Инфо-baza
671 0

Трансформатор Тесла

Тесла-трансформатор представляет собой высоковольтный резонансный прибор, работающий на высокой частоте. Конструкция агрегата относительно простая. Подобные приборы демонстрируют разряды электричества, красиво смотрящиеся в темноте. Трансформаторы типа Тесла испускают настоящие молнии. Поэтому его использование сводится к декоративным функциям. Особенности чудо-прибора интересно узнать каждому.

История изобретения

Резонансный трансформатор Тесла появился в результате многолетней работы ученого и экспериментатора Н. Тесла. Он стремился найти способ передавать электричество на большие расстояния без проводов. В 1891 году изобретатель продемонстрировал наглядные эксперименты, проводимые в этом направлении.

Практическое применение его трудов (по мнению самого ученого) заключалось в обеспечении светом любого здания, частного дома и прочих объектов посредством тока высокого напряжения и частоты. Ученый раскрывал особенности получения, применения подобных токов, применения их для электроснабжения.

Постепенно ученый начал задумываться об использовании открытого способа для передачи электричества на большие расстояния. На разработку теории исследователь потратил несколько лет. Ученый проводил множество экспериментов, совершал каждый элемент схемы. Экспериментатор трудился над созданием прерывателей, контроллеров цепей, стойких конденсаторов высокого вольтажа. Замысел исследователь в жизнь так и не воплотил в том масштабе, в каком было изначально задумано.

Читайте также: В каких единицах измеряется освещенность — список основных

Однако каждый его патент, статья, лекция были сохранены. Их можно сегодня перечитать, обдумать. Например, патент № 649621 и №787412 представлен в интернете. Документы размещены в открытом доступе для широкой общественности. Видео работы агрегата в действии легко отыскать в сети.

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

Влияние на здоровье

Выше было указано, что после изобретения катушки Тесла ее использовали в медицинских целях, однако многие источники сообщают, что трансформатор Тесла является смертельно опасным. Кто же прав, а кто обманывает? В большинстве случаев высокое напряжение является для человека смертельным, так как оно ведет к образованию ожогов, а также к остановке сердца. Однако некоторые типы трансформаторов Тесла обладают так называемым скин-эффектом, который позволяет электричеству воздействовать лишь на поверхность предмета, а в данном случае – на кожу человека. Как уже было сказано выше, это тонизирует кожу и омолаживает ее. Опять же, медицинских подтверждений этого факта нет, однако об этом очень много писали в свое время.

Схема и основные компоненты

Чтобы понять, как работает трансформатор Тесла, необходимо рассмотреть его устройство. В схему входит две обмотки – вторичная и первичная. Контуры выполнены из медной проволоки толщиной 0,1-0,2 мм².

К первичной обмотке подводится переменный ток. Это позволяет получить магнитное поле, передающее электричество от первой ко второй катушке. В этот момент вторичная обмотка будет производить контур колебательного типа. Обмотка будет накапливать получаемое электричество. Некоторое время нагрузка будет здесь храниться как определенное напряжение.

Схема резонансного трансформатора Тесла может иметь разное строение катушек. Контуры обладают схожими чертами. Тороидальные разновидности катушек Тесла представлены на фото.

Трансформатор конструкции Николы Тесла содержит в составе тороид. Элемент выполняет три основные функции:

  1. Способствует накоплению электричества перед тем, как будет получен стример. Большие габариты позволяют тороиду вместить значительное количество энергии. В устройстве часто применяется прерыватель.
  2. Уменьшает резонансную частоту.
  3. Образует электростатическое поле, отталкивающее стример. В некоторых типах конструкций эту функцию выполняет вторичная катушка.

Для подобных устройств важно выдерживать правильное соотношение между диаметром и длиной вторичной катушки. Пропорция должна составлять 1:4. Защитное кольцо схемы препятствует выходу электроники из строя. Деталь выглядит как специальное кольцо, изготовленное из меди.

Для правильной работы трансформатора Тесла защитное кольцо должно заземляться. Стримеры замыкают ток, ударяясь в землю. Если контур надежен, молнии ударяют непосредственно в агрегат.

В первичной обмотке определяется небольшое сопротивление. Это обеспечивает на практике надежную передачу электроэнергии. Точка подключения характеризуется высокой подвижностью. Это позволяет менять резонансную частоту. Понимая соотношение представленных элементов, удастся вникнуть в принцип работы трансформатора Тесла.

Заряд

Его производит внешний источник высокого напряжения на основе низкочастотного повышающего трансформатора. Конденсаторная емкость выбирается так, чтобы она составляла вместе с индуктором определенный контур. Частота его резонанса должна быть равна высоковольтному контуру.

На практике все несколько иначе. Когда осуществляется расчет трансформатора Теслы, не учитывается энергия, которая пойдет на накачку второго контура. Напряжение заряда ограничивается напряжением у пробоя разрядника. Его (если элемент воздушный) можно регулировать. Напряжение пробоя корректируется при изменении формы либо расстояния между электродами. Как правило, показатель находится в пределах 2-20 кВ. Знак напряжения не должен слишком «закорачивать» конденсатор, на котором происходит постоянная смена знака.

Принцип работы

Емкостной трансформатор Тесла характеризуется определенным принципом работы. Он заряжает конденсатор при помощи дросселя. Чем меньше уровень индуктивности, тем быстрее будет происходить зарядка. Спустя некоторое время его показатели напряжения значительно увеличиваются. В разряднике появится дуга. Она станет хорошим проводником.

Читайте также: Принцип работы и основные характеристики стабилитрона

Емкостным аппаратам требуется обеспечивать заряд аккумулятора от аккумулятора высокого напряжения. Обычные батарейки для этого не подходят. Питание первичной цепи выполняется различными способами. Это может быть статический искровой промежуток с подключением к высоковольтному прибору от микроволнового нагревателя. Также для этих целей применяются схемы из транзисторов на программируемых контроллерах.

Работающий аппарат при сочетании катушки и конденсатора характеризуется хорошим контуром. За счет образовавшейся нагрузки возникают колебания. В этот момент в конденсаторе и катушке произойдет энергообмен. Ее первая часть исчезнет в виде тепловых лучей. Вторая часть электричества проявится в разряднике. Индуктивность будет способствовать образованию еще одного контура. Частота всех компонентов должна быть одинаковой.

Первый контур передает свою нагрузку. Амплитуда колебаний будет равняться нулю. Обменом энергии этот процесс не заканчивается. После исчезновения дуги остаточная энергия может быть заперта. Весь процесс может повторяться. При сильной связи скорость обмена энергией будет высокой.

Некоторые поклонники творческих идей великого изобретателя утверждают, что КПД емкостного трансформатора Тесла составляет более 100%. Однако это не так. Коэффициент полезного действия, которым характеризуется данное устройство, подчиняется законам сохранения энергии. Поэтому такое утверждение не имеет под собой никаких оснований.

Функционирование

Итак, теперь вы знаете, как устроен трансформатор Тесла. Принцип работы его вам также понятен в целом, но можно и углубиться в детали. Как именно он функционирует? Оказывается, он работает в импульсном режиме. Что это означает? Это значит, что сначала происходит заряд конденсатора до того момента, когда совершится пробой разрядника, и электричество пройдет на катушку индуктивности. Тогда начинается вторая фаза, в ходе которой генерируются высокочастотные колебания. Обратите внимание, что разрядник должен располагаться параллельно источнику питания, благодаря чему он замыкает цепь, когда на катушку поступает ток, тем самым исключая источник питания из цепи. Зачем это нужно? Если источник питания остается частью цепи, это может значительно снижать напряжение на выходе из трансформатора. Естественно, результат все равно будет, однако он при этом окажется далеко не самым впечатляющим. Вот так функционирует трансформатор Тесла. Принцип работы вам теперь полностью понятен, однако все еще остаются некоторые детали, которые могут вас заинтересовать.

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.

RSG

Трансформатор Тесла высокой мощности включает в себя более сложную конструкцию разрядника. В частности, это касается модели RSG. Аббревиатура расшифровывается как Rotary Spark Gap. Ее можно перевести следующим образом: вращающийся/роторный искровой либо статический промежуток с дугогасительными (дополнительными) устройствами. В таком случае частота работы промежутка подбирается синхронно частоте конденсаторной подзарядки. Конструкция искрового роторного промежутка включает в себя двигатель (как правило, он электрический), диск (вращающийся) с электродами. Последние или замыкают, или приближаются к ответным компонентам для замыкания.

Выбор расположения контактов и скорости вращения вала основывается на необходимой частоте следования колебательных пачек. В соответствии с типом управления двигателем различают искровые роторные промежутки асинхронные и синхронные. Также применение искрового вращающегося промежутка значительно понижает вероятность образования паразитной дуги между электродами.

В некоторых случаях обычный разрядник заменяют многоступенчатым. Для охлаждения этот компонент иногда помещают в газообразные или жидкие диэлектрики (в масло, к примеру). В качестве типового приема гашения дуги статистического разрядника используется продувка электродов с помощью мощной воздушной струи. В ряде случаев трансформатор Тесла классической конструкции дополняется вторым разрядником. Задача этого элемента состоит в обеспечении защиты низковольтной (питающей) зоны от высоковольтных выбросов.

Полумостовая транзисторная катушка Тесла

Приветствую, радиолюбители-самоделкины, а также все неравнодушные к высоковольтным разрядам!

Читайте также: Что такое конденсатор, виды конденсаторов и их применение

Знакомство с радиоэлектроникой а также навыки пайки открывают перед человеком массу новых возможностей. Например, если обычные люди могут лицезреть красивые высоковольтные разряды молний лишь в небе, и то, во время грозы, то радиолюбитель же может создать свою собственную «молнию» прямо у себя дома, на столе. Такой «молнией» является катушка Тесла — популярное устройство, которым интересуется множество радиолюбителей по всему миру — и это неспроста, ведь устройство имеет относительно не сложную конструкцию (хоть и требует кропотливой настройки), но зато позволяет создавать поистине красочные разряды, которые не оставят никого равнодушным. Существует несколько разновидностей катушек Тесла, вкратце, все они делятся на два типа — ламповые и транзисторные. Первые — самые аутентичные, именно они были созданы в те времена, когда полупроводников ещё не существовало. Транзисторные же были созданы позже, с появлением мощных полупроводников, их также можно разделить на несколько типов: самыми распространёнными, часто собираемыми являются однотактные (первичную обмотку коммутирует один транзистор), полумостовые (два транзистора), мостовые (четыре транзистора). Однотактные наиболее просты с точки зрения схемотехники, но обладают не самым лучшим КПД — один единственный транзистор сильно нагревается и не позволяет получить максимум длины разрядов. Мостовые схемы — наиболее продвинутые, в них первичная обмотка получается самый максимум питания, но и их настройка дело не из лёгких — без осциллографа правильно настроить такую катушку почти нереально, а при неправильной настройке мощные транзисторы будут один за другим сгорать. Полумостовые схемы можно назвать самыми популярными из всех вышеперечисленных, так как они обладают самыми оптимальными параметрами: не слишком сложная настройка, по сравнению с мостовыми, надёжность, а также неплохой КПД. В этой статье речь пойдёт о создании классической полумостовой катушки Тесла, для сборки которой не потребуется каких-либо труднодоступных компонентов, автор утверждает, что собрал её буквально «из того, что было». Схема представлена ниже.

Рассмотрим более подробно каждый элемент схемы. В самой левой части виден вход питающего напряжения 220В — оно подаётся на понижающий до 12В трансформатор, после чего 12 переменных вольт выпрямляются диодным мостом и сглаживаются фильтрующими конденсаторами. Здесь не обязательно использовать именно трансформаторное питание — подойдёт любой импульсный блок питания на напряжение 12-15В, от этого напряжения будет запитываться лишь логическая часть катушки Тесла. Источник должен выдавать ток как минимум 1-2А. На схеме также можно увидеть ШИМ-контроллер, микросхему TL494 — крайне популярная микросхема, которая часто используется в импульсных блоках питания, например, компьютерных. Без проблем найти её можно и в магазинах радиодеталей по небольшой цене. Задача данной микросхемы — генерировать прямоугольные импульсы, которые, после некоторой обработки, будут подаваться на затворы силовых транзисторов, управляющих первичной обмоткой. Номиналы в обвязке этой микросхемы уже подобраны так, чтобы частота импульсов регулировалась потенциометром R5 в нужном диапазоне — в дальнейшем, после сборки схемы, частоту нужно будет подбирать, вращая потенциометр, до достижения резонанса. При сборке схемы не стоит экономить на фильтрующих конденсаторах — по питанию электролит должен быть как минимум 1000 мкФ, лучше — больше, а также непосредственно возле выводов питания самой микросхемы не лишним будет поставить дополнительный блокировочный конденсатор на 100 нФ, для стабильности работы схемы.

Готовые прямоугольные импульсы снимаются с 9 и 10 выводов микросхемы. Но напрямую подавать их на затворы транзисторов нельзя — необходим каскад, который будет буферизировать сигнал, «разгружая» выводы микросхемы, а также обеспечивать гальваническую развязку между силовой и логической частями. Именно для этого на схеме присутствует мост из биполярных транзисторов, два NPN (КТ972), и два PNP (КТ973), нагрузкой моста выступает первичная обмотка GDT-трансформатора — но обо всём по порядку. Идеально для этой части схемы подходят транзисторы Дарлингтона, они имеют мощность с запасом, а также сверх-высокий коэффициент усиления, но при особой необходимости их можно заменить и на маломощные, например NPN — BC547 и PNP — BC557, схема будет работать. Четыре диода служат для защиты транзисторов от импульсов самоиндукции, возникающих в обмотке GDT-трансформатора. Можно использовать любые диоды, например, 1N4148 или 1N4007.

GDT — трансформатор служит для передачи переменного сигнала от логической части схемы к силовой. Он имеет три обмотки — одну первичную и две вторичных, первая подключается к мосту в логической части, а вторичные обмотки в силовых транзисторам в соответствии со схемой. При этом нужно соблюдать направление, то есть фазность обмоток — точками на схеме показаны начала каждой из обмоток. Это необходимо для того, чтобы в момент открытия одного транзистора второй закрывался, и наоборот, если перепутать начала и концы, то два транзистора будут одновременно открываться и одновременно закрываться, что сразу же приведёт их выгоранию. Намотать трансформатор можно на любом ферритовом колечке диаметром 1,5-2см, подойдут с магнитной проницаемостью около 2000. Для намотки можно использовать провод 0,4 мм, либо провод из витой пары, как сделал автор. Количество витков может быть равно 16-25 (для каждой обмотки одинаково), подбирается экспериментально. Ниже представлена осциллограмма сигнала на затворах, видно, что два сигнала противоположны по фазе.

Схема собирается на двух платах — силовая на одной, логическая на другой. Платы представлены в конце статьи, открыть их можно с помощью программы Sprint Layout, выполнить платы позволит метод ЛУТ, информации о котором предостаточно в интернете.

Силовая часть питается от высокого напряжения (от 50 до 200В), получить которое можно с помощью подходящего трансформатора, либо путём включения вторичных обмоток нескольких трансформаторов последовательно, в этом случае их напряжения будут складываться. Чем больше будет напряжение — тем сильнее будут высоковольтные разряды, но и сильнее будет нагрузка на транзисторы. Диод D3 на схеме служит одновременно для выпрямления переменного напряжения, а также для ограничения питающего напряжения, ведь он обрезает одну из полуволн, оставляя лишь половину мощности. Для увеличения мощности его можно заменить на полноценный двухполупериодный выпрямитель. Конденсаторы в силовой части должны быть рассчитаны на напряжение как минимум 400В, транзисторы — оптимальный вариант — IRFP460, но подойдут также любые, рассчитанные на не меньший ток и напряжение.

Первичная обмотка содержит 5-8 витков толстого медного провода, расположенного вокруг вторичной — а она, в свою очередь, состоит из множества витков тонкого медного провода. «Нижний» конец вторичной обмотки должен подключаться к заземлению, но его его нет — можно подключать к делителю из конденсаторов С3 и С4, как показано на схеме, номинал ёмкостей этих конденсаторов может меняться в широких пределах. С «высокого» конца вторичной обмотки снимаются высоковольтные разряды — там можно установить тор, либо металлическую сферу, а также установить острый терминал, с которого будет «вылетать» коронный разряд.

Корпус для катушки предпочтителен диэлектрический — он не будет биться током. Автор сделал корпус своими руками из фанеры, а затем покрасил его морилкой в красивых красноватый цвет. Таким образом, катушка будет радовать не только красивыми разрядами, но и внешним видом.

Все «внутренности», то есть схема катушки укладывается внутрь корпуса, снаружи к ней подводится питающее напряжение. Силовые транзисторы нужно установить на радиатор — так они не будут перегреваться. Все элементы должны быть надежно закреплены, ведь случайное замыкание в силовой части неизбежно приведёт к фейерверку. Удачной сборки!

platy.rar [17.31 Kb] (скачиваний: 53)

Источник (Source)

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Добавить комментарий