Vad är Tesla Transformer

Idag kallas Tesla-transformatorn en högfrekvent högspänningsresonanttransformator, och i nätverket kan du hitta många exempel på livliga implementationer av denna ovanliga enhet. En spole utan en ferromagnetisk kärna, bestående av många varv av en tunn tråd, krönad med en torus, avger riktigt blixt, imponerande förvånade åskådare. Men kommer alla ihåg hur och varför denna fantastiska enhet ursprungligen skapades?

Denna uppfinnings historia börjar i slutet av 1800-talet, när en lysande experimentell forskare Nikola Teslamedan han arbetade i USA ställde han bara upp sig att lära sig att överföra elektrisk energi över långa avstånd utan ledningar.

Det är knappast möjligt att fastställa det specifika året då denna idé kom till forskaren med säkerhet, men det är känt att den 20 maj 1891 höll Nikola Tesla en detaljerad föreläsning vid Columbia University, där han presenterade sina idéer till personalen vid American Institute of Electrical Engineers och illustrerade visar visuella experiment.

Syftet med de första demonstrationerna var att visa ett nytt sätt att få ljus genom att använda högfrekvens- och högspänningsströmmar för detta, samt att avslöja funktionerna i dessa strömmar. I rättvisa konstaterar vi att moderna energisparande lysrör fungerar enligt principen som just föreslogs för Teslas ljus.

Slutlig teori om exakt trådlös elektrisk kraftöverföring det trängdes gradvis, forskaren tillbringade flera år att leva upp till tanken på sin teknik, experimenterade mycket och omsorgsfullt förbättrade varje element i kretsen, han utvecklade brytare, uppfann resistenta högspänningskondensatorer, uppfann och modifierade kretskontroller, men han kunde inte få liv i sin plan i den skala som han ville ha.

Men teorin har nått oss. Dagböcker, artiklar, patent och föreläsningar av Nikola Tesla finns tillgängliga där du kan hitta de ursprungliga detaljerna om denna teknik. Funktionen för en resonanstransformator kan hittas genom att till exempel läsa Nikola Teslas patent nr 787412 eller nr 649621, som redan finns idag i nätverket.

Om du försöker kortfattat förstå hur Tesla-transformatorn fungerar, överväga dess struktur och funktionsprincip, är det inget komplicerat.

Den sekundära lindningen av transformatorn är gjord av isolerad tråd (till exempel från en emaljtråd), som läggs runt till runda i ett enda lager på en ihålig cylindrisk ram, förhållandet mellan ramens höjd och dess diameter brukar tas från 6 till 1 till 4 till 1.

Efter lindning beläggs den sekundära lindningen med epoxiharts eller lack. Den primära lindningen är gjord av en relativt stor tvärsnittstråd, den innehåller vanligtvis från 2 till 10 varv och passar in i formen av en plan spiral, eller är lindad som en sekundär tråd - på en cylindrisk ram med en diameter som är något större än den sekundära.

Höjden på primärlindningen överskrider som regel inte 1/5 av sekundärens höjd. En toroid är ansluten till den övre terminalen på sekundärlindningen och dess nedre terminal är jordad. Nästa, överväga allt mer i detalj.

Till exempel: den sekundära lindningen lindas på en ram med en diameter på 110 mm, PETV-2 emaljtråd med en diameter på 0,5 mm, och innehåller 1200 varv, så att dess höjd är cirka 62 cm, och trådens längd är cirka 417 meter. Låt primärlindningen innehålla 5 varv av ett tjockt kopparrör, lindat runt en diameter på 23 cm och har en höjd av 12 cm.

Gör sedan en toroid. Dess kapacitans bör idealiskt vara sådan att resonansfrekvensen för sekundärkretsen (jordad sekundärspole tillsammans med toroid och miljö) motsvarar längden på den sekundära lindningstråden så att denna längd är lika med en fjärdedel av våglängden (till exempel, frekvensen är lika med 180 kHz) .

För exakt beräkning kan ett speciellt program för beräkning av Tesla-spolar, till exempel VcTesla eller inca, vara användbart.En högspänningskondensator väljs för primärlindningen, vars kapacitans, tillsammans med induktansen hos primärlindningen, skulle bilda en oscillerande krets, vars naturliga frekvens skulle vara lika med resonansfrekvensen för sekundärkretsen. Typiskt tas en kondensator nära kapacitet, och avstämning utförs genom val av varv hos den primära lindningen.

Kärnan i Tesla-transformatorn i kanonisk form är som följer: den primära kretsens kondensator laddas från en lämplig högspänningskälla, sedan ansluts den med omkopplaren till den primära lindningen, och så upprepas den många gånger per sekund.

Som ett resultat av varje kopplingscykel uppstår dämpade svängningar i primärkretsen. Men den primära spolen är en induktor för sekundärkretsen, och elektromagnetiska vågor är därför upphetsade i respektive sekundärkrets.

Eftersom den sekundära kretsen är inställd på resonans med de primära svängningarna, uppstår en spänningsresonans på den sekundära lindningen, och så måste transformationskoefficienten (förhållandet mellan primärlindningen och de sekundära lindningarna som omfattas av den) multipliceras med Q - kvalitetsfaktorn för den sekundära kretsen, sedan det verkliga förhållandet spänning på den sekundära lindningen till spänningen på den primära.

Och eftersom längden på tråden i den sekundära lindningen är lika med en fjärdedel av våglängden på de svängningar som induceras i den, är det på toroid som det kommer att finnas en spänningsantinod (och vid markpunkten - den aktuella antinoden), och det är här den mest effektiva nedbrytningen kan ske.

Olika kretsar används för att driva primärkretsen, från en statisk gnistgap (gnistgap) som drivs av MOTs (ILO - en högspänningstransformator från en mikrovågsugn) till resonans transistorkretsar på programmerbara styrenheter som drivs av en korrigerad nätspänning, men kärnan i detta ändras inte.

Här är de vanligaste typerna av Tesla-spolar, beroende på hur du styr dem:

SGTC (SSTC, Spark Gap Tesla Coil) - Tesla-transformator i gnistgapet. Detta är en klassisk design, ett liknande schema användes ursprungligen av Tesla själv. Som ett växelelement används här en gnistgap. I strukturer med låg effekt är arresteraren två bitar av tjock tråd som är belägen på lite avstånd, medan i kraftigare konstruktioner används komplexa roterande urladdare med motorer. Transformatorer av denna typ är tillverkade om bara en lång strömmar krävs och effektiviteten inte är viktig.

VTTC (WTC, Vacuum Tube Tesla Coil) - Tesla-transformator på en elektronisk lampa. Som ett växelelement används här ett kraftfullt radiorör, till exempel GU-81. Sådana transformatorer kan arbeta kontinuerligt och producera ganska tjocka urladdningar. Denna typ av kraft används ofta för att bygga högfrekventa spolar, som på grund av deras typiska utseende kallas "facklor".

SSTC (SSTC, Solid State Tesla Coil) - Tesla-transformator, där halvledare används som nyckelelement. Vanligtvis det IGBT- eller MOSFET-transistorer. Denna typ av transformator kan arbeta kontinuerligt. Utseendet på strömmar skapade av en sådan spole kan vara mycket annorlunda. Denna typ av Tesla-transformator är lättare att kontrollera, till exempel kan du spela musik på dem.

DRSSTC (DRSTC, Dual Resonant Solid State Tesla Coil) - Tesla-transformator med två resonanskretsar, här, som nycklar i SSTC, används halvledare. ДРССТЦ - den svåraste typen av Tesla-transformatorer i kontroll och avstämning.

För att få en mer effektiv och effektiv drift av Tesla-transformatorn är det DRSSTC-topologischeman som används, när kraftfull resonans uppnås i själva primärkretsen, och i sekundär respektive en ljusare bild, längre och tjockare blixtar (streamers).

Tesla själv försökte så bra han kunde för att uppnå just ett sådant funktionssätt för sin transformator, och början av denna idé kan ses i patent nr 568176, där laddningsreaktorer används, sedan utvecklade Tesla kretsen längs denna bana, det vill säga han försökte använda primärkretsen så effektivt som möjligt och skapa resonans. Du kan läsa om forskarens experiment i hans dagbok (forskarens anteckningar om experiment i Colorado Springs, som han genomförde från 1899 till 1900, har redan publicerats i tryckt form).

Om man talar om den praktiska tillämpningen av Tesla-transformatorn, bör man inte begränsa sig till beundran för den estetiska karaktären hos de mottagna utsläppen och behandla anordningen som en dekorativ. Spänningen på den sekundära lindningen av transformatorn kan nå miljontals volt, som i slutändan är en effektiv källa till ultrahög spänning.

Tesla utvecklade själv sitt system för överföring av elektricitet över långa avstånd utan ledningar, med hjälp av konduktiviteten i de övre luftlagren i atmosfären. Det antogs att det fanns en mottagande transformator av liknande design, som skulle sänka den accepterade högspänningen till ett värde som är acceptabelt för konsumenten. Du kan ta reda på detta genom att läsa Teslas patent nr 649621.

Särskild anmärkning är arten av Tesla-transformatorns interaktion med miljön. Sekundärkretsen är en öppen krets, och systemet är inte termodynamiskt isolerat, det är inte ens stängt, det är ett öppet system. Modern forskning i denna riktning bedrivs av många forskare, och en punkt på denna väg har ännu inte fastställts.