Dnes je Teslova transformátor nazýván vysokofrekvenčním vysokonapěťovým rezonančním transformátorem a mnoho příkladů nápadných implementací tohoto neobvyklého zařízení lze nalézt v síti. Cívka bez feromagnetického jádra, skládající se z mnoha zatáček tenkého drátu, pokrytá torusem, vydává skutečné blesky a ohromuje diváky. Ale pamatuje si každý, jak a proč bylo toto úžasné zařízení původně vytvořeno?
Historie tohoto vynálezu začíná na konci 19. století, kdy geniální experimentální vědec Nikola Tesla, pracující ve Spojených státech, si stanovil pouze úkol naučit se přenášet elektrickou energii na velké vzdálenosti bez vodičů.
Sotva je možné označit přesný rok, kdy přesně tato myšlenka přišla k vědci, ale je známo, že 20. května 1891 předal Nikola Tesla podrobnou přednášku na Columbia University, kde své nápady představil zaměstnancům amerického institutu elektrotechniků a něco ilustroval. ukazující vizuální experimenty.
Účelem prvních demonstrací bylo ukázat nový způsob získávání světla pomocí proudů vysoké frekvence a vysokého napětí za tímto účelem a odhalit vlastnosti těchto proudů. V zájmu spravedlnosti poznamenáváme, že moderní energeticky úsporné zářivky fungují přesně na principu, který Tesla navrhla získat světlo.
Konečná teorie týkající se bezdrátového přenosu elektrické energie se objevovala postupně, vědec strávil několik let svého života zdokonalováním své technologie, experimentováním a pečlivým zlepšováním každého prvku obvodu, vyvíjel jističe, vymýšlel odolné vysokonapěťové kondenzátory, vymýšlel a modifikoval regulátory obvodu, ale tak Nemohl jsem svůj plán oživit v míře, v jaké jsem chtěl.
Propagační video:
Teorie nás však dosáhla. K dispozici jsou deníky, články, patenty a přednášky Nikola Tesly, v nichž najdete počáteční podrobnosti o této technologii. Princip fungování rezonančního transformátoru lze nalézt například přečtením patentů Nikola Tesly # 787412 nebo # 649621, které jsou dnes v síti k dispozici.
Pokud se pokusíte stručně pochopit, jak Tesla transformátor funguje, zvažte jeho strukturu a princip fungování, pak není nic složitého.
Sekundární vinutí transformátoru je vyrobeno z izolovaného drátu (například ze smaltovaného drátu), který je položen tak, aby se otáčel v jedné vrstvě na dutém válcovém rámu, poměr výšky rámu k jeho průměru je obvykle roven 6: 1 až 4: 1.
Po vinutí je sekundární vinutí potaženo epoxidem nebo lakem. Primární vinutí je vyrobeno z drátu relativně velkého průřezu, obvykle obsahuje 2 až 10 závitů a zapadá do tvaru ploché spirály, nebo je navinuto jako sekundární - na válcovém rámu o průměru o něco větším než je průměr sekundárního.
Výška primárního vinutí zpravidla nepřesahuje 1/5 výšky sekundárního vinutí. Toroid je připojen k horní svorce sekundárního vinutí a její spodní svorka je uzemněna. Dále budeme vše brát v úvahu podrobněji.
Například: sekundární vinutí je navinuto na rámu o průměru 110 mm, smaltovaným drátem PETV-2 o průměru 0,5 mm, a obsahuje 1200 závitů, takže jeho výška je rovna asi 62 cm a délka drátu je asi 417 metrů. Nechte primární vinutí obsahovat 5 závitů silné měděné trubky, navinuté na průměr 23 cm a má výšku 12 cm.
Dále se vyrobí toroid. Jeho kapacita by v ideálním případě měla být taková, aby rezonanční frekvence sekundárního obvodu (uzemněná sekundární cívka společně s toroidem a prostředím) odpovídala délce sekundárního vinutí drátu, takže by tato délka byla rovna čtvrtině vlnové délky (pro náš příklad je frekvence 180 kHz) …
Pro přesný výpočet může být užitečný speciální program pro výpočet Teslových cívek, například VcTesla nebo inca. K primárnímu vinutí je vybrán vysokonapěťový kondenzátor, jehož kapacita by spolu s indukčností primárního vinutí tvořila oscilační obvod, jehož přirozená frekvence by se rovnala rezonanční frekvenci sekundárního obvodu. Obvykle odebírají kondenzátor blízko kapacity a ladění se provádí výběrem zatáček primárního vinutí.
Podstata transformátoru Tesla v kanonické podobě je následující: kondenzátor primárního okruhu je nabíjen z vhodného zdroje vysokého napětí, pak je připojen přepínačem k primárnímu vinutí, a to se opakuje mnohokrát za sekundu.
V důsledku každého spínacího cyklu dochází v primárním obvodu k tlumeným kmitům. Primární cívka je však induktorem pro sekundární obvod, proto jsou v sekundárním obvodu excitovány elektromagnetické oscilace.
Protože sekundární obvod je naladěn na rezonanci s primárními oscilacemi, nastává na sekundárním vinutí rezonance napětí, což znamená, že transformační poměr (poměr otáček primárního vinutí a otáček sekundárního vinutí jím zakrytých) musí být také vynásoben Q - faktor kvality sekundárního obvodu, pak hodnota skutečného poměru napětí na sekundárním vinutí na napětí na primárním.
A protože délka sekundárního navíjecího drátu se rovná čtvrtině vlnové délky indukovaných kmitů, je na toroidu umístěna napěťová antinoda (a v uzemňovacím bodě - současná antinoda), a tam se může stát nejúčinnější porucha.
K napájení primárního obvodu se používají různé obvody, od statické jiskřiště (jiskřiště) poháněné MOT (MOT je vysokonapěťový transformátor z mikrovlnné trouby) až po rezonanční tranzistorové obvody na programovatelných ovladačích napájených usměrněným síťovým napětím, ale podstata zůstává stejná.
Zde jsou nejčastější typy cívek Tesla v závislosti na tom, jak je řídíte:
SGTC (SGTTS, Spark Gap Tesla Coil) - transformátor Tesla na jiskrové mezeře. Jedná se o klasický design, podobné schéma původně použil i Tesla. Jako spínací prvek se zde používá svodič. V konstrukcích s nízkým výkonem sestává svodič ze dvou kusů silného drátu rozmístěného v určité vzdálenosti, zatímco ve výkonnějších provedeních se používají složité rotační svodiče s využitím motorů. Transformátory tohoto typu se vyrábějí, pokud je požadována pouze dlouhá délka návazce a účinnost není důležitá.
VTTC (VTTC, vakuová trubice Tesla Coil) - transformátor Tesla na elektronické trubici. Jako spínací prvek se zde používá výkonná rádiová trubice, například GU-81. Takové transformátory mohou pracovat nepřetržitě a vytvářet poměrně silné výboje. Tento typ napájení se nejčastěji používá k vytváření vysokofrekvenčních cívek, které se v důsledku typického vzhledu jejich proudnic nazývají „pochodně“.
SSTC (SSTC, Solid State Tesla Coil) je Tesla transformátor, ve kterém jsou polovodiče používány jako klíčový prvek. Obvykle se jedná o tranzistory IGBT nebo MOSFET. Tento typ transformátoru může pracovat v nepřetržitém režimu. Vzhled streamerů vytvořených takovou cívkou může být velmi odlišný. Tento typ Tesla transformátorů se snadněji ovládá, například můžete na nich přehrávat hudbu.
DRSSTC (DRSSTC, Dual Resonant Solid State Tesla Coil) je Tesla transformátor se dvěma rezonančními obvody, zde se polovodiče používají jako spínače, jako v SSTC. DRSSTTS je nejobtížnější typ Tesla transformátorů pro ovládání a konfiguraci.
K dosažení účinnějšího a účinnějšího provozu transformátoru Tesla se používají topologické obvody DRSSTC, když je dosaženo silné rezonance v samotném primárním obvodu a v sekundárním, jasnějším obrazu, delší a silnější blesky (streamery).
Tesla sám se snažil, jak nejlépe dokázal, dosáhnout takového způsobu provozu svého transformátoru, a začátky této myšlenky lze vidět v patentu č. 568176, kde se používají nabíjecí tlumivky, Tesla poté vyvinul obvod podél této cesty, to znamená, že se snažil použít primární obvod co nejefektivněji, vytvořit v něm rezonance. O těchto experimentech vědce si můžete přečíst v jeho deníku (vědecké poznámky o experimentech v Colorado Springs, které vedl v letech 1899 až 1900, již byly publikovány v tištěné podobě).
Když už mluvíme o praktickém použití transformátoru Tesla, neměli bychom se omezovat pouze na obdiv k estetické povaze získaných výbojů a považovat zařízení za dekorativní. Napětí na sekundárním vinutí transformátoru může dosáhnout milionů voltů, nakonec je to účinný zdroj mimořádně vysokého napětí.
Sám Tesla vyvinul svůj systém pro přenos elektřiny na velké vzdálenosti bez vodičů pomocí vodivosti horních vrstev atmosféry. Předpokládala se přítomnost přijímacího transformátoru podobného provedení, které by snížilo přijaté vysoké napětí na přijatelnou hodnotu pro spotřebitele, o tom se dozvíte přečtením Teslovy patentu č. 649621.
Zvláštní pozornost si zaslouží povaha interakce transformátoru Tesla s prostředím. Sekundární obvod je otevřený obvod a systém je termodynamicky v žádném případě izolovaný, není ani uzavřený, je otevřeným systémem. Moderní výzkum v tomto směru provádí mnoho vědců a bod na této cestě dosud nebyl stanoven.
Autor: Andrey Povny