Manapság a Tesla transzformátorát nagyfrekvenciás nagyfeszültségű rezonancia transzformátornak nevezik, és a szokatlan eszköz feltűnő megvalósításának számos példája megtalálható a hálózaton. Egy ferromágneses mag nélküli tekercs, sok vékony huzalfordulatból álló, tóruszos tetején, valódi villámot bocsát ki, lenyűgözve a meghökkent szemlélőket. De emlékszik mindenki, hogyan és miért hozták létre ezt a csodálatos készüléket eredetileg?
A találmány története a 19. század végén kezdődik, amikor Nikola Tesla, az USA-ban dolgozó ragyogó kísérleti tudós csak azt a feladatot hozta magának, hogy megtanulja, hogyan kell vezetni az elektromos energiát nagy távolságokon vezetékek nélkül.
Aligha lehet megmondani a pontos évet, amikor pontosan ez az ötlet jutott a tudóshoz, de ismert, hogy 1891. május 20-án Nikola Tesla részletes előadást tartott a Columbia Egyetemen, ahol bemutatta ötleteit az Amerikai Villamosmérnöki Intézet munkatársainak, és valamit illusztrált. vizuális kísérletek bemutatása.
Az első demonstrációk célja a fény megszerzésének új módjának bemutatása nagyfrekvenciás és nagyfeszültségű áramok felhasználásával, valamint ezen áramok jellemzőinek feltárása. A méltányosság kedvéért megjegyezzük, hogy a modern energiatakarékos fénycsövek pontosan azon az elven működnek, amelyet a Tesla javasolt a fény megszerzésére.
Az elektromos energia vezeték nélküli átvitelére vonatkozó végső elmélet fokozatosan alakult ki: a tudós élete több évét a technológia tökéletesítésével töltötte, sokat kísérletezett és az áramkör egyes elemeit gondosan fejlesztette, megszakítókat fejlesztett ki, tartós nagyfeszültségű kondenzátorokat talált ki, feltalálta és módosította az áramkörvezérlőket. Nem tudtam életre kelteni a tervet azon a skálán, ahogyan azt akartam.
Promóciós videó:
Az elmélet azonban elérkezett hozzánk. Elérhetők Nikola Tesla naplói, cikkei, szabadalmai és előadásai, amelyekben megtalálhatja a technológia kezdeti részleteit. A rezonáns transzformátor működésének elve megtalálható például a Nikola Tesla # 787412 vagy # 649621 szabadalmainak elolvasásával, amelyek ma már elérhetőek a hálózaton.
Ha röviden megpróbálja megérteni a Tesla transzformátor működését, megfontolja annak felépítését és működési elvét, akkor nincs semmi bonyolult.
A transzformátor másodlagos tekercsét szigetelt huzalból (például zománcozott huzalból) készítik, amelyet egy réteggel forgatva egy üreges hengeres keretre állítanak, a keret magasságának és átmérőjének arányát általában 6-tól 1-től 4-ig terjedő értékre számolják.
Tekercselés után a szekunder tekercset epoxi vagy lakkkal bevonják. Az elsődleges tekercs viszonylag nagy keresztmetszetű huzalból készül, általában 2-10 fordulatot tartalmaz, és egy lapos spirál alakjába illeszkedik, vagy úgy van feltekerve, mint egy szekunder - egy hengeres keretre, amelynek átmérője kissé nagyobb, mint a másodlagos.
Az elsődleges tekercs magassága általában nem haladja meg a másodlagos magasságának 1/5-ét. A toroid van csatlakoztatva a szekunder tekercs felső termináljához, alsó kivezetése pedig földelt. Ezután mindent részletesebben megvizsgálunk.
Például: a szekunder tekercset egy 110 mm átmérőjű vázra feltekerjük, egy 0,5 mm átmérőjű PETV-2 zománchuzallal, amely 1200 fordulatot tartalmaz, tehát magassága körülbelül 62 cm, a huzal hossza pedig körülbelül 417 méter. Hagyja, hogy az elsődleges tekercs 5 fordulatú vastag rézcsövet tartalmazzon, amelyet 23 cm átmérőn tekercselnek és magassága 12 cm.
Ezután toroidot készítenek. Kapacitása ideális esetben olyan legyen, hogy a másodlagos áramkör rezonanciafrekvenciája (földelt szekunder tekercs a toroiddal és a környezettel együtt) megfeleljen a másodlagos tekercselő huzal hosszának, hogy ez a hosszúság megegyezzen a hullámhossz negyedével (példaként a frekvencia 180 kHz). …
A pontos kiszámításhoz hasznos lehet egy speciális program a Tesla tekercsek kiszámításához, például VcTesla vagy inca. A primer tekercshez nagyfeszültségű kondenzátort választunk, amelynek kapacitása az elsődleges tekercs induktivitásával együtt oszcillációs áramkört képez, amelynek természetes frekvenciája megegyezik a másodlagos áramkör rezonancia frekvenciájával. Általában egy kondenzátort vesznek fel kapacitásuk közelében, és a hangolást az elsődleges tekercs fordulatainak megválasztásával hajtják végre.
A Tesla transzformátor kanonikus alakjában a következő: az elsődleges áramköri kondenzátort egy megfelelő nagyfeszültségű forrásból töltik fel, majd kapcsolóval kötik össze az elsődleges tekercseléssel, és ezt másodpercenként többször megismételik.
Az egyes kapcsolási ciklusok eredményeként csillapított oszcillációk fordulnak elő az elsődleges áramkörben. De az elsődleges tekercs indukálja a szekunder áramkört, ezért az elektromágneses rezgések gerjesztik a szekunder áramkört.
Mivel a szekunder áramkör rezonanciára van hangolva a primer rezgésekkel, akkor feszültség rezonancia alakul ki a szekunder tekercsen, ami azt jelenti, hogy az átalakítási arányt (az elsődleges tekercs fordulásainak és az általuk lefedett szekunder tekercseknek az arányát) meg kell szorozni Q-val is - a másodlagos áramkör minőségi tényezőjével, majd a valós arány értékével. a másodlagos tekercs feszültsége a primer feszültségére.
És mivel a másodlagos tekercselő huzal hossza megegyezik a benne indukált rezgések hullámhosszának egynegyedével, akkor a toroidon helyezkedik el a feszültség antinódja (és a földelési ponton - az aktuális antinód), és ott lehet a leghatékonyabb lebontást végrehajtani.
Az elsődleges áramkör tápfeszültségére különféle áramkörök kerülnek felhasználásra, a MOT-k által táplált statikus szikrarésről (szikrarésről) (a MOT egy mikrohullámú sütőből származó nagyfeszültségű transzformátor) a finomított hálózati feszültséggel működő programozható vezérlők rezonancia-áramköreihez, de a lényeg változatlan marad.
Itt vannak a leggyakoribb Tesla tekercsek, attól függően, hogy miként hajtja őket:
SGTC (SGTTS, Spark Gap Tesla Coil) - Tesla transzformátor a szikrarésen. Ez egy klasszikus formatervezés, hasonló sémát eredetileg maga Tesla is használt. Egy levezetőt itt használnak kapcsoló elemként. Kis fogyasztású kivitel esetén a levezető két vastag huzaldarabból áll, amelyek bizonyos távolságra vannak egymástól, míg erősebb kivitelnél komplex, forgó motorokat használnak. Az ilyen típusú transzformátorok akkor készülnek, ha csak hosszú szalaghosszra van szükség, és a hatékonyság nem fontos.
VTTC (VTTC, vákuumcsöves Tesla tekercs) - Tesla transzformátor elektronikus csőn. Erős rádiócsövet, például GU-81, itt használnak kapcsoló elemként. Az ilyen transzformátorok folyamatosan működhetnek és meglehetősen vastag kisüléseket eredményeznek. Az ilyen típusú tápegységeket leggyakrabban nagyfrekvenciás tekercsek építésére használják, amelyeket "fáklyának" neveznek a szalagok tipikus megjelenése miatt.
Az SSTC (SSTC, Solid State Tesla Coil) egy Tesla transzformátor, amelyben félvezetőket használnak kulcsfontosságú elemként. Általában ezek IGBT vagy MOSFET tranzisztorok. Az ilyen típusú transzformátor folyamatos üzemmódban működhet. Az ilyen tekercs által létrehozott szalagok megjelenése nagyon eltérő lehet. Az ilyen típusú Tesla transzformátorok könnyebben irányíthatók, például zenét játszhatnak rajtuk.
A DRSSTC (DRSSTC, kettős rezonanciájú szilárdtest Tesla tekercs) egy Tesla transzformátor, két rezonáns áramkörrel, itt félvezetőket használnak kapcsolókként, mint az SSTC-ben. A DRSSTTS a Tesla transzformátorok legnehezebb vezérlése és konfigurálása.
A Tesla transzformátor hatékonyabb és eredményesebb működtetése érdekében a DRSSTC topológiai áramköröket kell használni, amikor maga a primer áramkörben erős rezonancia érhető el, a szekunder áramkörben pedig világosabb kép, hosszabb és vastagabb villámcsavarok (streamerek).
Maga Tesla megpróbálta a lehető legjobbat elérni a transzformátor ilyen működési módjának elérése érdekében, és ennek az ötletnek az alapja az 568176. sz. Szabadalmi leírás, amelyben töltőfojtókat használnak, a Tesla az áramkört pontosan ezen az úton fejlesztette ki, vagyis arra törekedett, hogy a primer áramkört a lehető leghatékonyabban használja, létrehozva benne. rezonancia. A tudós ezekről a kísérletekről a naplójában olvashat (a Colorado Springsben 1899 és 1900 között végzett kísérletekkel kapcsolatos tudósítók nyomtatott formában már megjelentek).
A Tesla transzformátor gyakorlati alkalmazásáról szólva nem szabad csak a kapott kibocsátások esztétikai jellegének csodálatára korlátoznunk, és az eszközt dekoratívként kell kezelnünk. A transzformátor szekunder tekercsén a feszültség elérheti a több millió voltot, elvégre ez az extra magas feszültség hatékony forrása.
Tesla maga fejlesztette ki rendszerét, amely vezetékek nélkül hosszú távolságra továbbítja az áramot, a légkör felső légrétegeinek vezetőképessége alapján. Feltételezték, hogy van egy hasonló kivitelű transzformátor, amely csökkentené az elfogadott magas feszültséget a fogyasztó számára elfogadható értékre. Erről a Tesla 649621 számú szabadalmának elolvasásával lehet megtudni.
A Tesla transzformátor és a környezet kölcsönhatásának jellege külön figyelmet érdemel. A szekunder áramkör egy nyitott áramkör, és a rendszer termodinamikailag semmiképpen sem van elkülönítve, még nincs bezárva, nyitott rendszer. Az ezen irányba mutató modern kutatást sok kutató végzi, és a pontot ezen az úton még nem határozták meg.
Szerző: Andrey Povny