Co to jest Tesla Transformer

Dzisiaj transformator Tesli nazywany jest transformatorem rezonansowym wysokiego napięcia o wysokiej częstotliwości, aw sieci można znaleźć wiele przykładów żywych realizacji tego niezwykłego urządzenia. Cewka bez rdzenia ferromagnetycznego, składająca się z wielu zwojów cienkiego drutu, zwieńczonego torusem, emituje prawdziwe błyskawice, robiąc wrażenie na zdumionych widzach. Ale czy wszyscy pamiętają, jak i dlaczego to niesamowite urządzenie zostało pierwotnie stworzone?

Historia tego wynalazku rozpoczyna się pod koniec XIX wieku, kiedy to genialny eksperymentalny naukowiec Nikola Teslapodczas pracy w USA postawił sobie za zadanie nauczyć się, jak przesyłać energię elektryczną na duże odległości bez przewodów.

Z całą pewnością nie jest możliwe wskazanie konkretnego roku, w którym pomysł ten przyszedł do naukowca, ale wiadomo, że 20 maja 1891 r. Nikola Tesla wygłosił szczegółowy wykład na Uniwersytecie Columbia, gdzie przedstawił swoje pomysły pracownikom American Institute of Electrical Engineers i zilustrował pokazujące eksperymenty wizualne.

Celem pierwszych demonstracji było pokazanie nowego sposobu pozyskiwania światła za pomocą do tego prądu o wysokiej częstotliwości i wysokim napięciu, a także ujawnienie właściwości tych prądów. Mówiąc uczciwie, zauważamy, że nowoczesne energooszczędne świetlówki działają na zasadzie, która została właśnie zaproponowana dla światła Tesli.

Ostatnia teoria dotycząca dokładnie bezprzewodowa transmisja energii elektrycznej wyłaniało się stopniowo, naukowiec spędził kilka lat, pamiętając o swojej technologii, dużo eksperymentując i skrupulatnie doskonaląc każdy element obwodu, opracował wyłączniki, wynalazł odporne kondensatory wysokiego napięcia, wynalazł i zmodyfikował sterowniki obwodów, ale nie mógł zrealizować swojego planu w skali, w jakiej chciał.

Teoria nas jednak dotarła. Dostępne są dzienniki, artykuły, patenty i wykłady Nikoli Tesli, w których można znaleźć wstępne szczegóły dotyczące tej technologii. Zasada działania transformatora rezonansowego można znaleźć, czytając na przykład patenty Nikoli Tesli nr 787412 lub nr 649621, które są już dziś dostępne w sieci.

Jeśli spróbujesz krótko zrozumieć, jak działa transformator Tesla, rozważ jego strukturę i zasadę działania, nie ma nic skomplikowanego.

Wtórne uzwojenie transformatora wykonane jest z izolowanego drutu (na przykład z drutu emaliowanego), który jest ułożony od jednej do drugiej okrągłej w okrągłej cylindrycznej ramie, stosunek wysokości ramy do jej średnicy zwykle przyjmuje się od 6 do 1 do 4 do 1.

Po nawijaniu uzwojenie wtórne jest pokrywane żywicą epoksydową lub lakierem. Uzwojenie pierwotne jest wykonane ze stosunkowo dużego drutu o przekroju poprzecznym, zwykle zawiera od 2 do 10 zwojów i pasuje w postaci płaskiej spirali lub nawiniętej jak druga - na cylindrycznej ramie o średnicy nieco większej niż średnica wtórna.

Wysokość uzwojenia pierwotnego z reguły nie przekracza 1/5 wysokości uzwojenia wtórnego. Toroid jest podłączony do górnego zacisku uzwojenia wtórnego, a jego dolny zacisk jest uziemiony. Następnie rozważ wszystko bardziej szczegółowo.

Na przykład: uzwojenie wtórne jest nawinięte na ramę o średnicy 110 mm, drut emaliowany PETV-2 o średnicy 0,5 mm i zawiera 1200 zwojów, więc jego wysokość wynosi około 62 cm, a długość drutu wynosi około 417 metrów. Niech uzwojenie pierwotne zawiera 5 zwojów grubej miedzianej rurki owiniętej wokół średnicy 23 cm i ma wysokość 12 cm.

Następnie utwórz toroid. Jego pojemność powinna idealnie być taka, aby częstotliwość rezonansowa obwodu wtórnego (uziemiona cewka wtórna wraz z toroidem i otoczeniem) odpowiadała długości drutu uzwojenia wtórnego, aby długość ta była równa jednej czwartej długości fali (na przykład częstotliwość wynosi 180 kHz) .

Do dokładnych obliczeń przydatny może być specjalny program do obliczania cewek Tesli, na przykład VcTesla lub inca.Do uzwojenia pierwotnego wybiera się kondensator wysokiego napięcia, którego pojemność wraz z indukcyjnością uzwojenia pierwotnego tworzy obwód oscylacyjny, którego częstotliwość naturalna byłaby równa częstotliwości rezonansowej obwodu wtórnego. Zazwyczaj pobierany jest kondensator o małej pojemności, a strojenie odbywa się poprzez wybór zwojów uzwojenia pierwotnego.

Istota transformatora Tesli w postaci kanonicznej jest następująca: kondensator obwodu pierwotnego jest ładowany z odpowiedniego źródła wysokiego napięcia, a następnie jest łączony przełącznikiem z uzwojeniem pierwotnym, a więc powtarza się wiele razy na sekundę.

W wyniku każdego cyklu przełączania w obwodzie pierwotnym występują tłumione oscylacje. Ale cewka pierwotna jest induktorem obwodu wtórnego, dlatego oscylacje elektromagnetyczne są wzbudzane odpowiednio w obwodzie wtórnym.

Ponieważ obwód wtórny jest dostrojony do rezonansu z oscylacjami pierwotnymi, na uzwojeniu wtórnym powstaje rezonans napięcia, a zatem współczynnik transformacji (stosunek zwojów uzwojenia pierwotnego i objętych nim uzwojeń wtórnych) należy również pomnożyć przez Q - współczynnik jakości obwodu wtórnego, a następnie współczynnik rzeczywisty napięcie na uzwojeniu wtórnym do napięcia na pierwotnym.

A ponieważ długość drutu uzwojenia wtórnego jest równa jednej czwartej długości fali indukowanych w nim oscylacji, na toroidie pojawi się antinoda napięciowa (i w punkcie uziemienia - obecna anodyna), i tam może nastąpić najskuteczniejszy rozkład.

Do zasilania obwodu pierwotnego stosuje się różne obwody, od statycznego iskiernika (iskiernika) zasilanego przez MOT (ILO - transformator wysokiego napięcia z kuchenki mikrofalowej) po rezonansowe obwody tranzystorowe w programowalnych sterownikach zasilanych z rektyfikowanego napięcia sieciowego, jednak istota tego nie zmienia się.

Oto najczęstsze rodzaje cewek Tesli, w zależności od sposobu ich kontrolowania:

SGTC (SSTC, Spark Gap Tesla Coil) - Transformator Tesli w iskierniku. Jest to klasyczny projekt, podobny schemat pierwotnie zastosował sam Tesla. Jako element przełączający stosuje się tutaj iskiernik. W konstrukcjach o małej mocy ogranicznik to dwa kawałki grubego drutu umieszczone w pewnej odległości, podczas gdy w mocniejszych stosuje się złożone obrotowe wyładowarki wykorzystujące silniki. Transformatory tego typu są wytwarzane, jeśli wymagany jest tylko długi streamer, a wydajność nie jest ważna.

VTTC (WTC, cewka próżniowa Tesli) - Transformator Tesli na lampie elektronicznej. Jako element przełączający zastosowano tutaj potężną lampę radiową, na przykład GU-81. Takie transformatory mogą pracować w sposób ciągły i wytwarzać dość grube wyładowania. Ten rodzaj mocy jest najczęściej wykorzystywany do budowy cewek o wysokiej częstotliwości, które ze względu na typowy wygląd ich streamerów nazywane są „pochodniami”.

SSTC (SSTC, Solid State Tesla Coil) - Transformator Tesla, w którym półprzewodniki są wykorzystywane jako kluczowy element. Zwykle to Tranzystory IGBT lub MOSFET. Ten typ transformatora może działać w sposób ciągły. Wygląd streamerów utworzonych przez taką cewkę może być bardzo różny. Ten typ transformatora Tesli jest łatwiejszy do kontrolowania, na przykład można na nim odtwarzać muzykę.

DRSSTC (DRSTC, cewka Tesli o podwójnym rezonansie) - Transformator Tesla z dwoma obwodami rezonansowymi, tutaj, jako klucze w SSTC, stosuje się półprzewodniki. ДРССТЦ - najtrudniejszy typ transformatorów Tesli w kontroli i dostrajaniu.

Aby uzyskać bardziej wydajną i wydajną pracę transformatora Tesli, stosuje się schematy topologii DRSSTC, gdy w samym obwodzie pierwotnym osiąga się silny rezonans, a w wtórnym jaśniejszy obraz, dłuższe i grubsze błyskawice (serpentyny).

Sam Tesla starał się jak najlepiej osiągnąć taki tryb działania swojego transformatora, a początki tego pomysłu można zobaczyć w patencie nr 568176, w którym stosuje się reaktory ładunkowe, następnie Tesla opracował obwód wzdłuż tej ścieżki, to znaczy starał się wykorzystać obwód pierwotny tak skutecznie, jak to możliwe, tworząc rezonans. Możesz przeczytać o eksperymentach naukowca w jego dzienniku (notatki naukowca na temat eksperymentów w Colorado Springs, które przeprowadził w latach 1899–1900, zostały już opublikowane w formie drukowanej).

Mówiąc o praktycznym zastosowaniu transformatora Tesli, nie należy ograniczać się do podziwu dla estetycznego charakteru otrzymywanych wyładowań i traktować urządzenie jako dekoracyjne. Napięcie na uzwojeniu wtórnym transformatora może osiągnąć miliony woltów, co ostatecznie jest skutecznym źródłem bardzo wysokiego napięcia.

Sam Tesla opracował swój system do przesyłania elektryczności na duże odległości bez przewodów, wykorzystując przewodnictwo górnych warstw powietrza atmosfery. Założono, że istniał transformator odbiorczy o podobnej konstrukcji, który obniżyłby przyjęte wysokie napięcie do wartości akceptowalnej przez konsumenta, o czym można się dowiedzieć, czytając patent Tesli nr 649621.

Na szczególną uwagę zasługuje charakter interakcji transformatora Tesli ze środowiskiem. Obwód wtórny jest obwodem otwartym, a układ nie jest izolowany termodynamicznie, nie jest nawet zamknięty, jest to układ otwarty. Współczesne badania w tym kierunku są prowadzone przez wielu badaczy, a punkt na tej ścieżce nie został jeszcze wyznaczony.