Wat is Tesla Transformer

Tegenwoordig wordt de Tesla-transformator een hoogfrequente resonantietransformator met hoge spanning genoemd, en in het netwerk kunt u veel voorbeelden vinden van levendige implementaties van dit ongebruikelijke apparaat. Een spoel zonder een ferromagnetische kern, bestaande uit vele windingen van een dunne draad, bekroond met een torus, straalt echte bliksem uit en maakt indruk op verbaasde toeschouwers. Maar weet iedereen nog hoe en waarom dit geweldige apparaat oorspronkelijk is gemaakt?

De geschiedenis van deze uitvinding begint in de late 19e eeuw, toen een briljante experimentele wetenschapper Nikola Teslaterwijl hij in de VS werkte, stelde hij zichzelf alleen als taak om te leren hoe hij elektrische energie over lange afstanden zonder kabels kan overbrengen.

Het is nauwelijks mogelijk om het specifieke jaar vast te stellen waarop dit idee zeker bij de wetenschapper kwam, maar het is bekend dat Nikola Tesla op 20 mei 1891 een gedetailleerde lezing gaf aan de Columbia University, waar hij zijn ideeën presenteerde aan het personeel van het American Institute of Electrical Engineers en illustreerde visuele experimenten tonen.

Het doel van de eerste demonstraties was om een ​​nieuwe manier te tonen om licht te verkrijgen door hiervoor hoogfrequente en hoogspanningsstromen te gebruiken, en om de kenmerken van deze stromen te onthullen. In alle eerlijkheid merken we op dat moderne energiebesparende fluorescentielampen werken volgens het principe dat zojuist is voorgesteld voor Tesla's licht.

Definitieve theorie met betrekking tot precies draadloze elektrische krachtoverbrenging het doemde geleidelijk op, de wetenschapper bracht verschillende jaren in leven om zijn technologie in gedachten te houden, veel te experimenteren en nauwgezet elk element van het circuit te verbeteren, hij ontwikkelde brekers, bedacht resistente hoogspanningscondensatoren, bedacht en gemodificeerde circuitcontrollers, maar hij kon zijn plan niet tot leven brengen op de schaal waarin hij wilde.

De theorie heeft ons echter bereikt. Dagboeken, artikelen, patenten en lezingen van Nikola Tesla zijn beschikbaar, waarin u de eerste details over deze technologie kunt vinden. Het werkingsprincipe van een resonante transformator kan worden gevonden door bijvoorbeeld Nikola Tesla's patenten nr. 787412 of nr. 649621 te lezen, die vandaag al beschikbaar zijn op het netwerk.

Als u kort probeert te begrijpen hoe de Tesla-transformator werkt, rekening houdend met de structuur en het werkingsprincipe, dan is er niets ingewikkelds.

De secundaire wikkeling van de transformator is gemaakt van geïsoleerde draad (bijvoorbeeld van een emaildraad), die rond en rond in een enkele laag op een hol cilindrisch frame wordt gelegd, de verhouding van de hoogte van het frame tot zijn diameter wordt meestal genomen van 6 tot 1 tot 4 tot 1.

Na het wikkelen wordt het secundaire wikkelen bedekt met epoxyhars of vernis. De primaire wikkeling is gemaakt van een relatief grote dwarsdoorsnededraad, deze bevat meestal 2 tot 10 windingen en past in de vorm van een platte spiraal, of wordt gewikkeld als een secundaire spiraal - op een cilindrisch frame met een diameter die iets groter is dan die van de secundaire.

De hoogte van de primaire wikkeling is in de regel niet groter dan 1/5 van de hoogte van de secundaire. Een torus is verbonden met de bovenste aansluiting van de secundaire wikkeling en de onderste aansluiting is geaard. Overweeg vervolgens alles in meer detail.

Bijvoorbeeld: de secundaire wikkeling is gewikkeld op een frame met een diameter van 110 mm, PETV-2 emaildraad met een diameter van 0,5 mm en bevat 1200 windingen, dus de hoogte is ongeveer 62 cm en de lengte van de draad is ongeveer 417 meter. Laat de primaire wikkeling 5 windingen van een dikke koperen buis bevatten, gewonden rond een diameter van 23 cm en heeft een hoogte van 12 cm.

Maak vervolgens een torus. De capaciteit ervan zou idealiter zodanig moeten zijn dat de resonantiefrequentie van het secundaire circuit (geaarde secundaire spoel samen met de toroïde en de omgeving) overeenkomt met de lengte van de secundaire wikkeldraad zodat deze lengte gelijk is aan een kwart van de golflengte (de frequentie is bijvoorbeeld gelijk aan 180 kHz) .

Voor een nauwkeurige berekening kan een speciaal programma voor het berekenen van Tesla-spoelen, bijvoorbeeld VcTesla of inca, nuttig zijn.Een hoogspanningscondensator wordt gekozen voor de primaire wikkeling, waarvan de capaciteit samen met de inductantie van de primaire wikkeling een oscillerend circuit zou vormen, waarvan de natuurlijke frequentie gelijk zou zijn aan de resonantiefrequentie van het secundaire circuit. Gewoonlijk wordt een condensator met een bijna capaciteit genomen en wordt afstemming uitgevoerd door selectie van windingen van de primaire wikkeling.

De essentie van de Tesla-transformator in canonieke vorm is als volgt: de condensator van het primaire circuit wordt opgeladen vanuit een geschikte hoogspanningsbron, vervolgens wordt deze door de schakelaar verbonden met de primaire wikkeling en dus wordt deze vele malen per seconde herhaald.

Als gevolg van elke schakelcyclus treden gedempte trillingen op in het primaire circuit. Maar de primaire spoel is een inductor voor het secundaire circuit; daarom worden elektromagnetische golven respectievelijk in het secundaire circuit geëxciteerd.

Omdat het secundaire circuit is afgestemd op resonantie met de primaire oscillaties, ontstaat er een spanningsresonantie op de secundaire wikkeling, en dus moet de transformatiecoëfficiënt (de verhouding tussen de primaire wikkelingen en de secundaire wikkelingen die daaronder vallen) ook worden vermenigvuldigd met Q - de kwaliteitsfactor van het secundaire circuit, dan de reële verhouding spanning op de secundaire wikkeling naar spanning op de primaire.

En omdat de lengte van de draad van de secundaire wikkeling gelijk is aan een kwart van de golflengte van de daarin geïnduceerde oscillaties, is het op de torus dat er een spanningsantinode (en op het grondpunt - de huidige antinode) zal zijn, en dit is waar de meest effectieve afbraak kan plaatsvinden.

Verschillende circuits worden gebruikt om het primaire circuit van stroom te voorzien, van een statische vonkbrug (vonkbrug) aangedreven door MOT's (ILO - een hoogspanningstransformator van een magnetron) tot resonante transistorcircuits op programmeerbare regelaars aangedreven door een gelijkgerichte netspanning, de essentie hiervan verandert echter niet.

Hier zijn de meest voorkomende soorten Tesla-spoelen, afhankelijk van hoe u ze bestuurt:

SGTC (SSTC, Spark Gap Tesla Coil) - Tesla-transformator in de vonkbrug. Dit is een klassiek ontwerp, een soortgelijk schema werd oorspronkelijk door Tesla zelf gebruikt. Als schakelelement wordt hier een vonkbrug gebruikt. In constructies met laag vermogen bestaat de afleider uit twee stukken dikke draad die zich op enige afstand bevinden, terwijl in krachtigere, complexe roterende ontladers met motoren worden gebruikt. Transformatoren van dit type worden gemaakt als alleen een lange streamer nodig is en efficiëntie niet belangrijk is.

VTTC (WTC, Vacuümbuis Tesla-spoel) - Tesla-transformator op een elektronische lamp. Als schakelelement wordt hier een krachtige radiobuis, bijvoorbeeld GU-81, gebruikt. Dergelijke transformatoren kunnen continu werken en vrij dikke ontladingen produceren. Dit type stroom wordt meestal gebruikt om hoogfrequente spoelen te bouwen, die vanwege het typische uiterlijk van hun streamers "fakkels" worden genoemd.

SSTC (SSTC, Solid State Tesla Coil) - Tesla-transformator, waarin halfgeleiders als sleutelelement worden gebruikt. Meestal wel IGBT of MOSFET-transistors. Dit type transformator kan continu werken. Het uiterlijk van streamers die door zo'n spoel zijn gemaakt, kan heel anders zijn. Dit type Tesla-transformator is gemakkelijker te bedienen, u kunt er bijvoorbeeld muziek op afspelen.

DRSSTC (DRSTC, Dual Resonant Solid State Tesla Coil) - Tesla-transformator met twee resonantiecircuits, hier, als sleutels in SSTC, worden halfgeleiders gebruikt. ДРССТЦ - het moeilijkste type Tesla-transformatoren in controle en afstemming.

Voor een efficiëntere en effectievere werking van de Tesla-transformator worden DRSSTC-topologieschema's gebruikt wanneer krachtige resonantie wordt bereikt in het primaire circuit zelf, en in het secundaire, respectievelijk een helderder beeld, langere en dikkere bliksemschichten (streamers).

Tesla zelf probeerde zo goed als hij kon om precies zo'n manier van werken van zijn transformator te bereiken, en het begin van dit idee is te zien in patent nr. 568176, waar laadreactoren worden gebruikt, waarna Tesla het circuit precies langs dit pad ontwikkelde, dat wil zeggen dat hij het primaire circuit zo efficiënt mogelijk wilde gebruiken, waardoor resonantie. U kunt lezen over de experimenten van de wetenschapper in zijn dagboek (de aantekeningen van de wetenschapper over experimenten in Colorado Springs, die hij van 1899 tot 1900 uitvoerde, zijn al in gedrukte vorm gepubliceerd).

Over de praktische toepassing van de Tesla-transformator gesproken, moet men zich niet beperken tot bewondering voor de esthetische aard van de ontvangen ontladingen en het apparaat als decoratief behandelen. De spanning op de secundaire wikkeling van de transformator kan miljoenen volt bereiken, wat uiteindelijk een effectieve bron van ultrahoogspanning is.

Tesla zelf ontwikkelde zijn systeem voor het overbrengen van elektriciteit over lange afstanden zonder draden, met behulp van de geleidbaarheid van de bovenste luchtlagen van de atmosfeer. Er werd aangenomen dat er een ontvangende transformator van een soortgelijk ontwerp was, die de geaccepteerde hoge spanning zou verlagen tot een voor de consument acceptabele waarde, u kunt hier achter komen door het lezen van Tesla's patent nr. 649621.

Van bijzonder belang is de aard van de interactie van de Tesla-transformator met de omgeving. Het secundaire circuit is een open circuit en het systeem is niet thermodynamisch geïsoleerd, het is zelfs niet gesloten, het is een open systeem. Modern onderzoek in deze richting wordt uitgevoerd door veel onderzoekers, en een punt op dit pad is nog niet vastgesteld.