиво с желтым, белым, серым и коричневым. Четыре опоры представляют собой трубы из ПВХ, а деревянные блоки используются для удержания предметов на месте.

Если я и чему-то научился у Apple iPod, так это тому, что Immaculate White выглядит потрясающе.

S $ 9.00 за белую аэрозольную краску. Глупые плееры iPod учат глупым вещам.

Я потратил почти 2 дня на постоянную установку катушки Тесла на подставку. Мне пришлось просверлить больше отверстий, добавить больше деревянных блоков, чтобы удерживать предметы на месте, просверлить крючки, отрегулировать длину проводов, чтобы они соответствовали конструкции, и т. Д., И, наконец, снова покрасить распылением в белый цвет.

В конструкции были функции и особенности, в том числе:

Крюк для удержания длинного провода заземления и медного стержня заземления.Так что теперь это намного проще и удобнее.

Трансформатор 15 кВ, искровой разрядник и батарея конденсаторов удобно расположены на нижней палубе. Все кабели изолированы трубками для аквариума и укорочены, чтобы поддерживать их в чистоте и порядке. Трансформатор тоже на колесах, так как я не могу перемещать катушку Тесла с ним. Один только трансформатор, возможно, тяжелее, чем остальная часть катушки Тесла.

Тороид жестко установлен поверх вторичной обмотки.

Первичный змеевик поддерживается 4 трубками из ПВХ.

И, наконец, полностью завершенная установка катушки Тесла.

Красавица, не правда ли?

Тесты

Я провел много тестовых прогонов со всей собранной установкой, и примерно половина из них была неудачной. Но я не буду документировать их все. Вместо этого ниже приведены только успешные тесты.

Тест 1: Первый свет

Столкнувшись с таким количеством проблем и неудач во всех предыдущих тестовых запусках, я вошел в этот тест с мышлением, что это-будет-еще-еще-пробный-запуск-с-проблемами-которые-я-должен-исправить.

Искровой разрядник вообще не настраивался, но я все равно запустил полную настройку. Первичная обмотка была задействована на 7-м витке. Было уже довольно поздно, около 8 часов вечера, но мне нужна была темнота.

… и ВКЛЮЧАЙТЕ!

Искровой разрядник горел очень громко; опасная вещь, на которую можно смотреть, поскольку она излучает ультрафиолетовые лучи. Но потрясающая искра на разрядном выводе намного, намного красивее.

Увеличенное изображение.

Замечательный спектакль! Наконец-то первый свет от разрядной клеммы!

Я уверен, что при правильной настройке его производительность может быть увеличена примерно в 3-5 раз по сравнению с пробным запуском.

Я измерил диаметр тороидального разрядного вывода, сравнил его с длиной искры на фотографии и оценил, что он составляет 8 см.

Поскольку у меня нет подходящего метода измерения чрезвычайно высокого напряжения, давайте сделаем некоторые приблизительные оценки.

В электрическом поле (создаваемом разрядным выводом в форме тороида) электрический пробой воздуха соответствует примерно 30 000 В / см.

Таким образом, сфотографированная дуга 8 см составляет около 240000 В.0,5 Vмакс = 495300 В

Эта формула каким-то образом дает моей катушке плохую максимальную длину искры 16 см. При использовании другой формулы (приведенной выше в разделе «Источник питания / трансформатор») получилось 91,64 см.

Тест 2: Ограничено первичной обмоткой

18:00, я решил вытащить всю свою установку Tesla Coil на улицу. Починил кое-что, настроил камеру, предупредил моих братьев и сестер / родителей о шуме, который я собирался создать, забил стержень заземления…

К тому времени стемнело…

Я всегда ненавижу удары по заземляющему стержню.Мой сад на заднем дворе теперь квалифицируется как поле для гольфа.

Точка отрыва — это просто неинтересный алюминиевый стержень, прикрепленный к тороиду. Ленты будут извергаться из этой точки прорыва, а не вспыхивать случайным образом.

И я загорелся!

Глупый я. Я даже не подключил первичный ответвитель к первичной катушке. Результат? Серьезное искрение, когда ток пытается замкнуть цепь.

Что я нашел невероятным, так это то, что, несмотря на огромные потери энергии при искрообразовании, катушка работала! См. Верхнюю часть точки отрыва, которая слегка изгибается по отношению к заземленному стержню справа.

Итак, я исправил проблему с первичным ответвлением и попробовал еще раз.

Появились гоночные искры. Это происходит, когда есть искра от первичной обмотки к вторичной обмотке. И через некоторое время (из-за множества попыток) это стало серьезной проблемой.

Гоночные искры возникают, когда катушка имеет одно или несколько из следующего:

— Чрезмерно высокое сцепление
— Система с избыточной мощностью
— Плохое гашение в искровом промежутке
— Несоответствие, слишком большой тороид
— Чрезмерно большой первичный конденсатор

Неважно, в какую мою попадет, но мне это не понравилось.

У меня не было выбора, кроме как изменить уровень первичной катушки, сделав его ниже. Это будет связано с опорами для труб из ПВХ (на которые я потратил много усилий) и вернуться к временным опорам.

И это сработало отлично!

Я решил поставить рядом с установкой люминесцентную лампу. Это совершенно ни с чем не связано. Просто лежал. И МАГИЯ!

Хорошо, если вы кое-что знаете об электрических полях.

Известно, что электрические поля катушек Тесла (да, даже самодельные) настолько мощны, что могут создавать помехи для телевизионных сигналов и делать любые цифровые устройства, которые вы носите, бесполезными. Большинство коммерческих катушек Тесла помещено в клетку Фарадея как таковую.

Когда все НАКОНЕЦ заработало (почти больше часа), настало время утомительной настройки.

Мне пришлось настроить частоту первичной катушки в соответствии с частотой вторичной катушки, чтобы они находились в резонансе и производили максимальную мощность.Это делается путем изменения положения первичного ответвителя в разных точках первичной катушки.

И я начал настраивать, и удаление точки прорыва…

И обратно с точкой прорыва в позиции:

Обычно намотчики Tesla должны найти идеальное количество витков для намотки первичной обмотки. Слишком много оборотов или слишком маленький резонанс не будет достигнут.

У меня был другой случай. Все началось так…

Когда я пошел покупать компоненты для своей катушки, я купил гибкую медную трубку, чтобы сделать первичную катушку у какой-то старушки.Ранее мне говорили, что цена на медь за последние годы взлетела до небес. Она брала с меня 12 долларов за метр, я купил их на 66 долларов.

Когда я сделал свою первичную катушку, она дала мне 8 витков, что довольно мало. Но, думаю, большего я себе позволить не мог. Однажды мне сказали, что я могу купить медную трубку по цене 25 долларов за 50 футов. И что старушка меня обманула.

Grah. Я мог бы пройти вдвое больше поворотов за 25 долларов, по сравнению с 8 жалкими поворотами за 25 долларов.

Вернувшись туда, где мы были, я понял, что производительность катушки Тесла увеличивается с количеством витков. На 7-м повороте образовалась искра в 25 см.

Итак, у меня был первичный ответвитель на 8-м ходу, максимум.

Если бы у меня была более длинная медная трубка и, следовательно, больше витков в первичной катушке, я бы смог добиться гораздо большей производительности. Очень жаль, что первичная катушка не позволяет мне достичь резонанса.

Как бы я ни хотел завершить проект Tesla Coil сегодня раз и навсегда, я думаю, что будет разумнее, если я куплю новую более длинную трубку и настрою катушку на ее максимальную производительность, а не ограничиваясь первичными витками.Так что этот проект будет снова расширен.

Сегодняшняя максимальная искра составляла около 25-27 см! С моей катушкой мощностью 450 Вт я должен получить как минимум 40-50 см искр. Но пока это лучший результат.

Звук от катушки Тесла пугающе громкий. Мне удалось запустить его довольно много раз сегодня (кажется, более 10 раз), потому что соседи справа были далеко от дома. Я забыл о соседях слева, поэтому они услышали это и подумали, что это их домашняя сигнализация (Да! ТАК громко.). Поэтому они вынули батарейки из домашней сигнализации и вернулись к своим делам. Представьте, что случилось, когда меня нашли. Ургх.

Вот результаты на сегодня!

Тест 3: Финал

В течение нескольких недель после испытания 2 я починил первичную катушку, сделав новую. Однако пройдут месяцы, прежде чем я смогу провести какие-либо тесты с новой первичной катушкой из-за всех моих обязательств и школьной работы.

Когда наступили июньские каникулы, моя семья решила отправиться в путешествие по Европе, тем самым отложив мои планы окончательно закончить катушку Тесла раз и навсегда.

Итак, еще через три месяца наступили сентябрьские каникулы. Идеально.

Я вынул катушку Тесла, покрытую видимым слоем пыли после СЕМЬ месяцев нетронутой.

Медь первичной обмотки, очевидно, была окислена, приобрела более темный и менее отражающий вид. Это может снизить производительность, но я все равно пошел дальше.

Также расшатался разрядник. Я не хотел тратить время на то, чтобы снова довести его до совершенства и максимальной производительности, поэтому я просто затянул его и подключил к системе.

После тщательной очистки я перенес настройку в резервную копию, и все было готово!

Катушка Тесла началась с очень слабого дисплея…

Затем я настроил первичный отвод, чтобы настроить катушку…

Я перешел с Turn 9.5 на 8.5 и обнаружил, что это значительно повысило производительность. Я перешел на 7.5, но производительность упала, но не так сильно, как в Turn 9.5

Итак, я прикинул, что идеальное место отвода находится где-то между 7-м поворотом.5 и 8.5, поэтому я перешел на 8-й поворот.

Отсюда точная настройка показывает очень незначительные улучшения, если они вообще есть. Но я подумал, что Turn 8 выглядит немного лучше, чем Turn 8.5, поэтому я попытался настроить его еще больше.

Я установил положение ответвления на 7,75, что, как и следовало ожидать, имело еще более незаметную разницу. Я не был уверен, был ли поворот 7.75 лучше, чем поворот 8, но мой отец сказал, что так оно и есть.

Я остановился на Turn 7.75 и сделал оттуда пару фотографий.Видео включено!

На этот раз я измерил расстояние между точкой прорыва и целью, в которую попали дуги молнии, и оно оказалось около 40-50 см! Это соответствует примерно 1 350 000 В! Сладкий!

Это должно закончиться моим путешествием с катушкой Тесла. С тех пор, как я начал работу над проектом 28 февраля 2007 года, до сегодняшнего дня прошел очень долгий путь. Больше полутора лет.

Производительность отличная! Хотя я не слишком уверен, что это примерно на максимуме, который он может выдавать, поскольку я не настраивал искровой разрядник после того, как он ослаб в течение нескольких месяцев, я думаю, что должен быть довольно близок.

Думаю, это завершает этот удивительный проект, так что наслаждайтесь фотографиями!

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 мы это делаем в электромагните, мы скручиваем провод. Магнитные поля от отдельных витков складываются в центре.

Постоянный ток создает статическое магнитное поле. Что происходит, если 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 является «упорным», 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 — это 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 из 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-цепи, например:

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:

Привод цепи на ее резонансную частоту добавляет энергию в течение каждого цикла. Обеспечивая последовательность своевременных толчков, мы можем создавать чрезвычайно высокие напряжения! 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 катушки. 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, — это IGBT, сокращение от биполярных транзисторов с изолированным затвором. IGBT — это транзистор, способный управлять очень высокими напряжениями и токами. Это его схематическое обозначение:

Его клеммы обозначены 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 при нулевом токе, 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 на его затворе нужно только поднять напряжение 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 _{, шина} /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 это! 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, логика управления 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, эффективно предотвращая 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 схеме \ PRE и D вытянуты высоко. 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 команд MIDI 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. В соответствии со спецификациями 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.

Регулятор мощности 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 микропрограммном обеспечении прерывателя есть справочная таблица частот и времени включения, которые определяются эмпирически путем изменения ширины импульса и наблюдения за характеристиками искры.

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. Однако 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.

, 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, который заряжает первичный конденсатор. 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 _выход × NST I _выход

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 синхронизирующие 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 резонанса (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 примерно 5: 1 для катушек Тесла небольшого размера, 4: 1 для катушек Тесла среднего размера и примерно 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 обмотки (футы) = (Количество витков вторичной обмотки × (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 ² ) × ((Диаметр вторичной формы 2) ² )) ∕ ((9 × (Диаметр вторичной формы 2)) + (10 × Вторичная форма Высота намотки провода)))) × 0,001

Верхняя нагрузка

Конструкция

Верхняя нагрузка используется со вторичной обмоткой для создания вторичного LC-контура. Обычно используется форма тороида или сферы. Диаметр кольца относится к кольцу в форме тороида. Общий диаметр означает наибольшую длину от края до края 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

Общая 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 катушка

Конструкция

Первичная катушка 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 катушки = (смежная сторона первичной катушки × 2) + Диаметр центрального отверстия первичной катушки

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

Длина провода первичной катушки (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.

Процент угла = 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 × угол в процентах) + (плоская индуктивность первичной катушки × инвертированный угол в процентах)

Образец конструкции

Дизайн

Это довольно типичная конструкция катушки Тесла с использованием статического искрового промежутка, 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.

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 соединенных последовательно будет иметь 7,5 нФ при 40 кВ (также рассчитано с помощью программы TeslaMap), что достаточно близко для наших нужд.

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

Катушка Тесла Руководство по проектированию, строительству и эксплуатации

Схема катушки Тесла

Конструкция

Это базовая схема катушки Тесла (щелкните изображение, чтобы увеличить). На схеме показан статический разрядник.Если вы используете роторный искровой разрядник, просто замените статический разрядник (проводка такая же). Старые схемы иногда меняют расположение искрового промежутка и первичной катушки. Катушка Тесла будет работать в любой конфигурации, но по некоторым техническим причинам предпочтительна конфигурация, показанная на схеме.

Корпус NST должен быть заземлен. Есть некоторые споры по поводу правильного основания для NST. Некоторые выступают за подключение его к ВЧ-заземлению, другие считают, что его следует подключать к электросети.На схеме я показал переключатель, указывающий, что заземление может быть подключено к любому из них.

Источник питания

Строительство

Трансформаторы с неоновыми вывесками (NST) являются предпочтительными источниками питания. Позже в этом разделе я упомяну о некоторых других типах источников питания. Вы должны выбрать трансформатор, который выдает напряжение не менее 5 кВ, иначе у вас могут возникнуть проблемы с неработающим разрядником.

Твердотельные NST или недавно изготовленные NST, которые включают схему GFCI (прерыватель цепи замыкания на землю), не будут работать в катушке Тесла.

Если NST имеет схему GFCI (также известную как GFI или прерыватель замыкания на землю), он «отключит» или автоматически отключит NST, когда он обнаружит необычный ток на выходе NST. К сожалению, катушки Тесла производят всплески тока, которые часто вызывают отключение цепи GFCI от NST, что делает NST с цепями GFCI ненадежными в катушке Тесла. NST со схемой GFCI обычно имеют кнопку сброса GFCI где-нибудь на корпусе или, возможно, под верхней крышкой. Возможно, удастся перемонтировать и обойти схему GFCI в NST, хотя это может быть очень сложный процесс в зависимости от сложности и местоположения проводки GFCI.Адам Джонсон сообщил, что он может использовать NST с GFCI при использовании с фильтром Терри. Новые, небольшие NST на самом деле являются твердотельными источниками питания, которые обычно не подходят для катушек Тесла. Я настоятельно рекомендую использовать более старый NST для питания вашей катушки Тесла. Хороший NST должен быть очень тяжелым и содержать только первичную обмотку, вторичную обмотку и металлический сердечник (и, возможно, немного материала для заливки). Выходная частота должна совпадать с входной частотой (50 или 60 Гц).

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

NST обычно довольно легко получить, и они довольно надежны при использовании с соответствующей схемой защиты. Подержанные NST часто намного дешевле новых. Их можно найти в вывесках и центрах утилизации / утилизации. Обычно они либо работают, либо нет. Чтобы проверить NST, просто подключите его к сетевому напряжению (настенной розетке) и убедитесь, что он будет создавать дуги между выходными клеммами или каждой выходной клеммой в корпусе (при условии, что корпус заземлен).

Если NST умирает, причиной смерти иногда является искрение внутреннего герметизирующего материала. Заливка — это изолятор, обычно твердое, смолистое вещество. NST можно воскресить, сняв верхнюю часть корпуса и нагрея NST над решеткой, чтобы расплавить заливочный материал. Запекать в духовке не рекомендуется из-за токсичных паров и утечки заливочного материала. Как только заливка расплавится, ее можно перемешать, чтобы удалить короткое замыкание, или вылить и заменить трансформаторным маслом. Этот процесс очень запутан и, вероятно, не стоит усилий, если удастся найти другой NST.Также возможно использование растворителей для растворения заливочного материала.

NST имеют шунты или металлические пластины между первичной и вторичной обмотками, которые ограничивают ток даже при коротком замыкании на выходе. Ограничение тока делает трансформаторы NST более надежными, чем другие трансформаторы. Шунты можно снять, чтобы обеспечить немного больше тока, но вероятность повреждения обмотки возрастает.

Первичная сторона низкого напряжения NST должна быть подключена к сетевому фильтру, подключенному к дому или к электросети здания.Колпачок PFC должен быть подключен к первичным клеммам, но NST может работать и без него. Общие выходы мощности NST — 9 кВ, 12 кВ или 15 кВ при 30 мА или 60 мА.

NST могут быть подключены параллельно для подачи дополнительного тока на катушку Тесла. Не пытайтесь соединить их последовательно, дополнительное напряжение закоротит вторичные обмотки и повредит NST. NST с разными выходными токами могут быть подключены параллельно, но если выходные напряжения значительно отличаются (более нескольких вольт), один NST начнет перегреваться.Выполните эту процедуру, чтобы проверить совместимость с NST …

• Определите фазу выходов NST, проверив наличие дуги между выходными клеммами NST. Подключение выходной клеммы одного NST к выходной клемме второго NST (оставляя небольшой искровой промежуток). Если вы видите дугу, значит, клеммы не в фазе.
• Отметьте совпадающие по фазе выходные клеммы. Также отметьте входные клеммы низкого напряжения, поскольку переключение одной из входных клемм переключит фазу выходных клемм.
• Подключите резистор 1 кОм 1/4 Вт между выходными клеммами, находящимися в фазе.
• Запустите NST на несколько минут, отключите питание от NST и проверьте, горячий ли резистор.

Если резистор нагревается, значит, через NST проходит слишком большой ток, и их нельзя использовать параллельно.

Могут использоваться и другие трансформаторы, такие как трансформаторы зажигания масляных горелок (OBIT), микроволновые трансформаторы над трансформаторами (MOT) или распределительные трансформаторы, используемые в энергосистеме, часто встречающиеся на телефонных столбах и иногда называемые «полюсными скребками».Энергокомпании иногда выдают свиней, но они очень опасны и тяжелы.

Полюсные свиньи не имеют ограничения по току и легко могут вас убить. Некоторые могут содержать опасные химические вещества, такие как ПХД. Я не рекомендую использовать полюсные свиньи для питания катушки Тесла, если вы действительно не знаете, что делаете!

Другой вариант питания — бомбардирующий трансформатор. Моя информация ограничена, но похоже, что это трансформаторы большой мощности, используемые для изготовления неоновых вывесок.Обычно они работают около 450-800 мА при 22-26 кВ. Они явно очень тяжелые (150-200 фунтов), дорогие, и их трудно найти. Я буду добавлять больше информации по мере того, как узнаю больше.

Первичные конденсаторы (MMC)

Конструкция

Первичный конденсатор используется с первичной катушкой для создания первичной LC-цепи.

Первичный конденсатор обычно состоит из нескольких десятков конденсаторов, соединенных последовательно / параллельно и называемых мульти-мини-конденсаторами (MMC).Можно использовать конденсаторы одноимпульсного типа, но их труднее найти, их нельзя отрегулировать и их сложнее заменить. Кроме того, если MMC выходит из строя, это обычно можно исправить, заменив отдельный конденсатор в массиве, но если импульсный конденсатор выходит из строя, его необходимо заменить.

Могут быть изготовлены и другие типы конденсаторов, в том числе крышки для бутылок с соленой водой, свернутые крышки из алюминиевой фольги и многослойные пластинчатые крышки. Самодельные конденсаторы обычно требуют много работы и часто выходят из строя. Крышки для бутылок с соленой водой неэффективны, и сложно определить, с какой емкостью вы работаете.Сворачивание или складывание крышек со слоями алюминиевой фольги и пластмассовых изоляторов особого успеха не принесло. Часто в пластике есть микроскопические отверстия или слабые места, которые быстро закорачиваются. Небольшие воздушные карманы между слоями нагреваются и могут взорваться. Свернутые и сложенные колпачки необходимо погрузить в масло, чтобы уменьшить коронный разряд, который может быть грязным. Несмотря на более высокую стоимость, рекомендую использовать колпачки заводского производства. Первичный конденсатор работает в чрезвычайно сложных условиях. Он подвергается воздействию высоких напряжений и очень коротких циклов зарядки / разрядки.Заводские кепки переносят эти условия гораздо лучше, чем все, что большинство из нас может сделать дома.

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

Caps обычно имеют рейтинг VAC и VDC. При использовании конденсаторов в качестве первичного конденсатора в катушке Тесла они будут заряжаться и разряжаться только в течение очень короткого времени.Поскольку колпачки «импульсные», мы можем использовать номинальное напряжение постоянного тока при проектировании MMC. Хотя это кажется странным, рейтинг VAC следует игнорировать.

Обычно в массиве MMC используются конденсаторы от 1,6 кВ до 2 кВ. Несколько крышек подключены последовательно, чтобы обеспечить соответствующее номинальное напряжение. Рекомендуется сконструировать MMC, чтобы выдерживать в 2 или 3 раза пиковое напряжение, превышающее номинальное значение NST. Например, при использовании источника питания 15 кВ RMS (15000 * 1,414 = 21 кВ пиковое значение) MMC должен иметь минимальное номинальное напряжение от 40 до 60 кВ.Однако крышки хорошего качества можно использовать ближе к заданному рейтингу. Терри Фриц протестировал три конденсатора CD942C20P15K при номинальном постоянном напряжении, и они проработали 75 часов, прежде чем выйти из строя. Хотя 75 часов может показаться не долгим сроком службы, большинство катушек Тесла работают только в течение коротких интервалов. Типичная MMC будет иметь около дюжины крышек в каждой серии. Обычно несколько последовательных цепочек подключаются параллельно для обеспечения адекватной емкости. В программе TeslaMap есть калькулятор MMC, который позволяет быстро и легко проектировать MMC.

Многие люди в конечном итоге модернизируют свою катушку Тесла, переходя на роторный искровой разрядник или добавляя дополнительные NST. Оба эти изменения повлияют на требуемую емкость MMC. При планировании и строительстве MMC разумно учитывать будущие обновления. MMC может быть сконструирован с точками отвода между конденсаторами, чтобы можно было легко регулировать емкость массива. Также неплохо подумать о том, чтобы оставить место для добавления дополнительной последовательной цепочки конденсаторов в будущем.Иногда колпачок в MMC может выйти из строя, поэтому MMC должен быть спроектирован так, чтобы допускать замену отдельных колпачков.

MMC могут взорваться (на самом деле просто лопнуть) и / или загореться при выходе из строя. MMC должен быть спроектирован и расположен таким образом, чтобы минимизировать повреждение в случае выхода из строя крышки.

Всегда припаивайте резисторы отвода утечки параллельно к каждому конденсатору. Высокое сопротивление позволит батареям медленно разряжаться и не даст им удерживать опасный заряд.

К каждому конденсатору следует подключить спускной резистор от 1 МОм до 10 МОм, чтобы предотвратить опасный заряд в крышках.Я рекомендую использовать высоковольтные «металлопленочные» или «толстопленочные» резисторы. Обычно они доступны с номинальным напряжением 3,5 кВ и выше. Резисторы высокого напряжения с номинальной мощностью 1/2 Вт и 1 Вт обычно имеют более высокое номинальное напряжение, чем резисторы на 1/4 Вт. Некоторые высоковольтные резисторы имеют большую физическую длину, поэтому я рекомендую вам проверить указанную длину, чтобы убедиться, что резисторы можно легко подключить параллельно с вашими конденсаторами. Сопутствующие резисторы не должны находиться в прямом контакте с корпусом конденсатора, поскольку может возникнуть дуга (см. Спецификацию резистора «выдерживаемое напряжение диэлектрика»).Хорошая идея — припаять резисторы к противоположной стороне сборной платы или к тому, на что вы устанавливаете колпачки. При подключении MMC лучше всего скрутить выводы конденсатора вместе, а затем припаять. Не беспокойтесь о травлении медных дорожек на печатной плате. Тонкая медь не выдерживает тока в MMC.

Я рекомендую, чтобы все соединения в MMC были как можно короче, особенно соединения, которые соединяют цепочки различных серий. Длинные или плохие соединения между последовательными цепочками могут создать дисбаланс тока через них.Струны, расположенные ближе всего (с наименьшим сопротивлением) к основному соединению, получат больше тока.

Большинство конденсаторов не предназначены для высокочастотного заряда и разряда высокого напряжения в катушке Тесла.

Важно использовать в MMC заглушки правильного типа. Большинство крышек быстро выходят из строя при использовании в катушке Тесла. Ищите эти качества в хорошей крышке MMC:

• Колпачки полипропиленовые
• Металлические «фольговые» электроды, в особенности фольговые электроды
• Высокий рейтинг dV / dT (мин. 1000 — 2000 В / мкс)
• Максимальный среднеквадратичный ток (мин. 10-15 А)
• Максимальный пиковый ток (минимум несколько сотен ампер)
• Самовосстановление

Избегайте «металлизированной» или «металлической пленки» (металлическая пленка слишком тонкая, чтобы выдерживать токи катушки Тесла).Избегайте использования полиэфирных конденсаторов.

dV / dT — важная спецификация конденсаторов катушек Тесла. Он указывает, насколько быстро может изменяться напряжение в конденсаторе. Катушки Тесла работают при высоких напряжениях и частотах, поэтому важно использовать конденсаторы с высокими значениями dV / dT. DV / dT обычно указывается как V / uS. dV / dT рассчитывается как:

dV / dT = 2 x pi x Vпик x частота

dV / dT = 2 x pi x Vпик x частота

dV / dT = 2 x pi x 2121 x 160000

dV / dT = 2132261765 В / с

dV / dT = 2132 В / мкс

Таким образом, в этих условиях вы должны выбирать конденсаторы с минимальным значением dV / dT около 2000 В / мкс. Вы можете использовать dV / dT для оценки пикового тока, используя следующий расчет:

Ipeak = Емкость * dV / dT

Используя наши dV / dT сверху с 0.056 мкФ крышка:

Ipeak = 0,000000056 * 2132261765

Ipeak = 119,4 А

Ниже приводится список хороших / плохих крышек, который был составлен много лет назад несколькими производителями катушек Тесла. Некоторые из крышек могут быть недоступны. Значение VDC используется потому, что конденсаторы в катушке Тесла пульсируют.

Рекомендуемые крышки MMC

* Не все крышки, перечисленные в этой строке, были протестированы. Они должны работать , но, пожалуйста, проверьте характеристики конденсатора (dV / dT, среднеквадратичный ток и т. Д.)
(1) Утверждено доктором Резонансом
(2) Проверено Мэттом

Не рекомендуется для колпачков MMC
Примечание. Некоторые из этих колпачков могут работать с катушкой Тесла, но у них плохие характеристики dV / dT, и они выйдут из строя раньше, чем рекомендованные колпачки.

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

Использование первичного конденсатора резонансного размера может разрушить NST.

NST плохо работают с резонансной емкостью. Колпачок резонансного размера может вызвать состояние, известное как резонансное повышение, которое вызывает повышение напряжения в первичной цепи намного выше нормального уровня. Эти высокие напряжения могут легко повредить NST, поэтому NST следует использовать только с первичными конденсаторами большего размера, чем резонансные (LTR). Чтобы свести к минимуму риск возникновения резонанса в первичной цепи, я использую MMC на 1.В 618 раз больше резонансного размера. Отношение 1: 1,618 известно как пи или золотое сечение. Любые два числа в этом соотношении будут иметь наименьшее общее кратное, что практически не приведет к резонансу. Кроме того, колпачки LTR передают большую часть мощности через катушку Тесла.

можно заказать в Интернете, хотя их может быть сложно найти. Иногда другой намотчик заказывает несколько сотен и перепродает их другим намотчикам. Следующие ссылки должны стать хорошей отправной точкой:
Tesla Stuff
octopart.com

Используйте защитный зазор для защиты первичного конденсатора.

Защитный промежуток должен быть размещен параллельно первичной емкости для защиты конденсатора от скачков напряжения. Однако нельзя допускать короткого замыкания колпачков непосредственно через предохранительный зазор, потому что быстрый разряд приведет к нагрузке на колпачки. Чтобы предохранительный промежуток не закорачивал крышки (что почти так же плохо, как скачки напряжения), резистор большой мощности с низким сопротивлением (несколько Ом) должен быть включен последовательно с предохранительным промежутком.Резистор не должен быть проволочным, поскольку он может содержать индуктивность и создавать нежелательные эффекты. В безопасном зазоре закалки не требуется.

Искровой разрядник

Конструкция

Искровой разрядник используется в качестве переключателя для мгновенного подключения первичного конденсатора к первичной катушке. Когда зазор закорочен, колпачок может разрядиться в катушку.

Могут использоваться многие конструкции искровых разрядников. Искровые разрядники бывают двух основных типов: статические и поворотные.Когда электроды с зазором неподвижны, зазор называют «статическим» зазором. Вращающийся зазор использует вращающиеся электроды.

Самая простая конструкция зазора представляет собой статический зазор, состоящий из 2 болтов, проводов, ручек выдвижных ящиков или других проводников, которые действуют как электроды. Электроды должны быть гладкими и закругленными, без острых краев, которые могли бы вызвать случайное короткое замыкание зазора. Зазор между электродами устанавливается определенной ширины. Ширина определяет напряжение, необходимое для короткого замыкания зазора.Идеальный зазор будет коротким, как только первичный конденсатор достигнет своего пикового напряжения. Зазор должен быть спроектирован таким образом, чтобы его ширина была легкой и небольшой. Ручки, навинчиваемые на болты, — хороший выбор. Отрегулировать ширину зазора так же просто, как повернуть ручку или болт.

Статические зазоры просты и удобны, но у них есть недостатки. Часто зазор продолжает сокращаться после того, как напряжение на конденсаторе упадет значительно ниже пикового значения — и даже ниже напряжения, необходимого для короткого замыкания зазора.Это происходит потому, что воздух между зазором становится ионизированным, когда зазор сокращается. Ионизированный воздух обладает большей проводимостью и позволяет зазору оставаться закороченным. Характеристики статического зазора можно улучшить, продувая воздух через зазор. Это называется «гашением» разрыва. Целью закалки является выдувание ионизированного воздуха из зазора. Я использовал 12-вольтовые вентиляторы для компьютерных корпусов, другие использовали моторы для пылесосов. Как правило, чем больше воздуха вы пропустите через зазор, тем лучше.

В конструкции Richard Quick (RQ) используются несколько медных трубок для разделения искрового промежутка на несколько меньших промежутков.Конструкция Ричарда Кука обычно работает лучше, чем стандартный статический зазор с двумя электродами.

Улучшением простого статического зазора является вращающийся зазор. Вращающийся зазор использует двигатель для вращения электродов зазора, который может точно контролировать замыкание зазора. Для привода поворотного зазора можно использовать два различных типа двигателей; синхронный и асинхронный (также называемый «синхронным» и «асинхронным»). Синхронные двигатели вращаются синхронно с частотой источника питания (50 или 60 Гц). Двигатели Sync всегда будут работать с частотой, кратной входной частоте.Обычные скорости: 1200, 1800 и 3600 об / мин для входных частот 60 Гц. Асинхронные двигатели не вращаются синхронно с частотой сети.

Поворотные зазоры бывают двух основных исполнений: дисковые и винтовые. Дисковая конструкция более распространена и использует диск, установленный на валу двигателя. По краю диска расположены электроды, которые вращаются и выравниваются с неподвижными электродами для создания искрового промежутка. Конструкция пропеллера похожа на воздушный винт самолета. Электрод устанавливается на валу двигателя (но изолирован от вала) и вращается, чтобы выровняться с неподвижными электродами для создания искрового промежутка.

NST следует использовать только со статическими зазорами или поворотными зазорами с синхронизирующими двигателями.

Меньшие или более слабые синхронизирующие двигатели могут иметь проблемы с вращением диска или гребного винта. В этом случае двигатель может не запуститься или он может потерять синхронизацию. Когда двигатель теряет синхронизацию, он пытается выполнить повторную синхронизацию. В это время частота вращения будет незначительно изменяться, поскольку двигатель «охотится» за синхронизирующей частотой вращения. Если это проблема, то лучшим решением будет более легкий зазор гребного винта. Вращательная сила синхронизирующего двигателя называется крутящим моментом и обычно измеряется в дюймах на унцию.Крутящий момент может быть сложным, поэтому я предпочитаю использовать ватты при работе с синхронизирующими двигателями. Для большинства роторных искровых разрядников двигатель должен производить не менее 10-15 Вт. Больше всегда лучше. У меня не было большого успеха с синхронизирующими двигателями на 5 Вт.

Необходимо соблюдать осторожность, чтобы электрод не вылетел из зазора на высокой скорости. Поворотные зазоры всегда должны быть установлены в коробке или сконструированы так, чтобы в некоторых стенах находился незакрепленный пропеллер, диск или электрод. У Терри Блейка есть полезная информация о безопасности зазоров здесь: http: // www.tb3.com/tesla/sparkgaps/safety.html

Обычно промежуток предназначен для короткого замыкания или «разрыва» 120 раз в секунду (120 бит / с) при работе от источника питания 60 Гц. Это будет соответствовать первичной зарядке конденсатора 60 Гц. Может показаться, что разрядник будет срабатывать вдвое больше, чем требуется, но помните, что форма волны 60 Гц включает в себя положительный и отрицательный пик, поэтому разрядник срабатывает на обоих пиках.

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

Количество электродов необходимо выбрать так, чтобы обеспечить 120 бит / с в зависимости от скорости вращения двигателя. В следующей таблице перечислены электроды, необходимые для выработки 120 бит / с при различных оборотах двигателя.

об / мин = оборотов в минуту
об / с = оборотов в секунду
BPR = оборотов на оборот (требуется для 120 бит / с)

Обороты синхронизирующего двигателя и необходимые электроды

Я не рекомендую диск диаметром менее 5 дюймов, особенно с двигателями с высокой частотой вращения, поскольку они могут создавать вихревое облако ионизированного газа в зазоре.

Старые синхронизирующие двигатели можно найти на проигрывателях или на старом компьютерном барабанном оборудовании. Некоторые из них были найдены на военных складах. Новые можно заказать онлайн. Hurst и Oriental Motor делают хорошие моторы.

Терри Блейк (Terry Blake) имеет здесь много действительно хорошей информации о роторных искровых разрядниках: http://www.tb3.com/tesla/sparkgaps/index.html

Искровые разрядники должны выдерживать очень высокие токи. На поверхности большинства электродов быстро образуется горение и точечная коррозия.Вольфрам — хороший выбор электродов искрового разрядника. У него самая высокая температура плавления среди всех металлов, поэтому он устойчив к образованию заусенцев и точечной коррозии. Его можно найти в виде сварочных стержней, сверл и т. Д. Вольфрамовые сварочные стержни бывают нескольких различных типов, каждый с разными свойствами. На концах стержней имеется цветная полоса для обозначения типа стержня. Код цвета:

Примечание. Цветовой код может варьироваться в зависимости от страны.

Сварочные прутки из торированного вольфрама содержат очень небольшое количество радиоактивного тория.

Торий — радиоактивный элемент и может быть опасен для вашего здоровья. При шлифовании или резке торированного вольфрама всегда используйте сумеречную маску. Тщательно очистите от шлифовальной пыли и вымойте руки. Будьте осторожны, чтобы не вдыхать и не проглатывать пыль от торированного вольфрама. Если в ваших искровых разрядниках используется торированный вольфрам, всегда запускайте их в хорошо вентилируемых местах.

Прежде чем впадать в панику, имейте в виду, что торий на самом деле довольно безопасен.Он используется в очень небольших количествах (2%) в торированных сварочных стержнях. Он испускает альфа-излучение, которое обычно не вредно. Альфа-излучение очень слабое и непроникающее. Торированные сварочные стержни не являются радиоактивными, поскольку вольфрам блокирует любое излучение, испускаемое торием в стержне. Однако торий может быть вредным, если вы вдыхаете или проглатываете пыль, вызванную шлифовкой или разрезанием стержня. Но опять же, это не опасно, если вы избегаете пыли.

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

Хотя вольфрам кажется идеальным для искровых разрядников, он может быть дорогим. Он очень твердый и довольно хрупкий. У меня возникли трудности с резкой вольфрамовых сварочных стержней. Ножовка по металлу не подойдет. Отрезной диск Dremel сложен, но, по-видимому, это самый простой способ резки, который я нашел. Сварочные стержни имеют тенденцию легко трескаться при напряжении. Мне сообщили, что вольфрамовые стержни можно легко защелкнуть до нужного размера с помощью двух пар плоскогубцев или плоскогубцев и тисков.После того, как они будут отрезаны или отрезаны по размеру, концы следует отшлифовать или отшлифовать, чтобы они приобрели красивую круглую форму, чтобы они образовывали одинаковую дугу.

Какой бы тип искрового промежутка вы ни выбрали, его необходимо отрегулировать для достижения оптимальных характеристик. Процедура регулировки описана в разделе «Регулировка искрового промежутка».

Первичная обмотка

Конструкция

Первичная обмотка используется с первичным конденсатором для создания первичной цепи резервуара LC. Первичная обмотка также соединяется со вторичной обмоткой для передачи энергии от первичной обмотки к вторичной цепи.

Обычно для изготовления первичного змеевика используется медная трубка 1/4 дюйма. Я успешно использовал сплошную медь 6 AWG, хотя мои руки болели в течение нескольких дней после сгибания провода. Некоторые люди использовали плоскую медную ленту для экономии места, но постучать по виткам (прикрепить провод) может быть сложнее. Избегайте использования других металлов, таких как сталь, из-за более высокого сопротивления на высоких частотах. Между витками оставьте расстояние около 1/4 дюйма. Это предотвратит искрение и оставит место для точки отвода.Первичная катушка может быть изготовлена ​​практически из любого непроводящего материала. Материал должен быть достаточно прочным, чтобы выдержать вес меди. Вам понадобится форма с некоторыми средствами, чтобы удерживать медные витки на месте. Обычны пластиковые стяжки или пластиковые стержни с выемками через каждые 1/4 дюйма. Если у вас есть медная трубка или проволока, намотанная на катушку, не разматывайте ее перед тем, как сделать первичную катушку. Используйте естественную форму катушки, чтобы облегчить намотку. Старайтесь не выпрямлять и не сгибать слишком сильно трубку или проволоку, так как это приведет к их затвердеванию.

Первичная обмотка обычно плоская, называемая «блинной». Форма конуса или коническая первичная обмотка также очень распространена. Некоторые катушки Тесла меньшего размера могут использовать первичную обмотку в форме вертикальной спирали. Как правило, в катушке Тесла большего размера используются плоские первичные обмотки, а в катушке меньшего размера можно использовать первичные обмотки конической формы. Рекомендую использовать плоскую катушку. Плоские катушки легче построить, а формы конической / вертикальной спирали поднимут верх первичной катушки ближе к верхней нагрузке, что увеличивает вероятность возникновения дуги в первичной катушке.Форма конической и вертикальной спирали также увеличит связь между первичной и вторичной обмотками. Максимальная связь обычно является целью большинства трансформаторов, но катушки Тесла должны иметь слабую связь. Избыточная связь (или плохое радиочастотное заземление) может вызвать дугу вверх и вниз во вторичной катушке. Если вы видите дуги, идущие вверх по вашей вторичной катушке, то первичная и вторичная катушки могут быть чрезмерно связаны, и их следует раздвинуть дальше друг от друга. Самый простой способ сделать это — немного приподнять вторичную катушку.Если используется коническая первичная обмотка, угол не должен превышать 45 градусов.

Первичная обмотка должна иметь ударное кольцо примерно на 2 дюйма выше самого внешнего витка. Мы надеемся, что это кольцо предотвратит попадание дуги от верхней нагрузки на первичную обмотку. Возникновение дуги в первичной катушке может вызвать скачок напряжения, достаточно большой, чтобы убить первичные конденсаторы и / или NST. Кольцо не должно быть полностью закрытым. Один конец должен быть подсоединен к вторичному заземлению. Катушки меньшего размера, которые не образуют дуги, достаточно длинные, чтобы достичь первичной катушки, не требуют ударного кольца, хотя иметь его никогда не повредит.

Перед созданием первичной катушки вы должны знать, сколько витков потребуется для настройки катушки, а также длину трубки или провода, которые вам понадобятся. Программа TeslaMap может помочь вам легко спроектировать первичную катушку.

Вторичная обмотка

Конструкция

Вторичная обмотка и верхняя нагрузка образуют вторичный контур резервуара LC. Вторичная обмотка также соединяется с первичной обмоткой и передает мощность от первичной цепи ко вторичной цепи.

Размер вторичной катушки обычно зависит от размера источника питания. Для катушки Тесла среднего размера (около 1 кВт) вам понадобится вторичная катушка диаметром от 4 до 6 дюймов. Катушки меньшего размера должны иметь диаметр от 3 до 4 дюймов, а катушки большего размера должны иметь диаметр не менее 6 дюймов. Отношение высоты к ширине (также известное как соотношение сторон) важно. Если катушка слишком короткая, вы получите много ударов от верхней нагрузки до первичной катушки. Высота вторичной катушки должна быть примерно в 4 или 5 раз больше диаметра катушки Тесла среднего размера.Например, вторичная обмотка катушки Тесла мощностью 1 кВт с диаметром 4 дюйма должна иметь высоту от 16 до 20 дюймов. Не забудьте обрезать вторичную форму на пару дюймов длиннее, чем высота намотки, чтобы оставить место на каждом конце! Катушки меньшего размера должны иметь отношение высоты к ширине около 6: 1, а катушки большего размера — ближе к 3: 1.

Вторичный провод обычно представляет собой тонкий (от 22 AWG до 28 AWG) магнитный провод. Магнитопровод представляет собой сплошную медную проволоку с тонким слоем лака в качестве изолятора.Он продается фунтами или граммами. Вам, вероятно, понадобится около 2 фунтов, чтобы намотать обычную катушку. Имеется двойной магнитопровод с дополнительной изоляцией, но в этом нет необходимости. Нацельте на вторичную обмотку примерно 1000 витков (+ -200).

Вторичная обмотка обычно наматывается на трубу из ПВХ, хотя можно использовать картон и многие другие непроводящие материалы. Труба из ПВХ белого цвета практически всегда безопасна в использовании. Серый ПВХ обычно безопасен, но черный ПВХ может содержать большее количество углерода, что может создать проблемы в некоторых катушках Тесла.Некоторые ПВХ могут иметь тонкую металлическую полоску. Это используется, чтобы помочь найти трубу после того, как ее закопали. Не используйте эту трубку, поскольку металлическая полоса быстро закоротит катушку. На самом деле вам следует избегать любых металлических винтов, болтов, пластин и т. Д. На вторичной обмотке. Непроводящий нейлоновый болт можно использовать для прикрепления верхней нагрузки к вторичной обмотке.

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

Прежде чем вы начнете наматывать вторичную катушку, вы должны рассчитать, сколько витков вы можете намотать с заданным весом магнитного провода и какой длины (или высоты) будет катушка. Это подскажет вам, сколько труб из ПВХ или другого опалубочного материала вам понадобится. Конечно, программа TeslaMap может сделать все расчеты за вас. Труба ПВХ должна быть чистой и сухой.

Намотка катушки займет довольно много времени.Найдите удобное место с хорошим освещением и планируйте пробыть там надолго. Токарный станок идеально подходит для удержания трубы из ПВХ, пока вы наматываете магнитный провод. К сожалению, токарный станок, который я использовал, даже на самой низкой скорости, вращался слишком быстро, чтобы намотать катушку, поэтому я просто вставил трубу в токарный станок и повернул трубу вручную. Катушка с магнитной проволокой должна быть установлена ​​так, чтобы ее можно было легко разматывать и распутывать во время намотки. Вы можете надеть тонкую перчатку, чтобы сохранить кожу на пальцах.Перед тем, как начать наматывать катушку, убедитесь, что труба из ПВХ или другой формы чистая и сухая. Убедитесь, что на форме нет металлической стружки. Вероятно, неплохо было бы нанести слой Dolph’s AC-43, полиуретана или лака на форму внутри и снаружи, чтобы убедиться, что она остается сухой. Начните с закрепления конца магнитной проволоки на расстоянии нескольких дюймов от конца ПВХ. Вы можете закрепить проволоку изолентой или просверлить пару небольших отверстий в ПВХ и продеть проволоку. Не забудьте оставить намотанный на конце примерно фут или два магнитной проволоки.Имейте под рукой скотч, чтобы легко удерживать провод на случай обрыва или распутывания. Будьте осторожны, чтобы не оставлять зазоров между обмотками. Убедитесь, что провод лежит ровно и прямо. При наматывании проволоки сохраняйте некоторое натяжение. Когда закончите, закрепите конец магнитной проволоки и оставьте пару футов дополнительной проволоки на каждом конце. Надеюсь, если ваши расчеты верны, у вас останется примерно несколько дюймов ПВХ-трубы с каждой стороны. Нанесите покрытие Dolph’s AC-43, полиуретан или лак. Не забывайте обматывать ногу лишней проволокой на каждом конце.Я обычно скручиваю этот дополнительный провод и позволяю ему торчать и убираться с дороги, пока покрываю его лаком. Следуйте инструкциям на Dolph’s AC-43, полиуретане или лаке и нанесите несколько слоев. Продолжайте вращать трубу по мере высыхания покрытия. Токарный станок — идеальный вариант, но я использовал ручную дрель на малой скорости, чтобы повернуть мою трубу из ПВХ. Вы можете использовать другие эпоксидные смолы или герметики, если они не проводят ток и не разъедают изоляцию магнитного провода или трубу из ПВХ.

Верхняя нагрузка

Конструкция

Верхняя нагрузка действует как конденсатор во вторичной цепи.

Форма верхней нагрузки поможет определить, где дуги разорвутся. Пончик или тороид (также называемый тором) является предпочтительной формой для верхней нагрузки. Во время работы катушки заряд будет накапливаться вокруг поверхности верхней нагрузки. Сфера будет иметь равномерно распределенную напряженность поля по всей поверхности. Если сфера превратить в тороид, напряженность поля будет увеличиваться вокруг радиуса тороида. Дуги вспыхнут там, где напряженность поля наибольшая.Преимущество концентрации поля вокруг радиуса состоит в том, чтобы направить дуги наружу. Использование сферы приведет к более равномерно распределенным, но меньшим по размеру дугам.

Размер верхней нагрузки и количество приложенной мощности будут определять размер и количество одновременных дуг, которые производит катушка Тесла. Если верхняя нагрузка мала по сравнению с входной мощностью, тогда будет образовываться много одновременных более коротких дуг. По мере увеличения размера верхней нагрузки количество дуг будет уменьшаться, а длина дуги увеличиваться.Если тороид слишком большой, напряженность поля не будет достаточно сильной для прорыва дуг. Размещение на тороиде острого предмета, например, кнопки для большого пальца или небольшого металлического шарика (называемого точкой отрыва), создаст нарушение поля и позволит дугам выйти из точки отрыва.

Наиболее распространенный метод изготовления тороида — обернуть алюминиевый канал сушилки алюминиевым поддоном для пирога. Вы также можете купить алюминиевый тороид. Верхний груз можно сделать практически из чего угодно, гладкой формы и покрытого алюминиевой фольгой.Избегайте использования «металлической» краски. Обычно в краске недостаточно металла для создания проводящей поверхности, и даже если металла достаточно, он обычно быстро выгорает.

Как правило, диаметр тороидального кольца должен быть примерно таким же, как диаметр вторичной обмотки, то есть для вторичной обмотки, намотанной на 4-дюймовую трубу из ПВХ, должен использоваться канал осушителя диаметром 4 дюйма. Общий диаметр тороида должен быть примерно в 4 раза больше диаметра кольца, поэтому канал сушилки диаметром 4 дюйма следует обернуть вокруг 8-дюймовой формы для пирога, чтобы получить общий диаметр 16 дюймов.

Важно физически прикрепить тороид к верхней части вторичной обмотки. Вы можете обойтись, просто поместив тороид поверх вторичной катушки, но в конечном итоге он упадет или ударится. В лучшем случае вы закроете тороид или первичную катушку, в худшем случае может произойти короткое замыкание, которое выйдет из строя первичные конденсаторы, или что-то еще. Хороший способ подсоединить тороид к вторичной обмотке — получить торцевую крышку из ПВХ для вторичной обмотки, просверлить отверстие посередине и вставить нейлоновый болт, выступающий вверх.Просверлите отверстие в центре формы для пирога и наденьте его на нейлоновый болт. Вам придется использовать нейлон или другой непроводящий болт. Металлический болт выстрелит прямо вверх по дуге. Можно использовать деревянное крепление, но избегать деревянного. Древесина всегда имеет немного влаги и обладает слабой проводимостью. Он также может набухать, сжиматься, деформироваться и трескаться.

Важно, чтобы тороид находился на правильной высоте над вторичными обмотками. Если тороид расположен слишком высоко, вы увидите, как коронный разряд развивается у вершины вторичных обмоток.Вы также можете увидеть несколько небольших дуг в верхней части вторичной обмотки. Корона и дуги могут ухудшить изоляцию вторичной обмотки. Если это проблема, попробуйте переместить тороид вниз. Если тороид расположен слишком низко, в первичной обмотке могут возникать частые дуги. В этом случае попробуйте поднять тороид вверх. Если вы не можете найти подходящее место для тороида, вы можете попробовать добавить меньший тороид прямо под основным тороидом. Это может помочь предотвратить коронный разряд на вторичных обмотках и удары по первичной обмотке.

Конденсаторы PFC

Конструкция

Конденсаторы коррекции коэффициента мощности (PFC) используются для коррекции коэффициента мощности переменного тока, подаваемого на NST. Когда схема содержит большую индуктивность или емкость, напряжение и ток будут сдвинуты по фазе, что приведет к снижению эффективности.

Коэффициент мощности будет ухудшаться из-за большой индуктивности в NST. Емкость в конденсаторе PFC перестроит фазы напряжения и тока.Величина емкости должна соответствовать величине индуктивности, чтобы емкость и индуктивность компенсировали друг друга. Емкость PFC не обязательно должна точно соответствовать трансформатору. Часто колпачок PFC меньше рекомендуемого размера для снижения затрат. Если у вас есть подходящий конденсатор, используйте его, даже если он недостаточно большой. Поможет даже небольшая емкость. Несколько небольших конденсаторов PFC могут быть подключены параллельно для увеличения их емкости. Колпачки PFC должны быть подключены к низковольтным входам NST.Если вы не можете получить какие-либо крышки PFC, NST можно запускать без них.

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

Используйте только конденсаторы рабочего типа для приложений PFC.

Обязательно используйте только конденсаторы «рабочего» типа, а не конденсаторы «пускового». Пусковые конденсаторы предназначены для использования только в течение коротких периодов времени, например, для запуска двигателя.Они перегреются и, возможно, взорвутся, если будут работать постоянно. Электролитические колпачки не следует использовать в качестве колпачков для ПФУ, они также нагреются и лопнут.

колпачков с ПФУ можно найти в центрах утилизации / переработки двигателей переменного тока, двигателей стиральных машин, двигателей холодильников и т. Д. Я считаю, что захоронение колпачков с ПФУ является нарушением закона, потому что они содержат опасные химические вещества, а в центрах по переработке обычно бывает их куча. ждем Вас. Колпачки PFC также можно заказать в Интернете.

Защита NST

Конструкция

Провод во вторичной катушке NST очень, очень тонкий и легко закорачивается из-за всплесков высокого напряжения, генерируемых в первичной цепи.Искровой разрядник и фильтр нижних частот помогут защитить NST от скачков напряжения и преждевременной смерти.

Я использую фильтр, известный как «фильтр Терри», разработанный Терри Фрицем в течение нескольких лет с большим успехом. Несколько других людей также добились хороших результатов с фильтром. Фильтр представляет собой типичную конструкцию RC-фильтра нижних частот, состоящую из нескольких последовательно соединенных конденсаторов для шунтирования высокочастотных всплесков на землю и резисторов высокой мощности для развязки NST от первичной цепи.Мой фильтр имеет сопротивление 1000 Ом и емкость 0,28 нФ, что дает частоту среза около 570 кГц. Искровой разрядник позволяет выбросам высокого напряжения проходить на землю. Искровой промежуток должен быть установлен достаточно широким, чтобы он не закорачивался при прямом подключении к выходу NST. Я пропустил MOV в моем фильтре. Они шунтируют скачки напряжения на землю. На выводах каждой крышки имеется спускной резистор с высоким сопротивлением (10 МОм). Рекомендую использовать высоковольтные резисторы. Сопутствующие резисторы не должны находиться в прямом контакте с корпусом конденсатора, поскольку может возникнуть дуга.Несколько конденсаторов подключены последовательно, чтобы выдерживать высокое напряжение на выходе NST. Общее номинальное напряжение последовательных конденсаторов должно примерно в 2–3 раза превышать пиковое напряжение на выходе NST, хотя конденсаторы хорошего качества могут работать при их номинальном напряжении. Например, с использованием источника питания 15 кВ (среднеквадратичное значение 15000 * 1,414 = пиковое значение 21 кВ).

Всегда припаивайте резисторы отвода утечки параллельно к каждому конденсатору. Высокое сопротивление позволит батареям медленно разряжаться и не даст им удерживать опасный заряд.

Тип используемых колпачков не так важен, как выбор колпачков в MMC. Предпочтительны полипропиленовые пленки типа фольги. Следует избегать использования металлических крышек.

Сетевые фильтры

Конструкция

Сетевые фильтры используются для предотвращения попадания скачков высокого напряжения обратно в дом или в проводку здания.

Сетевые фильтры обычно состоят из конденсатора для шунтирования высоких частот на землю. Большинство также будет использовать индукторы, чтобы уменьшить всплески высоких частот.Некоторые могут иметь MOV для шунтирования скачков напряжения на землю.

Сетевой фильтр следует подключать последовательно с сетью питания. Он должен быть подключен как можно дальше от катушки Тесла. Если он подключен слишком близко, в проводах за фильтром могут возникать наведенные напряжения, которые обходят фильтр. При подключении фильтра некоторые люди рекомендуют подключать фильтр в обратном направлении (выход ведет к домашней проводке). Логика состоит в том, что фильтры обычно используются для защиты устройства от скачков в домашней проводке, но мы используем их для защиты домашней проводки от устройства.Другие рекомендуют стандартную ориентацию подключения. Я думаю, что это сработает в любом направлении, но я позволю вам решать.

Фильтры можно купить в Интернете или восстановить из оборудования. Можно спроектировать и построить свой собственный, но обычно его гораздо проще купить. Обязательно используйте фильтр, рассчитанный на мощность, подаваемую на него.

Шасси

Конструкция

Все отдельные компоненты, составляющие катушку Тесла (NST, MMC, искровые разрядники и т. Д.), Должны быть установлены в каком-либо шасси, раме или корпусе.Можно разложить все части на полу (как я это обычно делаю) и запустить катушку Тесла без шасси, но использование шасси имеет много преимуществ. Переместить катушку Тесла будет намного проще. Крепление колес к нижней части шасси — хорошая идея. Установка деталей на шасси предотвратит их перемещение или падение. Детали и будут лучше организованы, а электропроводка также может быть более организованной, более прочной и безопасной.

Самая распространенная конструкция шасси — это несколько пластиковых или деревянных платформ, уложенных друг на друга с достаточным пространством между платформами для размещения деталей.Например, нижняя платформа будет удерживать крышки NST и PFC. Вторая платформа будет содержать защитный фильтр NST и массив конденсаторов MMC. На следующей платформе будет находиться основной разрядник. Следующая платформа будет поддерживать первичную обмотку и вторичную обмотку. Коробка также может использоваться.

Корпус обычно изготавливается из дерева, пластика или другого непроводящего материала. Он должен быть конструктивно устойчивым, чтобы выдерживать вес компонентов.

Инструменты

Строительство

У вас должен быть доступ к хорошему набору инструментов и оборудования.Помогает хорошая мастерская или гараж с красивым верстаком. Инструменты, которые вы будете использовать, могут отличаться в зависимости от вашего выбора материалов и техники строительства. Вы также должны иметь опыт или помощь для безопасного использования инструментов. Я перечислю несколько вещей, которые могут вам понадобиться.

• Паяльник и припой
• Мультиметр
• Сверло
• Пила для резки фанеры
• Ножовка по дереву и ПВХ
• Кусачки, кусачки
• Рулетка, штангенциркуль, линейка и т. Д.
• Отвертки, головки, гаечные ключи и т. Д.
• Эпоксидная смола или клей

Я уверен, что вы будете использовать много других инструментов, но это должно помочь вам начать работу.

Электромонтаж

Конструкция

Вся проводка должна быть как можно короче. Избегайте петель, которые создают индуктивность в проводе. Старайтесь не прокладывать провода параллельно или близко друг к другу, так как это может вызвать ток в соседних проводах.

Важно использовать соответствующий тип проводки. Вся проводка между электрической розеткой и стороной с более низким напряжением трансформатора питания (NST) должна быть электропроводкой на 120/240 вольт соответствующего калибра.Обычно приемлемо использовать старые шнуры питания, удлинители и т. Д. Также можно использовать домашнюю проводку (Romex), однако я считаю, что она обычно жесткая и с ней трудно работать.

На стороне высокого напряжения трансформатора питания все провода должны быть проводами высокого напряжения «GTO» или «EHT». Также можно использовать проволоку для свечей зажигания с низким сопротивлением. Хотя я не рекомендую это делать, можно использовать провод с изоляцией от низкого напряжения, но вам нужно будет аккуратно прокладывать его вдали от проводящих или заземленных предметов.Первичная цепь будет пропускать очень высокий ток, однако ток возникает относительно короткими импульсами, поэтому толстый провод обычно не требуется.

Провод, соединяющий нижнюю часть вторичной катушки с землей, в идеале должен быть медной оплеткой. Плетеный провод будет лучшим проводником из-за скин-эффекта и высокой частоты во вторичной катушке. Однако я использовал одножильный и многожильный медный провод с приемлемыми результатами.

Все соединения должны быть чистыми.Пайка — лучший способ соединения проводов и выводов. Когда через соединение протекает большой ток, не требуется большого сопротивления, чтобы создать достаточно тепла, чтобы сжечь соединение. Плохое соединение снизит эффективность катушки и может вызвать пожар!

Заземление

Конструкция

Заземление очень важно для безопасности и правильной работы катушки Тесла.

Катушка Тесла должна иметь два отдельных заземления.Первая земля — ​​это земля дома или здания (также известная как заземление сети). Это зеленый провод в розетках. Вторая земля — ​​RF земля. Вам нужно будет создать собственное ВЧ заземление для катушки Тесла.

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

Надлежащее заземление компонентов катушки Тесла обсуждалось довольно давно.По общему мнению, все, к чему вы прикасаетесь во время работы катушки Тесла, следует подключать к дому или заземлению здания. Вторичная катушка и все, что может быть поражено дугой или может испытывать скачки высокого напряжения, должны быть подключены к высокочастотной земле. Вы можете обратиться к схеме катушки Тесла. Общая идея состоит в том, чтобы использовать RF-землю для замыкания вторичной LC-цепи (земля и тороид будут действовать как пластины конденсатора) и для передачи всего высокого напряжения, генерируемого катушкой Тесла, на RF-землю.Мы надеемся, что это предотвратит скачки высокого напряжения в дом или в проводку здания. NST кажется хорошей границей между домашней проводкой и проводкой катушки Тесла, потому что первичная и вторичная обмотки в основном изолированы друг от друга. Следовательно, все, что подключено между розеткой дома и первичной обмоткой NST (вариак, панель управления, сетевой фильтр), должно быть заземлено на землю дома. Нижняя часть вторичной катушки, ответная планка первичной обмотки, защитный зазор NST и фильтр должны быть подключены к заземлению RF.Основание дела NST, кажется, вызвало наибольшую путаницу. Я рекомендую подключить его к ВЧ земле, потому что обычно он может быть зажжен дугой или испытает скачок напряжения.

Важно иметь хорошее ВЧ заземление. Я перечислю несколько способов создания радиочастотного заземления в порядке от наиболее предпочтительного к наименее предпочтительному. Лучшее радиочастотное заземление — это металлический заземляющий стержень, который вы вбиваете в землю. Хотя заземляющий стержень уже установлен снаружи домов и зданий, вам не следует использовать этот стержень, потому что он подключен к дому или заземлению здания.Вам придется забивать свой собственный стержень заземления. Заземляющий стержень должен находиться как можно ближе к катушке Тесла и как можно дальше от дома или здания заземляющего стержня. Обычно рекомендуется глубина 6 или 8 футов, но это действительно зависит от условий почвы и других факторов. Глубже всегда лучше. Если нельзя использовать один стержень, вокруг катушки Тесла можно разместить несколько более коротких заземляющих стержней. Если земля очень твердая или каменистая, вы можете закопать заземляющий стержень горизонтально на глубине от 1 до 2 футов.Если заземляющий стержень невозможен, вы можете создать «противовес» заземления, поместив большой кусок металлической пластины, проволочной сетки или сетки под катушку Тесла и используя его в качестве радиочастотного заземления. Радиус пластины или сетки должен быть примерно равен высоте вторичной обмотки и верхней нагрузки. Если вы находитесь на бетонном фундаменте с арматурой (например, в гараже), вы можете соединиться с арматурой в бетонном фундаменте. Это известно как заземление Ufer или «электрод в бетонном корпусе». Если вы находитесь на первом этаже, который, по крайней мере, является полупроводящим, вы можете намочить небольшой участок пола и положить слой алюминиевой фольги, соединенный с вашим RF-заземлением.Это не рекомендуется из соображений безопасности, и вам придется использовать этот метод на свой страх и риск. В крайнем случае можно подключить к трубе с холодной водой, но я не рекомендую это делать. Помещать RF в трубы с холодной водой небезопасно.

Плетеный медный провод может улучшить проводимость ВЧ-заземления, но обычный провод подойдет. Смачивание земли вокруг заземляющего стержня перед запуском катушки способствует повышению проводимости к земле. Будьте осторожны, чтобы не повредить подземные коммуникации, забивая заземляющий стержень.Плохое радиочастотное заземление может не иметь видимого влияния на катушку Тесла — или это может привести к уменьшению длины дуги, возникновению дуги во вторичной катушке или возникновению дуги между первичной и вторичной катушками.

Не существует абсолютного правила для правильного заземления катушки Тесла. Вы обязаны понимать электрические принципы заземления, обращаться за советом и информацией, принимать во внимание вашу ситуацию и предвидеть потенциальные опасности.

Как сделать мини-катушку Тесла 9v

Будь то обычный школьный проект или умопомрачительный проект по искровому разряду, Tesla Coil всегда интересно строить и определенно сделает ваш проект крутым и привлекательным.Катушка Тесла — это простая катушка, которая создает в воздухе электрическое поле высокого напряжения, когда подается небольшая входная мощность (9 В), это электрическое поле достаточно сильное, чтобы зажечь маленькие лампочки. Этот принцип был изобретен Никола Тесла , который также является автором изобретения индукционных двигателей, переменного тока, неоновых ламп, пультов дистанционного управления и т. Д.

Эта Mini Tesla Coil Circuit очень проста и работает только с помощью батареи 9 В и очень немногих общедоступных электронных компонентов, что делает ее очень простой в сборке (скрещенные пальцы).Есть горстка людей, которые уже попробовали этот проект и не смогли получить результат; это в основном из-за нескольких часто возникающих скрытых ошибок. Так что не имеет значения, отказались ли вы от катушек Тесла или если вы новичок в этой теме, этот учебник станет вашей последней остановкой для создания и отладки катушки Тесла и заставить ее работать. В этом уроке DIY мы узнаем Как сделать простую катушку Тесла с батареей 9 В и передавать энергию по беспроводной сети.

Предупреждение: Это проект высокого напряжения, поэтому убедитесь, что вы всегда знаете, что делаете. Напряжение не смертельно, но все же может вызвать повреждение нервов и тканей при прямом контакте с любой дугой. Вам не нужно сильно бояться, но всегда помните, что нельзя прикасаться к катушке, когда она включена.

1. Магнитный провод, также известный как эмалированный медный провод
2. Резистор 22К
3. 2Н2222 Транзистор
4. светодиод
5. Обычный провод для макета
6. Любой непроводящий цилиндрический предмет
7. Батарея 9 В (или питание 5 В)
8. Макет

Работа катушки Мини Тесла:

Прежде чем мы начнем строить катушку Тесла, очень важно знать, как она работает.Только тогда мы сможем успешно построить и отладить его. Катушка Тесла работает по принципу электромагнитной индукции . Согласно этому закону, когда проводник находится под изменяющимся магнитным полем, внутри проводника индуцируется небольшой ток. Для катушки Тесла этот проводник будет называться вторичной катушкой , а изменяющееся магнитное поле будет создаваться первичной катушкой путем пропускания осциллирующего тока через первичную катушку.

Это может показаться немного запутанным, но давайте продолжим принципиальную схему, где все будет ясно.

Mini 9V:

Принципиальная схема Mini Tesla Coil Project , приведенная ниже, очень проста. Итак, давайте разберемся, как это работает, и научимся его строить. Основным компонентом на этой схеме катушки mini tesla является вторичная катушка (золотого цвета), которая образована путем наматывания магнитного провода (покрытого эмалью) вокруг цилиндрического объекта (подойдет любой непроводящий объект).

Сильноточный высокочастотный транзистор , такой как 2N2222 , используется для подачи тока через первичную катушку (фиолетовый цвет). Вся установка питается от батареи 9V , как показано выше. Положительный конец батареи достигает коллектора транзистора через первичную обмотку, а эмиттер заземляется. Это означает, что всякий раз, когда транзистор проводит, ток проходит через первичную катушку. Светодиодный диод и один конец вторичной катушки также подключены к базе транзистора, чтобы заставить схему колебаться, таким образом, транзистор будет посылать колебательный ток в первичную катушку.Если вы хотите получить больше технических знаний и узнать, как колеблется ток, вы можете поискать в Google “ Slayer Exciter Circuit ” .

Итак, при таком расположении у нас есть первичная катушка, которая будет иметь колебательный ток и, следовательно, будет создавать вокруг нее переносящий магнитный поток. Теперь эта катушка намотана вокруг вторичной катушки, и, следовательно, в соответствии с законом электромагнитной индукции во вторичной катушке будет индуцироваться напряжение. Поскольку количество витков во вторичной катушке намного больше, чем в первичной катушке, это напряжение будет очень высоким, и, следовательно, эта катушка будет иметь очень сильный электрический поток вокруг себя, который достаточно мощный, чтобы накалить обычные лампы CFL и используется в Беспроводная передача энергии .

Одним из очень важных шагов в этом проекте является намотка вторичной обмотки. Это трудоемкий процесс, поэтому не торопитесь с этой частью. Прежде всего, вам понадобится магнитная катушка, которую еще называют эмалированным проводом катушки. Эти провода можно найти внутри катушек реле, трансформаторов и даже двигателей. Вы можете использовать один повторно или купить себе новый. Чем тоньше проволока, тем лучше будут результаты.

Когда вы будете готовы с магнитным проводом, вам понадобится цилиндрический объект . Единственное правило при выборе этого объекта: он не должен быть токопроводящим. , вы можете выбрать трубы ПВХ, картонный рулон или даже сложить вместе 4-5 листов А4 и свернуть их. Диаметр цилиндра может составлять от 5 до 10 см, а длина должна быть не менее 10 см. Чем длиннее объект, тем на большее количество поворотов он может уместиться.

После того, как вы достали катушку и цилиндрический объект, пора начать процесс намотки, просто намотайте несколько витков и используйте ленту, чтобы сначала закрепить обмотку, а затем приступайте к полной намотке.Обязательно следуйте приведенным ниже советам при намотке

1. Намотайте катушки как можно ближе
2. Не перекрывать один виток катушки другой
3. Постарайтесь сделать минимум 150 витков, обычно достаточно 300 витков.

Хотя эта схема работает и ведет себя как катушка Тесла, она очень далека от реальной катушки Тесла. Правильное название этой схемы — катушка Тесла slayer exciter или Катушка Тесла бедняги. С этой схемой можно научиться и иметь средства, но имейте в виду, что это не катушка Тесла. При этом давайте продолжим наш проект. Как только мы будем готовы с катушкой, мы почти на 90% завершим проект, после чего просто следуем принципиальной схеме и выполняем соединения, но есть несколько часто задаваемых вопросов: «Почему моя катушка Тесла не работает?» вопросы, на которые вы можете найти ответы ниже.

1. Не используйте обычный транзистор вместо 2N2222, если вы не знаете, как выбрать точный эквивалент для этого транзистора.
2. Резистор 22 кОм не обязательно должен быть точно таким же, он может быть от 12 кОм до 30 кОм.
3. Убедитесь, что батарея 9 В, которую вы используете, совершенно новая, потому что дешевые батареи не прослужат более 5 минут с этой схемой. Если у вас есть Arduino или что-то, что может подавать вам + 5 В, вы также можете использовать его.
4. Для вашей катушки вполне нормально иметь любое количество витков, но она должна иметь как минимум 150 витков, вам не нужно быть очень точным с подсчетом.
5. Схема может работать от 5В до 10В. Однако не подавайте через него более 500 мА
6. Светодиод имеет другое назначение, кроме свечения, он фактически используется для переключения транзистора, поэтому не игнорируйте его, светодиод КРАСНОГО цвета будет работать нормально.
7. Ваш светодиод может светиться, а может и не светиться, когда схема находится под напряжением, вам не нужно об этом беспокоиться.
8. Вы можете получить или не получить искру (дугу) на свободном конце вторичной обмотки, вам тоже не о чем беспокоиться.Если у вас возникла дуга, не трогайте ее.
9. Всегда проверяйте исправность цепи, используя только обычную лампу КЛЛ.
10. Добавление металлической нагрузки (фольги) поверх вторичной обмотки не является обязательным, но это обязательно улучшит результаты, но не обязательно для получения основной рабочей мощности.
11. У вас очень мало шансов услышать шипение, поэтому не ожидайте этого.

Строительство и испытание 9-вольтовой мини-катушки Тесла:

Просто следуйте инструкциям по намотке катушки и используйте макетную плату для подключения, как показано на принципиальной схеме.Как только вы закончите со всем, ваша mini Tesla coil project будет выглядеть примерно так.

У меня нет резистора 22 кОм или чего-то еще, поэтому я использовал два резистора 47 кОм параллельно, как показано на схеме. Теперь, наконец, пришло время повеселиться. Просто включите схему, используя новую батарею 9 В и поднесите лампу CFL близко к катушке, и вы сможете наблюдать, как лампа CFL светится без какого-либо подключения сама по себе, как показано в видео ниже.Вы также можете добиться того же эффекта и на ламповых лампах. Поэкспериментируйте с этим, есть намного больше возможностей для улучшения проекта, увеличив номинальный ток или увеличив количество витков на вторичной катушке, чтобы получить дуги на свободном конце вторичной катушки. Но все это осталось для нового урока.

Вы также можете проверить работоспособность цепи с помощью мультиметра , просто переведите мультиметр в режим измерения напряжения. Коснитесь черным щупом на земле цепи и оставьте красный щуп парить в воздухе, мультиметр должен иметь возможность считывать очень высокое напряжение, как показано ниже, где измерительный прибор показывает очень высокое напряжение 1247 В.Вы уже были предупреждены, будьте очень осторожны с этими установками высокого напряжения. Узнайте здесь Как пользоваться цифровым мультиметром .

Вы также можете проверить наличие потока с помощью мультиметра зажимного типа в режиме NCV. Когда вы поднесете мультиметр к катушке, он начнет подавать звуковой сигнал, загораясь.

Но подождите !!! …., а если ваша лампочка не горит. Не волнуйтесь, это где-то очень тонкая проблема.Наиболее распространенное решение, которое нужно попробовать в первую очередь, — это изменить полярность вашей первичной катушки, то есть подключить коллекторный конец первичной катушки к плюсу батареи, а положительный конец первичной катушки батареи к штырю коллектора. Это должно помочь вам решить проблему. В противном случае попробуйте использовать новую батарею 9 В или другой надежный источник питания.

Даже тогда, если вы столкнетесь с какой-либо проблемой, убедитесь, что вы прочитали заголовок распространенного заблуждения выше, и проверьте подключение вашей цепи. Если все не получается, не стесняйтесь размещать свою проблему в комментариях ниже.Я сделаю все возможное, чтобы ваша схема заработала.

Увеличительный передатчик — Никола Тесла

Никола Тесла известен многими великими изобретениями. Почти все современные системы распределения и производства электроэнергии используют разработки Tesla более 100 лет назад. В дополнение к этому мы должны благодарить Tesla за радиопередачу, дистанционное управление, флуоресцентное освещение, автомобильные пусковые катушки и даже за то, как мы кодируем несколько сигналов на одной частоте для трансляции и цифровой обработки.

Первым великим изобретением Теслы был многофазный генератор переменного тока. Используя вращающееся магнитное поле, Тесла смог преобразовать механическую энергию в электрическую более эффективно, чем любой существующий генератор.

Когда Тесла впервые предложил идею своему профессору электротехники, профессор засмеялся и сказал, что это вечный двигатель, который никогда не будет работать.

Многие из наиболее «экстремальных» изобретений Теслы были потеряны из-за того, что он хранил некоторые важные детали каждого проекта в своей эйдетической памяти.Тесла был одержим идеей резонанса. Его изобретения становились все более и более сложными, пока он не начал экспериментировать с фундаментальным резонансом самой Земли.

Увеличительный передатчик

Эксперименты Теслы с резонансом электрической энергии привели его к созданию катушки Тесла. Конструкция была основана на существующей схеме искрового разрядника, которая заряжала конденсатор от вторичной обмотки высоковольтного трансформатора и разряжала конденсатор через воздушный зазор.Tesla добавила в конструкцию второй трансформатор.

Размер этого второго резонансного контура должен был составлять ровно длины волны желаемой частоты. Таким образом, резонаторный контур создал вторую цепь, в которой будет накапливаться потенциал. Используя эту конструкцию, Тесла смог создать чрезвычайно высокие напряжения и на высоких частотах, подобные или даже превышающие те, которые создаются современными радиовышками.

Катушка Тесла стала опорой в экспериментах Тесла.Проложив провод, подключенный к резонатору, вокруг своей лаборатории, он наполнил свою лабораторию
электромагнитной энергией. Эффект был настолько велик, что он мог зажечь флуоресцентную лампочку в руке, потому что падение напряжения в воздухе было достаточно большим, чтобы вызвать достаточный ток.

Он также сообщил, что смог зажечь поле лампочек на расстоянии 1 км с помощью своего увеличительного передатчика.

Увеличительный передатчик был адаптацией катушки Тесла. Вместо того, чтобы быть спроектированным для разряда на землю, увеличительный передатчик настроен на естественный резонансный контур Земли для создания стоячих волн электрической энергии, которые могут быть использованы настроенным приемным контуром.

Беспроводная глобальная передача энергии

Чтобы понять увеличительный передатчик Теслы, необходимо понимание электрической цепи земли. Тесла проделал большую работу по этой теме.

На поверхности Земли и в атмосфере действует множество сил. Теллурические токи — это электрические токи, которые проходят по поверхности Земли. Они являются результатом гроз и изменений магнитосферы Земли из-за солнечных ветров и других межгалактических явлений.

Они также являются результатом использования людьми электрического тока и изменения магнитных полей. Эти теллурические токи очень непредсказуемы, движутся в основном к экватору или полюсам в зависимости от времени суток и обычно имеют слабый ток. При правильных частотах, около 7,3 Гц, сопротивление Земли резко падает.

Тесла сравнил Землю с блестящим полированным металлическим шаром. Ионосфера — это слой верхней атмосферы, который имеет большой отрицательный электрический потенциал
.Пространство между поверхностью Земли и ионосферой называется резонансной полостью Шумана .

Тесла рассчитал, что резонансная частота этой полости равна 11,3 Гц. В 1963 году было подтверждено, что это пространство действительно имеет несколько резонансов
с основной частотой 7,86 Гц, хотя это меняется в зависимости от условий окружающей среды.

Тесла предложил беспроводное питание для создания большого электрического потенциала на резонансной частоте резонатора. Это создало бы стоячую волну электрического потенциала по всему миру, которую можно было бы использовать любой схемой, настроенной на ту же частоту.Тесла намеревался подключиться к теллурическому току Земли и создать электрический потенциал стоячей волны той же частоты, используя земной ток для питания своих цепей. Эта конструкция потребовала бы установки множества ретрансляционных станций по всему миру, поскольку сила сигнала обратно пропорциональна расстоянию
от передатчика.

Управление погодой и землетрясения

Резонанс Земли

В современном мире резонансы Шумана используются для отслеживания глобальных схем грозовых разрядов, а теллурические токи исследуются как метод прогнозирования землетрясений.

Эти связи резонанса Земли с Теслой заставили многих задуматься о природе некоторых экспериментов Теслы.

История о том, как Тесла чуть не разрушил здание с помощью небольшого механического осциллятора, вызывает интерес к экспериментам Теслы с земным резонансом и теллурическими токами.

Могут ли искусственные теллурические токи резонансной частоты вызвать землетрясение? Мог ли Тесла быть первым человеком, способным уничтожить весь мир? Интригующие вопросы, но, к сожалению, потерянные временем.

Одним из способов использования земной цепи, о котором говорил Тесла, было управление погодой. Он предположил, что антенная решетка с высоким потенциалом и чрезвычайно низкой частотой могла бы притягивать и отталкивать ионосферу в попытке контролировать атмосферное давление под ней. Он никогда не утверждал, что пытался это сделать, но сегодня существует множество таких массивов, например, установка H.A.A.R.P на Аляске.

Они необходимы при изучении ионосферы, поскольку она изменяется в ответ на межгалактическое излучение.

Луч мира

Самым интригующим из изобретений Теслы для большинства людей является его «Луч мира» или «Teleforce». Тесла утверждал, что его вдохновил пневматический пробковый пистолет, который у него был в детстве. Его конструкция использовала циркулирующий воздушный поток для создания большого статического заряда, подобного генератору Ван де Граафа, но в 10 раз большему потенциалу.

Этот статический заряд использовался для приведения в движение цепочки одиночных молекул вольфрама, которые были заряжены до высокого потенциала. Эта сильная отталкивающая сила ускоряет поток вольфрама, исходящий из вакуумной трубки с открытой трубкой, до 48-кратной скорости звука.

Поскольку поток частиц состоит из микроскопически тонкой материи, а не только из электромагнитного излучения, как в луче, его энергия не рассеивается на большом расстоянии. Тесла утверждал, что он расплавит все, кроме самых толстых металлов, и сказал, что испытал это.

Ссылка // Никола Тесла: резонанс и природа Автор: доктор Джошуа И. Мадж

Беспроводное питание с катушкой Тесла, сделанной своими руками

Если у вас есть смартфон новой модели, он, вероятно, оснащен встроенной беспроводной зарядкой.Говорят даже о беспроводной зарядке электромобилей в будущем. Представьте, что когда-нибудь у вас будет дом без вилок и проводов, где все просто работает. Это не волшебство, это не загадка, это наука!

Николе Тесла обычно приписывают изобретение беспроводной передачи энергии, хотя некоторые теории предполагают, что эта технология существовала еще в Древнем Египте. В любом случае, мы можем почтить память великого изобретателя, собрав дома самодельную катушку Тесла. Эта катушка будет достаточно мощной, чтобы без проводов зажечь лампочку и даже создать миниатюрные молнии, которые искряются с поверхности.

ВНИМАНИЕ : Не используйте этот проект рядом с людьми с кардиостимуляторами, чувствительной электроникой или легковоспламеняющимися материалами.

Как это работает

Все, что требуется для беспроводной передачи электроэнергии, — это система, которая преобразует низкое напряжение в высокое и одновременно очень быстро включается и выключается. Вот что мы строим.

Несколько вольт электричества передаются на одну сторону катушки с проводом и на заземленный конденсатор, подключенный к отрицательной стороне источника питания.Другая сторона катушки подключена к коллектору транзистора. При подключении к источнику питания конденсатор начинает заряжаться, а катушка начинает излучать электромагнитное поле. Затем эту катушку помещают вокруг второй катушки с большим количеством витков провода меньшего калибра, который создает трансформатор, преобразующий низкое входное напряжение в очень высокое напряжение во второй катушке. Эта вторичная катушка затем подключается как к резистору, подключенному к источнику питания, так и к базе транзистора, который затем перекрывает поток тока к первой первичной катушке.

Эта конфигурация схемы создает контур обратной связи, который автоматически включается и выключается сотни раз в секунду, создавая электрическое поле высокого напряжения и высокой частоты, способное передавать беспроводное электричество.

Вот необходимые детали:

Для тех, кто не хочет закупать отдельные детали, Дрю Пол сделал комплект всех доступных компонентов.

Также здесь можно найти принципиальную схему.

Намотка катушек

Для начала нам нужно намотать катушки. Для этого вам нужно быть точным и аккуратным, иначе катушки не будут работать должным образом.

1.) Сначала сделаем первичную обмотку. Мы обернем нашу короткую 2,5-дюймовую ПВХ-трубу изолированным медным проводом калибра 16, сделав три оборота с равным интервалом примерно в 1/4 дюйма.Закрепите проволоку скотчем, затем зачистите концы.

2.) Затем мы возьмем наш 2-дюймовый ПВХ, выровняем магнитный провод примерно на 1/4 дюйма от дна и закрепим его лентой, оставив несколько дюймов на конце.

3.) Следующая часть утомительна, так что устраивайтесь поудобнее. Теперь мы обернем магнитный провод несколько сотен раз, пока не достигнем примерно 1/4 дюйма от верха. Обязательно плотно, прямо и без зазоров между витками. Кроме того, не забудьте добавить кусок ленты через каждый дюйм или около того, чтобы все было в безопасности.

4.) Дойдя до верха, оставьте пару дюймов дополнительной проволоки, обрежьте и зачистите оба конца, слегка отшлифуя концы проволоки. Затем вы можете закрепить обмотку, обмотав лентой сверху вниз.

5.) Наконец, прижмите конец провода с зачищенной изоляцией между верхней частью ПВХ и 3-дюймовой шайбой и закрепите клеем. Это будет действовать как вторичная катушка и крышка передатчика.

Построить схему

1.) Сначала установите три ножки транзистора в слоты E1, E2 и E3 на макетной плате так, чтобы радиатор и передняя часть транзистора были обращены назад к слоту F.

2.) Затем вставьте три конденсатора в слоты h24 / h27, I14 / I17 и J14 / J17 соответственно, так что они параллельны.

3.) Теперь подключите первую ногу транзистора к одной стороне наших конденсаторов с помощью перемычки. Подключите один конец перемычки к разъему D1, а другой — к F14.

4.) Затем мы подключим перемычку с другой стороны наших конденсаторов к тому месту, где будет наша земля.Подключите один конец перемычки к слоту F17, а другой конец к слоту D5.

5.) Вставьте один конец резистора в тот же столбец, слот C5, а другой конец резистора подключите к базе транзистора, вставив его в слот C3.

6.) Затем подключите последнюю перемычку к разъему A5, а другой конец — к разъему B11. Это позволит нам подключиться к нашей первичной катушке.

7.) Теперь вы можете вставить вторичную обмотку в первичную обмотку, удерживая ее по центру.Нижний провод первичной катушки можно вставить в слот A11. Верхний провод от первичной обмотки можно подключить к разъему A2. Подключите вторичную катушку, вставив нижний провод в слот A3 и базу транзистора. Перед продолжением проверьте все соединения.

8.) Наконец, подключите положительный вывод источника питания (+) к слоту B5, а отрицательный полюс от источника питания (-) к слоту B1.

9.) Теперь вы можете внимательно проверить свою схему, на мгновение подключив ее.

ПРИМЕЧАНИЕ : Чтобы избежать перегрева, включайте катушку Тесла только на короткие промежутки времени, не более 20 секунд или меньше.

Постройте корпус

Теперь мы построим корпус для демонстрации нашей катушки Тесла. Этот кожух также важен для изоляции катушки от легковоспламеняющихся материалов и чувствительной электроники, а также для удержания катушки в вертикальном положении и обеспечения платформы для экспериментов.

1.) Сначала установите шайбу, гайку и торцевую крышку на каждый стержень с резьбой. Затем вы можете просверлить отверстие 5/16 ″ в каждом углу листов оргстекла.

2.) Вставьте четыре стержня в отверстия в одном из листов оргстекла и добавьте шайбу и гайку для фиксации, создав основу корпуса.

3.) Поместите схему и катушку поверх листа, убедившись, что он находится по центру, и удалите клейкую подложку с макета, чтобы прикрепить его к платформе.

4.) Добавьте гайку и шайбу к каждому стержню, поместите второй лист оргстекла сверху и отрегулируйте, чтобы плотно удерживать катушку на месте. После закрепления добавьте дополнительную шайбу и гайку к каждому стержню, затяните и добавьте к каждому торцевую крышку.

5.) Теперь ваш корпус готов, и ваша катушка Тесла готова к использованию!

Попробуй!
Теперь, когда ваша катушка Тесла готова, вы можете приступить к экспериментам.

Теперь вы можете подключить питание и наблюдать, как люминесцентные лампочки загораются, как по волшебству, когда-то помещенные рядом с катушкой.Наблюдайте, как разлетаются искры, когда рядом с катушкой находятся металлические предметы (будьте осторожны!), Или используйте цифровой мультиметр для наблюдения поля высокого напряжения на разных расстояниях от катушки. Вы даже можете настроить катушку, подняв или опуская первичную катушку. чтобы увидеть эффекты разного позиционирования.

Хотите сделать еще один шаг вперед? Добавьте резистор к светодиоду, чтобы создать собственную лампочку с беспроводным питанием. Вы даже можете поэкспериментировать с катушками для беспроводной зарядки, чтобы создать собственное беспроводное зарядное устройство для мобильных устройств.Возможности безграничны!

В каких реальных приложениях есть эта технология? Как можно использовать эту технологию в будущем? Что вы будете делать со своей катушкой Easy Tesla?

Попробуйте этот проект и дайте нам знать, каковы ваши результаты, разместив фотографии, комментарии и вопросы в разделе комментариев ниже!

[Все изображения любезно предоставлены Drew Paul / Drew Paul Designs]