¿Qué es el transformador Tesla?

Hoy, el transformador Tesla se denomina transformador resonante de alta tensión y alta frecuencia, y en la red puede encontrar muchos ejemplos de implementaciones vívidas de este dispositivo inusual. Una bobina sin núcleo ferromagnético, que consta de muchas vueltas de un cable delgado, coronado con un toro, emite un rayo real que impresiona a los espectadores asombrados. Pero, ¿recuerdan todos cómo y por qué este increíble dispositivo fue creado originalmente?

La historia de esta invención comienza a fines del siglo XIX, cuando un brillante científico experimental Nikola TeslaMientras trabajaba en los Estados Unidos, solo se propuso la tarea de aprender a transmitir energía eléctrica a largas distancias sin cables.

Es casi imposible determinar con precisión el año específico en que esta idea llegó al científico con seguridad, pero se sabe que el 20 de mayo de 1891, Nikola Tesla dio una conferencia detallada en la Universidad de Columbia, donde presentó sus ideas al personal del Instituto Americano de Ingenieros Eléctricos e ilustró mostrando experimentos visuales.

El propósito de las primeras demostraciones fue mostrar una nueva forma de obtener luz mediante el uso de corrientes de alta frecuencia y alto voltaje para esto, así como revelar las características de estas corrientes. Para ser justos, observamos que las lámparas fluorescentes modernas que ahorran energía funcionan según el principio que se acaba de proponer para la luz de Tesla.

Teoría final sobre exactamente transmisión inalámbrica de energía eléctrica Se asomó gradualmente, el científico pasó varios años haciendo realidad su tecnología, experimentando mucho y mejorando minuciosamente cada elemento del circuito, desarrolló interruptores, inventó capacitores resistentes de alto voltaje, controladores de circuitos inventados y modificados, pero no pudo hacer realidad su plan. en la escala en la que él quería.

Sin embargo, la teoría nos ha llegado. Se encuentran disponibles diarios, artículos, patentes y conferencias de Nikola Tesla, en los que puede encontrar los detalles iniciales sobre esta tecnología. El principio de funcionamiento de un transformador resonante se puede encontrar leyendo, por ejemplo, las patentes de Nikola Tesla No. 787412 o No. 649621, que ya están disponibles hoy en la red.

Si intenta comprender brevemente cómo funciona el transformador Tesla, considere su estructura y principio de funcionamiento, entonces no hay nada complicado.

El devanado secundario del transformador está hecho de cable aislado (por ejemplo, de un cable de esmalte), que se coloca redondo en una sola capa en un marco cilíndrico hueco, la relación de la altura del marco a su diámetro generalmente se toma de 6 a 1 a 4 a 1.

Después del devanado, el devanado secundario se recubre con resina epoxi o barniz. El devanado primario está hecho de un cable de sección transversal relativamente grande, generalmente contiene de 2 a 10 vueltas, y se ajusta en forma de espiral plana, o enrollada como una secundaria, en un marco cilíndrico con un diámetro ligeramente mayor que el del secundario.

La altura del devanado primario, como regla, no excede 1/5 de la altura del secundario. Un toroide está conectado al terminal superior del devanado secundario, y su terminal inferior está conectado a tierra. A continuación, considere todo con más detalle.

Por ejemplo: el devanado secundario se enrolla en un marco con un diámetro de 110 mm, un cable de esmalte PETV-2 con un diámetro de 0,5 mm y contiene 1200 vueltas, por lo que su altura es de aproximadamente 62 cm y la longitud del cable es de aproximadamente 417 metros. Deje que el devanado primario contenga 5 vueltas de un tubo de cobre grueso, enrollado alrededor de un diámetro de 23 cm y que tenga una altura de 12 cm.

Luego, haz un toroide. Idealmente, su capacidad debería ser tal que la frecuencia de resonancia del circuito secundario (bobina secundaria conectada a tierra junto con el toroide y el entorno) corresponda a la longitud del cable de devanado secundario, de modo que esta longitud sea igual a un cuarto de la longitud de onda (para nuestro ejemplo, la frecuencia es igual a 180 kHz) .

Para un cálculo preciso, puede ser útil un programa especial para calcular las bobinas de Tesla, por ejemplo VcTesla o inca.Se selecciona un condensador de alto voltaje para el devanado primario, cuya capacitancia, junto con la inductancia del devanado primario, formaría un circuito oscilatorio, cuya frecuencia natural sería igual a la frecuencia de resonancia del circuito secundario. Típicamente, se toma un condensador de capacidad cercana, y la sintonización se lleva a cabo mediante la selección de vueltas del devanado primario.

La esencia del transformador Tesla en forma canónica es la siguiente: el condensador del circuito primario se carga desde una fuente de alto voltaje adecuada, luego se conecta mediante el interruptor al devanado primario, por lo que se repite muchas veces por segundo.

Como resultado de cada ciclo de conmutación, se producen oscilaciones amortiguadas en el circuito primario. Pero la bobina primaria es un inductor para el circuito secundario; por lo tanto, las oscilaciones electromagnéticas se excitan en el circuito secundario, respectivamente.

Dado que el circuito secundario está sintonizado para resonar con las oscilaciones primarias, se produce una resonancia de voltaje en el devanado secundario, lo que significa que la relación de transformación (la relación de las vueltas del devanado primario y las vueltas del devanado secundario cubiertas por él) también debe multiplicarse por Q: el factor de calidad del circuito secundario, luego el valor de la relación real voltaje en el devanado secundario a voltaje en el primario.

Y dado que la longitud del cable del devanado secundario es igual a un cuarto de la longitud de onda de las oscilaciones inducidas en él, es en el toroide donde habrá un antinodo de voltaje (y en el punto de conexión a tierra, el antinodo actual), y aquí es donde puede tener lugar la ruptura más efectiva.

Se utilizan diferentes circuitos para alimentar el circuito primario, desde un espacio de chispa estático (espacio de chispa) alimentado por MOT (OIT - un transformador de alto voltaje de un horno de microondas) a circuitos de transistores resonantes en controladores programables alimentados por un voltaje de red rectificado, sin embargo, la esencia de esto no cambia.

Estos son los tipos más comunes de bobinas de Tesla, dependiendo de cómo las controle:

SGTC (SSTC, bobina de chispa Tesla) - Transformador Tesla en la chispa. Este es un diseño clásico, un esquema similar fue utilizado originalmente por el propio Tesla. Como elemento de conmutación, aquí se utiliza una brecha de chispa. En construcciones de baja potencia, el descargador es dos piezas de alambre grueso ubicadas a cierta distancia, mientras que en las más potentes se utilizan descargadores rotativos complejos que utilizan motores. Los transformadores de este tipo se fabrican si solo se requiere un streamer largo, y la eficiencia no es importante.

VTTC (WTC, bobina de vacío de Tesla) - Transformador Tesla en una lámpara electrónica. Como elemento de conmutación, aquí se usa un potente tubo de radio, por ejemplo GU-81. Dichos transformadores pueden funcionar continuamente y producir descargas bastante espesas. Este tipo de energía se usa con mayor frecuencia para construir bobinas de alta frecuencia, que, debido a la apariencia típica de sus serpentinas, se llaman "antorchas".

SSTC (SSTC, bobina de Tesla de estado sólido) - Transformador Tesla, en el que se utilizan semiconductores como elemento clave. Por lo general Transistores IGBT o MOSFET. Este tipo de transformador puede funcionar continuamente. La apariencia de serpentinas creadas por una bobina de este tipo puede ser muy diferente. Este tipo de transformador Tesla es más fácil de controlar, por ejemplo, puede reproducir música en ellos.

DRSSTC (DRSTC, bobina de Tesla de estado sólido con doble resonancia) - Transformador Tesla con dos circuitos resonantes, aquí, como claves en SSTC, se utilizan semiconductores. ДРССТЦ - el tipo más difícil de transformadores Tesla en control y puesta a punto.

Para obtener un funcionamiento más eficiente y efectivo del transformador Tesla, se utilizan los esquemas de topología DRSSTC, cuando se logra una resonancia potente en el circuito primario y en el secundario, respectivamente, una imagen más brillante, relámpagos más largos y más gruesos (serpentinas).

El propio Tesla intentó lo mejor que pudo para lograr tal modo de operación de su transformador, y los inicios de esta idea se pueden ver en la patente No. 568176, donde se usan reactores de carga, luego Tesla desarrolló el circuito a lo largo de este camino, es decir, buscó usar el circuito primario de la manera más eficiente posible, creando resonancia Puede leer sobre los experimentos del científico en su diario (las notas del científico sobre los experimentos en Colorado Springs, que realizó entre 1899 y 1900, ya se han publicado en forma impresa).

Hablando de la aplicación práctica del transformador Tesla, uno no debe limitarse a la admiración por la naturaleza estética de las descargas recibidas, y tratar el dispositivo como uno decorativo. El voltaje en el devanado secundario del transformador puede alcanzar millones de voltios, lo que al final es una fuente efectiva de voltaje ultra alto.

El propio Tesla desarrolló su sistema para transmitir electricidad a través de largas distancias sin cables, utilizando la conductividad de las capas superiores de la atmósfera. Se suponía que había un transformador receptor de un diseño similar, que reduciría el alto voltaje aceptado a un valor aceptable para el consumidor, puede averiguarlo leyendo la patente de Tesla No. 649621.

De particular interés es la naturaleza de la interacción del transformador Tesla con el medio ambiente. El circuito secundario es un circuito abierto, y el sistema no está aislado termodinámicamente, ni siquiera está cerrado, es un sistema abierto. La investigación moderna en esta dirección es realizada por muchos investigadores, y aún no se ha establecido un punto en este camino.