I dag kalles Teslas transformator for en høyfrekvent høyspenningsresonanttransformator, og mange eksempler på slående implementeringer av denne uvanlige enheten finner du på nettverket. En spole uten en ferromagnetisk kjerne, bestående av mange svinger av tynn ledning, toppet med en torus, avgir ekte lyn og imponerer de forbausede tilskuerne. Men husker alle hvordan og hvorfor denne fantastiske enheten opprinnelig ble opprettet?
Historien til denne oppfinnelsen begynner på slutten av 1800-tallet, da den strålende eksperimentelle forskeren Nikola Tesla, som arbeidet i USA, bare satte seg oppgaven med å lære å overføre elektrisk energi over lange avstander uten ledninger.
Det er knapt mulig å indikere det nøyaktige året når nøyaktig denne ideen kom til forskeren, men det er kjent at Nikola Tesla 20. mai 1891 holdt et detaljert foredrag ved Columbia University, hvor han presenterte ideene sine for ansatte ved American Institute of Electrical Engineers, og illustrerte noe. som viser visuelle eksperimenter.
Hensikten med de første demonstrasjonene var å vise en ny måte å skaffe lys ved å bruke høyfrekvente og høyspenningsstrømmer for dette, og også å avsløre funksjonene i disse strømningene. For rettferdighetens skyld bemerker vi at moderne energisparende lysrør fungerer nøyaktig etter prinsippet som Tesla foreslo å skaffe lys.
Den endelige teorien om trådløs overføring av elektrisk energi kom gradvis frem, forskeren brukte flere år av sitt liv på å perfeksjonere teknologien sin, eksperimentere mye og omhyggelig forbedre hvert element i kretsen, han utviklet brytere, oppfant holdbare høyspentkondensatorer, oppfant og modifiserte kretskontrollere, men så Jeg kunne ikke bringe planen min til live i den skalaen jeg ønsket meg.
Salgsfremmende video:
Teorien har imidlertid nådd oss. Nikola Teslas dagbøker, artikler, patenter og forelesninger er tilgjengelige, der du kan finne de første detaljene angående denne teknologien. Prinsippet for drift av en resonant transformator kan bli funnet ved å lese for eksempel Nikola Teslas patenter # 787412 eller # 649621, som allerede er tilgjengelige på nettet i dag.
Hvis du prøver å forstå kort hvordan Tesla-transformatoren fungerer, vurdere strukturen og driftsprinsippet, er det ingenting komplisert.
Den sekundære viklingen av transformatoren er laget av en isolert ledning (for eksempel fra emaljetråd), som blir lagt for å snu i ett lag på en hul sylindrisk ramme, forholdet mellom rammehøyden og dens diameter blir vanligvis tatt lik 6 til 1 til 4 til 1.
Etter vikling er sekundærviklingen belagt med epoksy eller lakk. Den primære viklingen er laget av en ledning med relativt stort tverrsnitt, den inneholder vanligvis fra 2 til 10 omdreininger, og passer i form av en flat spiral, eller er viklet som en sekundær en - på en sylindrisk ramme med en diameter som er litt større enn den sekundære.
Høyden på den primære viklingen overstiger som regel ikke 1/5 av høyden til sekundæren. En toroid er koblet til den øvre terminalen på sekundærviklingen, og den nedre terminalen er jordet. Deretter vil vi vurdere alt mer detaljert.
For eksempel: sekundærviklingen vikles på en ramme med en diameter på 110 mm, med en emaljekabel PETV-2 med en diameter på 0,5 mm, og inneholder 1200 svinger, og dermed er høyden lik ca 62 cm, og ledningens lengde er omtrent 417 meter. La primærviklingen inneholde 5 omdreininger av et tykt kobberrør, viklet over en diameter på 23 cm, og har en høyde på 12 cm.
Deretter lages en toroid. Kapasitansen bør ideelt sett være slik at resonansfrekvensen til sekundærkretsen (jordet sekundærspole sammen med toroid og miljø) vil tilsvare lengden på den sekundære viklingstråden slik at denne lengden vil være lik en fjerdedel av bølgelengden (for eksempel er frekvensen 180 kHz) …
For en nøyaktig beregning kan et spesielt program for beregning av Tesla-spoler, for eksempel VcTesla eller inka, være nyttig. En høyspenningskondensator velges for primærviklingen, hvis kapasitans sammen med induktansen til primærviklingen vil danne en oscillerende krets, hvis naturlige frekvens vil være lik resonansfrekvensen til sekundærkretsen. Vanligvis tar de en kondensator nær i kapasitet, og innstillingen utføres ved å velge svingene til den primære viklingen.
Essensen av Tesla-transformatoren i kanonisk form er som følger: den primære kretskondensatoren lades fra en passende høyspenningskilde, deretter kobles den ved hjelp av en bryter til den primære viklingen, og dette gjentas mange ganger per sekund.
Som et resultat av hver koblingssyklus oppstår dempede svingninger i primærkretsen. Men primærspolen er en induktor for sekundærkretsen, derfor blir elektromagnetiske svingninger henholdsvis begeistret i sekundærkretsen.
Siden sekundærkretsen er innstilt på resonans med de primære svingningene, så oppstår en spenningsresonans på sekundærviklingen, noe som betyr at transformasjonsforholdet (forholdet mellom svingene til primærviklingen og svingene til den sekundære viklingen som dekkes av den) også må multipliseres med Q - kvalitetsfaktoren til sekundærkretsen, deretter verdien av det reelle forholdet spenningen på sekundærviklingen til spenningen på primæren.
Og siden lengden på den sekundære viklingstråden er lik en fjerdedel av bølgelengden til svingningene som er indusert i den, så er det på toroidene at spenningsantinoden vil være lokalisert (og ved jordingspunktet - den gjeldende antinoden), og det er der den mest effektive sammenbruddet kan finne sted.
For å drive primærkretsen brukes forskjellige kretsløp, fra et statisk gnistgap (gnistgap) drevet av MOTs (MOT er en høyspenningstransformator fra en mikrobølgeovn) til resonanserende transistorkretser på programmerbare kontrollere drevet av en utbedret nettspenning, men essensen forblir den samme.
Her er de vanligste typene Tesla-spiraler, avhengig av hvordan du kjører dem:
SGTC (SGTTS, Spark Gap Tesla Coil) - Tesla-transformator på gnistgapet. Dette er en klassisk design, et lignende opplegg ble opprinnelig brukt av Tesla selv. Her brukes en arrestator som et skifteelement. I konstruksjoner med lav effekt består arrestereren av to stykker tykk tråd med avstand i en viss avstand, mens i kraftigere konstruksjoner brukes komplekse roterende sperrer ved bruk av motorer. Transformatorer av denne typen lages hvis bare en lang streamerlengde er nødvendig, og effektiviteten ikke er viktig.
VTTC (VTTC, Vacuum Tube Tesla Coil) - Tesla transformator på et elektronisk rør. Et kraftig radiorør, for eksempel GU-81, brukes her som et skifteelement. Slike transformatorer kan operere kontinuerlig og produsere ganske tykke utladninger. Denne typen strømforsyning brukes ofte til å bygge høyfrekvente spoler, som kalles "fakler" på grunn av deres typiske utseende.
SSTC (SSTC, Solid State Tesla Coil) er en Tesla-transformator der halvledere brukes som et nøkkelelement. Vanligvis er dette IGBT- eller MOSFET-transistorer. Denne typen transformator kan fungere i kontinuerlig modus. Utseendet til streamere laget av en slik spole kan være veldig forskjellig. Denne typen Tesla-transformatorer er enklere å kontrollere, for eksempel kan du spille musikk på dem.
DRSSTC (DRSSTC, Dual Resonant Solid State Tesla Coil) er en Tesla-transformator med to resonanskretser, her brukes halvledere som brytere, som i SSTC. DRSSTTS er den vanskeligste typen Tesla-transformatorer å kontrollere og konfigurere.
For å oppnå en mer effektiv og effektiv drift av Tesla-transformatoren er det DRSSTC topologikretsene som blir brukt, når en kraftig resonans oppnås i selve primærkretsen, og i den sekundære, henholdsvis, et lysere bilde, lengre og tykkere lynbolter (streamers).
Tesla selv prøvde så godt han kunne for å oppnå nettopp en slik driftsmåte for sin transformator, og begynnelsen av denne ideen kan sees i patent nr. 568176, hvor lading av choker brukes, Tesla utviklet deretter kretsløpet langs denne banen, det vil si at han søkte å bruke primærkretsen så effektivt som mulig og skape i den resonans. Du kan lese om disse eksperimentene til forskeren i dagboken hans (forskerens notater om eksperimentene i Colorado Springs, som han gjennomførte fra 1899 til 1900, er allerede publisert i trykt form).
Når vi snakker om den praktiske anvendelsen av Tesla-transformatoren, bør man ikke begrense oss bare til beundring for den estetiske karakteren av de oppnådde utslippene, og behandle enheten som dekorativ. Spenningen på transformatorens sekundærvikling kan nå millioner volt, det er tross alt en effektiv kilde til ekstra høy spenning.
Tesla utviklet selv systemet sitt for å overføre strøm over lange avstander uten ledninger ved å bruke konduktiviteten til de øvre luftlagene i atmosfæren. Det ble antatt tilstedeværelsen av en mottakende transformator med lignende design, som ville senke den aksepterte høyspenningen til en akseptabel verdi for forbrukeren. Du kan finne ut om dette ved å lese Teslas patent nr. 649621.
Naturen til interaksjonen mellom Tesla-transformatoren og miljøet fortjener spesiell oppmerksomhet. Sekundærkretsen er en åpen krets, og systemet er termodynamisk på ingen måte isolert, det er ikke engang lukket, det er et åpent system. Moderne forskning i denne retningen utføres av mange forskere, og poenget på denne veien er ennå ikke satt.
Forfatter: Andrey Povny
