Mi a Tesla Transformer?

Manapság a Tesla transzformátort nagyfrekvenciás nagyfeszültségű rezonáns transzformátornak nevezik, és a hálózatban számos példát találhat ennek a szokatlan eszköznek az élénk megvalósítására. Feromágneses mag nélküli tekercs, amely sok vékony huzal fordulatából áll, tóruszokkal koronázva, valódi villámot bocsát ki, lenyűgöző nézőket lenyűgözve. De emlékszik-e mindenki arra, hogyan és miért hozták létre ezt a csodálatos készüléket eredetileg?

A találmány története a 19. század végén kezdődik, amikor egy ragyogó kísérleti tudós volt Nikola Teslamiközben az Egyesült Államokban dolgozott, csak azt a feladatot tette magának, hogy megtanulja, hogyan kell vezetéke nélkül hosszú távon továbbítani az elektromos energiát.

Aligha lehet pontosan meghatározni azt az évet, amikor ez az ötlet biztosan megérkezett a tudóshoz, de tudjuk, hogy 1891. május 20-án Nikola Tesla részletes előadást tartott a Columbia Egyetemen, ahol bemutatta ötleteit az Amerikai Villamosmérnöki Intézet munkatársainak és szemlélteti. vizuális kísérletek bemutatása.

Az első demonstrációk célja a fény megszerzésének új módjának bemutatása nagyfrekvenciás és nagyfeszültségű áramok felhasználásával, valamint ezen áramok tulajdonságainak feltárása. A méltányosság szempontjából megjegyezzük, hogy a modern energiatakarékos fénycsövek azon az elven működnek, amelyet csak a Tesla fényére javasoltak.

A végső elmélet pontosan vezeték nélküli villamosenergia-átvitel fokozatosan tűnt fel, a tudós évekig arra törekedett, hogy gondolkodjon a technológiáján, sokat kísérletezzen és gondosan fejlessze az áramkör egyes elemeit, megszakítókat fejlesztett ki, ellenálló nagyfeszültségű kondenzátorokat talált ki, feltalálta és módosította az áramkörvezérlőket, de a tervét nem tudta életre kelteni. azon a skálán, amelyben akart.

Az elmélet azonban elérkezett hozzánk. Rendelkezésre állnak Nikola Tesla naplók, cikkek, szabadalmak és előadások, amelyekben megtalálhatja a technológia kezdeti részleteit. A rezonáns transzformátor működésének elve megtalálható például a Nikola Tesla 787412 vagy 649621 szabadalmainak olvasásával, 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 egy zománchuzalból) készítik, amelyet egy rétegben egy üreges hengeres kereten kerekre, kerekre helyeznek, a keret magasságának és átmérőjének arányát általában 6-tól 1-től 4-ig 1-re veszik.

Tekercselés után a másodlagos tekercset epoxi-gyantával vagy lakkkal bevonják. Az elsődleges tekercs viszonylag nagy keresztmetszetű huzalból készül, általában 2-10 fordulatot tartalmaz, és egy lapos spirál alakjába illeszkedik, vagy olyan módon van feltekercselve - egy hengeres vázra, 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, és alsó kivezetése földelt. Ezután mérlegelje részletesebben.

Például: a másodlagos tekercset egy 110 mm átmérőjű keretre, egy 0,5 mm átmérőjű PETV-2 zománc huzalra tekercselik, amely 1200 fordulatot tartalmaz, tehát magassága körülbelül 62 cm, a huzal hossza pedig körülbelül 417 méter. Hagyja, hogy az elsődleges tekercs tartalmazzon 5 fordulatot egy vastag rézcsőből, 23 cm átmérőjűre kerítve, magassága 12 cm.

Ezután készítsen toroidot. Ideális esetben kapacitásának olyannak kell lennie, hogy a szekunder kör rezonanciafrekvenciája (földelt szekunder tekercs a toroiddal és a környező közeggel együtt) megegyezzen a másodlagos tekercselő huzal hosszával, hogy ez a hosszúság megegyezzen a hullámhossz negyedeivel (példaként a frekvencia 180 kHz-nek felel meg). .

A pontos kiszámításhoz hasznos lehet egy speciális program a Tesla tekercsek kiszámításához, például a VcTesla vagy az 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. Jellemzően egy kapacitáshoz közeli kondenzátort veszünk, és a hangolást az elsődleges tekercs fordulatszámának megválasztásával hajtjuk végre.

A Tesla transzformátor lényege a kanonikus formában a következő: az elsődleges áramköri kondenzátort egy megfelelő nagyfeszültségű forrásból töltik fel, majd a kapcsolóval összekapcsolják az elsődleges tekercseléssel, így másodpercenként többször megismételhetők.

Az egyes kapcsolási ciklusok eredményeként csillapított oszcillációk fordulnak elő az elsődleges áramkörben. De az elsődleges tekercs indukálja a szekunder áramkört, ezért az elektromágneses hullámok gerjesztik a szekunder áramkört.

Mivel a szekunder áramkör rezonanciára van hangolva a primer rezgésekkel, feszültség rezonancia alakul ki a szekunder tekercsen, és így a transzformációs együtthatót (az elsődleges tekercselések és az általuk lefedett szekunder tekercsek arányát) meg kell szorozni Q-vel is - a másodlagos áramkör minőségi tényezőjével, majd a valós hányaddal. a szekunder tekercs feszültsége a primer feszültségére.

És mivel a szekunder tekercs huzalának hossza megegyezik a benne indukált rezgések hullámhosszának egynegyedével, akkor a toroidon lesz egy feszültség antinód (és a földelési ponton - az aktuális antinód), és itt lehet a leghatékonyabb lebontást végrehajtani.

Különböző áramkörök használják az elsődleges áramkör táplálását, a MOT-k (ILO - mikrohullámú sütőből származó nagyfeszültségű transzformátor) által táplált statikus szikraréstől (szikrarésig) az egyenirányított hálózati feszültséggel működő programozható vezérlők rezonáns tranzisztoráramaiig, azonban ennek lényege nem változik.

Itt vannak a Tesla tekercsek leggyakoribb típusai, attól függően, hogy hogyan kezeli őket:

SGTC (SSTC, Spark Gap Tesla tekercs) - A Tesla transzformátor a szikraközben. Ez egy klasszikus formatervezés, hasonló sémát eredetileg maga Tesla is használt. Kapcsoló elemként szikrarést használnak itt. Kis fogyasztású építményeknél a levezető két darab vastag huzalból áll, amelyek bizonyos távolságra helyezkednek el, míg erősebbekben komplex, forgó, kiszerelésű motorokat használnak. Az ilyen típusú transzformátorok akkor készülnek, ha csak hosszú szalagokra van szükség, és a hatékonyság nem fontos.

VTTC (WTC, vákuumcsöves Tesla tekercs) - Tesla transzformátor elektronikus lámpán. Erős rádiócsövet, például GU-81, itt használnak kapcsoló elemként. Az ilyen transzformátorok folyamatosan működhetnek és meglehetősen vastag kisüléseket eredményeznek. Az ilyen típusú energiát leggyakrabban nagyfrekvenciás tekercsek építéséhez használják, amelyeket a szalagok tipikus megjelenése miatt „fáklyáknak” hívnak.

SSTC (SSTC, szilárdtest Tesla tekercs) - Tesla transzformátor, amelyben félvezetőket használnak kulcs elemként. Általában ez IGBT vagy MOSFET tranzisztorok. Az ilyen típusú transzformátor folyamatosan működhet. Az ilyen tekercs által létrehozott szalagok megjelenése nagyon eltérő lehet. Az ilyen típusú Tesla transzformátort könnyebben lehet irányítani, például zenét játszhat rajta.

DRSSTC (DRSTC, kettős rezonanciájú szilárdtest Tesla tekercs) - Tesla transzformátor két rezonáns áramkörrel, itt, mint kulcsok az SSTC-ben, félvezetőket használnak. ДРССТЦ - a Tesla transzformátorok legnehezebb típusa az irányításban és a hangolásban.

A Tesla transzformátor hatékonyabb és eredményesebb működtetése érdekében a DRSSTC topológiai sémákat alkalmazzák, amikor maga a primer áramkörben erős rezonancia érhető el, a szekunderben pedig világosabb kép, hosszabb és vastagabb villámok (szerpentin).

Maga Tesla megpróbálta a lehető legjobb erőfeszítéseket a transzformátor ilyen működési módjának elérése érdekében, és ennek az ötletnek a kezdete látható az 568176. sz. Szabadalmi leírásban, amelyben töltőreaktorokat használnak, majd Tesla kifejlesztette az áramkört ezen az úton, vagyis az elsődleges áramkört a lehető leghatékonyabban próbálta kihasználni. rezonancia. A tudós kísérleteiről a naplójában olvashat (a Colorado Springsben végzett kísérletekkel kapcsolatos tudományos jegyzetek, amelyeket 1899 és 1900 között végzett, már nyomtatott formában megjelentek).

A Tesla transzformátor gyakorlati alkalmazásáról szólva nem szabad csak a kapott kibocsátások esztétikai jellegének csodálkozására, és a készüléket dekoratívként kezelni. A transzformátor szekunder tekercsén a feszültség elérheti a több millió voltot, amely végül az ultra-magas feszültség hatékony forrása.

Tesla maga fejlesztette ki olyan rendszerét, amely hosszú távon vezetékek nélkül továbbítja az elektromosságot, a légkör felső légrétegeinek vezetőképessége alapján. Feltételezték, hogy van egy hasonló kivitelű transzformátor, amely az elfogadott magas feszültséget a fogyasztó számára elfogadható értékre csökkenti. Erről a Tesla 649621 számú szabadalmának elolvasásával lehet megtudni.

Különös figyelmet érdemel a Tesla transzformátor és a környezet közötti kölcsönhatás jellege. A szekunder áramkör egy nyitott áramkör, és a rendszer nincs termodinamikailag elkülönítve, még nincs bezárva, nyitott rendszer. Az ezen irányba mutató modern kutatást sok kutató végzi, és még nem álltak rendelkezésünkre ezen az úton.