I dag kaldes Teslas transformer en højfrekvent højspændingsresonanttransformator, og mange eksempler på markante implementeringer af denne usædvanlige enhed kan findes på netværket. En spole uden en ferromagnetisk kerne, der består af mange sving med tynd tråd, toppet med en torus, udsender reelt lyn og imponerer de forbløffede tilskuere. Men kan alle huske, hvordan og hvorfor denne fantastiske enhed oprindeligt blev oprettet?
Historien om denne opfindelse begynder i slutningen af det 19. århundrede, da den strålende eksperimentelle videnskabsmand Nikola Tesla, mens han arbejdede i USA, kun stillede sig selv til opgave at lære at overføre elektrisk energi over lange afstande uden ledninger.
Det er næppe muligt at angive det nøjagtige år, hvornår nøjagtigt denne idé kom til videnskabsmanden, men det vides, at den 20. maj 1891 holdt Nikola Tesla et detaljeret foredrag på Columbia University, hvor han præsenterede sine ideer til personalet i American Institute of Electrical Engineers og illustrerede noget. viser visuelle eksperimenter.
Formålet med de første demonstrationer var at vise en ny måde at få lys gennem brug af strømme med høj frekvens og høj spænding til dette, samt at afsløre funktionerne i disse strømme. For retfærdighedens skyld bemærker vi, at moderne energibesparende lysstofrør fungerer nøjagtigt efter det princip, som Tesla foreslog at få lys.
Den sidste teori om trådløs transmission af elektrisk energi kom gradvist frem, forskeren brugte adskillige år af sit liv på at perfektionere sin teknologi, eksperimentere meget og omhyggeligt forbedre hvert element i kredsløbet, han udviklede afbrydere, opfandt holdbare høyspændingskondensatorer, opfandt og modificerede kredsløbskontrollere, men så Jeg kunne ikke bringe min plan til live i den skala, som jeg ønskede.
Salgsfremmende video:
Men teorien har nået os. Nikola Teslas dagbøger, artikler, patenter og foredrag er tilgængelige, hvor du kan finde de indledende detaljer vedrørende denne teknologi. Princippet om betjening af en resonanttransformer kan findes ved at læse for eksempel Nikola Teslas patenter # 787412 eller # 649621, der allerede er tilgængelige på netværket i dag.
Hvis du forsøger at kort forstå, hvordan Tesla-transformeren fungerer, overveje dens struktur og driftsprincip, er der intet kompliceret.
Den sekundære vikling af transformeren er lavet af en isoleret ledning (for eksempel fra emaljekabel), der bliver lagt til at dreje i et lag på en hul cylindrisk ramme, forholdet mellem rammens højde og dens diameter tages normalt lig fra 6 til 1 til 4 til 1.
Efter vikling coates den sekundære vikling med epoxy eller lak. Den primære vikling er lavet af en tråd med relativt stort tværsnit, den indeholder normalt fra 2 til 10 omdrejninger og passer i form af en flad spiral, eller er viklet som en sekundær en - på en cylindrisk ramme med en diameter, der er lidt større end den sekundære.
Højden på den primære vikling overstiger som regel ikke 1/5 af sekundærens højde. En toroid er forbundet til den øvre terminal på sekundærviklingen, og dens nederste terminal er jordet. Dernæst vil vi overveje alt mere detaljeret.
For eksempel: den sekundære vikling vikles på en ramme med en diameter på 110 mm, med en PETV-2 emaljestråd med en diameter på 0,5 mm, og indeholder 1200 omdrejninger, således er dens højde lig med ca. 62 cm, og trådens længde er ca. 417 meter. Lad den primære vikling indeholde 5 omdrejninger af et tykt kobberrør, viklet over en diameter på 23 cm og har en højde på 12 cm.
Derefter laves en toroid. Dets kapacitans bør ideelt set være sådan, at resonansfrekvensen for det sekundære kredsløb (jordet sekundær spiral sammen med toroid og miljø) ville svare til længden af den sekundære viklingstråd, så denne længde ville være lig med en fjerdedel af bølgelængden (for eksempel er frekvensen 180 kHz) …
For en nøjagtig beregning kan et specielt program til beregning af Tesla-spoler, for eksempel VcTesla eller inka, være nyttigt. En højspændingskondensator er valgt til den primære vikling, hvis kapacitans sammen med induktansen af den primære vikling danner et oscillerende kredsløb, hvis naturlige frekvens ville være lig med resonansfrekvensen for det sekundære kredsløb. Normalt tager de en kondensator tæt på kapacitet, og indstillingen udføres ved at vælge drejningerne til den primære vikling.
Essensen af Tesla-transformeren i den kanoniske form er som følger: den primære kredsløbskondensator lades fra en passende højspændingsskilde, derefter forbindes den ved hjælp af en switch til den primære vikling, og dette gentages mange gange i sekundet.
Som et resultat af hver koblingscyklus forekommer dæmpede svingninger i det primære kredsløb. Men den primære spole er en induktor til det sekundære kredsløb, derfor er elektromagnetiske svingninger henholdsvis ophidsede i det sekundære kredsløb.
Da det sekundære kredsløb er indstillet til resonans med de primære svingninger, forekommer der også en spændingsresonans på den sekundære vikling, hvilket betyder, at transformationsforholdet (forholdet mellem svingningerne i den primære vikling og svingene i den sekundære vikling, der er dækket af det), også skal ganges med Q - kvalitetsfaktoren for det sekundære kredsløb, derefter værdien af det reelle forhold spændingen på den sekundære vikling til den primære spænding.
Og da længden af den sekundære viklingstråd er lig med en fjerdedel af bølgelængden af de i den inducerede svingninger, er det på toroidet, at spændingsantinoden vil være placeret (og ved jordingspunktet - den aktuelle antinode), og det er der, hvor den mest effektive sammenbrud kan finde sted.
For at drive det primære kredsløb bruges forskellige kredsløb, fra et statisk gnistgap (gnistspalte), der er drevet af MOTs (MOT er en højspændingstransformator fra en mikrobølgeovn) til resonanserende transistorkredsløb på programmerbare controllere, der drives af udbedret netspænding, men essensen forbliver den samme.
Her er de mest almindelige typer Tesla-spoler, afhængigt af hvordan du kører dem:
SGTC (SGTTS, Spark Gap Tesla Coil) - Tesla transformer på gnistgabet. Dette er et klassisk design, et lignende skema blev oprindeligt brugt af Tesla selv. Her bruges en afskærmning som et skifteelement. I konstruktioner med lav effekt består afskærmningen af to stykker tyk ledning, der er anbragt i en bestemt afstand, mens der i mere kraftfulde konstruktioner anvendes komplekse roterende spærre ved hjælp af motorer. Transformatorer af denne type fremstilles, hvis der kun kræves en lang streamer-længde, og effektiviteten ikke er vigtig.
VTTC (VTTC, Vacuum Tube Tesla Coil) - Tesla transformer på et elektronisk rør. Et kraftfuldt radiorør, for eksempel GU-81, bruges her som et skifteelement. Sådanne transformere kan arbejde kontinuerligt og producere temmelig tykke udledninger. Denne type strømforsyning bruges ofte til at bygge højfrekvente spoler, der kaldes "fakler" på grund af deres typiske udseende.
SSTC (SSTC, Solid State Tesla Coil) er en Tesla-transformer, hvor halvledere bruges som et nøgleelement. Normalt er dette IGBT- eller MOSFET-transistorer. Denne type transformer kan fungere i kontinuerlig tilstand. Udseendet af streamere oprettet af en sådan spole kan være meget anderledes. Denne type Tesla-transformere er lettere at kontrollere, for eksempel kan du afspille musik på dem.
DRSSTC (DRSSTC, Dual Resonant Solid State Tesla Coil) er en Tesla-transformer med to resonanskredsløb, her anvendes halvledere som switches som i SSTC. DRSSTTS er den vanskeligste type Tesla-transformere at kontrollere og konfigurere.
For at opnå en mere effektiv og effektiv betjening af Tesla-transformeren er det DRSSTC-topologikredsløbene, der bruges, når der opnås en kraftig resonans i selve det primære kredsløb, og i den sekundære henholdsvis et lysere billede, længere og tykkere lynbolte (streamere).
Tesla selv forsøgte så godt han kunne at opnå netop en sådan driftsform af sin transformer, og begyndelsen på denne idé kan ses i patent nr. 568176, hvor der anvendes ladningskræfter, Tesla udviklede derefter kredsløbet langs denne bane, det vil sige, han søgte at bruge det primære kredsløb så effektivt som muligt og skabe i det resonans. Du kan læse om disse eksperimenter af videnskabsmanden i hans dagbog (videnskabsmandens bemærkninger om eksperimenterne i Colorado Springs, som han udførte fra 1899 til 1900, er allerede blevet offentliggjort i trykt form).
Når man taler om den praktiske anvendelse af Tesla-transformeren, skal man ikke begrænse os til kun beundring for den opnåede udlednings æstetiske natur og behandle enheden som dekorativ. Spændingen på transformatorens sekundære vikling kan nå millioner af volt, det er trods alt en effektiv kilde til ekstra høj spænding.
Tesla udviklede selv sit system til transmission af elektricitet over lange afstande uden ledninger ved hjælp af konduktiviteten i de øvre luftlag i atmosfæren. Det blev antaget tilstedeværelsen af en modtagende transformator med et lignende design, som ville sænke den accepterede højspænding til en acceptabel værdi for forbrugeren, kan du finde ud af om dette ved at læse Teslas patent nr. 649621.
Arten af interaktionen mellem Tesla-transformeren og miljøet fortjener særlig opmærksomhed. Det sekundære kredsløb er et åbent kredsløb, og systemet er termodynamisk på ingen måde isoleret, det er ikke engang lukket, det er et åbent system. Moderne forskning i denne retning udføres af mange forskere, og punktet på denne vej er endnu ikke fastlagt.
Forfatter: Andrey Povny