Схемы для катушки тесла: Небольшая катушка Тесла своими руками

Содержание

как своими руками собрать трансформатор, принцип работы

Работа кинескопных телевизоров, люминесцентных и энергосберегающих лампочек, дистанционная зарядка аккумуляторов обеспечивается специальным устройством — трансформатором (катушкой) Тесла. Для создания эффектных световых зарядов фиолетового цвета, напоминающих молнию, также применяется катушка Тесла. Схема на 220 В позволяет понять устройство этого прибора и при необходимости сделать его своими руками.

Механизм работы

Катушка Тесла представляет собой электроаппарат, способный в несколько раз увеличивать напряжение и токовую частоту. Во время её работы образуется магнитное поле, которое может влиять на электротехнику и состояние человека. Попадающие в воздух разряды способствуют выделению озона. Конструкция трансформатора состоит из следующих элементов:

  • Первичной катушки. Имеет в среднем 5−7 витков провода с диаметром сечения не меньше 6 мм².
  • Вторичной катушки.
    Состоит из 70−100 витков диэлектрика с диаметром не более 0,3 мм.
  • Конденсатора.
  • Разрядника.
  • Излучателя искрового свечения.

Трансформатор, созданный и запатентованный Николой Тесла в 1896 году, не имеет ферросплавов, которые в других аналогичных приборах используются для сердечников. Мощность катушки ограничивается электрической прочностью воздуха и не зависит от мощности источника напряжения.

При попадании напряжения на первичный контур на нём генерируются высокочастотные колебания. Благодаря им на вторичной катушке возникают резонансные колебания, результатом которых является электрический ток, характеризующийся большим напряжением и высокой частотой. Прохождение этого тока через воздух приводит к возникновению стримера — фиолетового разряда, напоминающего молнию.

Колебания контуров, возникающие в процессе работы катушки Тесла, могут быть сгенерированы разными способами. Чаще всего это происходит с помощью разрядника, лампы или транзистора.

Наиболее мощными являются устройства, в которых используются генераторы двойного резонанса.

Исходные материалы

Человеку, обладающему основными знаниями в области физики и электрики, собрать трансформатор Тесла своими руками не составит труда. Необходимо лишь приготовить набор основных деталей:

  • Источник питания с напряжением порядка 9−12 Вольт. Роль такого источника в самодельном устройстве может выполнять аккумулятор автомобиля, батарея для ноутбука либо понижающий трансформатор с диодным мостом для генерации постоянного тока.
  • Первичный контур. Состоит из двух резисторов с номинальным сопротивлением 50 и 75 кОм, транзистора VT1 D13007 или аналогичного прибора, имеющего n-p-n cтpyктypу.

Обязательным элементом первичной катушки является охлаждающий радиатор, размер которого напрямую влияет на эффективность охлаждения оборудования. В качестве обмотки может быть использована трубка из меди или провод диаметром 5−10 мм.

Для вторичной обмотки рекомендуется использовать кабель с сечением от 0,1 до 0,3 мм², намотанный на диэлектрическую трубку из поливинилхлорида. Оптимальной считается длина трубки 25−40 см и диаметр порядка 3−5 см.

Вторичная катушка требует обязательной изоляции в виде обработки краской, лаком или другим диэлектриком. Дополнительной деталью этого контура является последовательно подключённый терминал. Его использование целесообразно только при мощных разрядах, при небольших стримерах достаточно вывести конец обмотки вверх на 0,5−5 см.

Схема подключения

Трансформатор Тесла собирается и подключается в соответствии с электрической схемой. Монтаж маломощного устройства следует проводить в

несколько этапов:

  1. Установить источник питания с чётким соблюдением соответствия контактов.
  2. Прикрепить радиатор к транзистору.
  3. Собрать электрическую схему, используя фанеру, деревянную коробку или кусок пластика в качестве диэлектрической подложки.
  4. Изолировать катушку от схемы пластиной диэлектрика, имеющей отверстия для подключения проводов.
  5. Установить первичную обмотку, исключив её падение и соприкосновение с другой обмоткой. В центре предусмотреть отверстие для вторичной катушки, обеспечив расстояние между ними не менее 1 см.
  6. Закрепить вторичную обмотку, осуществить необходимые соединения, руководствуясь схемой.

Сборка более мощного трансформатора происходит по аналогичной схеме. Чтобы добиться большой мощности, потребуется:

  • Увеличить размеры катушек и сечения обмоток в 1,1−2,5 раза.
  • Установить источник переменного тока с напряжением 3−5 кВт.
  • Добавить терминал в виде тороида.
  • Обеспечить хорошее заземление.

Максимальная мощность, которую может достигать правильно собранный трансформатор Тесла, доходит до 4,5 кВт. Такой показатель может быть достигнут с помощью уравнивания частот обоих контуров.

Собранную своими руками катушку Тесла обязательно необходимо проверить. Во время проверочного подключения следует:

  1. Установить переменный резистор в среднюю позицию.
  2. Отследить наличие разряда. При его отсутствии нужно поднести к катушке люминесцентную лампу или лампу накаливания. Её свечение будет свидетельствовать о наличии электромагнитного поля и о работоспособности трансформатора. Также исправность прибора можно определить по самостоятельно зажигающимся радиолампам и вспышкам на конце излучателя.

Первый запуск прибора должен осуществляться при отслеживании температуры. При сильном нагревании требуется подключить дополнительное охлаждение.

Применение трансформатора

Катушка может создавать разные виды зарядов. Чаще всего при её работе возникает заряд в форме дуги.

Свечение воздушных ионов в электрическом поле с повышенным напряжением называют коронным разрядом. Он представляет собой голубоватое излучение, образующееся вокруг деталей катушки, имеющих значительную кривизну поверхности.

Искровой разряд или спарк проходит от терминала трансформатора до поверхности земли либо до заземлённого предмета в виде пучка быстро меняющих форму и гаснущих ярких полос.

Стример выглядит как тонкий слабо светящийся световой канал, имеющий множество разветвлений и состоящий из свободных электронов и ионизированных частиц газа, не уходящих в землю, а протекающих по воздуху.

Создание разного рода электроразрядов при помощи катушки Тесла происходит при большом увеличении тока и энергии, вызывающем треск. Расширение каналов некоторых разрядов провоцирует увеличение давления и образование ударной волны. Совокупность ударных волн по звуку напоминает треск искр при горении пламени.

Эффект от трансформатора такого рода ранее использовали в медицине для лечения заболеваний. Высокочастотный ток, протекая по коже человека, давал оздоровительный и тонизирующий эффект. Он оказывался полезным только при условии невысокой мощности. При возрастании мощности до больших значений получался обратный результат, негативно влияющий на организм.

С помощью такого электроприбора разжигают газоразрядные лампы и обнаруживают течь в вакуумном пространстве. Также его успешно применяют в военной сфере с целью быстрого уничтожения электрооборудования на кораблях, танках или в зданиях. Мощный импульс, генерируемый катушкой за очень короткий период, выводит из строя микросхемы, транзисторы и прочие аппараты, находящиеся в радиусе десятков метров. Процесс уничтожения техники происходит бесшумно.

Самой зрелищной сферой применения являются показательные световые шоу. Все эффекты создаются благодаря формированию мощных воздушных зарядов, длина которых измеряется несколькими метрами. Это свойство позволяет широко применять трансформатор при съёмках фильмов и создании компьютерных игр.

При разработке этого устройства Никола Тесла планировал использовать его для передачи энергии в глобальном масштабе. Идея учёного базировалась на применении двух сильных трансформаторов, располагающихся на разных концах Земли и функционирующих с равной резонансной частотой.

В случае успешного использования такой системы энергопередачи необходимость в электростанциях, медных кабелях и поставщиках электричества полностью бы отпала. Каждый житель планеты смог бы использовать электроэнергию в любом месте абсолютно безвозмездно. Однако в силу экономической нерентабельности замысел знаменитого физика до сих пор не был (и вряд ли когда-то будет) реализован.

11. Катушка Тесла | 9. Трансформаторы | Часть2

11. Катушка Тесла

Катушка Тесла

Одним из самых ярких примеров трансформатора с воздушным сердечником является катушка Тесла, названная в честь сербского гения-электрика Никола Тесла, который также изобрел асинхронный электродвигатель, многофазные системы электроснабжения и многие другие устройства радиотехники. Катушка Тесла — это резонансный высокочастотный повышающий трансформатор, используемый для создания очень высоких напряжений. Тесла мечтал использовать технологию своих катушек для распределения электроэнергии без проводов, просто передавая ее в форме радиоволн, которые можно принимать и направлять на нагрузки с помощью антенн. Базовая схема катушки Тесла представлена на рисунке ниже.

 

Катушка Тесла: несколько витков первичной обмотки, много витков вторичной обмотки.

Конденсатор и первичная обмотка трансформатора в данной схеме образуют колебательный контур. Вторичная обмотка намотана в непосредственной близости от первичной, обычно вокруг той же немагнитной формы. Существует несколько вариантов «возбуждения» первичной цепи, самым простым из которых является использование высоковольтного низкочастотного источника переменного напряжения и искрового разрядника: (рисунок ниже)

 

 

Назначение высоковольтного низкочастотного источника переменного напряжения — «зарядить» колебательный контур. Когда сработает искровой разрядник, его низкий импеданс замкнет цепь колебательного контура (конденсатор — первичная обмотка трансформатора), позволяя последнему колебаться на своей резонансной частоте. Высокочастотные дроссели действуют как высокие импедансы, они предотвращают дальнейшее вмешательство источника переменного напряжения в колебательный процесс колебательного контура.

Вторичная обмотка трансформатора также образует колебательный контур, где роль конденсатора, главным образом, выполняет собственная межвитковая ёмкость обмотки трансформатора. Для оптимальной работы оба колебательных контура настроены на одну и ту же резонансную частоту, при этом энергия во время резонансного колебания обменивается не только между конденсаторами и обмотками, но и между самими обмотками трансформатора. На фотографии ниже представлена катушка Тесла в действии.

 

 

Катушки Тесла часто преподносятся как инновационные устройства, появляясь на различных научных ярмарках и семинарах, в подвалах умельцев, а так же в низкобюджетных научно-фантастических фильмах.

Стоит отметить, что катушки Тесла могут представлять серьезную опасность для жизни и здоровья человека. Ожоги, вызванные высокочастотным током, как и все электрические ожоги, могут быть очень глубокими. Они не ограничиваются только повреждением кожи, как это бывает при ожогах горячими предметами или пламенем. Не смотря на то, что высокочастотный разряд катушки Тесла обладает любопытным свойством находиться за пределами частоты «восприятия шока» нервной системы человека, это не означает, что катушки Тесла не могут причинить вам вред или даже убить вас! Если вы сами захотите сделать катушку Тесла, то в обязательном порядке обратитесь за помощью к опытному мастеру, который в совершенстве владеет данным вопросом.

Собираем простую звуковую катушку Тесла. | Технические советы и не только

В последние несколько лет в разных городах проводятся захватывающие музыкальные шоу с использованием катушек Тесла. В интернете можно найти много таких роликов. Звук воспроизводится с помощью молний, или, другими словами, стримеров над высоковольтными катушками. Это большие и дорогие устройства с относительно сложными схемами.

А иногда хочется что-то подобное иметь дома, удивить знакомых, или ребёнок может попросить. Желающие могут легко и быстро собрать миниатюрную звуковую катушку Тесла, работающую по схеме качера (качателя реактивностей) Бровина. Интересен тот факт, что сам изобретатель этого генератора разрывов электрической цепи, Владимир Ильич, активно участвует в обсуждении на форуме и продолжает исследования.

Перейдём к конкретике. Намотка вторичной обмотки занимает большую часть времени сборки. Она на фото рядом с первичной обмоткой.

Первичная и вторичная обмотки будущей катушки Тесла.

Первичная и вторичная обмотки будущей катушки Тесла.

Во вторичке 193 витка, намотанных на баночку из-под фотоплёнки. Виток к витку. Первичка имеет 2 витка провода диаметром 1 мм. Диаметр обмотки 50 мм.

Вот такие радиодетали потребуются.

2 транзистора, 3 резистора, 1 конденсатор.

2 транзистора, 3 резистора, 1 конденсатор.

Паять схему не обязательно, можно легко всё соединить «крокодилами», как это сделал я. Для питания отлично подходит БП от ноутбука на 16 Вольт. При подключении 19 Вольт звук становился немного тише.

Кроме воспроизведения музыки, катушка Тесла зажигает на расстоянии люминесцентные и неоновые лампы, которые слегка мигают под звук.

Схема довольно простая:

Схема музыкального качера или катушки Тесла.

Схема музыкального качера или катушки Тесла.

И теперь видео готового устройства с демонстрацией работоспособности.

Транзисторы нагреваются, поэтому их лучше установить на радиатор. Набор компонентов для сборки можно заказать на AliExpress. В этом случае потребуется только пайка деталей на готовую плату.

Кстати, изобретатель работал только с низковольтными качерами. А его последователи объединили качер Бровина и катушку Тесла, создав вот такое интересное устройство.

Читайте также: Передача энергии без проводов.

Все статьи канала можно найти по следующей ссылке: https://zen.yandex.ru/id/5c50c2abee8f3100ade4748d

Благодарю Вас за то, что дочитали мою статью!
Если информация понравилась, ставьте лайк. Также буду рад комментариям!

Трансформатор Тесла — определение

Первичный контур, подпитываясь от источника электроэнергии, генерирует электромагнитные колебания высокой частоты, которые зависят от параметров L и С. Во вторичном контуре наводится ЭДС индукции такой же частоты, но с более высокой амплитудой напряжения.

Классическая схема трансформатора представлена на рисунке. Здесь первичный колебательный контур состоит из индуктивности, или первичной обмотки, последовательно с которой включена ёмкость, или конденсатор, и параллельно — нелинейный элемент, или разрядник. Индуктивностью вторичного контура является вторичная обмотка, а ёмкость образуется из межвитковой ёмкости само́й обмотки в комплексе с ёмкостью выходного элемента.

Работа трансформатора Тесла проходит в импульсном режиме. Конденсатор первичного контура заряжается током высокого напряжения от внешнего источника питания через низкочастотный трансформатор. Величина этого напряжения ограничивается пробойным напряжением разрядника и в разных схемах может варьироваться в пределах 2-20 кВ.

При пробое искрового промежутка разрядника цепь первичного колебательного контура замкнётся и останется на некоторое время замкнутой через ионизированный газ разрядника, что вызовет затухающие в. ч. колебания в контуре. Резонансные колебания во вторичном контуре вызовут кратное увеличение напряжения на его выходе, которое может достигать миллионов вольт. При разряде конденсатора первичного контура колебательный процесс прекращается до следующей зарядки, после чего цикл повторяется.

К настоящему времени существуют несколько схем возбуждения в.ч. колебаний в трансформаторах Тесла:

  • SGTC – схемы на газовом искровом разряднике;
  • VTTC – схемы на мощных генераторных электронных лампах;
  • SSTC – схемы на мощных полевых транзисторах;
  • DRSSTC – ключевые схемы на биполярных и полевых транзисторах, и т.д.

Применение ТТ нашли не только для красивых развлекательных шоу с яркими многометровыми электрическими разрядами, но и для практического использования. Никола Тесла использовал своё изобретение для телеуправления механизмами, передачи на небольшие расстояния информации и энергии. В начале прошлого века ТТ использовался в медицине для физиотерапевтических процедур. В настоящее время катушки зажигания автомобилей являются одной из модификаций трансформатора Тесла. В средствах неразрушающего контроля широко применяются импульсные рентгеновские аппараты, где импульсное анодное напряжение вырабатывается ТТ, в котором вторичный колебательный контур дополнен выходной «ударной» ёмкостью и разрядником-обострителем. Такой трансформатор выдаёт импульсы напряжением 200-300 кВ.

Резонансный трансформатор Тесла — больше не секрет

Знакомство с трансформатором Н. Тесла.

Новомодный феномен резонансного трансформатора Николы Тесла возник не давно, а Интернет забит фотографиями и интригующими видеосъемками молний и коронарных разрядов.

Вспомним, что трансформатор первоначально был предназначен не для показательного выступления в цирке, а для передачи радиосигналов на далекие расстояния. В связи с этим предлагаю ознакомиться с его принципом работы и найти ему практическое применение.

Трансформатор Тесла состоит из двух основных частей, см. рис.1а;

1. Генерирующей части, состоящей из высоковольтного источника питания, накопительного конденсатора С1, разрядника и катушки связи L1. Частота генерации зависит от напряжения питания, емкости конденсатора С1, характеризующее время разряда, а так же промежутком между электродами разрядника;

2. Резонансной катушки индуктивности L2, заземления и сферы, см. рис. 1а.

Если вглядеться в схему этого трансформатора внимательнее, то мы увидим известную схему последовательного колебательного контура, состоящего из катушки индуктивности L2 с открытой емкостью С, образованной между сферой и землей. Это открытый колебательный контур, который был открыт Дж. К. Максвеллом.

Обратимся к классической теории принципа действия открытого колебательного контура:

Как известно колебательный контур состоит из катушки индуктивности и конденсатора. Исследуем простейший колебательный контур, катушка которого состоит из одного витка, а конденсатор представляет собой две рядом расположенные металлические пластины. Подадим в разрыв индуктивности контура 1 переменное напряжение от генератора, см. рис.2а. В витке потечет переменный ток и создаст вокруг проводника магнитное поле. Это сможет подтвердить магнитный индикатор в виде витка, нагруженного лампочкой. Для того, что бы получить открытый колебательный контур, раздвинем пластины конденсатора. Мы наблюдаем, что лампа индикатора магнитного поля продолжает гореть. Чтобы лучше понять, что происходит в данном опыте, смотри рис. 2а. По витку контура 1 течёт ток проводимости, который вокруг себя создает магнитное поле Н, а между пластинами конденсатора – равный ему, так называемый, ток смещения. Несмотря на то, что между пластинами конденсатора нет тока проводимости, опыт показывает, что ток смещения создаёт такое же магнитное поле, как и ток проводимости. Первым, кто об этом догадался, был великий английский физик Дж. К. Максвелл.

В 60-х годах 19-го столетия, формулируя систему уравнений для описания электромагнитных явлений, Дж. К. Максвелл столкнулся с тем, что уравнение для магнитного поля постоянного тока и уравнение сохранения электрических зарядов переменных полей (уравнение непрерывности) несовместимы. Чтобы устранить противоречие, Максвелл, не имея на то никаких экспериментальных данных, постулировал, что магнитное поле порождается не только движением зарядов, но и изменением электрического поля, подобно тому, как электрическое поле порождается не только зарядами, но и изменением магнитного поля. Величину где — электрическая индукция, которую он добавил к плотности тока проводимости, Максвелл назвал током смещения. У электромагнитной индукции появился магнитоэлектрический аналог, а уравнения поля обрели замечательную симметрию. Так, умозрительно был открыт один из фундаментальнейших законов природы, следствием которого является существование электромагнитных волн. В последствии Г.Герц опираясь на эту теорию доказал, что электромагнитное поле излучаемое электрическим вибратором равно полю излучаемое емкостным излучателем.

Раз так, убедимся еще раз, что происходит, когда закрытый колебательный контур превращается в открытый и как можно обнаружить электрическое поле Е ? Для этого рядом с колебательным контуром поместим индикатор электрического поля, это вибратор, в разрыв которого включена лампа накаливания, она пока не горит. Постепенно раскрываем контур, и мы наблюдаем, что лампа индикатора электрического поля загорается, рис. 2б. Электрическое поле теперь не сосредоточено между пластинами конденсатора, его силовые линии идут от одной пластины к другой через открытое пространство. Таким образом, мы имеем экспериментальное подтверждение утверждения Дж. К. Максвелла, что емкостной излучатель порождает электромагнитную волну. Никола Тесла обратил на этот факт внимание, что при помощи совсем не больших излучателей можно создать достаточно эффективный прибор для излучения электромагнитной волны. Так родился резонансный трансформатор Н. Тесла. Проверим и этот факт, для чего вновь рассмотрим назначение деталей трансформатора.

И так, сфера и заземление выполняют роль пластин открытого конденсатора. Геометрические размеры сферы и технические данные катушки индуктивности определяют частоту последовательного резонанса, которая должна совпадать с частотой генерации разрядника.

Иными словами, режим последовательного резонанса позволяет трансформатору Тесла достигать таких величин напряжений, что на поверхности сферы появляется коронарный разряд и даже молнии. Весь фокус состоит в том, что коэффициент трансформации резонансного трансформатора выше соотношения витков катушек L1/L2 и значительно выше, чем в трансформаторах с ферро сердечниками. Здесь индуктивность L2, сфера и заземление, представляют из себя открытый резонансный колебательный контур. Именно по этому трансформатор Тесла называется резонансным.

Рассмотрим работу трансформатора Тесла, как последовательный колебательный контур:

— Этот контур необходимо рассматривать как обычный LC – элемент, рис. 1а.б, а так же рис. 2а, где включены последовательно индуктивность L, открытый конденсатор С и сопротивление среды Rср. Угол сдвига фаз в последовательном колебательном контуре между напряжением и током равен нулю (φ=0), если ХL = — Хс, т.е. изменения тока и напряжения в нем происходят синфазно. Это явление называется резонансом напряжений (последовательным резонансом). Следует отметить, что при понижении частоты от резонанса, ток в контуре уменьшается, а резонанс тока несет емкостной характер. При дальнейшей расстройке контура и понижении тока на 0,707, его фаза смещается на 45 градусов. При расстройке контура вверх по частоте, он приобретает индуктивный характер. Это явление часто используют в фазоинверторах.

Если мы рассмотрим схему изображенную на рис. 3, то мы сможем предоставить простые расчеты, из которых видно, что напряжение на пластинах излучателя вычисляется исходя из добротности контура Q, которая реально может находиться в пределах 20 – 50 и много выше.

Где полоса пропускания определяется добротностью контура:

Δf=fo/Q;

Тогда напряжение на пластинах излучателя будет выглядеть согласно следующей формуле:

U2= Q * U1.

В таблице 1 расчетные данные приведены для частоты 7.0 МГц не случайно, это дает возможность любому желающему коротковолновику провести радиолюбительский эксперимент в эфире. Здесь входное напряжение U1 условно взято за 100 Вольт, а добротность за 26.

Таблица 1.

f ( МГц)

L (мкГн)

ХL (Ом)

C (пФ)

— Xc (Ом)

Δf (кГц)

Q

U 1/U 2 (В.)

7

30,4

1360

17

1340

270

26

100/2600

Напряжение U2 согласно расчетам составляет 2600В, что подтверждается практической работой трансформатора Тесла. Данное утверждение приемлемо в тех случаях, когда отсутствует изменение частоты или сопротивления нагрузки данного контура. В трансформаторе Н. Тесла оба фактора постоянны.

Полоса пропускания трансформатора Тесла зависит от нагрузки, т.е., чем выше связь открытого конденсатора С (сфера-земля) со средой, тем больше нагружен контур, тем шире его полоса пропускания. Тоже происходит с контуром, нагруженным активной нагрузкой. Таким образом, площадь пластин излучателя антенны определяет его емкость С и соответственно диктует ширину полосы пропускания. Тем не менее, здесь нужно понимать, что чрезмерное увеличение полосы пропускания за счет увеличения объема излучателей приведет к снижению добротности контура и соответственно приведет к уменьшению эффективности резонансного трансформатора и всего устройства в целом.

Подводя итог, мы приходим к выводу, что излучает не индуктивность трансформатора Тесла L2, а элементы открытого конденсатора (сфера-земля рис. 1а.) являющегося частью резонансной системы. Это емкостной излучатель с двумя полюсами, который создает вокруг себя мощное и концентрированное электромагнитное излучение. Трансформатор Тесла обладает особенностью накопления энергии, что характерно только последовательному LC – контуру, где суммарное выходное напряжение значительно превосходит входное, что наглядно видно из результатов таблицы. Данное свойство давно практикуют в промышленных радиоустройствах для повышения напряжения в устройствах с большим входным сопротивлением.

Таким образом, мы можем сделать следующий вывод:

Трансформатор Теслаэто высокодобротный последовательный колебательный контур, где сфера является открытым элементом, осуществляющим связь со средой. Индуктивность L является лишь закрытым элементом и резонансным трансформатором напряжения не участвующим в излучении.

Далее в тексте, будет удобно называть емкостной излучатель диполем Тесла. Это вполне справедливо, ведь «диполь» означает di(s) дважды +polos полюс, что исключительно применимо к двухполюсным конструкциям, каковым и является резонансный трансформатор Николы Тесла с емкостной двухполюсной нагрузкой.

Внимательно изучив цели построения резонансного трансформатора Николы Тесла, невольно приходишь к выводу, что он был предназначен для передачи энергии на расстояние, но эксперимент был прерван, а потомкам остается догадываться о истинной цели этого чуда, конца 19 и начала 20 века. Не случайно Никола Тесла в своих записях оставил следующее изречение: — «Пусть будущее рассудит и оценит каждого по его трудам и достижениям. Настоящее принадлежит им, будущее, ради которого я работаю, принадлежит мне».

Резонансные элементы любого контура можно изменять в разных пределах и как с ними поступишь, так они и поведут себя. Можно увеличить индуктивность в этой конструкции и получить на поверхности сферы стримеры, коронарные разряды и даже молнии. Можно увеличить емкость и в режиме резонанса напряжений добиться максимальной отдачи сбалансированного электромагнитного поля. И все же Тесла был прав, когда отказался от металлического сердечника внутри повышающей катушки, ведь он вносил потери в том месте, где зарождалась электромагнитная волна.

Автор статьи повторил конструкцию трансформатора Тесла на частоте 7МГц. Параметры индуктивности и емкости сильно разнились, но результаты экспериментов привели к единственно правильному условию, когда ХL= -Хс стали соответствовать табличным данным (табл.1). Интересно то, что если уменьшать излучающую емкость, то для получения резонанса приходится увеличивать индуктивность. При этом, на краях излучателя и других неровностях, появляются стримеры (от англ. Streamer). Streamer, это тускло видимая, ионизация воздуха (свечение ионов), создаваемая полем диполя. Это и есть резонансный трансформатор Тесла, каким мы его привыкли видеть на просторах Интернета.

Проверка принципа действия диполя Тесла на практике.

Для проведения экспериментов с трансформатором Тесла над конструкцией не пришлось долго думать, здесь помог радиолюбительский опыт. В качестве излучателей вместо сферы и земли были взяты две гофрированные алюминиевые (вентиляционные) трубы диаметром 120мм и длиной по 250 мм. Удобство применения заключалось в том, что их можно растягивать или сжимать как витки катушки, тем самым, меняя емкость контура в целом и соответственно соотношение L/С. «Трубы – емкости» располагались горизонтально на бамбуковой палке с расстоянием 100мм. Катушка индуктивности L2 (30 мкГн) проводом 2 мм, была вынесена ниже оси цилиндров на 50 см. с тем, что бы не создавать вихревых токов в сфере излучателей. Еще лучше будет, если катушку вынести за один из излучателей, располагая ее на одной оси с ними, где эл. магнитное поле минимально и имеет форму «пустой воронки». Катушка связи L1 (1 виток, 2мм), обеспечивала связь с трансивером мощностью 40 вт. Образованный, этими элементами колебательный контур был настроен в режиме последовательного резонанса, где было соблюдено правило, а именно ХL = -Хс. Катушкой L1, соответственно было настроено согласование импровизированного диполя Тесла с фидером 50 Ом. Фидер длиной 5 метров для чистоты эксперимента был обеспечен с обоих сторон ферритовыми фильтрами.

Для сравнения испытывалось три антенны:

  1. диполь Тесла (L= 0.7м, КСВ=1,1),
  2. разрезной укороченный диполь Герца (L = 2х0,7м, удлинительная катушка, фидер 5 метров защищенный ферритовыми фильтрами КСВ=1,0),
  3. горизонтальный полуволновой диполь Герца (L = 19,3м, фидер защищен ферритовыми фильтрами КСВ=1,05).

На расстоянии 3 км. в черте города был включен передатчик с постоянной несущей сигнала.

Диполь Тесла (7 МГц) и укороченный диполь с удлиняющей катушкой, по очереди размещались возле кирпичного здания на расстоянии всего 2 метра, и на момент эксперимента находились в равных условиях на высоте (10-11м).

В режиме приема диполь Тесла превосходил укороченный диполь Герца на 2-3 балла (12-20 дБ) по шкале S-метра трансивера и более.

За тем вывешивался, за ранее настроенный, полуволновый диполь Герца. Высота подвеса 10-11 м. на расстоянии от стен в 15-20м.

По усилению диполь Тесла уступал полуволновому диполю Герца примерно на 1 балл (6-8дБ). Диаграммы направленности всех антенн совпадали. Стоит отметить, что полуволновый диполь был размещен не в идеальных условиях, а практика построения диполя Тесла требует новых навыков. Все антенны находились внутри двора (четыре здания), как в экранированном котле.

Общие выводы.

Рассматриваемый диполь Тесла на практике работает почти как полноценный полуволновый диполь Герца, он подчиняется принципам двойственности, что не идет в разрез с теорией антенн. Не смотря на свои сверх — малые размеры (0,01- 0,02λ), диполь Тесла осуществляет связь с пространством в виде емкостных пластин, сферы, цилиндров и пр.. Напряжение и ток в момент последовательного резонанса синфазны. Соответственно создают в пространстве, вокруг излучателя, синфазное поле Е и поле Н, что приводит к размышлению о том, что поле диполя Тесла в пределах излучателей уже сформировано и имеет «мини-сферу». Следует вспомнить, что у диполя Герца сферой считается то место, где поле Е и поле Н находятся в фазе, а именно на расстоянии 2-3 длины волны. Таким образом, диполь Тесла имеет все основания для практических экспериментов в радиолюбительской службе в диапазонах коротких, средних и особенно длинных волн. Думаю, что любителям длинноволновой связи (137кГц) стоит обратить на этот эксперимент особое внимание. Здесь имеется огромный потенциал проявить свою смекалку в усовершенствовании емкостного излучателя и подтвердить высказывание Г. Герца в том, что уровень излучения емкостного излучателя равен уровню излучения электрического диполя.

Примечание: Диполь Тесла относится к емкостным излучателям, не путать с полуволновым диполем Герца. Принципы их действия разнятся как, «водоплавающие от наземных», как катер от автомобиля, — мотор один, а движители разные.

UA9LBG. Сушко С.А.


Комментарии

Отзывы читателей — Скажите свое мнение!

Оставьте свое мнение


Отзывы читателей — Скажите свое мнение!

Катушка тесла принцип работы: описание, характеристики

Автор Почемучка На чтение 23 мин. Просмотров 217

Огромная катушка Тесла

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.

Огромная катушка Тесла

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.

Внедрение данной технологии сделает все имеющиеся сегодня АЭС, ТЭС, ГЭС и прочие просто ненужными. Человечеству не придется сжигать твердые ископаемые, подвергаться риску радиационного заражения, перекрывать русла рек. Но ответ на вопрос, почему никто не развивает данную технологию, остается за конспирологами.

Настольная катушка Тесла, продающаяся сегодня в качестве сувенира

Для работы двух Катушек Тесла используется два миди канала — первый и второй. Каждая Катушка Тесла воспроизводит по одной ноте последовательно из своей миди дорожки.

Любой звук это механическая волна в воздухе, которая характеризуется амплитудой и частотой. Определенной музыкальной ноте, которую играет музыкальный инструмент, соответствует своя частота, амплитуда при этом определяет громкость ноты. Например, ноте ДО малой октавы соответствует частота 130,81Гц, а ноте ЛЯ первой октавы соответствует частота 440Гц.

Любой повторяющийся процесс с частотой 440Гц, который вызовет колебания воздуха, будет восприниматься ухом похожим на ноту ЛЯ. Музыкальная Катушка Тесла работает именно по этому принципу.

Для проигрывания практически любой мелодии достаточно двух Катушек Тесла, каждая из которых независимо воспроизводит свою ноту, создавая стереозвучание.

ВАЖНО! В один момент времени одна Катушка Тесла может воспроизводить только одну ноту, это следует помнить при написании музыки (при этом возможно проигрывать на одной Катушке Тесла несколько нот одновременно, но это искажает звук и усложняет проект, поэтому этот режим не используется).

Как проигрывается музыка?

Для работы двух Катушек Тесла используется два миди канала — первый и второй. Каждая Катушка Тесла воспроизводит по одной ноте последовательно из своей миди дорожки.

Ноты поступают в пульт управления Катушками Тесла по миди кабелю. При этом пульт можно подключить к миди-синтезатору и проигрывать музыку в реальном времени, или подключить к компьютеру и проигрывать заранее записанные миди треки.

Катушки Тесла имеют ограниченный диапазон проигрывания нот. Рекомендуется использовать ноты от С1 (ДО контроктавы) до h5 (CИ первой октавы). Ноты в других октавах проигрываться пультом не будут. Это связано с плохим восприятием на слух очень низких нот и очень большой нагрузкой по мощности при более высоких нотах.

Рекомендуется оставлять оригинальный музыкальный трек, который будет воспроизводиться параллельно через мощные колонки. Это позволяет заполнить паузы, добавить басы и повысить узнаваемость мелодии.

Пример создания композиции в программе Cubase

Для примера ниже показаны обработанная композиция Баха Токката и фуга ре минор и видео с исполнением этой композиции.

В медицине при длительном воздействии токов высокой частоты и напряжения могут образоваться хронические заболевания и другие отрицательные явления. Также нахождение человека в поле высокого напряжения негативно сказывается на его здоровье. Можно отравиться газами, выделяемыми при функционировании трансформатора без вентиляции.

Одним из знаменитых изобретений Николы Тесла была катушка Тесла. Это изобретение представляет собой резонансный трансформатор, который образует высокочастотное повышенное напряжение. В 1896 году на изобретение выдан патент, который имел название аппарата для образования электрического тока высокого потенциала и частоты.

Разновидности

Со времен Николы Тесла появилось много различных видов трансформаторов Тесла. Рассмотрим распространенные основные виды таких трансформаторов, как катушка Тесла.

VTTC – катушка на основе электронной лампы, которая является коммутирующим элементом. Подобные трансформаторы способны функционировать в постоянном режиме и выдавать разряды большой толщины. Такой тип питания обычно применяют для создания катушек высокой частоты. Они создают эффект стримера в виде факела.

SSTC – катушка, в конструкции которой в качестве ключа используется полупроводниковый элемент в виде мощного транзистора. Такой вид трансформаторов также способен функционировать в постоянном режиме. Внешняя форма стримеров от такого устройства бывает самой различной. Управление с полупроводниковым ключом более простое, существуют такие катушки Тесла, которые умеют играть музыку.

DRSSTC – трансформатор, имеющий два контура резонанса. Роль ключей играют также полупроводниковые компоненты. Это наиболее сложный в настройке и управлении трансформатор, однако, он используется для создания впечатляющих эффектов. При этом большой резонанс получается в первом контуре. Во втором контуре образуется наиболее яркие толстые и длинные стримеры в виде молний.

Устройство и работа

Элементарный трансформатор Тесла включает в себя две катушки, тороид, конденсатор, разрядник, защитное кольцо и заземление.

Тороид выполняет несколько функций:
  • Снижение частоты резонанса, особенно для вида катушки Тесла с полупроводниковыми ключами.Полупроводниковые элементы плохо функционируют на повышенных частотах.
  • Накапливание энергии перед возникновением электрической дуги. Чем больше размер тороида, тем больше энергии накоплено. В момент пробоя воздуха тороид выдает эту накопленную энергию в электрическую дугу, при этом увеличивая ее.
  • Образование электростатического поля, отталкивающего дугу от вторичной обмотки. Часть этой функции исполняет вторичная обмотка. Однако тороид помогает ей в этом. Поэтому электрическая дуга не бьет во вторичную обмотку по кратчайшему пути.

Обычно наружный диаметр тороида в два раза больше диаметра вторичной обмотки. Тороиды производят из алюминиевой гофры и других материалов.

Вторичная обмотка трансформатора Тесла является основным элементом конструкции. Обычно длина обмотки относится к ее диаметру 5 : 1. Диаметр проводника для катушки выбирают из расчета, чтобы разместилось около 1000 витков, которые должны располагаться плотно между собой. Витки обмотки покрывают несколькими слоями лака или эпоксидной смолы. В качестве каркаса выбирают ПВХ-трубы, которые можно купить в строительном магазине.

Защитное кольцо служит для предохранения от выхода из строя электронных элементов в случае попадания электрической дуги в первичную обмотку. Защитное кольцо устанавливается, если размер стримера (электрической дуги) больше длины вторичной катушки. Это кольцо выполнено в виде медного незамкнутого проводника, заземленного отдельным проводом на общее заземление.

Форма первичной обмотки может быть различной: конической, плоской или цилиндрической.

Катушка Тесла должна иметь заземление . Если его не будет, то стримеры будут бить в саму катушку, для замыкания тока.

Колебательный контур образован конденсатором совместно с первичной обмоткой. В этот контур также подключен разрядник, который является нелинейным элементом. Во вторичной обмотке также образован контур колебаний, в котором конденсатором выступает емкость тороида и межвитковая емкость катушки. Чаще всего для предохранения от электрического пробоя вторичную обмотку покрывают лаком или эпоксидной смолой.

В результате катушка Тесла, или другими словами трансформатор, состоит из двух контуров колебаний, связанных между собой. Это и придает трансформатору Тесла необычные свойства, и является основным отличительным качеством от обычных трансформаторов.

При достижении напряжения пробоя между электродами разрядника, образуется электрический лавинообразный пробой газа. При этом происходит разряд конденсатора на катушку через разрядник. Вследствие этого цепь контура колебаний, который состоит из конденсатора и первичной обмотки, остается замкнутой на разрядник. В этой цепи возникают колебания высокой частоты. Во вторичной цепи образуются резонансные колебания, в результате чего возникает высокое напряжение.

Во всех видах катушки Тесла главным элементом являются контуры: первичный и вторичный. Однако генератор колебаний высокой частоты может отличаться по конструкции.

Катушка Тесла по сути дела состоит из двух катушек, не имеющих металлического сердечника. Коэффициент трансформации катушки Тесла в несколько десятков раз выше отношения числа витков обеих обмоток. Поэтому выходное напряжение трансформатора достигает нескольких миллионов вольт, что и обеспечивает мощные электрические разряды длиной в несколько метров. Важным условием является образование контура колебаний первичной обмоткой и конденсатором, вхождение в резонанс этого контура с вторичной обмоткой.

Виды эффектов от катушки Тесла

Действие катушки Тесла сопровождается треском электрического тока. Стримеры могут превращаться в искровые каналы. Это сопровождается большим увеличением тока и энергии. Канал стримера быстро расширяется, давление резко повышается, поэтому образуется ударная волна. Совокупность таких волн подобен треску искр.

Малоизвестные эффекты катушки Тесла

Некоторые люди считают трансформатор Тесла каким-то особенным устройством, обладающим исключительными свойствами. Также есть мнение, что такое устройство способно стать генератором энергии и вечным двигателем.

Иногда говорят, что при помощи такого трансформатора можно передавать электрическую энергию на значительные расстояния, не используя провода, а также создать антигравитацию. Такие свойства не подтверждены и не проверены наукой, но Тесла говорил о скорой доступности таких способностей для человека.

В медицине при длительном воздействии токов высокой частоты и напряжения могут образоваться хронические заболевания и другие отрицательные явления. Также нахождение человека в поле высокого напряжения негативно сказывается на его здоровье. Можно отравиться газами, выделяемыми при функционировании трансформатора без вентиляции.

Применение
  • Величина напряжения на выходе катушки Тесла иногда достигает миллионов вольт, что формирует значительные воздушные электрические разряды длиной в несколько метров. Поэтому такие эффекты применяют в качестве создания показательных шоу.
  • Катушка Тесла нашла применение в медицине в начале прошлого века. Больных обрабатывали маломощными токами высокой частоты. Такие токи протекают по поверхности кожи, оказывают оздоравливающее и тонизирующее влияние, не причиняя при этом никакого вреда организму человека. Однако мощные токи высокой частоты оказывают негативное влияние.
  • Катушка Тесла применяется в военной технике для оперативного уничтожения электронной техники в здании, на корабле, танке. При этом на короткий промежуток времени создается мощный импульс электромагнитных волн. В результате в радиусе нескольких десятков метров сгорают транзисторы, микросхемы и другие электронные компоненты. Это устройство действует абсолютно бесшумно. Существуют такие данные, что частота тока при функционировании такого устройства может достигать 1 ТГц.
  • Иногда такой трансформатор применяется для розжига газоразрядных ламп, а также поиска течи в вакууме.

Эффекты катушки Тесла иногда используют в съемках фильмов, компьютерных играх. В настоящее время катушка Тесла не нашла широкого применения на практике в быту.

Катушка Тесла на будущее

В настоящее время остаются актуальными вопросы, которыми занимался ученый Тесла. Рассмотрение этих проблемных вопросов дает возможность студентам и инженерам институтов взглянуть на проблемы науки более широко, структурировать и обобщать материал, отказаться от шаблонных мыслей.

Взгляды Тесла актуальны сегодня не только в технике и науке, но и для работ в новых изобретениях, применения новых технологий на производстве. Наше будущее даст объяснение явлениям и эффектам, открытым Теслой. Он заложил для третьего тысячелетия основы новейшей цивилизации.

Вот самые распространенные типы катушек Тесла в зависимости от способа управления ими:

Сегодня трансформатором Тесла называют высокочастотный высоковольтный резонансный трансформатор, и в сети можно найти множество примеров ярких реализаций этого необычного устройства. Катушка без ферромагнитного сердечника, состоящая из множества витков тонкого провода, увенчанная тором, испускает настоящие молнии, впечатляя изумленных зрителей. Но все ли помнят, как и для чего создавался изначально этот удивительный прибор?

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

Указать конкретный год, когда именно пришла к ученому эта идея, вряд ли можно точно, однако известно, что 20 мая 1891 года Никола Тесла выступил с подробной лекцией в Колумбийском университете, где представил сотрудникам Американского института электроинженеров свои идеи, и кое-что проиллюстрировал, показав наглядные эксперименты.

Целью первых демонстраций было — показать новый способ получения света посредством использования для этого токов высокой частоты и высокого напряжения, а также раскрыть особенности этих токов. Справедливости ради отметим, что современные энергосберегающие люминесцентные лампы работают именно на принципе, который как раз и предложил для получения света Тесла.

Окончательная теория относительно именно беспроводной передачи электрической энергии вырисовывалась постепенно, ученый потратил несколько лет жизни, доводя до ума свою технологию, много экспериментируя и совершенствуя кропотливо каждый элемент схемы, он разрабатывал прерыватели, изобретал стойкие высоковольтные конденсаторы, придумывал и модифицировал контроллеры цепей, но так и не смог воплотить свой замысел в жизнь в том масштабе, в каком хотел.

Однако теория до нас дошла. Доступны дневники, статьи, патенты и лекции Николы Тесла, в которых можно найти исходные подробности относительно данной технологии. Принцип действия резонансного трансформатора можно узнать, прочитав например патенты Николы Тесла №787412 или №649621, уже доступные сегодня в сети.

Если попробовать кратко разобраться в том, как же работает трансформатор Тесла, рассмотреть его устройство и принцип действия, то в этом нет ничего сложного.

Вторичная обмотка трансформатора изготавливается из провода в изоляции (например из эмальпровода), который укладывается виток к витку в один слой на полый цилиндрический каркас, отношение высоты каркаса к его диаметру обычно берут равным от 6 к 1 до 4 к 1.

После намотки вторичную обмотку покрывают эпоксидной смолой или лаком. Первичная обмотка изготавливается из провода относительно большого сечения, она содержит обычно от 2 до 10 витков, и укладывается в форму плоской спирали, либо наматывается подобно вторичной — на цилиндрический каркас диаметром несколько большим, чем у вторичной.

Высота первичной обмотки, как правило, не превышает 1/5 высоты вторичной. К верхнему выводу вторичной обмотки подключают тороид, а нижний ее вывод заземляют. Далее рассмотрим все более подробно.

Например: вторичная обмотка навита на каркас диаметром 110 мм, эмальпроводом ПЭТВ-2 диаметром 0,5 мм, и содержит 1200 витков, таким образом высота ее получается равной примерно 62 см, а длина провода составляет около 417 метров. Пусть первичная обмотка содержит 5 витков толстой медной трубки, навитых на диаметр 23 см, и имеет высоту 12 см.

Далее изготавливают тороид. Его емкость в идеале должна быть такой, чтобы резонансной частоте вторичного контура (заземленная вторичная катушка вместе с тороидом и окружающей средой) соответствовала бы длина провода вторичной обмотки так, что эта длина равнялась бы четверти длины волны (для нашего примера частота получается равной 180 кГц).

Для точного расчета полезной может стать специальная программа для рассчета катушек Тесла, например VcTesla или inca. К первичной обмотке подбирается высоковольтный конденсатор, емкость которого вместе с индуктивностью первичной обмотки образовывала бы колебательный контур, собственная частота которого была бы равна резонансной частоте вторичного контура. Обычно берут близкий по емкости конденсатор, а настройку осуществляют подбором витков первичной обмотки.

Суть работы трансформатора Тесла в каноническом виде заключается в следующем: конденсатор первичного контура заряжается от подходящего источника высокого напряжения, затем он соединяется коммутатором с первичной обмоткой, и так повторяется много раз в секунду.

В результате каждого цикла коммутации возникают затухающие колебания в первичном контуре. Но первичная катушка является для вторичного контура индуктором, поэтому электромагнитные колебания возбуждаются соответственно и во вторичном контуре.

Поскольку вторичный контур настроен в резонанс с первичными колебаниями, то на вторичной обмотке возникает резонанс напряжений, а значит коэффициент трансформации (соотношение витков первичной обмотки и охваченных ею витков вторичной обмотки) нужно умножить еще и на Q – добротность вторичного контура, тогда получится значение реального соотношения напряжения на вторичной обмотке к напряжению на первичной.

А так как длина провода вторичной обмотки равна четверти длины волны индуцируемых в ней колебаний, то именно на тороиде будет находиться пучность напряжения (а в точке заземления — пучность тока), и именно там может иметь место максимально эффектный пробой.

Для питания первичной цепи используют разные схемы, от статичного искрового промежутка (разрядника) с питанием от МОТов (МОТ — высоковольтный трансформатор от микроволновой печи) до резонансных транзисторных схем на программируемых контроллерах с питанием выпрямленным сетевым напряжением, однако суть от этого не меняется.

Вот самые распространенные типы катушек Тесла в зависимости от способа управления ими:

VTTC (ВТТЦ, Vacuum Tube Tesla Coil) – трансформатор Тесла на электронной лампе. В качестве коммутирующего элемента здесь используется мощная радиолампа, например ГУ-81. Такие трансформаторы могут работать в непрерывном режиме и производить довольно толстые разряды. Данный тип питания чаще всего используют для построения высокочастотных катушек, которые из-за типичного вида своих стримеров получили название “факельники”.

SSTC (ССТЦ, Solid State Tesla Coil) – трансформатор Тесла, в котором в качестве ключевого элемента применяются полупроводники. Обычно это IGBT или MOSFET транзисторы. Данный тип трансформаторов может работать в непрерывном режиме. Внешний вид стримеров, создаваемых такой катушкой может быть самым разным. Этим типом трансформаторов Тесла проще управлять, например можно играть на них музыку.

DRSSTC (ДРССТЦ, Dual Resonant Solid State Tesla Coil) – трансформатор Тесла с двумя резонансными контурами, здесь в качестве ключей используются, как и в SSTC, полупроводники. ДРССТЦ – наиболее сложный в управлении и настройке тип трансформаторов Тесла.

Для получения более эффективной и эффектной работы трансформатора Тесла применяют именно схемы топологии DRSSTC, когда мощный резонанс достигается и в самом первичном контуре, а во вторичном соответственно — более яркая картина, более длинные и толстые молнии (стримеры).

Сам Тесла как мог пытался добиться именно такого режима работы своего трансформатора, и зачатки этой идеи можно увидеть в патенте № 568176, где применяются зарядные дроссели, Тесла потом развивал схему именно по этому пути, то есть стремился максимально эффективно использовать первичную цепь, создавая в ней резонанс. Об этих экспериментах ученого можно прочитать в его дневнике (в печатном виде уже изданы записи ученого об экспериментах в Колорадо-Спрингс, которые он проводил с 1899 по 1900 год).

Говоря о практическом применении трансформатора Тесла не стоит ограничиваться лишь восхищением эстетическим характером получаемых разрядов, и относиться к устройству как к декоративному. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора может достигать миллионов вольт, это в конце концов — эффективный источник сверхвысокого напряжения.

Сам Тесла разрабатывал свою систему для передачи электроэнергии на большие расстояния без проводов, используя проводимость верхних воздушных слоев атмосферы. Предполагалось наличие и приемного трансформатора аналогичной конструкции, который бы понижал принятое высокое напряжение до приемлемого для потребителя значения, об этом можно узнать, прочитав патент Тесла №649621.

Особого внимания заслуживает характер взаимодействия трансформатора Тесла с окружающей средой. Вторичный контур является открытым контуром, и система термодинамически отнюдь не является изолированной, она даже не закрытая, это — открытая система. Современные исследования в этом направлении ведутся многими исследователями, и точка на этом пути еще не поставлена.

Основной принцип, открытый великим изобретателем, ныне применяется для изготовления люминесцентных осветителей.

Применение

Помимо декоративного применения представленного устройства существует и практическая польза от его эксплуатации. Коронный разряд заряжает воздух озоном. Это освежает атмосферу в помещении. При этом не стоит допускать длительное воздействие прибора. Большое содержание озона приводит к плохому самочувствию.

Также применение представленного устройства позволяет реанимировать работу вышедшей из строя люминесцентной лампы. Если приблизить прибор к осветительному прибору, последний снова будет функционировать. Однако не стоит подносить близко к излучателю мобильные устройства. Это может вывести гаджет из строя.

Это уникальное, до конца не изведанное изобретение. Его применение должно выполняться с осторожностью. Простота конструкции позволяет собрать прибор самостоятельно.

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

Работа победителя Городской открытой научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Прикладная физика, энергетика, биофизика, бионика» среди учащихся 7–9 классов

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

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

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

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

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

Особое мнение

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

Задачи:

Смотреть похожие работы

Исследовательская работа «Паровые двигатели и загрязнение окружающей среды»

Исследовательская работа «Математическое моделирование экологических проблем»

Исследовательская работа «Применение ветрогенераторов для зарядки тяговых аккумуляторных батарей»

Исследовательская работа «Создание калькулятора пропорций ингредиентов блюд в программе Microsoft Excel»

Сведения об издании
  • Наименование издания: «Наука и образование ON-LINE»
    Сетевое издание (сайт) зарегистрировано Роскомнадзором, свидетельство ЭЛ № ФС 77 — 70153 от 30.06.2017 (предыдущее Эл№ФC77-49690 от 26 апреля 2012). Возрастная категория сайта 6+
    Корман М.О. — Ответственный редактор
    Учредитель: ООО «МЦНИП»
    Гл.редактор: Скопин О.В.
Лицензия на образовательную деятельность

Лицензия на осуществление образовательной деятельности №1686 от 01.11.2019.

Вот такая схема работы катушки Тесла.

Если рассматривать катушку Тесло с исторической точки зрения, становится не ясно, почему ученый не развил идею до конца. Ведь это готовый способ передачи энергии на расстоянии без проводов, что существенно уменьшает потери на монтаж сетей, расходники, столбы и изоляцию.

При этом можно было бы забыть о перерывах с электроснабжением, энергию легко и просто получилось бы доставить в любую точку планеты. Как показывает историческая реальность, ученого интересовало совсем другое применение собственного изобретения. Ученый пытался доказать существование эфира, некой субстанции, которая пронизывает все мироздание.

Согласно теории Тесло эта среда упруга, что делает возможным распространение электромагнитных волн. Одной из утопичных идей ученого была выработка энергии из эфира напрямую. Тесла предлагал установить две катушки на полюсах, что в теории должно было создать огромное магнитное поле по всей Земле.

Так электричество могло бы попасть в любую точку планеты. Катушку ученый придумать успел, а вот создавать приемники для них не стал, занимаясь разработкой получения энергии из эфира.

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


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

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

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

В качестве источника питания для зарядки конденсаторов используется высоковольтный трансформатор Т1, или несколько последовательно или параллельно соединенных трансформаторов. В основном начинающие тесластроители используют трансформатор из микроволновой печи (MOT – Microwave Oven Transformer), выходное переменное напряжение которого составляет

Ниже на картинке представлены формулы для расчета параметров катушки Тесла:

Предлагаю ознакомиться с моим опытом постройки катушки Тесла своими руками.

Для изготовления плоской катушки предварительно готовят основание, на которое последовательно укладывают два медных провода сечением 1,5 мм параллельно плоскости основания. Сверху укладку лакируют, продлевая срок службы. Внешне этот прибор представляет собой ёмкость из двух вложенных друг в друга спиральных обкладок, подключаемых к источнику питания.

Изготовление катушки Тесла своими руками в домашних условиях

Проектирование и создание устройства не представляет сложности для людей, знакомых с принципами электротехники и электричества. Однако даже новичку под силу будет справиться с этой задачей, если провести грамотные расчёты и скрупулёзно следовать пошаговой инструкции. В любом случае до начала работ следует обязательно ознакомиться с правилами техники безопасности для работ с высоким напряжением.

Схема

Катушка тесла представляет собой две катушки без сердечника, посылающих большой импульс тока. Первичная обмотка состоит из 10 витков, вторичная — из 1000. Включение в схему конденсатора позволяет снизить до минимума потери искрового заряда. Выходная разность потенциалов превышает миллионы вольт, что позволяет получать эффектные и зрелищные электрические разряды.

Инструменты и материалы

Для сбора и последующего функционирования катушки Тесла понадобится подготовить следующие материалы и оборудование:

  • трансформатор с выходным напряжением от 4 кВ 35 мА;
  • болты и металлический шарик для разрядника;
  • конденсатор с рассчитанными параметрами ёмкости не ниже 0,33 µF 275 В;
  • ПВХ труба диаметром 75 мм;
  • эмалированная медная проволока сечением 0,3–0,6 мм — пластиковая изоляция предотвращает пробой;
  • полый металлический шар;
  • толстый кабель или трубка из меди сечением 6 мм.

Пошаговая инструкция по изготовлению катушки

Алгоритм изготовления катушки состоит из следующих этапов:

Тщательно следуйте руководству, и проблем не возникнет:

Принцип работы

Катушки, которые вы создали, имеют колебательный контур. Если к первой катушке подвести напряжение, то она создаст собственное магнитное поле. С его помощью передается энергия от одной катушки к другой.

Вторичная катушка создает вместе с емкостью такой же контур, который способен накапливать энергию, которую передала первичная. Все работает по простой схеме – чем больше энергии способна передать первая катушка, а вторая – накопить, то тем больше будет напряжение. И результат будет более зрелищный.

Как говорилось выше, чтобы прибор начал работать, его необходимо подключить к питающему трансформатору. Для того, чтобы направить разряды, которые выдает генератор Тесла, нужно рядом разместить металлический предмет. Но делать это так, чтобы они не соприкасались. Если рядом положить лампочку, то она будет светиться. Но только в том случае, если напряжения будет достаточно.

Чтобы сделать самостоятельно изобретение Тесла, нужно делать математические расчеты, поэтому нужно иметь опыт. Или же найти инженера, который поможет правильно вывести формулы.

Источники

Источник — http://rusenergetics.ru/ustroistvo/katushka-tesla
Источник — http://tesla-sochi.ru/fizicheskiy-printsip-rabotyi-muzyikalnyih-katushek-tesla/
Источник — http://electrosam.ru/glavnaja/jelektrotehnika/katushka-tesla/
Источник — http://electrik.info/main/fakty/1092-chto-takoe-transformator-tesla.html
Источник — http://protransformatory.ru/vidy/tesla
Источник — http://profil.mos.ru/inj/proekty/katushka-tesla.html
Источник — http://eee-science.ru/item-work/2019-1602/
Источник — http://principraboty.ru/princip-raboty-katushki-tesla-kak-rabotaet-katushka-induktivnosti/
Источник — http://radiolaba.ru/vyisokoe-napryazhenie/katushka-tesla-kratkaya-teoriya.html
Источник — http://elektro.guru/osnovy-elektrotehniki/katushka-tesla-svoimi-rukami.html
Источник — http://slarkenergy.ru/oborudovanie/transformator/tesla-svoimi-rukami.html

Применение катушки тесла. Трансформатор Тесла из Китая Эксперименты с катушками тесла схемы

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

О сколько нам открытий чудныхГотовят просвещенья духИ опыт, сын ошибок трудных,И гений, парадоксов друг,И случай, бог изобретатель…

А.С. Пушкин

Введение

Актуальность темы

Экспериментальная физика имеет огромное значение в развитии науки. Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать. Никто не будет спорить с тем, что эксперимент — это мощный импульс к пониманию сущности явлений в природе.

В наше время остро стоит вопрос о передаче энергии на расстояние, в частности передача энергии беспроводным способом. Здесь можно вспомнить идеи великого ученого Николы Тесла, который занимался этими вопросами еще в 1900х годах и добился внушительного успеха, построив свой знаменитый резонансный трансформатор — катушку Тесла. Вот и я решил разобраться в этом вопросе самостоятельно, попытавшись повторить эти эксперименты.

Цели исследовательской работы

Собрать действующие катушки Тесла по транзисторной технологии (Class-E SSTC) и по ламповой технологии (VTTC)

Пронаблюдать образование различных видов разрядов и выяснить, насколько они опасны.

Передать энергию беспроводным способом, при помощи катушки Тесла

Изучить свойства электромагнитного поля, генерируемого катушкой Тесла

Изучить практическое применение катушки Тесла

Предмет исследования:

Две катушки Тесла, собранные по разным технологиям, поля и разряды, генерируемые этими катушками.

Методы исследования:

Эмпирические: наблюдение высокочастотных электрических разрядов, исследование, эксперимент.

Теоретические: конструирование катушки Тесла, анализ литературы и возможных электрических схем сборки катушки.

Этапы исследования:

Теоретическая часть. Изучение литературы по проблеме исследования.

Практическая часть. Изготовление трансформаторов Тесла и проведение опытов с построенным оборудованием.

Теоретическая часть

Изобретения Николы Тесла

Никола Тесла — изобретатель в области электротехники и радиотехники, инженер, физик. Родился и вырос в Австро-Венгрии, в последующие годы в основном работал во Франции и США.

Также он известен как сторонник существования эфира: известны многочисленные его опыты и эксперименты, целью которых было показать наличие эфира как особой формы материи, поддающейся использованию в технике. Именем Н. Тесла названа единица измерения плотности магнитного потока. Современники-биографы считали Тесла «человеком, который изобрёл XX век» и «святым заступником» современного электричества. Ранние работы Тесла проложили путь современной электротехнике, его открытия раннего периода имели инновационное значение.

В феврале 1882 года Тесла придумал, как можно было бы использовать в электродвигателе явление, позже получившее название вращающегося магнитного поля. В свободное время Тесла работал над изготовлением модели асинхронного электродвигателя, а в 1883 году демонстрировал работу двигателя в мэрии Страсбурга.

В 1885 году Никола представил 24 разновидности машины Эдисона, новый коммутатор и регулятор, значительно улучшающие эксплуатационные характеристики.

В 1888—1895 годах Тесла занимался исследованиями магнитных полей и высоких частот в своей лаборатории. Эти годы были наиболее плодотворными, именно тогда он запатентовал большинство своих изобретений.

В конце 1896 года Тесла добился передачи радиосигнала на расстояние 48 км.

В Колорадо Спрингс Тесла организовал небольшую лабораторию. Для изучения гроз Тесла сконструировал специальное устройство, представляющее собой трансформатор, один конец первичной обмотки которого был заземлён, а второй соединялся с металлическим шаром на выдвигающемся вверх стержне. К вторичной обмотке подключалось чувствительное самонастраивающееся устройство, соединённое с записывающим прибором. Это устройство позволило Николе Тесле изучать изменения потенциала Земли, в том числе и эффект стоячих электромагнитных волн, вызванный грозовыми разрядами в земной атмосфере. Наблюдения навели изобретателя на мысль о возможности передачи электроэнергии без проводов на большие расстояния.

Следующий эксперимент Тесла направил на исследование возможности самостоятельного создания стоячей электромагнитной волны. На огромное основание трансформатора были намотаны витки первичной обмотки. Вторичная обмотка соединялась с 60-метровой мачтой и заканчивалась медным шаром метрового диаметра. При пропускании через первичную катушку переменного напряжения в несколько тысяч вольт во вторичной катушке возникал ток с напряжением в несколько миллионов вольт и частотой до 150 тысяч герц.

При проведении эксперимента были зафиксированы грозоподобные разряды, исходящие от металлического шара. Длина некоторых разрядов достигала почти 4,5 метров, а гром был слышен на расстоянии до 24 км.

На основании эксперимента Тесла сделал вывод о том, что устройство позволило ему генерировать стоячие волны, которые сферически распространялись от передатчика, а затем с возрастающей интенсивностью сходились в диаметрально противоположной точке земного шара, где-то около островов Амстердам и Сен-Поль в Индийском океане.

В 1917 году Тесла предложил принцип действия устройства для радиообнаружения подводных лодок.

Одним из его самых знаменитых изобретений является трансформатор (катушка) Тесла.

Трансформатор Тесла, также катушка Тесла — устройство, изобретённое Николой Тесла и носящее его имя. Является резонансным трансформатором, производящим высокое напряжение высокой частоты. Прибор был запатентован 22 сентября 1896 года как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала».

Простейший трансформатор Тесла состоит из двух катушек — первичной и вторичной, а также разрядника, конденсаторов, тороида и терминала.

Первичная катушка обычно содержит несколько витков провода большого диаметра или медной трубки, а вторичная около 1000 витков провода меньшего диаметра. Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур, в который включён нелинейный элемент — разрядник.

Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора главным образом выполняют ёмкость тороида и собственная межвитковая ёмкость самой катушки. Вторичную обмотку часто покрывают слоем эпоксидной смолы или лака для предотвращения электрического пробоя.

Таким образом, трансформатор Тесла представляет собой два связанных колебательных контура, что и определяет его замечательные свойства и является главным его отличием от обычных трансформаторов.

После достижения между электродами разрядника напряжения пробоя, в нём возникает лавинообразный электрический пробой газа. Конденсатор разряжается через разрядник на катушку. Поэтому цепь колебательного контура, состоящего из первичной катушки и конденсатора, остаётся замкнутой через разрядник, и в ней возникают высокочастотные колебания. Во вторичной цепи возникают резонансные колебания, что приводит к появлению на терминале высокого напряжения.

Во всех типах трансформаторов Тесла основной элемент трансформатора — первичный и вторичный контуры — остается неизменным. Однако одна из его частей — генератор высокочастотных колебаний может иметь различную конструкцию.

Практическая часть.

Катушка Тесла (Class-ESSTC )

Резонансный трансформатор состоит из двух катушек, у которых нет общего железного сердечника, — это нужно для создания низкого коэффициента связи. На первичной обмотке находится несколько витков толстого провода. На вторичную обмотку наматывают от 500 до 1500 витков. За счет такой конструкции катушка Тесла обладает таким коэффициентом трансформации, который в 10-50 раз больше, чем отношение количества витков на вторичной обмотке к количеству витков на первичной. При этом должно соблюдаться условие возникновения резонанса между первичным и вторичным колебательными контурами. Напряжение на выходе такого трансформатора может превышать несколько миллионов Вольт. Именно это обстоятельство и обеспечивает возникновение зрелищных разрядов, длина которых может достигать сразу нескольких метров. В Интернете можно найти разные варианты изготовления источников высокой частоты и напряжения. Я выбрал одну из схем.

Установку я собирал сам на основе вышеуказанной схемы (Рис.1). Катушка, намотанная на каркасе от пластмассовой (сантехнической) трубы с диаметром 80 мм. Первичная обмотка содержит всего 7 витков, провод диаметром 1 мм, был использован одножильный медный провод МГТФ. Вторичная обмотка содержит около 1000 витков обмоточного провода диаметром 0,15 мм. Вторичная обмотка мотается аккуратно, виток к витку. В результате получилось устройство производящее высокое напряжение при высокой частоте. (Рис.2)

Большая катушка Тесла (VTTC )

Эта катушка собрана на базе генераторного пентода гу-81м по автогенераторной схеме, т.е. с самовозбуждением тока сетки лампы.

Как видно по схеме (Рис.3), лампа подключена как триод, т.е. все сетки объединены между собой. Конденсатор C1 и диод VD1 образуют однополупериодный удвоитель. Резистор R1 и конденсатор C3 нужны для регулировки режима работы лампы. Катушка L2 нужна для возбуждения тока сетки. Первичный колебательный контур образуется из конденсатора C2 и катушки L1. Вторичный колебательный контур образован катушкой L3 и ее собственной межвитковой емкостью. Первичная обмотка на каркасе диаметром 16 см содержит 40 витков с отводами от 30, 32, 34, 36 и 38 витков, для подстройки резонанса. Вторичная обмотка содержит около 900 витков на каркасе диаметром 11см. Сверху вторичной обмотки находится тороид, — он необходим для накопления электрических зарядов.

Обе этих установки (Рис.2 и Рис.3) предназначены для демонстрации высокочастотных токов высокого напряжения и способов их создания. Также катушки могут быть использованы для беспроводной передачи электрического тока. В ходе работы я продемонстрирую действие и возможности изготовленных мною катушек Тесла.

Экспериментальные опыты применения катушки Тесла

С готовой катушкой Тесла можно провести ряд интересных опытов, однако необходимо соблюдать правила безопасности. Для проведения опытов должна быть очень надежная проводка, вблизи катушки не должно быть предметов, должна быть возможность аварийно обесточить оборудование.

Во время работы катушка Тесла создаёт красивые эффекты, связанные с образованием различных видов газовых разрядов. Обычно люди собирают эти катушки для того, чтобы посмотреть на эти впечатляющие, красивые явления.

Катушка Тесла может создавать несколько видов разрядов:

-Спарки — это искровые разряды между катушкой, и каким либо предметом, производит характерный хлопок, из-за резкого расширения газового канала, как при природной молнии, но в меньшем масштабе.

-Стримеры — тускло светящиеся тонкие разветвленные каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщепленные от них свободные электроны. Протекает от терминала катушки прямо в воздух, не уходя в землю. Стример — это видимая ионизация воздуха. Т.е. свечение ионов, которые образует высокое напряжение трансформатора.

-Коронный разряд — свечение ионов воздуха в электрическом поле высокого напряжения. Создаёт красивое голубоватое свечение вокруг высоковольтных частей конструкции с сильной кривизной поверхности.

-Дуговой разряд — образуется при достаточной мощности трансформатора, если к его терминалу близко поднести заземлённый предмет. Между ним и терминалом загорается дуга.

Некоторые химические вещества, нанесённые на разрядный терминал, способны менять цвет разряда. Например, натрий меняет голубоватый цвет разряда на оранжевый, бор — на зелёный, марганец — на синий, а литий — на малиновый окрас.

При помощи данных катушек можно провести ряд довольно интересных, красивых и эффектных экспериментов. Итак, начнем:

Опыт 1: Демонстрация газовых разрядов. Стример, спарк, дуговой разряд

Оборудование : катушка Тесла, толстая медная проволока.

Рис.4 и Рис.5

При включении катушки, с терминала начинает выходить разряд, который в длину 5-7мм

Опыт 2: Демонстрация разряда в люминесцентной лампе

Оборудование : катушка Тесла, люминесцентная лампа (лампа дневного света).

Рис.6 Рис.7

Наблюдается свечение в люминесцентной лампе на расстоянии до 1 м. от установки.

Опыт 3: Эксперимент с бумагой

Оборудование : катушка Тесла, бумага.

Рис.8 Рис.9

При внесении бумаги в разряд, стример быстро охватывает ее поверхность и через несколько секунд бумага загорается

Опыт 4: «Дерево» из плазмы

Оборудование : катушка Тесла, тонкий многожильный провод.

Разветвляем жилы у заранее зачищенного от изоляции провода, и, прикручиваем к терминалу, в результате получаем «дерево» из плазмы.

Опыт 5: Демонстрация газовых разрядов на большой катушке Тесла. Стример, спарк, дуговой разряд

Оборудование

Рис.11 Рис.12 Рис.13

При включении катушки, с терминала начинает выходить разряд, который в длину 45-50см, при поднесении предмета к тороиду — загорается дуга

Опыт 6: Разряды в руку

Оборудование : большая катушка Тесла, рука.

Рис.14 Рис.15

При поднесении руки к стримеру разряды начинают бить в руку, не причиняя боль

Опыт 7: Демонстрация газовых разрядов из предмета, находящегося в поле катушки Тесла.

Оборудование : большая катушка Тесла, толстая медная проволока.

Рис.16 Рис.17

Рис.18 Рис.19

При внесении медной проволоки в поле катушки Тесла (с убранным терминалом), происходит появление разряда из проволоки в сторону тороида.

Опыт 8: Демонстрация разряда в шаре, наполненного разреженным газом, в поле катушки Тесла

Оборудование : большая катушка Тесла, шар наполненный разреженным газом.

Рис.20 Рис.21

Рис.22 Рис.23

При внесении шара в поле катушки Тесла загорается разряд внутри шара.

Опыт 9: Демонстрация разряда в неоновых и люминисцентных лампах.

Оборудование : большая катушка Тесла, неоновые и люминисцентные лампы.

Рис.24 Рис.25

При внесении лампы в поле катушки Тесла загорается разряд внутри неоновых и люминисцентных ламп на расстоянии до 1,5 м..

Опыт 10: Разряды из руки

Оборудование : большая катушка Тесла, рука с напальчниками из фольги.

Рис.26 Рис.27 Рис.28

При внесении руки в поле катушки Тесла (с убранным терминалом), происходит появление разряда с напальчников в сторону тороида.

Заключение

Все поставленные цели выполнены. Я построил 2 катушки и на их примере доказал следующие гипотезы:

Катушка Тесла может генерировать реальные электрические разряды различных видов.

Разряды, создаваемые катушкой тесла, безопасны для человека и не могут нанести ему урон путем удара электрическим током. К выходной катушке высокого напряжения можно даже прикоснуться куском металла или рукой. Почему при прикосновении к источнику напряжения 1 000 000 В высокой частоты с человеком ничего не случается? Потому что при протекании тока высокой частоты наблюдается так называемый скин-эффект, т.е. заряды текут только по краям проводника, не трогая сердцевину.

Ток протекает по коже, и не касается внутренних органов. Именно поэтому можно безопасно касаться этих молний.

Катушка Тесла может передавать энергию без проводов путем создания электромагнитного поля.

Энергия этого поля может передаваться как на любые предметы в этом поле, от разреженных газов, до человека.

Современное применение идей Николы Тесла:

Переменный ток является основным способом передачи электроэнергии на большие расстояния.

Электрогенераторы являются основными элементами в генерации электроэнергии на электростанциях турбинного типа (ГЭС, АЭС, ТЭС).

Электродвигатели переменного тока, впервые созданные Николой Тесла, используются во всех современных станках, электропоездах, электромобилях, трамваях, троллейбусах.

Радиоуправляемая робототехника получила широкое распространение не только в детских игрушках и беспроводных телевизионных и компьютерных устройствах (пульты управления), но и в военной сфере, в гражданской сфере, в вопросах военной, гражданской и внутренней, а также и внешней безопасности стран и т. п.

Беспроводные заряжающие устройства уже используются для зарядки мобильных телефонов.

Переменный ток, впервые полученный Тесла, является основным способом передачи электроэнергии на большие расстояния

Использование в развлекательных целях и шоу.

В фильмах эпизоды строятся на демонстрации трансформатора Тесла, в компьютерных играх.

В начале XX века трансформатор Тесла также нашёл популярное использование в медицине. Пациентов обрабатывали слабыми высокочастотными токами, которые протекая по тонкому слою поверхности кожи, не причиняли вреда внутренним органам, оказывая при этом «тонизирующее» и «оздоравливающее» влияние.

Он используется для поджига газоразрядных ламп и для поиска течей в вакуумных системах.

Ошибочно мнение, что катушки Тесла не имеют широкого практического применения. Основное их использование приходится на развлекательно-медийную сферу развлечений и шоу. При этом сами катушки или устройства, использующие принципы работы катушек, довольно распространены в нашей жизни, о чем свидетельствуют вышеприведенные примеры.

Литература

    Пиштало В. Никола Тесла. Портрет среди масок. — М: Азбука-классика, 2010

    Ржонсницкий Б. Н. Никола Тесла. Жизнь замечательных людей. Серия биографий. Выпуск 12. — М: Молодая гвардия, 1959.

    Фейгин О. Никола Тесла: Наследие великого изобретателя. — М.: Альпина нон-фикшн, 2012.

    Тесла и его изобретения. http://www.374.ru/index.php?x=2007-11-19-20

    Цверава Г. К. Никола Тесла, 1856-1943. — Ленинград. Наука. 1974.

    Википедия https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D1%81%D0%BB%D0%B0,_%D0%9D%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D0%B0

7. Никола Тесла: биография http://www.people.su/107683

Трансформатор Тесла своими руками

Наша рабочая модель самодельного трансформатора Тесла в действии

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

применение простейшей катушки Тесла в быту.

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

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

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

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

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

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

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

Цель данной стать

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

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

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

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

6.СХЕМА ТРАНСФОРМАТОРА ТЕСЛА

Принципиальная схема трансформатора Тесла, по которой собрана наша катушка.

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

7. Принципы безопасности:

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

Помните про опасность при работе с электричеством!

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

8. Схема питания трансформатора Тесла:

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

МОТ — силовой трансформатор.

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

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

Батарея из трансформаторов МОТ для питания нашей катушки Тесла

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

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

Капы -высоковольтный конденсаторный блок

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

Фильтр высокой частоты и конденсаторный блок

Фильтр ВЧ и КАПы- конденсаторный блок для питания Теслы

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

Искровик для возбуждения колебаний в контуре катушки Тесла

Искровик для возбуждения колебаний в цепи питания катушки Тесла

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

Намотка катушки Тесла трудоёмкое и медитативное занятие

катушка Тесла перед сборкой

8.6. Небольшое видео про нашу самодельную катушку Тесла:

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

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

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

Применение катушки Тесла

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

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

________________________________________________________________________

П.С. Выражаю благодарность создателю нашей катушки Тесла,

Ларионову А.

за предоставленные материалы!

Трансформатор (катушка) Тесла (Tesla Coil, TC) — это повышающий высокочастотный резонансный трансформатор — два колебательных контура, настроенных на одинаковую резонансную частоту. В сети можно найти множество примеров ярких реализаций этого необычного устройства.

Катушка без ферромагнитного сердечника, состоящая из множества витков тонкого провода, увенчанная тором, испускает настоящие молнии, впечатляя изумленных зрителей.

С точки зрения электротехники в нашем примитивном понимании, трансформатор Теслы — это первичная и вторичная обмотка, простейшая схема, которая обеспечивает питание первичной обмотки на резонансной частоте вторичной обмотки, но выходное напряжение возрастает в сотни раз. В это сложно поверить, но каждый может убедиться в этом сам.

Как работает трансформатор тесла

Катушка Тесла названа так в честь ее изобретателя Николы Тесла (около 1891 года). История данного изобретения начинается с конца 19 века, когда гениальный ученый-экспериментатор Никола Тесла, работая в США, только поставил перед собой задачу научиться передавать электрическую энергию на большие расстояния без проводов. Аппарат для получения токов высокой частоты и высокого потенциала был запатентован Теслой в 1896 году.

Не смотря на то, что существует несколько видов катушек тесла, у всех них есть общие черты.

Трансформатор Тесла – прекрасная игрушка для тех, кто хочет сделать что-то эдакое. Это устройство не перестает поражать окружающих мощью своих огромных разрядов. Более того, сам процесс конструирования трансформатора очень увлекателен – не часто так много физических эффектов сочетаются в одной несложной конструкции.

Несмотря на то, что сама по себе “Тесла” очень проста, многие из тех, кто пытаются ее сконструировать не понимают как работает трансформатор Тесла.

Принцип действия трансформатора Тесла похож на работу обычного . Трансформатор Тела состоит из двух обмоток – первичной (Lp) и вторичной (Ls) (их чаще называют “первичка” и “вторичка”). К первичной обмотке подводится переменное напряжение и она создает магнитное поле. При помощи этого поля энергия из первичной обмотки передается во вторичную.


колебания напряжения в трансформаторе Тесла

Тесла обладает тремя основными характеристиками:

  1. резонансной частотой вторичного контура,
  2. коэффициентом связи первичной и вторичной обмоток,
  3. добротностью вторичного контура.

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

Основные детали и конструкции трансформатора Тесла


Конструкция трансформатора тесла

Тороид

Тороид – выполняет три функции.

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

Вторая – накопление энергии перед образованием стримера.

Стример — это, по сути дела, видимая ионизация воздуха (свечение ионов), создаваемая ВВ-полем трансформатора.

Чем больше тороид, тем больше в нем накоплено энергии и, в момент, когда воздух пробивается, тороид отдает эту энергию в стример, таким образом, увеличивая его. Для того, чтобы извлечь выгоду из этого явления в теслах с непрерывной накачкой энергии, используют прерыватель.

Третья – формирование электростатического поля, которое отталкивает стример от вторичной обмотки теслы. От части, эту функцию выполняет сама вторичная обмотка, но тороид может ей хорошо помочь. Именно по причине электростатического отталкивания стримера, он не бьет по кратчайшему пути во вторичку.

От использования тороидоа больше всего выиграют теслы с импульсной накачкой – SGTC, DRSSTC и теслы с прерывателями. Типичный внешний диаметр тороида – два диаметра вторички.

Тороиды обычно изготавливают из алюминиевой гофры, хотя есть множество других технологий,

Вторичная обмотка – основная деталь Теслы

Типичное отношение длинны обмотки теслы к ее диаметру намотки 4:1 – 5:1.

Диаметр провода для намотки теслы обычно выбирают так, чтобы на вторичке помещалось 800-1200 витков.

ВНИМАНИЕ!

Не стоит мотать слишком много витков на вторичке тонким проводом. Витки на вторичке нужно распологать как можно плотнее друг к другу.

Для защиты от царапин и от разлезания витков, вторичные обмотки обычно покрывают лаками. Чаще всего для этого применяются эпоксидная смола и полиуретановый лак. Лакировать стоит очень тонкими слоями. Обычно, на вторичку, наносят минимум 3-5 тонких слоев лака.

Мотают вторичную обмотку на воздуховодных (белых) или, что хуже, канализационных (серых) ПВХ трубах. Найти эти трубы можно в любом строительном магазине.

Защитное кольцо

Защитное кольцо – предназначено для того, чтобы стример, попав в первичную обмотку не вывел электронику из строя. Эта деталь устанавливается на теслу, если длинна стримера больше длинны вторичной обмотки. Представляет собой незамкнутый виток медного провода (чаще всего, немного толще, чем тот из которого изготавливается первичная обмотка трансформатора тесла). Защитное кольцо заземляется на общее заземление отдельным проводом.

Первичная обмотка

Первичная обмотка – обычно изготавливается из медной трубы для кондиционеров. Должна обладать очень маленьким сопротивлением для того, чтобы по ней можно было пропускать большой ток. Толщину трубки обычно выбирают на глаз, в подавляющем большинстве случаев, выбор падает на 6 мм трубку. Так-же в качестве первички используют провода большего сечения.

Относительно вторичной обмотки устанавливается так, чтобы обеспечить нужный коэффициент связи.

Часто играет роль построечного элемента в тех теслах, где первичный контур является резонансным. Точку подключения к первичке делают подвижной и ее перемещением изменяют резонансную частоту первичного контура.

Первичные обмотки обычно делают цилиндрическими, плоскими или коническим. Обычно, плоские первички используются в SGTC, конические- в SGTC и DRSSTC, а цилиндрические — в SSTC, DRSSTC и VTTC.


Заземление

Заземление – как не странно, тоже очень важная деталь теслы. Очень часто задаются вопросом – куда же бьют стримеры? — стримеры бьют в землю!

Стримеры замыкают ток, показанный на картинке синим цветом

Таким образом, если заземление будет плохое, стримерам будет некуда деваться и им придется бить в теслу (замыкать свой ток), вместо того, чтобы извергаться в воздух.

Поэтому задавая вопрос обязательно ли заземлять теслу?

Заземление для теслы – обязательно.

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

Иногда, в качестве источника бэйзфидного питания используется другой трансформатор Тесла, такой метод питания называют “магниферным” (Magnifier).

Существуют так называемые биполярные теслы, они отличаются тем, что разряд происходит не в в воздух, а между двумя концами вторичной обмотки. Таким образом, путь тока легко может замкнуться и заземление не нужно.

Вот самые распространенные типы катушек Тесла в зависимости от способа управления ими:

  1. SGTC (СГТЦ, Spark Gap Tesla Coil) – трансформатор Тесла на искровом промежутке. Это классическая конструкция, подобную схему изначально применял сам Тесла. В качестве коммутирующего элемента здесь используется разрядник. В конструкциях малой мощности разрядник представляет собой два куска толстого провода, расположенных на некотором расстоянии, а в более мощных применяются сложные вращающиеся разрядники с использованием двигателей. Трансформаторы этого типа изготавливают если требуется лишь большая длинна стримера, и не важна эффективность.
  2. VTTC (ВТТЦ, Vacuum Tube Tesla Coil) – трансформатор Тесла на электронной лампе. В качестве коммутирующего элемента здесь используется мощная радиолампа, например ГУ-81. Такие трансформаторы могут работать в непрерывном режиме и производить довольно толстые разряды. Данный тип питания чаще всего используют для построения высокочастотных катушек, которые из-за типичного вида своих стримеров получили название “факельники”.
  3. SSTC (ССТЦ, Solid State Tesla Coil) – трансформатор Тесла, в котором в качестве ключевого элемента применяются полупроводники. Обычно это IGBT или MOSFET транзисторы. Данный тип трансформаторов может работать в непрерывном режиме. Внешний вид стримеров, создаваемых такой катушкой может быть самым разным. Этим типом трансформаторов Тесла проще управлять, например можно играть на них музыку.
  4. DRSSTC (ДРССТЦ, Dual Resonant Solid State Tesla Coil) – трансформатор Тесла с двумя резонансными контурами, здесь в качестве ключей используются, как и в SSTC, полупроводники. ДРССТЦ – наиболее сложный в управлении и настройке тип трансформаторов Тесла.

Для получения более эффективной и эффектной работы трансформатора Тесла применяют именно схемы топологии DRSSTC, когда мощный резонанс достигается и в самом первичном контуре, а во вторичном соответственно — более яркая картина, более длинные и толстые молнии (стримеры).

Виды эффектов от катушки Тесла

  • Дуговой разряд – возникает во многих случаях. Он характерен ламповым трансформаторам.
    Коронный разряд является свечением воздушных ионов в электрическом поле повышенного напряжения, образует голубоватое красивое свечение вокруг элементов устройства с высоким напряжением, а также имеющим большую кривизну поверхности.
  • Спарк по-другому называют искровым разрядом. Он протекает от терминала на землю, либо на заземленный предмет, в виде пучка ярких разветвленных полосок, быстро исчезающих или меняющихся.
  • Стримеры – это тонкие слабо светящиеся разветвляющиеся каналы, содержащие ионизированные атомы газа и свободные электроны. Они не уходят в землю, а протекают в воздух. Стримером называют ионизацию воздуха, образуемую полем трансформатора высокого напряжения.

Действие катушки Тесла сопровождается треском электрического тока. Стримеры могут превращаться в искровые каналы. Это сопровождается большим увеличением тока и энергии. Канал стримера быстро расширяется, давление резко повышается, поэтому образуется ударная волна. Совокупность таких волн подобен треску искр.

Практическое применение трансформатор тесла

Величина напряжения на выходе трансформатора Тесла иногда достигает миллионов вольт, что формирует значительные воздушные электрические разряды длиной в несколько метров. Поэтому такие эффекты применяют в качестве создания показательных шоу.

Катушка Тесла нашла практическое применение в медицине в начале прошлого века. Больных обрабатывали маломощными токами высокой частоты. Такие токи протекают по поверхности кожи, оказывают оздоравливающее и тонизирующее влияние, не причиняя при этом никакого вреда организму человека. Однако мощные токи высокой частоты оказывают негативное влияние.

Трансформатор Тесла применяется в военной технике для оперативного уничтожения электронной техники в здании, на корабле, танке. При этом на короткий промежуток времени создается мощный импульс электромагнитных волн. В результате в радиусе нескольких десятков метров сгорают транзисторы, микросхемы и другие электронные компоненты. Это устройство действует абсолютно бесшумно. Существуют такие данные, что частота тока при функционировании такого устройства может достигать 1 ТГц.

Иногда на практике такой трансформатор применяется для розжига газоразрядных ламп, а также поиска течи в вакууме.

Эффекты катушки Тесла иногда используют в съемках фильмов, компьютерных играх.

В настоящее время катушка Тесла не нашла широкого применения на практике в быту.

Новое в трансформаторах тесла

В настоящее время остаются актуальными вопросы, которыми занимался ученый Тесла. Рассмотрение этих проблемных вопросов дает возможность студентам и инженерам институтов взглянуть на проблемы науки более широко, структурировать и обобщать материал, отказаться от шаблонных мыслей. Взгляды Тесла актуальны сегодня не только в технике и науке, но и для работ в новых изобретениях, применения новых технологий на производстве. Наше будущее даст объяснение явлениям и эффектам, открытым Теслой. Он заложил для третьего тысячелетия основы новейшей цивилизации.

схема трансформатора тесла на транзисторе

Схема трансформатора тесла выглядит невероятно просто и состоит из:

  1. первичной катушки, выполненной из провода сечением не менее 6 мм², около 5-7 витков;
  2. вторичной катушки, намотанной на диэлектрик, это провод диаметром до 0,3 мм, 700-1000 витков;
  3. разрядника;
  4. конденсатора;
  5. излучателя искрового свечения.

Главное отличие трансформатора Теслы от всех остальных приборов — в нем не применяются ферросплавы в качестве сердечника, а мощность прибора, независимо от мощности источника питания, ограничена только электрической прочностью воздуха. Суть и принцип действия прибора в создании колебательного контура, который может реализовываться несколькими методами:

  1. Генератор колебаний частоты, построенный на основе разрядника, искрового промежутка.
  2. Генератор колебания на лампах.
  3. На транзисторах.

Видео: Стоячие волны в Трансформаторе Тесла, резонанс, коэффициент трансформации

Видео: Трансформатор ТЕСЛА своими руками

Видео: Трансформатор Тесла

Пошаговое объяснение процесса сборки и запуска одного из самых мощных трансформаторов Тесла в России. Конструктор: Блотнер Борис

«Человек, который изобрёл 20 век!» — так Теслу называют современные биографы, и делают они это без каких-либо преувеличений. Свою известность он получил благодаря прогрессивным взглядам и умению доказывать их состоятельность. Тесла проводил опаснейшие эксперименты во имя науки, и в определённых кругах считается фигурой, связанной с мистикой. В последнем случае, скорее всего, мы имеем дело с домыслами, но что известно точно, так это то, что изобретения Николы Теслы способствовали прогрессу во всём мире.

Наследие Николы Теслы

Сначала рассмотрим важные с научной точки зрения изобретения, но редко встречающиеся в повседневной жизни современного человека.

Речь пойдёт об одном из самых известных и зрелищных изобретений Николы. Катушка Теслы является разновидностью резонансной трансформаторной схемы. Использовалось это приспособление для производства высокого напряжения высокой частоты .


Катушка Теслы была одним из инструментов изучения природы электрического тока и возможностей его использования

Тесла задействовал катушки во время проведения инновационных экспериментов в области:

  • электрического освещения;
  • фосфоресценции;
  • рентгеновской генерации;
  • высокочастотного переменного тока;
  • электротерапии;
  • радиотехники;
  • передачи электрической энергии без проводов.

Кстати, Никола Тесла был одним из тех людей, кто предсказал появление Интернета и современных гаджетов.

Катушка Теслы является ранним предшественником (наряду с индукционной катушкой) более современного устройства, называемого трансформатором обратного хода. Он обеспечивает напряжение, необходимое для питания электронно-лучевой трубки телевизоров и компьютерных мониторов. Версии этой катушки широко используются сегодня в радио, телевидении и другом электронном оборудовании.

В всей красе катушку можно увидеть в научных музеях или на специальных шоу.

Катушка Теслы в действии – это всегда зрелище:

Эта конструкция, известная также как Башня Теслы, была построена с целью осуществления беспроводной телекоммуникации и демонстрации возможности передачи электроэнергии без проводов .

По задумке Теслы Башня Ворденклиф должна была стать шагом к созданию Всемирной беспроводной системы . В его планах было установить несколько десятков приемо-передающих станций по всему миру. Таким образом, отпала бы необходимость использования высоковольтных линий электропередач. То есть фактически мы получили бы одну всемирную электростанцию. К слову, Тесле удавалось передавать электричество «по воздуху» от одной катушке к другой, так что его амбиции были небезосновательны.

Сегодня Ворденклиф – закрытый объект

Проект Ворденклиф требовал больших капиталовложений и на начальных этапах получил поддержку влиятельных инвесторов. Однако, когда работа над строительством башни была практически завершена, Тесла лишился финансирования и оказался на гране банкротства. А всё потому, что Ворденклиф могла быть предпосылкой к бесплатным поставкам электричества по всему миру, а это могло разорить некоторых инвесторов, чей бизнес был завязан на продаже электроэнергии.

Любители различных теорий заговоров связывают падение Тунгусского метеорита в Сибири и эксперименты Теслы с Башней.

Рентгеновские лучи

Вильгельм Рентген 8 ноября 1895 года официально открыл излучение, названное в честь его. Но фактически это явление первым наблюдал Никола Тесла. Ещё в 1887 году он начал проводить исследования с использованием вакуумных трубок. В ходе экспериментов Тесла фиксировал «особые лучи», способные «просвечивать» предметы . Поначалу учёный не предавал особого значения этому явлению, учитывая, что длительное воздействие рентгеновских лучей опасно для человека.


Никола Тесла первым обратил внимание на опасность рентгеновского излучения

Однако Тесла продолжал исследования в этом направлении и даже провел несколько экспериментов до открытия Вильгема Рентгена, включая фотографирование костей его руки.

К сожалению, в марте 1895 года в лаборатории Теслы произошёл пожар, и записи об этих исследованиях были утрачены. После открытия Рентгена, Никола, используя устройство с вакуумными трубками, сделал снимок своей ноги и отправил коллеге вместе с поздравлениями. Рентген похвалил Теслу за качественную фотографию.


Тот самый снимок ноги в ботинке

Вопреки расхожему мнению, Вильгем Рентген не был знаком с работами Теслы и к своему открытию пришёл самостоятельно, чего не скажешь о Гульельмо Маркони…

Радио и дистанционное управление

Инженеры разных стран работали над технологией радиосвязи, при этом исследования были независимыми друг от друга. Самый яркий пример: советский физик Александр Попов и итальянский инженер Гульельмо Маркони, которые в своих странах считаются изобретателями радио. Однако Маркони получил большую мировую известность, впервые установив радиосвязь между двумя материками (1901 г.) и получив патент на изобретение (1905 г.). Поэтому считается, что он в развитие радиосвязи внёс наибольший вклад. Но причём тут Тесла?

Радиоволны сегодня повсюду

Как выяснилось, первым природу радиосигналов выявил именно он и в 1897 году запатентовал передатчик и приёмник . Маркони взял за основу технологию Теслы и совершил свою знаменитую демонстрацию в 1901 году. Уже в 1904 году Патентное бюро лишает патента на радио Николу, а через год присуждает его Маркони. Судя по всему, тут не обошлось без финансового влияния Томаса Эдисона и Эндрю Карнеги, которые были в конфронтации с Теслой.

В 1943 году, уже после смерти Николы Теслы, Верховный суд США разобрался в ситуации и признал более значительный вклад этого учёного в качестве изобретателя радиотехнологий.

Отмотаем немного назад. В 1898 году на электротехнической выставке в Мэдисон-Сквер-Гарден Тесла продемонстрировал изобретение, которое он назвал «телеавтоматикой». Фактически это была модель лодки, перемещением которой можно управлять дистанционно через пульт.

Так выглядела радиоуправляемая лодка Теслы

Никола Тесла на деле показал возможности использования технологии передачи радиоволн. Сегодня дистанционное управление сплошь и рядом, начиная от телевизионного пульта и заканчивая полётами беспилотников.

Асинхронный двигатель и электромобиль Теслы

В 1888 году Тесла получил патент на электрическую машину, в которой под воздействием переменного тока создаётся вращение.

Не будем вдаваться в технические особенности работы асинхронного двигателя – те, кому это интересно, могут ознакомиться с соответствующим материалом на Википедии . О чём нужно знать, так это о том, что двигатель имеет простую конструкцию, не требует высоких затрат на изготовление и надёжен в эксплуатации.

Тесла намеревался использовать своё изобретение как альтернативу двигателям внутреннего сгорания . Но так уж случилось, что в этот период никто в подобных инновациях не был заинтересован, да и финансовое положение самого учёного не позволяло ему особо разгуляться.

Интересный факт! В Силиконовой долине великому изобретателю установлен памятник. Символично, что он раздаёт бесплатный Wi-Fi.

Нельзя не упомянуть и об окутанном тайной электромобиле Теслы . Именно из-за сомнительности этой истории не будем выводить её отдельным пунктом. Тем более, что тут не обошлось без электродвигателя.

1931 год, Нью-Йорк. Никола Тесла провёл демонстрацию работы автомобиля, в котором якобы вместо двигателя внутреннего сгорания был установлен двигатель переменного тока мощностью 80 л.с. Учёный колесил на нём около недели, разгоняясь до 150 км/ч. А загвоздка в следующем: двигатель работал без видимого источника питания , да и на подзарядку машина якобы никогда не ставилась. Единственное, к чему мотор был подключён, это коробочка, собранная из лампочек и транзисторов, которые Тесла купил в ближайшем магазине радиоэлектроники.


Для демонстрации был использован автомобиль Pierce Arrow1931 года

На все расспросы Никола отвечал, что энергия берётся из эфира. Газетные скептики начали обвинять его чуть ли не в чёрной магии, и раздосадованный гений, забрав свою коробочку, вообще отказался что-либо комментировать и объяснять.

Подобное событие в биографии Теслы действительно имеет место, но всё же эксперты ставят под сомнение, что он нашёл способ получать энергию для авто из «воздуха». Во-первых, в записях учёного нет и намёка на двигатель, работавший от эфира, а во-вторых, есть предположения, что Никола таким образом одурачил общественность, чтобы привлечь внимание к самой идее электрических автомобилей. А непосредственно для передвижения данного прототипа мог использоваться либо скрытый аккумулятор, либо ДВС с модернизированной системой выхлопа.

Как бы там ни было, сегодня существует компания, в каком-то смысле реализующая эту идею Теслы. Названа она именем изобретателя.

Переменный ток

Так или иначе, перечисленные выше изобретения Николы Теслы связанны с переменным током – типом эклектического тока, способного изменять направление и величину в определённые промежутки времени. Подробнее об отличиях постоянного тока от переменного можете почитать в учебнике по физике.

В нашем случае нужно знать, что при передаче переменного тока от станции к потребителю энергопотери значительно ниже, да и трансформировать его гораздо проще. Таким образом, переменный ток можно назвать более практичным в плане распространения . На этом и настаивал Тесла.

Томас Эдисон как сторонник постоянного тока и как человек, зарабатывающий на этом деньги, всячески очернял идею использования переменного тока. Он говорил об опасности этого решения и даже убивал животных переменным током. Но справедливость восторжествовала, и сегодня по проводам вашего города проходит переменный ток.

Эпилог

Изначально задумывалось, что в этой статье будут кратко освещены важнейшие изобретения Николы Теслы. Но в ходе её написания выяснилось, что весь гений этого человека невозможно раскрыть в двух словах. Тесла действительно имел прогрессивные взгляды и удивлял мир своими открытиями. К сожалению, у него не всегда получалось доносить до общественности значимость его идей, особенно в условиях давления со стороны недоброжелателей.

Резонансный генератор, катушка или трансформатор Теслы — гениальное изобретение великого хорватского изобретателя, физика и инженера. В статье будет рассмотрен один из простых вариантов реализации проекта — трансформатор Тесла.
В конструкции не использован МОТ трансформатор (почти во всех схемах трансформатора Теслы, именно МОТ служит источником питания), пришлось также создать отдельную схему преобразователя, но обо всем по порядку.

Основные части:
1) Блок питания
2) Преобразователь напряжения и высоковольтная цепь

Блок питания

Для питания такой схемы нужен достаточно мощный блок питания. К счастью, уже имелся готовый блок питания на 500 Ватт. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора 14 Вольт, при токе в 20 Ампер. Для запитки устройства не желательно использовать импульсные источники питания.

Диодный выпрямитель использован готовый, хотя можно собрать мост из мощных отечественных диодов серии КД2010, укрепленных на теплоотвод. Для сглаживания помех использован конденсатор на 25 Вольт 2200 микрофарад (этого хватит, поскольку на схеме преобразователя уже есть конденсатор на 4700 микрофарад и дроссель для сглаживания высокочастотных помех). Подойдут похожие трансформаторы от 300 до 600-700 Ватт.

Преобразователь и высоковольтная цепь

Увидев схему преобразователя, многие зададут себе вопрос — зачем умощнять однотактный преобразователь, если можно сделать двухтактный? Вопрос конечно к месту, если бы не одно но! Дело в том, что в интернете нигде ранее не опубликованы варианты умощнения обратноходовых преобразователей, вот и было решено совместить этот вариант и найти устройству практическое применение. В итоге был собран высококачественный преобразователь с мощностью порядка 180-200 ватт и более.
Сердцем преобразователя является генератор импульсов, построенный на ШИМ контролере серииUC3845, ранее уже были предложены версии преобразователей на этой микросхеме (), но как правило стандартная схема обладала мощностью 80 ватт на пиках, и вот после недолгих экспериментов, был разработан нижеприведенный вариант.

Предварительно сигнал от микросхемы усиливается каскадом на комплементарной паре, которая построена на отечественных транзисторах серии КТ 816/817, это необходимо, поскольку начальный уровень сигнала иногда недостаточен для срабатывания полевых транзисторов. В схеме использовались три полевика серии IRL3705, при таком мощном источнике, на транзисторах рассеивается большая мощность, поэтому их нужно укрепить на теплоотводы и дополнить кулерами от компьютерных блоков питания. Частота работы преобразователя 60 килогерц, его можно изменить играя с емкостью конденсатора 4.7нФ и подбором сопротивления резистора 6.8 кОм на схеме, уменьшая емкость и увеличивая сопротивление резистора, можно увеличить частоту преобразователя, при обратном процессе, частота работы преобразователь уменьшается.

В качестве повышающего трансформатора удобно использовать трансформатор строчной развертки от отечественных телевизоров, для получения максимальной мощности желательно использовать два строчника, высоковольтные обмотки которых, нужно соединить последовательно.

Первичная обмотка мотается на свободной стороне П-образного феррита и содержит 4-5 витков провода 3мм, для удобства намотки можно использовать несколько жил, или же многожильный провод в силиконовой или резиновой изоляции, как в данном случае. Использовать самодельные трансформаторы не желательно, поскольку они редко способны выдержать такую мощность.
Дуга на выходе высоковольтной обмотки трансформатора имеет достаточно большую силу тока, поэтому для его выпрямления использовались 4 диода серии КЦ106.

Предварительно, диоды по 2 штуки соединены параллельно, затем блоки из двух параллельно соединенных диодов соединены последовательным образом.

В накопительной части использован конденсатор на 5 киловольт с емкостью 1 микрофарад, можно использовать также блок конденсаторов, емкость и напряжение не критично и можно отклонится от указанного номинала на 10 — 15%

Искровый разрядник, или просто искровик — предназначен для разряжения емкости конденсатора на первичную обмотку катушки, его можно сделать из двух болтов, или же применить готовых вакуумный разрядник фирмы ЭПОКС с напряжением пробоя 3 – 3.5 кВ на 5 -10 ампер. Самодельный искровик из болтов удобен тем, что зазор, а следовательно и частоту разрядов можно регулировать.

Катушка намотана на каркасе от канализационной трубы с диаметром 12 см, высота 50 — 65 см, подойдут также близкие по параметрам пластмассовые трубы. ВАЖНО! Не использовать трубы из металлопластмассы. Первичная обмотка содержит всего 5 витков, провод с диаметром 3-5 мм, был использован одножильный алюминиевый провод в резиновой изоляции. Расстояние между витками 2 см.

Вторичная обмотка содержит 700-900 витков провода 0.5-0.7 мм. Вторичная обмотка мотается аккуратно, виток к витку, при ручной намотке процесс отнимает 5 часов, поэтому удобно использовать намоточный станок (хотя в моем случае катушка моталась вручную). При передышке, нужно приклеить последний виток к каркасу.

Возможности

Катушка Теслы — это демонстрационный генератор высокочастотных токов высокого напряжения. Устройство может быть использовано для беспроводной передачи электрического тока, на большие расстояния. В дальнейшем устройство будет переделано, в частности будет перемотан, точнее изменен первичный контур, если есть возможность желательно использовать медную трубу, таким образом мощность катушки резко возрастет.

Опыты с катушкой теслы

С готовой катушкой можно провести ряд интересных опытов, конечно при этом нужно соблюдать все правила безопасности.

Опыт 1. Нужен медный провод с диаметром 0.2 – 0.8 мм, который нужно намотать на каркас от широкого прозрачного скотча, или же на литровую банку. Контур содержит 15-20 витков, после чего каркас вынимаем, а витки контура закрепляем друг к другу при помощи ниток или скотча. Затем берите обычный светодиод (желательно белый или синий) и выводы светодиода припаяйте к контуру. Включите трансформатор. Контур со светодиодом отдалите от включенного трансформатора на пару метров. Можно наблюдать за свечением светодиода, без какой-либо проводной связи с источником питания. Это основной опыт, который демонстрирует возможности трансформатора Теслы.

Опыт 2. Свечение ламп дневного света на расстоянии. Это один из наиболее распространенных опытов с катушкой Теслы. Все виды подобных ламп, светятся на небольшом расстоянии от включенного трансформатора.

Правила безопасности

Трансформатор Теслы — высоковольтный генератор, нужно помнить, что на выходе устройства и в высоковольтной цепи образуется смертельно опасное напряжение (особенно на высоковольтном конденсаторе). При ведении монтажных работ, нужно заранее убедится, что контурный конденсатор полностью разряжен, использовать толстые резиновые перчатки, и не приближаться к включенному устройству. Все опыты делать вдали от цифровых устройств, высоковольтные разряды могут повредить электронику! Запомните это не качер! Играть с дугой строго запрещено! Особо опасна высоковольтная часть и высоковольтная обмотка преобразователя.

Список радиоэлементов
Обозначение Тип Номинал Количество Примечание Магазин Мой блокнот
Преобразователь
ШИМ контроллер

UC3845

1 В блокнот
Биполярный транзистор

КТ817А

1 В блокнот
Биполярный транзистор

КТ816А

1 В блокнот
MOSFET-транзистор

IRF3205

2 В блокнот
Выпрямительный диод

UF4007

1 В блокнот
10 мкФ 3 В блокнот
4.7 нФ 1 В блокнот
Электролитический конденсатор 4700 мкФ 1 В блокнот
Резистор

6.8 кОм

1 В блокнот
Резистор

5.1 кОм

1 В блокнот
Резистор

820 Ом

1 В блокнот
Резистор

5 Ом

2 В блокнот
DR Катушка индуктивности 1

120. Катушки Тесла | UCLA Physics & Astronomy

Катушка Тесла — это высокочастотный трансформатор очень высокого напряжения. Принцип работы и схема описаны ниже. Наша меньшая катушка Тесла излучает достаточно радиочастоты, чтобы осветить люминесцентную лампу в футе от нас. Вы можете нарисовать на своем теле дугу длиной в фут, используя металлический стержень; частота настолько высока, что ионы в вашем теле не успевают переместиться достаточно далеко, чтобы нанести ущерб.

Гигантская катушка Тесла генерирует четырехфутовый разряд, который освещает люминесцентные лампы на расстоянии многих футов и обычно пугает любого, кто находится поблизости.Люди с кардиостимуляторами должны перейти в дальний конец комнаты.

Работа цепи Тесла

Предварительный повышающий трансформатор повышает линейное напряжение до десяти или двадцати тысяч вольт. (Для этой цели в гигантской катушке Тесла используется трансформатор с неоновой вывеской.) Это напряжение возникает в искровом промежутке F с частотой 60 Гц, вызывая настроенную цепь, состоящую из конденсатора C и первичной обмотки Тесла (несколько витков) на 1- 3 МГц. Вторичная обмотка Тесла (много витков) имеет собственную резонансную частоту, определяемую ее индуктивностью и внутренней распределенной емкостью между обмотками.Первичный LC-контур настроен на эту резонансную частоту для максимальной связи.

Захватывающая демонстрация небольшой катушки Тесла — это держать люминесцентную лампу в одной руке и металлический стержень в другой. Когда вы рисуете дугу металлическим стержнем из катушки Тесла, ток проходит через ваше тело и зажигает лампочку. Напряжение более 1 миллиона вольт; почему это не шокирует и не убивает вас? На этот счет существует ряд гипотез: а. Скин-эффект — ток распространяется во внешнем мертвом слое кожи.б. Нервные цепи человека не реагируют на высокие частоты, такие как 1 МГц, возможно, по указанной выше причине; Ионы натрия и калия не успевают далеко продвинуться в нервных клетках. c. Импеданс катушки Тесла очень высок, и поэтому она индуцирует очень небольшие токи у людей.

Расчет глубины кожи с использованием проводимости морской воды sigma = 4 mhos / m дает глубину 0,25 см, поэтому этот эффект не играет большой роли в защите вас, по крайней мере, от болевого раздражения на поверхности кожи.Ответ, вероятно, — комбинация эффектов b и c сверху. Ток, проходящий через тело, слишком мал, чтобы генерировать достаточно тепла, чтобы травмировать человека, а высокая частота не стимулирует болевые нервы и не вызывает сокращение мышц.

Наша гигантская катушка Тесла ужалит вас, если вы окажетесь на пути ее цепи к земле. Создатели катушек Тесла утверждают, что «мягкость» конкретной катушки Тесла зависит от чистоты разделения 60 Гц и высокой частоты в искровом промежутке.

Хорошее описание того, как на самом деле работает схема катушки Тесла, находится здесь.

Что такое катушка Тесла | Принципиальная схема катушки Тесла | Принцип работы катушки Тесла

Беспроводная технология широко используется в наше время. Сегодня мы используем множество беспроводных приложений, таких как освещение, беспроводные умные дома, беспроводные зарядные устройства и т. Д., Используя методы беспроводного питания. В 1891 году великий ученый Никола Тесла открыл катушку Тесла.

Тесла считается страстью беспроводных технологий, поэтому он изобрел эту катушку. Часть схемы, используемая в этой катушке, не такая сложная, как та, которую мы используем в повседневной жизни, например, пульт дистанционного управления, смартфон, компьютер, рентген, неон и т. Д.

В сегодняшней статье мы поговорим о том, что такое катушка Тесла, каков принцип работы, каковы ее преимущества и недостатки и многое другое.

Что такое катушка Тесла?

Определение: Катушка Тесла — это радиочастотный генератор.Которая приводит в действие резонансный трансформатор двойной настройки с воздушным сердечником для выработки высокого напряжения при малых токах.

Чтобы лучше понять это, давайте определим, что такое радиочастотный генератор. Все мы знаем, что электронный генератор — это устройство, используемое для генерации электрических сигналов синусоидальной или прямоугольной формы. Этот электронный генератор генерирует сигналы в радиочастотном диапазоне от 20 кГц до 100 ГГц, также известный как радиочастотный генератор.

Также читайте: Что такое конденсатор фильтра? | Работа конденсатора фильтра | Схема конденсатора фильтра | Применение конденсатора фильтра

Принципиальная схема катушки Тесла:

Катушка Тесла состоит из двух основных катушек, одной первичной катушки и другой вторичной катушки.Обе эти катушки имеют собственные конденсаторы. Катушка и конденсатор соединены с помощью искрового промежутка. Функциональность искрового промежутка заключается в генерации искры для стимуляции системы. Функциональность искрового разрядника заключается в генерации искры для стимуляции системы.

Также читайте: Что такое однофазный трансформатор | Строительство однофазного трансформатора | Применение однофазного трансформатора

Принцип работы катушки Тесла:

Сколько миллионов вольт будет производить эта катушка, зависит от ее размера. Катушка Тесла работает по принципу достижения состояния, называемого резонансом. Таким образом, первичная обмотка производит большой ток во вторичной обмотке, так что вторичная обмотка может работать с максимальной энергией.

Точно настроенная схема помогает направлять ток из первичной во вторичную цепь с настроенной резонансной частотой.

Работа катушки Тесла:

В этой катушке используется специальный трансформатор, известный как резонансный трансформатор, радиочастотный трансформатор или генератор колебаний.Первичная катушка подключена к основному источнику питания. Вторичная обмотка трансформатора подключена неплотно, чтобы обеспечить ее резонанс.

Конденсатор, подключенный параллельно трансформатору, действует как цепь настройки или LC-цепь для генерации сигнала определенной частоты.

Резонансный трансформатор мощностью от 2 до 30 кВ используется для создания высокого напряжения в трансформаторе, который, в свою очередь, заряжает конденсатор. По мере того, как конденсатор заряжается больше, он в конечном итоге разрывает воздух в искровом промежутке.С помощью конденсаторной катушки Тесла (L1, L2) излучается большой ток, который, в свою очередь, создает высокое напряжение на выходе.

Применение катушки Тесла:

Эти катушки не требуют больших сложных схем для выработки высокого напряжения. Маленькие катушки Тесла используются в различных областях, а именно:

  • Эта катушка используется для зажигания свечей зажигания автомобиля.
  • В течеискателях вакуумных систем.
  • В высоковакуумных системах и дуговых зажигалках.
  • Для сварки алюминия.
  • Изготовлены вентиляторы из катушек Тесла, используемых для создания искусственного освещения.

Преимущества катушки Тесла:

Преимущества катушки Тесла следующие:

  • Высокая производительность.
  • Напряжение нарастает медленнее, поэтому вероятность повреждения меньше.
  • Распределяет одинаковое напряжение по всем катушкам обмотки.
  • Мощность Использование трехфазных выпрямителей для более высоких мощностей может обеспечить колоссальное распределение нагрузки.

Недостатки катушки Тесла:

Недостатки катушек Тесла следующие:

  • Конструкция схемы требует много времени, так как она должна быть идеальной, чтобы резонировать.
  • Покупка сглаживающего конденсатора постоянного тока большей емкости требует больших затрат.
  • Высоковольтное излучение радиочастоты в катушке Тесла представляет множество рисков для здоровья. К ним относятся повреждение нервной системы, ожоги кожи и сердца.
Часто задаваемые вопросы (FAQ):

1.Что делает катушка Тесла?

Катушка Тесла — это радиочастотный генератор, который приводит в действие резонансный трансформатор для генерации высокого напряжения при низком токе.

2. Может ли катушка Тесла заряжать телефон?

Смартфоны

выпускаются со встроенной беспроводной зарядкой, в которой используется принцип катушки Тесла.

3. Опасна ли катушка Тесла?

Катушка и ее оборудование очень опасны, поскольку они создают очень высокие напряжения и токи, которые не могут быть обеспечены человеческим телом.

4. Как Tesla передавала электричество по беспроводной сети?

Искровой разрядник используется для соединения конденсаторов и двух катушек. Поскольку мощность подается через трансформатор, он вырабатывает необходимый ток и питает всю цепь.

5. Может ли катушка Тесла убить вас?

Это означает, что каждая часть катушки Тесла может быть безжалостной при использовании большого оборудования, такого как силовые трансформаторы, во время работы системы.

6.Катушки Тесла незаконны?

Если катушка Тесла способна заглушить подножку, катушка Тесла может быть конфискована FCC, если она мешает законному использованию радиоактивного спектра поблизости.

7. Катушки Тесла болят?

Высокое напряжение и ток вырабатываются с использованием нормального напряжения и тока катушки Тесла. Выходное напряжение маленькой катушки обычно находится в диапазоне от 500 000 до 1 000 000 вольт. Поскольку ожоги связаны с частотами, катушка Тесла может вызвать серьезные ожоги без какой-либо боли.

Понравился пост? Поделитесь этим с вашими друзьями!

Рекомендуемое чтение —

Большая катушка Тесла | Демонстрационный зал физики UCSC

Рисунок 1: Наша катушка Тесла (искровой разряд)

Наша самодельная катушка Тесла может генерировать 1,2 миллиона вольт переменного тока высокой частоты. Он может производить длинные шумные искры и является одной из любимых демонстраций студентов. Также доступна настольная версия катушки Тесла высотой 12 дюймов.

Оборудование:

  • Катушка Тесла
  • Длинная люминесцентная лампа
  • Демонстратор (это должны делать только опытные инструкторы!)

Демо:

  1. Поместите катушку Тесла подальше от любых металлических предметов, ноутбуков и людей (как минимум на расстоянии нескольких метров).Проложите кабель с красной кнопкой на конце на достаточном расстоянии от катушки.
  2. Поверните ключ в положение «ON», затем включите вентилятор.
  3. Приглушите свет.
  4. Встаньте в нескольких метрах от катушки и нажмите красную кнопку на кабеле, чтобы из металлической сферы вырвался свет.
  5. Поместите флуоресцентный свет на стол рядом с катушкой, чтобы показать, что катушка Тесла может питать его посредством беспроводной передачи энергии

Пояснение:

Все катушки Тесла состоят из 4 основных компонентов: первичной катушки, вторичной катушки, верхней нагрузки и схемы управления.При правильном соединении эти части позволяют катушкам Тесла создавать экстремальные напряжения при максимальной нагрузке, что позволяет создавать большие электрические дуги в воздухе.

Рисунок 2: Схема катушки Тесла, Live Science

Для обычной катушки Тесла этот впечатляющий дисплей основан на накоплении энергии в схеме управления и передаче энергии от первичной катушки к вторичной катушке. Во-первых, энергия накапливается в большой конденсаторной батарее (группировка конденсаторов последовательно или параллельно) под основными катушками.Этот конденсаторный накопитель энергии позволяет передавать на первичную обмотку короткие импульсы большой мощности. Как только этот высокочастотный ток входит в первичную катушку, следующая ступень передачи мощности зависит от соединения первичной и вторичной катушек. Первичная катушка, большая медная трубка, обернутая вокруг основания катушки Тесла, имеет гораздо меньшее количество витков по сравнению с вторичной катушкой, тонкий красный провод охватывает всю катушку Тесла до максимальной нагрузки. Эта комбинация катушек эффективно создает повышающий трансформатор, преобразующий электричество низкого напряжения и сильного тока в первичной катушке в электричество высокого напряжения и низкого тока во вторичной катушке.Вторичная обмотка подключена к верхней нагрузке, в нашем случае к большому металлическому шарику, а другой конец заземлен. Это соединение можно увидеть на Рисунке 3:

.

Рисунок 3: Схема катушки Тесла, Википедия

На этом этапе наша катушка Тесла имеет большой перепад напряжения (1,2 миллиона вольт) между верхней нагрузкой и землей. Единственная причина, по которой он может создавать такие большие напряжения, связана с эффективной емкостью (C2 на Рисунке 3 выше) между верхней нагрузкой и землей, создаваемой воздушным зазором между ними.Однако, как только напряжение поднимется достаточно высоко, этот воздушный зазор будет казаться коротким для нашего электричества высокого напряжения. Наконец, наша катушка Тесла посылает в воздух длинные электрические ветки.

На самом деле соединение между первичной и вторичной обмотками не так просто, как с помощью обычного повышающего трансформатора. Трансформаторы обычно работают с постоянным током и, следовательно, с постоянным магнитным полем на их сердечнике. Катушки Тесла, напротив, имеют дело с переменным током, что превращает соединение катушек в резонансный гармонический осциллятор.Каждая катушка имеет соответствующую резонансную частоту:

.

Установка этих частот равными дает соотношение L 1 C 1 = L 2 C 2

Когда резонансные частоты этих двух катушек равны, колебания достигают максимальной передачи мощности. Чтобы согласовать эти две частоты, проще всего изменить количество обмоток в первичной и вторичной катушках. Емкость первичной обмотки достаточно просто отрегулировать, так как это конденсаторная батарея, используемая в схеме управления.Однако емкость вторичной цепи настроить гораздо сложнее, поскольку она связана с формой верхней нагрузки и расстоянием, на котором искры будут проходить через воздух. Обычно эти резонансные частоты находятся в диапазоне радиочастот (от 100 кГц до 1 МГц).

Из предыдущего обсуждения можно было бы предположить, что первичная и вторичная катушки являются наиболее важными частями сборки катушек Тесла. Тем не менее, схема управления играет, несомненно, большую роль в работе этого искрового устройства.Из-за сложного состава электрических компонентов конструкция схемы управления относится к области электротехники. С другой стороны, соединение первичной и вторичной катушек в большей степени зависит от физики в виде индуцированных магнитных полей, вызванных движущимися заряженными частицами.

Конструкция этих цепей, подающих ток в первичную катушку, сильно зависит от того, какой тип катушки Тесла собирается построить. Наиболее распространенные формы катушки Тесла включают искровой разрядник и твердотельную катушку.

Наша катушка Тесла имеет искровой разрядник. Схема управления искровым разрядником намного проще, чем ее твердотельные аналоги, поскольку, как следует из названия, она состоит только из зарядного конденсатора и разрядника. Конденсатор накапливает ток до тех пор, пока он не достигнет достаточно высокого напряжения для короткого замыкания искрового промежутка (замыкание цепи с низким или нулевым сопротивлением), посылая высокочастотный переменный ток в первичную катушку. Базовую схему такой схемы можно увидеть на Рисунке 4 ниже:

Рисунок 4: Упрощенный искровой разрядник TC, Википедия

Рисунок 5: ТС искрового разрядника в работе, Википедия

На более сложной стороне конструкции находится твердотельная катушка Тесла (SSTC).SSTC отличается от эквивалента искрового разрядника, потому что в нем используются транзисторы (BJT, MOSFET и тиристоры) и микросхемы операционного усилителя (операционный усилитель) для подачи питания на первичную катушку. Повышенная сложность этой конструкции дает много преимуществ. Во-первых, использование транзисторов для подачи тока позволяет регулировать диапазон выходных частот. Это позволяет легко оптимизировать передачу энергии между первичной и вторичной обмотками. Во-вторых, такая установка обеспечивает более тихую подачу тока, поскольку в ней отсутствует зазор, через который с шумом прыгают искры.Наконец, SSTC допускает более широкий диапазон изменений производимых искр. Изменение рабочего цикла на выходе вашей схемы управления создает возможность изменить форму дуги (щеточный, стримерный или коронный разряд). Кроме того, выход, который объединяет две частоты, может создавать слышимый звук, также известный как поющая катушка Тесла. Пример конструкции SSTC:

Рисунок 6: Диаграмма твердотельного термостата, катушки Тесла Стива Уорда

Рисунок 7: SSTC, производящий щеточные разряды, катушки Тесла Стива Уорда

Эти высокие уровни сложности позволяют повысить КПД и мощность по сравнению с их альтернативами с искровыми разрядниками.Помимо этих различий, искровой разрядник и SSTC очень похожи и дают аналогичные результаты.

Демонстрационные фотографии:

Рисунок 8: Наша катушка Тесла в Thimann 3

Рисунок 9: Катушка Тесла и флуоресцентный свет

Рисунок 10: Наша катушка Тесла в действии

Рисунок 11: Катушка Тесла, питающая люминесцентную лампу без контакта

Примечания:

  • Осторожно : Этот аппарат опасен для людей с кардиостимуляторами и может повредить компьютеры или чувствительное оборудование.Держите катушку на расстоянии нескольких метров от ближайшего наблюдателя!
  • Эта демонстрация может быть показана только в Thimann 1 или 3.

Связанные демонстрации:

По сценарию Ноа Пика

Что такое катушка Тесла? Как работает катушка Тесла?

Термин «катушка Тесла» по своей сути содержит в себе гениальный элемент. Это чудо техники гордится тем, что названо в честь одного из самых плодовитых и загадочных ученых в истории — Николы Теслы. Никола Тесла считается пионером использования переменного тока (А.С.) и имеет за плечами список других изобретений, которые действительно изменили мир. Однако была одна идея, которой Тесла была просто одержима — бесплатная доставка и передача энергии по беспроводной сети. Звучит безумно, правда? Тем не менее, именно это Тесла намеревался сделать со своей катушкой Тесла.

(Фото: Дж. Герхард Даниэль Громанн / Wikimedia Commons)

Работа катушки Тесла

Короче говоря, катушка Тесла — это радиочастотный осциллятор, который приводит в действие резонансный трансформатор с двойной настройкой для получения высоких частот. напряжения с малыми токами.Теперь, чтобы лучше понять, что такое радиочастотный генератор, давайте сделаем еще один шаг назад и сначала разберемся с электронным генератором. Электронный генератор — это, прежде всего, электронная схема, которая производит осмицирующий электрический сигнал, который часто является синусоидальной или прямоугольной волной. Генераторы преобразуют постоянный ток из источника питания в сигнал переменного тока. Электронный генератор, который генерирует сигналы в радиодиапазоне (от 100 кГц до 100 ГГц), называется радиочастотным генератором.

(Фото предоставлено Omegatron / Wikimedia Commons)

Резонансный трансформатор работает на основе концепции резонансной индуктивной связи, когда вторичная обмотка трансформатора слабо связана, поэтому она резонирует. Особенность резонансного трансформатора заключается в том, что одна или обе цепи, присутствующие в трансформаторе, состоят из конденсатора, подключенного параллельно ему. Эта связь цепи трансформатора и конденсатора превращает ее в цепь настройки. Схема настройки или LC-схема используется либо для генерации сигналов на определенной частоте, либо для выделения сигнала на определенной частоте из более сложного сигнала, который также известен как полосовой фильтр.

Сравниваете ли вы первую запатентованную модель или более современные, во всех них есть одно общее — искровой разрядник. Функциональность искрового промежутка заключается в возбуждении колебательного электрического сигнала из резонансного контура. Уникальная конструкция катушки обеспечивает низкие резистивные потери энергии при высоких напряжениях, которые производит катушка Тесла.

Теперь, когда мы понимаем различные компоненты такой катушки, мы можем полностью погрузиться в работу катушки Тесла.Во-первых, резонансный трансформатор повышает напряжение до очень высокого уровня, до точки, где высокое напряжение начинает прыгать через искровой промежуток. Типичное напряжение составляет от 5 до 30 киловольт. Конденсатор в цепи образует настроенную цепь с первичной обмоткой L1 аппарата. Искровой разрядник играет роль переключателя в первичной цепи. Катушка Тесла (L1, L2) вместе с искровым разрядником генерирует высокое выходное напряжение при соединении вместе.

Математические нюансы катушки Тесла

Есть три важных математических нюанса или основы, на которых построена работа катушки Тесла.Двумя основными характеристиками являются частота колебаний и выходное напряжение . Во-первых, давайте посмотрим на частоту колебаний. Для получения максимально возможного напряжения от катушки Тесла необходимо убедиться, что первичная и вторичная цепи резонансного трансформатора настроены так, чтобы резонировать друг с другом. Резонансные частоты первичного и вторичного контуров определяются параметрами f1 и f2 . Обычно частота вторичного контура ( f 2) не регулируется.Однако первичный можно отрегулировать с помощью крана. Условия резонанса приведены ниже:

В отличие от обычных трансформаторов, выходное напряжение резонансного трансформатора не прямо пропорционально коэффициенту числа витков, как в случае обычного трансформатора. Его можно рассчитать через закон сохранения энергии. Когда цикл начинается, и искра запускает всю энергию первичной цепи, W1 накапливается в конденсаторе C1 .Если V1 — это напряжение, при котором происходит пробой искрового промежутка, которое обычно близко к пиковому выходному напряжению питающего трансформатора T , эта энергия составляет:

Когда уровень энергии пересекает 85% емкости , он переходит во вторичный контур. На пиковом уровне энергии системы напряжение на вторичной стороне составляет V2 , запасенная энергия составляет W2 , а конденсатор во вторичной цепи — C2 .Если предположить, что потерь энергии не происходит, W1 и W2 будут равны. Это показывает, что потери энергии при беспроводной передаче теоретически можно было бы свести к минимуму.

Как создать катушку Тесла

Электрический ток часто бывает волшебным и загадочным. До того, как люди узнали об электричестве, многие природные явления проявились как сверхъестественные явления, вызванные разгневанными богами. К счастью, сегодня люди знают законы физики и могут без проблем работать с ними в соответствии со своими потребностями.

Катушка Тесла — это резонансный контур, состоящий из двух индуктивно связанных контуров LC. Другими словами, это трансформатор с первичной и вторичной цепями, который может повышать электрическое напряжение и вызывать искры. В нормальных условиях воздух можно рассматривать как изолятор. Напряжение, приложенное между двумя изолированными точками, не вызывает прохождения электрического тока. Если напряжение увеличивается, электрическое поле может стать достаточно интенсивным, чтобы получить энергию для ионизации других частиц.Явление усиливается с постепенным увеличением количества движущихся ионов. Электрический ток возникает при нагревании области, что вызывает дальнейшую ионизацию воздуха. Создается высокоионизированный газовый канал, который действует как электрический проводник, способный поддерживать электрическую дугу. Искра имеет интенсивное свечение в течение очень короткого времени по зигзагообразной траектории со звуком детонации. Молния — это искра большой силы. Чтобы вызвать искру, электрическое поле должно превышать порог жесткости диэлектрика.Для стандартного воздуха оно составляет около 3 кВ / мм, но легко уменьшается с влажностью. Чтобы образовалась искра шириной 10 см, необходимо подать напряжение около 300 000 В (300 кВ).

Длина искры
С помощью этой очень общей формулы вы можете измерить напряжение между двумя проводниками, измерив длину искры. При приложении разности потенциалов между двумя электродами образуется электрическое поле:

E = V * d

где «V» — напряжение, а «d» — расстояние между электродами.Для каждого материала есть значение, известное как точка разрыва, которое представляет минимальное электрическое поле, необходимое для зажигания искры. Чтобы образовалась искра в 1 см, необходимо приложить 30 кВ. Чтобы узнать напряжение между двумя электродами, просто умножьте длину искры (в сантиметрах) на 30 кВ при температуре 25 ° C с сухим воздухом. Этот метод работает с двумя сферическими электродами. Значение может меняться в зависимости от давления и влажности. Как показано на Рисунке 1, действительно сложно генерировать большие искры.Для искры в 10 см нужно напряжение 300 000 В, а для искры в полметра необходимо подать около 1 500 000 В — действительно, очень опасно.

Рисунок 1: График зависимости длины искры от напряжения

Поразительно, как природа может производить очень большие молнии в миллионы вольт!

Как это работает?
Мы знаем, что катушка Тесла, созданная Николой Тесла, представляет собой специальный резонансный трансформатор с двумя связанными катушками. Трансформатор с катушкой Тесла работает иначе, чем традиционный трансформатор с железным сердечником.В обычном трансформаторе две катушки генерируют усиление по напряжению, которое зависит от соотношения количества витков. С другой стороны, в катушке Тесла коэффициент усиления может быть намного больше, потому что он пропорционален: √L2 / L1.

Правильный баланс между отдельными частями позволяет соединению, способному генерировать электромагнитную волну, подходящую для освещения люминесцентной лампы. Имеет воздушный сердечник. Его рабочая частота составляет от 50 кГц до 30 МГц. Катушка передает энергию от первичной обмотки к вторичной.Напряжение, создаваемое на вторичной обмотке, увеличивается до тех пор, пока вся энергия первичной цепи не будет передана вторичной. Система основана на группе RLC и синусоидальном генераторе, как показано на рисунке 2. Схема RLC — это электрическая цепь, состоящая из резистора (R), катушки индуктивности (L) и конденсатора (C), соединенных между собой. ряд. Трансформатор на воздухе увеличивает входное напряжение в 100 раз, чтобы создать высокое напряжение. Через несколько секунд напряжение станет достаточно высоким, чтобы зажечь искровой разрядник.Конденсатор и первичная обмотка второго трансформатора образуют резонансный контур. Вторичная обмотка трансформатора прикреплена к тороиду, представляющему конденсатор, подключенный к земле. Он также образует резонансный контур с той же резонансной частотой. Энергия постепенно передается от первой цепи ко второй, затем разрядник перестает проводить, оставляя всю энергию в контуре тороида. Как только искровой разрядник перестает проводить ток, требуется некоторое время, чтобы напряжение нарастало, достаточное для того, чтобы он снова загорелся.

Рисунок 2: Схема RLC и график ее выходных сигналов в области частоты

Пример рисунка состоит из резистора 10 Ом (он определяет добротность схемы), конденсатора 47 пФ и катушки индуктивности 20 мГн. Чтобы вычислить частоту резонанса контура (в примере это 164 155,78 Гц), вы можете использовать формулу, показанную в поле. Если на цепь RLC подается питание точно на ее резонансной частоте, на катушке индуктивности мы получаем намного более высокое напряжение, чем то, которое подается на вход.В этих условиях схема для генератора напряжения представляет собой полностью резистивную нагрузку. Что касается этих характеристик, мы понимаем, что конструкция катушек не может быть случайной, а должна быть результатом точных и точных расчетов и формул.

Общая схема
На рисунке 3 показана общая, но полностью работающая схема катушки Тесла. Спинтерометр и конденсатор (бак) могут быть установлены в двух различных конфигурациях. Проиллюстрируем его составляющие.Конструкция несложная, но требует ухода.

Рисунок 3: Общая схема катушки Тесла

Трансформатор T1 увеличивает входное напряжение примерно до 10 кВ. Этот компонент обычно используется для подсветки рекламных вывесок неоном. Нельзя использовать традиционный трансформатор. Конденсатор С1, бутылка Лейды или высоковольтный конденсатор, подключается параллельно вторичной обмотке трансформатора. C1 заряжает и разряжает свое напряжение с частотой входного напряжения.Интересно отметить, что входное напряжение также может быть постоянным (но без первого трансформатора). Когда разность потенциалов на C1 превышает пределы, налагаемые спинтерометром, между его выводами возникает искра, и через L1 протекает сильный ток, разряжая конденсатор. Искра замыкает цепь. L1 и L2 — это два компонента трансформатора: L1 — первичный, а L2 — вторичный. На выводах L2 будет присутствовать очень высокое напряжение. Сила тока на катушках зависит от емкости С1.Вы можете подключить несколько конденсаторов параллельно. Очень важно, чтобы этот компонент подходил для используемых напряжений. С другой стороны, вы можете подключить последовательно и параллельно несколько конденсаторов для получения требуемого рабочего напряжения.

Конструкция
Как было сказано ранее, трансформатор Т1 работает как лифт входного напряжения. Будьте осторожны при обращении с ним. Как показано на рисунке 4, первичная обмотка L1 сделана из толстой проволоки, намотанной на пластиковую опору диаметром 25 см.Строительство L2 очень утомительно. Можно использовать длинную пластиковую трубку диаметром 12 см. Для оптимальной работы рекомендуется обработать опору пластиковой краской. Катушка состоит из 2000 витков эмалированного провода 0,4 мм (26 AWG).

Рисунок 4: Конструкция и размеры катушек

Конденсаторы должны выбираться и производиться с осторожностью. Нельзя использовать обычные конденсаторы. Разница потенциалов очень велика, и компоненты могут быть разрушены.Он может соответствовать проекту лейденской банки или вы можете соединить вместе много полиэфирных конденсаторов последовательно / параллельно, чтобы получить максимальную емкость и напряжение не менее 15 000 В. Конденсаторы не должны быть поляризованными. Вы можете построить очень эффективный конденсатор, используя две алюминиевые фольги, приклеенные к стеклянной пластине с противоположных сторон. При размерах 50 × 50 см и толщине стекла 3 мм можно получить конденсатор на 7 378 пФ. Стекло имеет очень высокую диэлектрическую проницаемость. Во всяком случае, этот конденсатор может быть меньше.На рисунке 5 показаны различные примеры высоковольтных конденсаторов.

Рисунок 5: Различные примеры высоковольтных конденсаторов

Спинтерометр — очень простой и очень важный компонент. Это устройство, используемое для генерации электрических разрядов в воздухе через два электрода. Он состоит из двух сфер. Расстояние между выводами можно постепенно уменьшать до тех пор, пока напряженность электрического поля не превысит значение диэлектрической жесткости воздуха и не возникнет искра.Вы можете увидеть пример спинтерометра на рисунке 6.

Рисунок 6: Пример спинтерометра

Во время строительства обратите внимание на изоляцию критических частей цепи.

Использование
Когда конструкция будет завершена, вы скоро сможете протестировать устройство. Будьте осторожны при любых операциях. Настройка должна выполняться без подключения к электросети. Искры могут быть очень болезненными. Когда прибор выключен, вы можете отрегулировать расстояние между двумя сферами спинтерометра, чтобы получить искру.Чтобы отрегулировать искру, отодвиньте две сферы примерно на 5 см друг от друга. Затем подойдите к электродам небольшими шагами, каждый раз выключая прибор. Мощность искр пропорциональна емкости конденсатора. Как только вы получите искры в спинтерометре, вторичная катушка готова произвести особый эффект. С его вершины вы можете производить большие искры, приближая металлические предметы к сфере на катушке. Вы должны держать их с длинной изолированной ручкой (деревянной или пластиковой). Длина искры (электрической дуги) пропорциональна напряжению на вторичной катушке.Не прикасайтесь руками к какой-либо части схемы. Искра в 20 см — очень хороший результат.

Тюнинг
Катушка Тесла похожа на радиоприемник. Он должен настроиться на резонансную частоту, чтобы добиться от него максимальной производительности. Для повышения эффективности работы устройства предлагаем следующие решения:

• Увеличьте или уменьшите количество витков первичной катушки.

• Увеличьте или уменьшите количество витков вторичной катушки.

• Переместите на несколько миллиметров ближе или дальше две сферы спинтерометра между ними (не забудьте выключить питание).

• Максимально увеличить емкость емкости конденсаторов.

• Измените соединение на разных кругах на первичной катушке, как показано на Рисунке 7.

• Используйте материалы хорошего качества и хорошие компоненты.

Рис. 7. Вы можете улучшить связь LC-цепи, изменив значение индуктивности первичной катушки с другим положением соединения.

Заключение
Есть много решений для создания катушки Тесла.Это, наверное, самый простой. Будьте осторожны при работе с этими цепями, так как напряжение очень высокое. Во время работы катушки Тесла в воздухе остается сильный запах озона. В конце концов, вы можете построить меньшую версию устройства, а затем увеличить мощность катушки Тесла. На рисунке 8 вы можете увидеть полную катушку Тесла. В нем можно выделить (слева направо):

  • трансформатор (от 230 В до 10 000 В)
  • высоковольтный конденсатор
  • спинтерометр
  • две катушки (первичная и вторичная)

Рисунок 8: Полная катушка Тесла

TESLA COIL CONFIGURATIONS схема искрового промежутка

Конфигурации катушки Тесла

Катушка Тесла генерирует высокочастотное высокое напряжение внутри основной катушки, которое ионизирует воздух на конце медного провода, и воздух будет светиться из-за созданных дуг.В зависимости от мощности катушки Тесла дуги могут становиться больше. На этот проект приятно смотреть, но не только. Он также может передавать питание по беспроводной сети для каких-то устройств, таких как, например, небольшой неоновый светильник. Или компактная люминесцентная лампа. Будьте осторожны при работе с высоким напряжением, так как оно может повредить вам.

ЧАСТЬ 1 — Схема искрового разрядника

Начнем с схемы катушки Тесла главного напряжения, основанной на искре в промежутке. Это схема.Как вы можете видеть ниже, он напрямую подключен к 230 В переменного тока от розетки. Он подключен к трансформатору, который повысит напряжение еще больше до тысяч вольт, а также разделит две части цепи.

Это будет заряжать конденсатор C1 до тех пор, пока напряжение не станет достаточно высоким, чтобы между этими двумя точками возникла дуга напряжения. При образовании дуги через первичную обмотку катушки Тесла будет создаваться изменение тока. Это создаст магнитный поток, который затем вызовет падение напряжения на вторичной обмотке катушки Тесла.Обычно соотношение обмоток между первичной и вторичной обмотками очень велико, поэтому напряжение на вторичной обмотке будет очень, очень, высоким.

Как создается дуга напряжения? потому что это открытый цикл. Я имею в виду, что у нас есть высокое напряжение на верхней части катушки, но нет соединения с противоположной стороной, поэтому искра может подпрыгнуть.

На самом деле дуга напряжения будет создаваться между верхом катушки и паразитной емкостью, создаваемой окружающим воздухом. Эта емкость очень мала, но достаточно хороша.Таким образом, воздух в верхней части катушки будет ионизироваться, и дуги напряжения будут создаваться и стрелять по воздуху.

ЧАСТЬ 2 — Slayer Exciter

Теперь давайте взглянем на схему Slayer Exciter и посмотрим, как она работает. Для этой схемы у нас были только BJT-транзистор, резистор и диод. Когда мы подаем питание на вход, цепь резонирует и создает высокочастотную дугу высокого напряжения на конце медного провода. Мы видели подобную схему в другом прошлом уроке, когда делали самодельную дуговую зажигалку с высоковольтным трансформатором для ЖК-экранов.


Это более чем просто и работает с низким напряжением постоянного тока. Когда напряжение подается на базу этого BJT-транзистора, транзистор включается, и ток может проходить от коллектора к эмиттеру и в то же время через первичную обмотку катушки Тесла. Это вызовет ток во вторичной обмотке и вызовет падение напряжения. Здесь будет отрицательная полярность.


Затем, на втором этапе преобразования напряжения, когда мы отсекаем ток от первичной обмотки, создаваемое магнитное поле схлопнется и протолкнет ток во вторичной обмотке в противоположном направлении.Вот почему в этой конфигурации наш трансформатор действует как связанный индуктор, но если мы посмотрим на значения тока и напряжения, связанный индуктор действует как трансформатор, поэтому мы можем получить коэффициент усиления, а коэффициент индуктивности определяется по этой формуле, где n — количество витков каждой обмотки.


Итак, теперь эта отрицательная полярность также подключена к базе транзистора, и когда это значение достигает порогового значения диода, он затем опускает базу транзистора и тем самым выключает его.Но это ненадолго, потому что теперь магнитное поле в первичной обмотке схлопнется и изменит полярность вторичной. Теперь, опять же, транзистор включен, и весь процесс будет повторяться снова и снова, создавая резонансную частоту, заданную значениями всей цепи.

И снова, если вам интересно, как отрицательное напряжение, создаваемое вторичной обмоткой, может иметь какое-либо влияние на базу транзистора, если нет замкнутого контура? Итак, опять же, у нас есть паразитная емкость, создаваемая воздухом вокруг катушки.Итак, теперь у нас есть замкнутый контур, и напряжение на вторичной обмотке может повлиять на базу транзистора.

ЧАСТЬ 3 — Схема с аудиомодуляцией

Теперь давайте посмотрим на вторую схему с аудиомодуляцией. На этот раз у нас также был полевой МОП-транзистор, и остальная часть схемы практически не изменилась. Я использую ту же катушку из 350 витков медной проволоки 0,12. Катушка имеет высоту 55 мм и диаметр 20 мм. Первичная обмотка — это всего лишь две обмотки вокруг вторичной, и все.В этом случае мы можем видеть немного более мощные дуги, и когда играет музыка, амплитуда модулируется, и мы можем слышать музыку сквозь искры.


У нас все еще есть та же часть с BJT, подключенная к первичной и вторичной обмоткам, что и в другой цепи. Напряжение, создаваемое во вторичной обмотке, будет управлять базой BJT и тем самым создавать высокую частоту и высокое напряжение, как и раньше. Но теперь музыкальный сигнал подключен к затвору MOSFET. Это также будет модулировать амплитуду напряжения, приложенного к первичной обмотке.Итак, окончательное выходное напряжение. Изменяя амплитуду в соответствии со звуковым сигналом, дуги будут сильнее или слабее в зависимости от звукового сигнала. Итак, вот как мы управляем этой схемой с помощью музыки.


Есть много других схем для катушек Тесла, которые намного мощнее. Я сам работаю над созданием намоточного робота, чтобы я мог наматывать свои собственные катушки. Тогда я мог бы сделать катушку Тесла побольше, и, возможно, мы могли бы узнать еще больше об этих схемах. Теперь имейте в виду, что схемы, которые мы видели сегодня, не имеют управления с обратной связью.Для лучших и более точных схем нам нужна обратная связь, чтобы точно настроить резонансную частоту и необходимое значение напряжения для катушек. Подробнее об этом в будущем видео.

Рассмотрите возможность поддержки моей работы над PATREON. Спасибо!


Помогите мне, поделившись этим постом
Катушки

Тесла: как они работают

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

1) Дроссели: (компонент)
Первичная и вторичная обмотки катушки Тесла являются индукторами с электрической точки зрения.Когда ток, протекающий через катушку индуктивности, изменяется, он создает противоположное или обратное напряжение. Статья в Википедии

2) Искровые разрядники: (компонент)
Свеча зажигания в автомобиле — это основной разрядник, напряжение пробоя которого зависит от величины межэлектродного зазора. Когда он проводит, горячий ионизированный воздух в зазоре дает ему возможность продолжать работу, пока течет ток.

3) Конденсатор: (компонент)
Хорошая аналогия с конденсатором — представить его как губку, которую кладут на пролитую воду и оставляют, чтобы она медленно впитывалась.Если оставить на минуту, а затем быстро и сильно сжать, за долю секунды мгновенно высвободится минутное всасывание. В цепи катушки Тесла эта так называемая стадия «всасывания» длится всего несколько миллисекунд, в то время как «выдавливание» может быть в тысячу раз быстрее за несколько микромиллионных долей секунды. Статья в Википедии

4) Резонанс: (терминология)
Свойство резонанса является фундаментальным для работы катушек Тесла.Хорошая аналогия — садовые качели. Если оставить качаться самостоятельно, он будет делать это на своей резонансной частоте, только замедляясь из-за трения и силы тяжести. Если вы стоите за качелями и толкаете их каждый раз, когда они отклоняются от вас, с каждым последующим толчком они будут подниматься выше. Это потому, что вы добавляете мощность только в правильный момент времени в цикле свинга. Таким образом, вы добавляете импульс в тот же интервал времени, что и резонансная частота колебания, это означает, что толчок, который вы дали, находится в резонансе с колебанием.
Резонанс не увеличивает магическим образом количество энергии, он только облегчает ее передачу. Так что, если вы ищете информацию о так называемой «свободной энергии» или энергии «нулевой точки», относящейся к Тесла, которую некоторые люди, кажется, связывают с катушками Тесла, этот сайт не для вас!

5) Резонансный контур (терминология)
Если подключить конденсатор к катушке индуктивности и приложить напряжение, получится резонансный контур.Когда конденсатор разряжается, он посылает ток в катушку индуктивности, которая сохраняет его в виде энергии в своем магнитном поле. Но по мере разряда конденсатора ток в катушке индуктивности также уменьшается. Это заставляет его магнитное поле коллапсировать и генерировать противодействующее напряжение обратно в конденсатор, позволяя циклу начинаться заново. Количество раз, которое этот цикл «вперед-назад» происходит в секунду, — это резонансная частота контура, выраженная в герцах (Гц).

Использование разной емкости и индуктивности дает разные частоты.
Примечание: Из-за резистивных потерь ток уменьшается каждый цикл до нуля.
Бесплатной энергии НЕТ!


В схеме , показанной на рис. 1 выше, конденсатор ( ‘C’ ) заряжается источником высокого напряжения, как в моем примере с губкой, впитывающей воду.

Как только конденсатор достигает достаточно высокого напряжения, разрядник зажигается и проводит ток (Рис. 2 ниже). Искровой разрядник теперь представляет собой короткое замыкание, замыкающее резонансный контур (показанный красным) первичной катушки индуктивности и конденсатора.


Поджиг искрового разрядника представляет собой практически мгновенный разряд энергии конденсатора в катушку индуктивности, как в моем предыдущем примере, когда губка мгновенно выдавливается наружу.
Катушка индуктивности (первичная) накапливает эту энергию в своем магнитном поле, а силовые линии врезаются во вторичную катушку (другую катушку индуктивности) и индуцируют в ней напряжение. Как только конденсатор опустеет, ток в катушку индуктивности прекращается, и ее магнитное поле коллапсирует, заставляя обратный ток (теперь значительно уменьшенный) снова течь обратно в конденсатор.

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

К сожалению, каждый раз, когда искровой промежуток проводит, потери также возникают в виде тепла и света, поэтому вам нужно минимальное количество циклов, которые соответствуют передаче всей доступной энергии во вторичную обмотку.2
C = Фарады, V = напряжение, при котором возникает разрядник.

Здесь вы можете видеть, что удвоение значения C (при условии, что ваш источник питания достаточно надежен) даст вам удвоенную мощность. Но удвоение напряжения, до которого заряжается конденсатор, даст в 4 раза большую мощность, потому что значение напряжения возведено в квадрат, поэтому, если вам нужна длина искры, лучше всего выбрать источник питания с более высоким напряжением.

Пока первичный контур резонирует и передает свою энергию, во вторичном контуре одновременно происходит следующее………

Тороид наверху катушки действует как конденсатор по отношению к окружающей земле. Это легче увидеть на схемах ниже.

Рис. 1 то же самое, что Рис. 2 , потому что на самом деле тороид разряжается через воздух на землю. Если вы теперь замените тороид символом конденсатора (Рис. 3 ) и переставите все, вы получите Рис 4 .

Этот означает, что вторичная катушка (индуктор) вместе с емкостью тороида также образует резонансный контур, во многом похожий на первичный контур.Таким образом, энергия вторичной обмотки также резонирует между катушкой и тороидом. Однако он не ослабевает так же, как первичный, на самом деле он неуклонно увеличивается.

Это потому, что как раз в нужный момент своего цикла (например, вы толкаете качели в примере) другое магнитное поле от первичного контура, которое, как помните, также резонирует на той же частоте, передает немного больше энергии. его запасенная энергия во вторичной цепи.

Следовательно, , поскольку первичный вызов происходит, вызывая потерю энергии первичным, вторичный набирает мощность, что называется вторичным вызовом.
Помните, что первичному и вторичному сигналам необходимо иметь одинаковые резонансные частоты для их успешного взаимодействия (на самом деле есть преднамеренное небольшое несовпадение, объясненное в другом месте). Обычно это сотни килогерц.
В конце концов, напряжение на поверхности тороида вверху поднимается настолько высоко, что изогнутая поверхность тороида больше не может удерживать заряд, и происходит прорыв.Это будет либо туманный пурпурный коронный разряд, либо, если все компоненты надлежащим образом сбалансированы друг с другом, беловатый твердый стример, спускающийся на землю или в воздух.

В совершенная катушка Тесла, как только произошел прорыв, это было бы концом дела, позволяя новому циклу зарядки начать все сначала. Однако обычно происходит то, что, когда поле вторичного элемента начинает схлопываться, оно снова начинает передавать свою энергию обратно в первичный элемент. Это связано с тем, что горячий ионизированный искровой разрядник в первичной цепи зарядки все еще может проводить несколько уменьшенную энергию, которая теперь возвращается вторичной.

Это значение означает, что любая оставшаяся энергия в схлопывающейся вторичной обмотке, которая могла бы уйти на продление разряда, тратится впустую, вместо этого отправляясь обратно в первичную обмотку. Это может привести к повторному повторению всего цикла переноса из первичного во вторичный, а в худших случаях даже три или четыре раза.

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

Есть различных способов преодолеть проблему этих нежелательных циклов. В так называемом статическом искровом промежутке вы можете использовать либо Suction , либо вентилятор, чтобы удалить горячий ионизированный воздух между электродами и охладить их, поскольку оба действия помогают гасить.

Другой метод — это роторный искровой разрядник.В них искровой разрядник состоит из неподвижного электрода, в то время как другой вращается, почти так же, как распределитель в двигателе автомобиля. Эти искровые разрядники бывают двух разных типов. Асинхронный [ARSG] и синхронный [SRSG] , в последнем случае положение вращающихся электродов при каждом обороте напрямую связано с циклом частоты сети, а в асинхронной системе — нет.
В синхронной системе вы настраиваете вращающиеся электроды для совмещения с фиксированными, когда цикл переменного тока составляет около его пика (обычно вы стремитесь примерно через 1 мс или около того после пика).Это позволяет конденсатору разряжаться в первичную обмотку в оптимальное время цикла зарядки. Вращающиеся электроды также мешают окружающему воздуху, способствуя собственному охлаждению.

Это не фактическое разделительное действие вращающихся электродов, которое гасит дугу, это потому, что искра может довольно значительно растягиваться после зажигания. Гашение происходит естественным образом в одной из основных выемок, и, будем надеяться, эта гашающая выемка произойдет, когда электроды достаточно переместятся из выравнивания, прежде чем конденсатор достаточно перезарядится, чтобы начать цикл заново.

Асинхронные промежутки , поскольку они используют вращающиеся электроды, также срабатывают с равномерной скоростью, но в их случае это не зависит от того, где находится цикл переменного тока. Это означает, что конденсатор не может быть полностью заряжен во время зажигания. Это также может означать, что может возникнуть противоположная ситуация, когда на конденсаторах и источнике высокого напряжения может возникнуть напряжение, превышающее нормальное. По этой причине не следует использовать асинхронные системы с NST , потому что они иногда могут быть довольно хрупкими, когда подвергаются скачкам высокого напряжения.

Но даже у поворотных разрядников есть недостатки. По мере увеличения напряжения, с которым работает искровой промежуток, синхронизация имеет тенденцию к опережению. Это связано с тем, что более высокие напряжения от больших трансформаторов (обычно 15000>) означают, что искра может перепрыгнуть зазор между статическим электродом и быстро приближающимся вращающимся электродом, до , они фактически выстраиваются в линию.

С синхронным искровым разрядником [SRSG] это можно преодолеть, отрегулировав фазировку входа переменного тока в двигатель с помощью катушек индуктивности и конденсаторов.Таким образом можно точно отрегулировать положение вращающихся электродов по отношению к неподвижным.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *