Idag kallas Teslas transformator en högfrekvent högspänningsresonanttransformator, och många exempel på slående implementeringar av denna ovanliga enhet kan hittas i nätverket. En spole utan en ferromagnetisk kärna, som består av många varv av tunn tråd, toppad med en torus, avger verklig blixt, och imponerar de förvånade åskådarna. Men kommer alla ihåg hur och varför denna fantastiska enhet ursprungligen skapades?
Denna uppfinnings historia börjar i slutet av 1800-talet, när den lysande experimentella forskaren Nikola Tesla, som arbetade i Förenta staterna, bara satt sig uppgiften att lära sig att överföra elektrisk energi över långa avstånd utan ledningar.
Det är knappast möjligt att ange det exakta året när exakt denna idé kom till forskaren, men det är känt att den 20 maj 1891 höll Nikola Tesla en detaljerad föreläsning vid Columbia University, där han presenterade sina idéer till personalen vid American Institute of Electrical Engineers och illustrerade något. visar visuella experiment.
Syftet med de första demonstrationerna var att visa ett nytt sätt att få ljus genom att använda högfrekvens- och högspänningsströmmar för detta, och också att avslöja funktionerna i dessa strömmar. För rättvisans skull noterar vi att moderna energisparande lysrör fungerar exakt enligt principen som Tesla föreslog att få ljus.
Den sista teorin beträffande trådlös överföring av elektrisk energi växte gradvis fram, forskaren tillbringade flera år av sitt liv på att göra sin teknik perfekt, experimentera mycket och noggrant förbättra varje element i kretsen, han utvecklade brytare, uppfann hållbara högspänningskondensatorer, uppfann och modifierade kretskontroller, men så Jag kunde inte leva min plan på den skala som jag ville.
Kampanjvideo:
Men teorin har nått oss. Nikola Teslas dagböcker, artiklar, patent och föreläsningar finns tillgängliga där du kan hitta de ursprungliga detaljerna om denna teknik. Funktionen för en resonanstransformator kan hittas genom att till exempel läsa Nikola Teslas patent # 787412 eller # 649621, som redan finns i nätverket idag.
Om du försöker kortfattat förstå hur Tesla-transformatorn fungerar, överväga dess struktur och funktionsprincip, är det inget svårt.
Den sekundära lindningen av transformatorn är gjord av en isolerad tråd (till exempel från emaljtråd), som läggs i tur och ordning i ett lager på en ihålig cylindrisk ram, förhållandet mellan ramhöjden och dess diameter är vanligtvis lika från 6 till 1 till 4 till 1.
Efter lindning är den sekundära lindningen belagd med epoxi eller lack. Den primära lindningen är gjord av en tråd med relativt stort tvärsnitt, den innehåller vanligtvis från 2 till 10 varv och passar in i formen av en plan spiral, eller är lindad som en sekundär - på en cylindrisk ram med en diameter som är något större än den sekundära.
Höjden på primärlindningen överskrider som regel inte 1/5 av sekundärens höjd. En toroid är ansluten till den övre terminalen på sekundärlindningen och dess nedre terminal är jordad. Därefter kommer vi att överväga allt mer i detalj.
Till exempel: den sekundära lindningen lindas på en ram med en diameter på 110 mm, med en PETV-2 emaljtråd med en diameter på 0,5 mm, och innehåller 1200 varv, varvid dess höjd är lika med cirka 62 cm, och trådens längd är cirka 417 meter. Låt primärlindningen innehålla 5 varv av ett tjockt kopparrör, lindat med en diameter på 23 cm och har en höjd av 12 cm.
Därefter görs en toroid. Dess kapacitet bör helst vara sådan att resonansfrekvensen för sekundärkretsen (jordad sekundärspole tillsammans med toroid och miljö) skulle motsvara längden på den sekundära lindningstråden så att denna längd skulle vara lika med en fjärdedel av våglängden (för exempelvis frekvensen är 180 kHz) …
För en exakt beräkning kan ett speciellt program för beräkning av Tesla-spolar, till exempel VcTesla eller inca, vara användbart. En högspänningskondensator väljs för primärlindningen, vars kapacitans, tillsammans med induktansen hos primärlindningen, skulle bilda en oscillerande krets, vars naturliga frekvens skulle vara lika med sekundärkretsens resonansfrekvens. Vanligtvis tar de en kondensator nära kapacitet, och inställningen utförs genom att välja varv för primärlindningen.
Kärnan i Tesla-transformatorn i sin kanoniska form är som följer: den primära kretskondensatorn laddas från en lämplig högspänningskälla, sedan ansluts den med en strömbrytare till den primära lindningen, och detta upprepas många gånger per sekund.
Som ett resultat av varje kopplingscykel uppstår dämpade svängningar i primärkretsen. Men den primära spolen är en induktor för den sekundära kretsen, varför elektromagnetiska svängningar upphetsas, respektive, i den sekundära kretsen.
Eftersom den sekundära kretsen är inställd på resonans med de primära svängningarna, uppstår en spänningsresonans på den sekundära lindningen, vilket innebär att transformationsförhållandet (förhållandet mellan varv för primärlindningen och varv för den sekundära lindningen som täcks av den) också måste multipliceras med Q - kvalitetsfaktorn för sekundärkretsen, sedan värdet på det verkliga förhållandet spänningen på sekundärlindningen till spänningen på primären.
Och eftersom längden på den sekundära lindningsledningen är lika med en fjärdedel av våglängden för de svängningar som induceras i den, är det på toroid som spänningsantinoden kommer att vara belägen (och vid jordningspunkten - den aktuella antinoden), och det är där den mest effektiva nedbrytningen kan ske.
För att driva den primära kretsen används olika kretsar, från en statisk gnistgap (gnistgap) som drivs av MOT (MOT är en högspänningstransformator från en mikrovågsugn) till resonans transistorkretsar på programmerbara styrenheter som drivs av korrigerad nätspänning, men essensen förblir densamma.
Här är de vanligaste typerna av Tesla-spolar, beroende på hur du kör dem:
SGTC (SGTTS, Spark Gap Tesla Coil) - Tesla-transformator på gnistgapet. Detta är en klassisk design, ett liknande schema användes ursprungligen av Tesla själv. Här används en avskiljare som ett växelelement. I konstruktioner med låg effekt består avskäraren av två bitar av tjock tråd på ett visst avstånd, medan i kraftigare konstruktioner används komplexa roterande spärrar med motorer. Transformatorer av denna typ är tillverkade om endast en lång strömmarlängd krävs och effektiviteten inte är viktig.
VTTC (VTTC, Vacuum Tube Tesla Coil) - Tesla transformator på ett elektroniskt rör. Ett kraftfullt radiorör, till exempel GU-81, används här som ett växelelement. Sådana transformatorer kan arbeta kontinuerligt och producera ganska tjocka urladdningar. Denna typ av strömförsörjning används oftast för att bygga högfrekvensspolar, som kallas "facklor" på grund av deras typiska utseende.
SSTC (SSTC, Solid State Tesla Coil) är en Tesla-transformator där halvledare används som ett nyckelelement. Vanligtvis är dessa IGBT- eller MOSFET-transistorer. Denna typ av transformator kan arbeta i kontinuerligt läge. Utseendet på strömmar skapade av en sådan spole kan vara mycket annorlunda. Denna typ av Tesla-transformatorer är lättare att kontrollera, till exempel kan du spela musik på dem.
DRSSTC (DRSSTC, Dual Resonant Solid State Tesla Coil) är en Tesla-transformator med två resonanskretsar, här används halvledare som omkopplare, som i SSTC. DRSSTTS är den svåraste typen av Tesla-transformatorer att styra och konfigurera.
För att få en mer effektiv och effektiv drift av Tesla-transformatorn är det DRSSTC-topologikretsarna som används, när en kraftfull resonans uppnås i själva primärkretsen, och i den sekundära respektive en ljusare bild, längre och tjockare blixtbultar (streamers).
Tesla själv försökte så bra han kunde för att uppnå just ett sådant funktionssätt för sin transformator, och rudimenten av denna idé kan ses i patent nr 568176, där laddnings-choker används, Tesla utvecklade sedan kretsen längs denna bana, det vill säga han försökte använda den primära kretsen så effektivt som möjligt och skapade i den resonans. Du kan läsa om dessa experiment av forskaren i hans dagbok (forskarens anteckningar om experimenten i Colorado Springs, som han genomförde från 1899 till 1900, har redan publicerats i tryckt form).
Om man talar om den praktiska tillämpningen av Tesla-transformatorn, bör man inte begränsa oss bara till beundran för den estetiska karaktären hos de erhållna urladdningarna och behandla anordningen som dekorativ. Spänningen på transformatorns sekundära lindning kan nå miljoner volt, det är ju en effektiv källa för extra hög spänning.
Tesla utvecklade själv sitt system för att överföra elektricitet över långa avstånd utan ledningar, med hjälp av konduktiviteten i de övre luftlagren i atmosfären. Det antogs närvaron av en mottagande transformator av liknande design, som skulle sänka den accepterade högspänningen till ett acceptabelt värde för konsumenten. Du kan ta reda på detta genom att läsa Teslas patent nr 649621.
Arten av Tesla-transformatorns interaktion med miljön förtjänar särskild uppmärksamhet. Sekundärkretsen är en öppen krets, och systemet är termodynamiskt på intet sätt isolerat, det är inte ens stängt, det är ett öppet system. Modern forskning i denna riktning utförs av många forskare, och punkten på denna väg har ännu inte fastställts.
Författare: Andrey Povny