Teslan muuntajaa kutsutaan nykyään korkeataajuuksiseksi korkeajänniteresonanssimuuntajaksi, ja verkosta löytyy monia esimerkkejä tämän epätavallisen laitteen silmiinpistävistä toteutuksista. Kela, jossa ei ole ferromagneettista ydintä, joka koostuu monesta ohutlangan kierrosta, jonka päällä on torus, säteilee todellista salamavaloa, vaikuttaen hämmästyneisiin katsojiin. Mutta muistavatko kaikki kuinka ja miksi tämä hämmästyttävä laite alun perin luotiin?
Tämän keksinnön historia alkaa 1800-luvun lopulla, kun Yhdysvalloissa työskentelevä loistava kokeellinen tutkija Nikola Tesla asetti itselleen vain tehtävän oppia siirtämään sähköenergiaa pitkiä matkoja ilman johtoja.
On tuskin mahdollista ilmoittaa tarkkaa vuotta, jolloin tarkalleen tämä idea tuli tiedemiehelle, mutta tiedetään, että Nikola Tesla piti 20. toukokuuta 1891 yksityiskohtaisen luennon Columbian yliopistossa, jossa hän esitteli ideoitaan amerikkalaisen sähköinsinöörien instituutin henkilökunnalle ja havainnollisti jotain. näyttää visuaalisia kokeita.
Ensimmäisten demonstraatioiden tarkoituksena oli näyttää uusi tapa saada valoa käyttämällä korkeataajuisia ja korkeajännitevirtoja tähän, ja myös paljastaa näiden virtojen ominaisuudet. Oikeudenmukaisuuden vuoksi huomaamme, että modernit energiaa säästävät loistelamput toimivat tarkasti periaatteessa, jonka Tesla ehdotti valon saamiseksi.
Lopullinen teoria sähköenergian langattomasta siirrosta syntyi vähitellen, tutkija vietti useita vuosia elämästään parantamalla tekniikkaansa, kokeilemalla paljon ja parantamalla huolellisesti jokaista piirin elementtiä, hän kehitti katkaisijoita, keksi kestäviä korkeajännitekondensaattoreita, keksi ja modifioi piiriohjaimia, mutta niin En voinut saada suunnitelmaani elämään siinä mittakaavassa kuin haluaisin.
Mainosvideo:
Teoria on kuitenkin saavuttanut meille. Nikola Teslan päiväkirjat, artikkelit, patentit ja luennot ovat saatavilla, joista löydät alustavat tiedot tästä tekniikasta. Resonanssimuuntajan toimintaperiaate löytyy lukemalla esimerkiksi Nikola Teslan patentit # 787412 tai # 649621, jotka ovat jo verkossa saatavilla tänään.
Jos yrität ymmärtää lyhyesti Teslan muuntajan toimintaa, harkita sen rakennetta ja toimintaperiaatetta, mikään ei ole mikään monimutkainen.
Muuntajan sekundaarikäämi on valmistettu eristetystä vaijerista (esimerkiksi emalilangasta), joka asetetaan vuoroin kääntymään yhdessä kerroksessa onton sylinterimäisen kehyksen kohdalla, kehyksen korkeuden suhde sen halkaisijaan on yleensä yhtä suuri kuin 6 - 1-4.
Käämityksen jälkeen toisiokäämi päällystetään epoksilla tai lakalla. Ensiökäämi on tehty suhteellisen suuren poikkileikkauksen omaavasta langasta, se sisältää yleensä 2-10 kierrosta ja sopii litteän spiraalin muotoon tai on kelattu toissijaisesti - lieriömäiseen runkoon, jonka halkaisija on hiukan suurempi kuin toissijaisen.
Primaarikäämin korkeus ei pääsääntöisesti ole yli 1/5 toisiokorkeuden korkeudesta. Toisiokäämin ylempään napaan on kytketty toroidi, ja sen alaosa on maadoitettu. Seuraavaksi tarkastelemme kaikkea yksityiskohtaisemmin.
Esimerkiksi: toisiokäämi kelataan runkoon, jonka halkaisija on 110 mm, emalointilangalla PETV-2, jonka halkaisija on 0,5 mm, ja se sisältää 1200 kierrosta, joten sen korkeus on noin 62 cm ja vaijerin pituus on noin 417 metriä. Anna ensiökäämin 5 kierrosta paksua kupariputkea, haavan halkaisijan 23 cm ja korkeuden 12 cm.
Seuraavaksi tehdään toroidi. Sen kapasitanssin tulisi ihannetapauksessa olla sellainen, että toisiopiirin resonanssitaajuus (maadoitettu sekundaarikäämi yhdessä toroidin ja ympäristön kanssa) vastaisi toissijaisen käämityslangan pituutta siten, että tämä pituus olisi yhtä suuri kuin neljäsosa aallonpituudesta (esimerkissä taajuus on 180 kHz) …
Tarkan laskennan kannalta erityinen ohjelma Tesla-käämien, esimerkiksi VcTesla tai inca, laskemiseksi voi olla hyödyllinen. Primäärikäämitykseen valitaan korkeajännitekondensaattori, jonka kapasitanssi yhdessä ensiökäämin induktanssin kanssa muodostaisi värähtelevän piirin, jonka luonnollinen taajuus olisi yhtä suuri kuin toissijaisen piirin resonanssitaajuus. Yleensä ne vievät kondensaattorin lähellä kapasiteettia, ja viritys suoritetaan valitsemalla ensiökäämin kierrokset.
Tesla-muuntajan ydin sen kanonisessa muodossa on seuraava: ensiöpiirikondensaattori ladataan sopivasta korkeajännitelähteestä, sitten se kytketään kytkimellä ensiökäämiin, ja tämä toistetaan useita kertoja sekunnissa.
Kunkin kytkentäjakson seurauksena primaaripiirissä tapahtuu vaimennettuja värähtelyjä. Mutta ensiökäämi on toissijaisen piirin induktori, siksi sähkömagneettiset värähtelyt kiihtyvät vastaavasti toisiopiirissä.
Koska toisiopiiri on viritetty resonanssiin primaarivärähtelyjen kanssa, niin toisiokäämölle syntyy jänniteresonanssi, mikä tarkoittaa, että muuntamissuhde (ensiökäämin kääntöjen ja sen peittämän toisiokäämin kääntöjen suhde) on kerrottava Q: lla - toissijaisen piirin laatutekijä, sitten todellisen suhteen arvo toisiokäämin jännite ensiöjännitteeseen.
Ja koska toisiokäämilangan pituus on yhtä suuri kuin neljäsosa siinä indusoitujen värähtelyjen aallonpituudesta, niin jännitteen antinodi sijaitsee toroidilla (ja maadoituspisteessä - nykyinen antinodi), ja juuri siellä tehokkain hajoaminen voi tapahtua.
Primaaripiirin virrankäyttöön käytetään erilaisia piirejä, MOT: n virittämästä staattisesta kipinävälistä (kipinäväli) (MOT on mikroaaltouunista tuleva korkeajännitemuuntaja) ohjelmoitavien säätimien resonanssitransistopiireihin, joita saa tasasuuntaisella verkkojännitteellä, mutta ydin pysyy samana.
Tässä on yleisimmät Tesla-käämit, riippuen siitä, kuinka niitä ajaa:
SGTC (SGTTS, Spark Gap Tesla Coil) - Tesla-muuntaja kipinäraossa. Tämä on klassinen muotoilu, samanlaista mallia käytti alun perin Tesla itse. Suojalaitetta käytetään tässä kytkentäelementtinä. Pienitehoisissa malleissa pysäytin koostuu kahdesta paksuun johdinpalasta, jotka on sijoitettu tiettyyn etäisyyteen, kun taas tehokkaammissa malleissa käytetään monimutkaisia pyöriviä pysäyttimiä, joissa käytetään moottoreita. Tämän tyyppiset muuntajat valmistetaan, jos tarvitaan vain pitkä virtauspituus, ja tehokkuus ei ole tärkeä.
VTTC (VTTC, Vacuum Tube Tesla Coil) - Tesla-muuntaja elektronisella putkella. Tehokasta radioputkea, esimerkiksi GU-81, käytetään tässä kytkentäelementtinä. Tällaiset muuntajat voivat toimia jatkuvasti ja tuottaa melko paksuja purkauksia. Tämän tyyppistä virtalähdettä käytetään useimmiten korkeataajuuskelajen rakentamiseen, joita kutsutaan "taskulampuksi" niiden virtareiden tyypillisen ulkonäön vuoksi.
SSTC (SSTC, Solid State Tesla Coil) on Tesla-muuntaja, jossa puolijohteita käytetään avainelementtinä. Yleensä nämä ovat IGBT- tai MOSFET-transistoreita. Tämän tyyppinen muuntaja voi toimia jatkuvassa tilassa. Tällaisen kelan luomien viirojen ulkonäkö voi olla hyvin erilainen. Tämän tyyppisiä Tesla-muuntajia on helpompi hallita, esimerkiksi voit soittaa musiikkia niistä.
DRSSTC (DRSSTC, kaksoisresonanttinen kiinteän olomuodon Tesla-kela) on Tesla-muuntaja, jolla on kaksi resonanssipiiriä. Tässä käytetään puolijohteita kytkiminä, kuten SSTC: ssä. DRSSTTS on vaikein Tesla-muuntajatyyppi, jota voidaan hallita ja konfiguroida.
Tesla-muuntajan tehokkaamman ja tuloksellisemman toiminnan aikaansaamiseksi käytetään DRSSTC-topologiapiirejä, kun itse ensiöpiirissä saavutetaan voimakas resonanssi, ja toissijaisessa toissijaisesti, kirkkaampi kuva, pidemmät ja paksummat salamat (virtaukset).
Tesla itse yritti parhaansa mukaan saavuttaa juuri muuntajansa tällaisen toimintatavan, ja tämän idean alku näkyy patentissa nro 568176, jossa käytetään latauskuristimia. Tesla kehitti sitten piirin tätä tietä kohti, ts. Hän yritti käyttää ensiöpiiriä mahdollisimman tehokkaasti, luomalla siihen resonanssi. Voit lukea tutkijan näistä kokeista päiväkirjasta (tutkijan muistiinpanot Colorado Springsin kokeista, jotka hän suoritti vuosina 1899–1900, on jo julkaistu painetussa muodossa).
Tesla-muuntajan käytännöllisestä käytöstä puhuttaessa ei pidä rajoittua pelkästään saatujen päästöjen esteettisen luonteen ihailuun, ja käsitellä laitetta koristeellisena. Muuntajan sekundaarikäämin jännite voi nousta miljooniin volteihin, se on loppujen lopuksi tehokas ylimääräisen korkeajännitteen lähde.
Tesla itse kehitti järjestelmänsä siirtämään sähköä pitkiä matkoja ilman johtoja käyttämällä ilmakehän ylemmän ilmakerroksen johtavuutta. Oletetaan, että läsnä on vastaavan tyyppinen vastaanottava muuntaja, joka alentaisi hyväksytyn korkeajännitteen kuluttajan hyväksyttävään arvoon. Voit tietää siitä lukemalla Teslan patentin nro 649621.
Tesla-muuntajan ja ympäristön vuorovaikutuksen luonne ansaitsee erityistä huomiota. Toisiopiiri on avoin piiri, eikä järjestelmä ole termodynaamisesti missään tapauksessa eristetty, se ei ole edes suljettu, se on avoin järjestelmä. Monet tutkijat tekevät tähän suuntaan nykyaikaista tutkimusta, ja pistettä tälle tielle ei ole vielä asetettu.
Kirjoittaja: Andrey Povny