7(495)968-26-38
Проектируемый проезд №4062,
дом 6

Весь спектр услуг
по техническому осмотру
Наполнение
вторая строка
Ред. блок
Тестовое наполнение
 
 
  •  
  •  
  •  
  •  

Генератор тесла схема


как своими руками собрать трансформатор, принцип работы

Работа кинескопных телевизоров, люминесцентных и энергосберегающих лампочек, дистанционная зарядка аккумуляторов обеспечивается специальным устройством — трансформатором (катушкой) Тесла. Для создания эффектных световых зарядов фиолетового цвета, напоминающих молнию, также применяется катушка Тесла. Схема на 220 В позволяет понять устройство этого прибора и при необходимости сделать его своими руками.

  • Механизм работы
  • Исходные материалы
  • Схема подключения
  • Применение трансформатора

Механизм работы

Катушка Тесла представляет собой электроаппарат, способный в несколько раз увеличивать напряжение и токовую частоту. Во время её работы образуется магнитное поле, которое может влиять на электротехнику и состояние человека. Попадающие в воздух разряды способствуют выделению озона. Конструкция трансформатора состоит из следующих элементов:

  • Первичной катушки. Имеет в среднем 5−7 витков провода с диаметром сечения не меньше 6 мм².
  • Вторичной катушки. Состоит из 70−100 витков диэлектрика с диаметром не более 0,3 мм.
  • Конденсатора.
  • Разрядника.
  • Излучателя искрового свечения.

Трансформатор, созданный и запатентованный Николой Тесла в 1896 году, не имеет ферросплавов, которые в других аналогичных приборах используются для сердечников. Мощность катушки ограничивается электрической прочностью воздуха и не зависит от мощности источника напряжения.

При попадании напряжения на первичный контур на нём генерируются высокочастотные колебания. Благодаря им на вторичной катушке возникают резонансные колебания, результатом которых является электрический ток, характеризующийся большим напряжением и высокой частотой. Прохождение этого тока через воздух приводит к возникновению стримера — фиолетового разряда, напоминающего молнию.

Колебания контуров, возникающие в процессе работы катушки Тесла, могут быть сгенерированы разными способами. Чаще всего это происходит с помощью разрядника, лампы или транзистора. Наиболее мощными являются устройства, в которых используются генераторы двойного резонанса.

Исходные материалы

Человеку, обладающему основными знаниями в области физики и электрики, собрать трансформатор Тесла своими руками не составит труда. Необходимо лишь приготовить набор основных деталей:

  • Источник питания с напряжением порядка 9−12 Вольт. Роль такого источника в самодельном устройстве может выполнять аккумулятор автомобиля, батарея для ноутбука либо понижающий трансформатор с диодным мостом для генерации постоянного тока.
  • Первичный контур. Состоит из двух резисторов с номинальным сопротивлением 50 и 75 кОм, транзистора VT1 D13007 или аналогичного прибора, имеющего n-p-n cтpyктypу.

Обязательным элементом первичной катушки является охлаждающий радиатор, размер которого напрямую влияет на эффективность охлаждения оборудования. В качестве обмотки может быть использована трубка из меди или провод диаметром 5−10 мм.

Для вторичной обмотки рекомендуется использовать кабель с сечением от 0,1 до 0,3 мм², намотанный на диэлектрическую трубку из поливинилхлорида. Оптимальной считается длина трубки 25−40 см и диаметр порядка 3−5 см.

Вторичная катушка требует обязательной изоляции в виде обработки краской, лаком или другим диэлектриком. Дополнительной деталью этого контура является последовательно подключённый терминал. Его использование целесообразно только при мощных разрядах, при небольших стримерах достаточно вывести конец обмотки вверх на 0,5−5 см.

Схема подключения

Трансформатор Тесла собирается и подключается в соответствии с электрической схемой. Монтаж маломощного устройства следует проводить в несколько этапов:

  1. Установить источник питания с чётким соблюдением соответствия контактов.
  2. Прикрепить радиатор к транзистору.
  3. Собрать электрическую схему, используя фанеру, деревянную коробку или кусок пластика в качестве диэлектрической подложки.
  4. Изолировать катушку от схемы пластиной диэлектрика, имеющей отверстия для подключения проводов.
  5. Установить первичную обмотку, исключив её падение и соприкосновение с другой обмоткой. В центре предусмотреть отверстие для вторичной катушки, обеспечив расстояние между ними не менее 1 см.
  6. Закрепить вторичную обмотку, осуществить необходимые соединения, руководствуясь схемой.

Сборка более мощного трансформатора происходит по аналогичной схеме. Чтобы добиться большой мощности, потребуется:

  • Увеличить размеры катушек и сечения обмоток в 1,1−2,5 раза.
  • Установить источник переменного тока с напряжением 3−5 кВт.
  • Добавить терминал в виде тороида.
  • Обеспечить хорошее заземление.

Максимальная мощность, которую может достигать правильно собранный трансформатор Тесла, доходит до 4,5 кВт. Такой показатель может быть достигнут с помощью уравнивания частот обоих контуров.

Собранную своими руками катушку Тесла обязательно необходимо проверить. Во время проверочного подключения следует:

  1. Установить переменный резистор в среднюю позицию.
  2. Отследить наличие разряда. При его отсутствии нужно поднести к катушке люминесцентную лампу или лампу накаливания. Её свечение будет свидетельствовать о наличии электромагнитного поля и о работоспособности трансформатора. Также исправность прибора можно определить по самостоятельно зажигающимся радиолампам и вспышкам на конце излучателя.

Первый запуск прибора должен осуществляться при отслеживании температуры. При сильном нагревании требуется подключить дополнительное охлаждение.

Применение трансформатора

Катушка может создавать разные виды зарядов. Чаще всего при её работе возникает заряд в форме дуги.

Свечение воздушных ионов в электрическом поле с повышенным напряжением называют коронным разрядом. Он представляет собой голубоватое излучение, образующееся вокруг деталей катушки, имеющих значительную кривизну поверхности.

Искровой разряд или спарк проходит от терминала трансформатора до поверхности земли либо до заземлённого предмета в виде пучка быстро меняющих форму и гаснущих ярких полос.

Стример выглядит как тонкий слабо светящийся световой канал, имеющий множество разветвлений и состоящий из свободных электронов и ионизированных частиц газа, не уходящих в землю, а протекающих по воздуху.

Создание разного рода электроразрядов при помощи катушки Тесла происходит при большом увеличении тока и энергии, вызывающем треск. Расширение каналов некоторых разрядов провоцирует увеличение давления и образование ударной волны. Совокупность ударных волн по звуку напоминает треск искр при горении пламени.

Эффект от трансформатора такого рода ранее использовали в медицине для лечения заболеваний. Высокочастотный ток, протекая по коже человека, давал оздоровительный и тонизирующий эффект. Он оказывался полезным только при условии невысокой мощности. При возрастании мощности до больших значений получался обратный результат, негативно влияющий на организм.

С помощью такого электроприбора разжигают газоразрядные лампы и обнаруживают течь в вакуумном пространстве. Также его успешно применяют в военной сфере с целью быстрого уничтожения электрооборудования на кораблях, танках или в зданиях. Мощный импульс, генерируемый катушкой за очень короткий период, выводит из строя микросхемы, транзисторы и прочие аппараты, находящиеся в радиусе десятков метров. Процесс уничтожения техники происходит бесшумно.

Самой зрелищной сферой применения являются показательные световые шоу. Все эффекты создаются благодаря формированию мощных воздушных зарядов, длина которых измеряется несколькими метрами. Это свойство позволяет широко применять трансформатор при съёмках фильмов и создании компьютерных игр.

При разработке этого устройства Никола Тесла планировал использовать его для передачи энергии в глобальном масштабе. Идея учёного базировалась на применении двух сильных трансформаторов, располагающихся на разных концах Земли и функционирующих с равной резонансной частотой.

В случае успешного использования такой системы энергопередачи необходимость в электростанциях, медных кабелях и поставщиках электричества полностью бы отпала. Каждый житель планеты смог бы использовать электроэнергию в любом месте абсолютно безвозмездно. Однако в силу экономической нерентабельности замысел знаменитого физика до сих пор не был (и вряд ли когда-то будет) реализован.

ТЕСЛА ГЕНЕРАТОР

   Давно хотел собрать достойную катушку Теслы и вот, наконец, дошли руки. После сборок мелких катушек решил замахнуться на новую схему, более серьезную и сложную в настройке и работе. Перейдем от слов к делу. Полная схема выглядит так:

   Работает по принципу автогенератора. Прерыватель пинает драйвер UCC27425 и начинается процесс. Драйвер подает импульс на GDT (Gate Drive Transformator – дословно: трансформатор, управляющий затворами) с GDT идут 2 вторичные обмотки включенные в противофазе. Такое включение обеспечивает попеременное открытие транзисторов. Во время открытия транзистор прокачивает ток через себя и конденсатор 4,7 мкФ. В этот момент на катушке образуется разряд, и сигнал идет по ОС в драйвер. Драйвер меняет направление тока в GDT и транзисторы меняются (который был открытым – закрывается, а второй открывается). И этот процесс повторяется до тех пор, пока идет сигнал с прерывателя.

   GDT лучше всего мотать на импортном кольце – Epcos N80. Обмотки мотаются в соотношении 1:1:1 или 1:2:2. В среднем порядка 7-8 витков, при желании можно рассчитать. Рассмотрим RD цепочку в затворах силовых транзисторов. Эта цепочка обеспечивает Dead Time (мертвое время). Это время когда оба транзистора закрыты. То есть один транзистор уже закрылся, а второй еще не успел открыться. Принцип такой: через резистор транзистор плавно открывается и через диод быстро разряжается. На осциллограмме выглядит примерно так:

   Если не обеспечить dead time то может получиться так, что оба транзистора будут открыты и тогда обеспечен взрыв силовой.

   Идем дальше. ОС (обратная связь) выполнена в данном случае в виде ТТ (трансформатора тока). ТТ наматывается на ферритовом кольце марки Epcos N80 не менее 50 витков. Через кольцо продергивается нижний конец вторичной обмотки, который заземляется. Таким образом высокий ток со вторичной обмотки превращается в достаточный потенциал на ТТ. Далее ток с ТТ идет на конденсатор (сглаживает помехи), диоды шоттки (пропускают только один полупериод) и светодиод (выполняет роль стабилитрона и визуализирует генерацию). Чтобы была генерация необходимо также соблюдать фразировку трансформатора. Если нет генерации или очень слабая – нужно просто перевернуть ТТ.

   Рассмотрим отдельно прерыватель. С прерывателем конечно я попотел. Собрал штук 5 разных… Одни пучит от ВЧ тока, другие не работают как надо. Далее расскажу про все прерыватели, которые делал. Начну пожалуй с самого первого – на TL494. Схема стандартная. Возможна независимая регулировка частоты и скважности. Схема ниже может генерировать от 0 до 800-900 Гц, если поставить вместо 1 мкФ конденсатор 4,7 мкФ. Скважность от 0 и до 50. То что нужно! Однако есть одно НО. Этот ШИМ контроллер очень чувствителен к ВЧ току и различным полям от катушки. В общем при подключении к катушке, прерыватель просто не работал, либо все по 0 либо CW режим. Экранирование частично помогло, но не решило проблему полностью.

Генератор прямоугольных импульсов – схема

   Следущий прерыватель был собран на UC3843 очень часто встречается в ИИП, особенно АТХ, оттуда, собственно, его и взял. Схема тоже неплохая и не уступает TL494 по параметрам. Здесь возможна регулировка частоты от 0 до 1кГц и скважность от 0 до 100%. Меня это тоже устраивало. Но опять эти наводки с катушки все испортили. Здесь даже экранирование нисколько не помогло. Пришлось отказаться, хотя собрал добротно на плате…

Схема прерывателя на UC3843

   Надумал вернуться к дубовым и надежным, но малофункциональным 555. Решил начать с burst interrupter. Суть прерывателя заключается в том, что он прерывает сам себя. Одна микросхема (U1) задает частоту, другая (2) длительность, а третья (U3) время работы первых двух. Все бы ничего, если бы не маленькая длительность импульса с U2. Этот прерыватель заточен под DRSSTC и может работать с SSTC но мне это не понравилось- разряды тоненькие, но пушистые. Далее было несколько попыток увеличить длительность, но они не увенчались успехом.

Схемы генераторов на 555

   Тогда решил изменить принципиально схему и сделать независимую длительность на конденсаторе, диоде и резисторе. Возможно многие посчитают эту схему абсурдной и глупой, но это работает. Принцип такой: сигнал на драйвер идет до тех пор пока конденсатор не зарядится (с этим думаю никто не поспорит). NE555 генерирует сигнал, он идет через резистор и конденсатор, при этом если сопротивление резистора 0 Ом, то идет только через конденсатор и длительность максимальна (на сколько хватает емкости) не зависимо от скважности генератора. Резистор ограничивает время заряда, т.е. чем больше сопротивление, тем меньшей времени будет идти импульс. На драйвер идет сигнал меньшей длительностью, но тоже частоты. Разряжается конденсатор быстро через резистор (который на массу идет 1к) и диод.

Плюсы и минусы

   Плюсы: независимая от частоты регулировка скважности, SSTC никогда не уйдет в CW режим, если подгорит прерыватель.

   Минусы: скважность нельзя увеличивать "бесконечно много", как например на UC3843, она ограничена емкостью конденсатора и скважностью самого генератора (не может быть больше скважности генератора). Ток через конденсатор идет плавно.

   На последнее не знаю как драйвер реагирует (плавную зарядку). С одной стороны драйвер также плавно может открывать транзисторы и они будут сильнее греться. С другой стороны UCC27425 – цифровая микросхема. Для нее существует только лог. 0 и лог. 1. Значит пока напряжение выше порогового – UCC работает, как только опустилось ниже минимального – не работает. В этом случае все работает в штатном режиме, и транзисторы открываются полностью.

Перейдем от теории к практике

   Собирал генератор Тесла в корпус от АТХ. Конденсатор по питанию 1000 мкф 400в. Диодный мост из того же АТХ на 8А 600В. Перед мостом поставил резистор 10 Вт 4,7 Ом. Это обеспечивает плавный заряд конденсатора. Для питания драйвера поставил трансформатор 220-12В и еще стабилизатор с конденсатором 1800 мкФ.

   Диодные мосты прикрутил на радиатор для удобства и для отвода тепла, хотя они почти не греются.

   Прерыватель собрал почти навесом, взял кусок текстолита и канцелярским ножом вырезал дорожки.

   Силовая была собрана на небольшом радиаторе с вентилятором, позже выяснилось, что этого радиатора вполне достаточно для охлаждения. Драйвер смонтировал над силовой через толстый кусок картона. Ниже фото почти собранной конструкции генератора Тесла, но находящейся на проверке, измерял температуру силовой при различных режимах (видно обычный комнатный термометр, прилепленный к силовой на термопласту).

   Тороид катушки собран из гофрированной пластиковой трубы диаметром 50 мм и обклеенным алюминиевым скотчем. Сама вторичная обмотка намотана на 110 мм трубе высотой 20 см проводом 0,22 мм около 1000 витков. Первичная обмотка содержит аж 12 витков, сделал с запасом, дабы уменьшить ток через силовую часть. Делал с 6 витками в начале, результат почти одинаков, но думаю не стОит рисковать транзисторами ради пары лишних сантиметров разряда. Каркасом первички служит обычный цветочный горшок. С начала думал что не будет пробивать если вторичку обмотать скотчем, а первичку поверх скотча. Но увы, пробивало… В горшке конечно тоже пробивало, но здесь скотч помог решить проблему. В общем готовая конструкция выглядит так:

   Ну и несколько фоток с разрядом

   Теперь вроде бы все.

    Ещё несколько советов: не пытайтесь сразу воткнуть в сеть катушку, не факт что она сразу заработает. Постоянно следите за температурой силовой, при перегреве может бабахнуть. Не мотайте слишком высокочастотные вторички, транзисторы 50b60 могут работать максимум на 150 кГц по даташиту, на самом деле немного больше. Проверяйте прерыватели, от них зависит жизнь катушки. Найдите максимальную частоту и скважность, при которой температура силовой стабильная длительное время. Слишком большой тороид может тоже вывести из строя силовую.

Видео работы SSTC

   P.S. Транзисторы силовые использовал IRGP50B60PD1PBF. Файлы проекта тут. Удачи, с вами был [)еНиС!

   Форум по SSTC

Как работает катушка Теслы

Катушка Теслы известна тем, что вырабатывает чрезвычайно высокое напряжение. В этом разделе мы объясним, как 10-дюймовая катушка oneTesla может достигать напряжения более четверти миллиона вольт с помощью связанных резонансных цепей. Мы будем строить из основ, чтобы дать вам подробное объяснение того, что происходит.

Содержание:

  • Ток, магнитные поля и индукция
  • Трансформаторы
  • Резонансные цепи
  • ДРССТС
  • Полумост
  • Бестоковое переключение
  • Управление воротами
  • Выпрямитель и удвоитель

Ток, магнитные поля и индукция

Начнем с основ электромагнетизма. Одно из уравнений Максвелла, закон Ампера, говорит нам, что ток, протекающий по проводу, создает вокруг него магнитное поле.

 Если мы хотим использовать это магнитное поле в наших интересах, как мы делаем в электромагните, мы наматываем провод. Магнитные поля от отдельных витков складываются в центре.

 Постоянный ток создает статическое магнитное поле. Что происходит, когда мы пропускаем переменный ток через провод? Другое уравнение Максвелла, закон индукции Фарадея, говорит нам, что магнитное поле, изменяющееся во времени, индуцирует напряжение на проводе, пропорциональное скорости изменения магнитного поля:

говорит нам, что будет резкий всплеск напряжения. Если через катушку протекает колебательный ток, он индуцирует внутри нее колеблющееся магнитное поле. Это, в свою очередь, индуцирует напряжение на катушке, которое имеет тенденцию противодействовать управляющему току. Интуитивно понятно, что магнитное поле «упорно», индуцируя напряжение, которое препятствует любому изменению поля.

Трансформаторы

Трансформатор использует закон индукции для повышения или понижения переменного напряжения. Он состоит из двух витков проволоки вокруг сердечника. Сердечник изготовлен из мягкого железа или феррита, материалов, которые легко намагничиваются и размагничиваются.

Колебательный ток в первичной обмотке создает колеблющееся магнитное поле в сердечнике. Ядро концентрирует поле, гарантируя, что большая его часть проходит через вторичное. Когда магнитное поле колеблется, оно индуцирует колебательный ток во вторичной обмотке. Напряжение на каждом витке провода одинаково, поэтому общее напряжение на катушках пропорционально количеству витков:

Поскольку энергия сохраняется, ток на стороне трансформатора с более высоким напряжением меньше в той же пропорции.

 Катушка Тесла — очень продвинутый трансформатор. Давайте кратко рассмотрим, что произошло бы, если бы это был идеальный трансформатор. Первичная обмотка имеет шесть витков, а вторичная около 1800 витков. На первичную обмотку подается напряжение 340 вольт, поэтому на вторичной обмотке будет 340 В x 300 = 102 кВ. Это много! Но не совсем четверть миллиона. Кроме того, поскольку катушка Тесла имеет воздушный сердечник, а катушки расположены относительно далеко друг от друга, лишь небольшая часть магнитного поля, создаваемого первичной обмоткой, фактически связана с вторичной обмоткой. Чтобы лучше понять, что происходит, нам нужно ввести резонансные цепи.

Резонансные контуры

Резонансный контур подобен камертону: он имеет очень сильную амплитудную характеристику на одной конкретной частоте, называемой резонансной или собственной частотой. В случае камертона зубцы сильно вибрируют при возбуждении с частотой, определяемой его размерами и свойствами материала. Резонансный контур достигает самых высоких напряжений при работе на собственной частоте, которая определяется значением его компонентов.

В резонансных цепях используются конденсаторы и катушки индуктивности, поэтому они также известны как LC-цепи. Они также известны как «резервуарные контуры» из-за присутствующих элементов накопления энергии.

Конденсаторы хранят энергию в виде электрического поля между двумя пластинами, разделенными изолятором, известным как диэлектрик. Размер конденсатора зависит от размера пластин, расстояния между ними и свойств диэлектрика. Интересно, что верхняя нагрузка на катушке Теслы действует как однопластинчатый конденсатор, а плоскость заземления, окружающая катушку, действует как противолежащая пластина. Емкость верхней нагрузки определяется ее размерами и близостью к другим объектам.

Индукторы хранят энергию в виде магнитного поля вокруг провода или в середине петли провода. Первичный индуктор в катушке oneTesla 10” состоит из шести витков провода AWG14, а вторичный — примерно из 1800 витков провода AWG36.

LC-цепь может иметь катушку индуктивности и конденсатор, соединенные последовательно или параллельно. Здесь мы используем последовательные LC-цепи, такие как:

. Рассмотрим, что происходит, когда вы не управляете схемой (предположим, что источник переменного тока на приведенном выше рисунке заменен проводом), но начинаете с заряженного конденсатора. . Конденсатор хочет разрядиться, поэтому заряд течет по цепи через катушку индуктивности к другой пластине. При этом внутри катушки индуктивности создается магнитное поле. Когда заряд на каждой пластине конденсатора равен нулю, ток прекращается. Но в этот момент индуктор имеет энергию, накопленную в магнитном поле, которое имеет тенденцию противодействовать изменениям. Магнитное поле разрушается, индуцируя непрерывный ток в том же направлении, тем самым перезаряжая конденсатор и перезапуская цикл в противоположном направлении.

Резонансная частота LC-контура или частота, с которой энергия циклически перемещается между конденсатором и катушкой индуктивности, как описано выше, составляет:

 

Возбуждение контура на его резонансной частоте добавляет энергию во время каждого цикла. Обеспечивая последовательность своевременных толчков, мы можем достичь чрезвычайно высокого напряжения! В катушке Тесла вспыхивает искра и разряжает цепь, как только напряжение становится достаточно высоким.

DRSSTC

10-дюймовая катушка oneTesla использует топологию с двойным резонансом, отсюда и название твердотельной катушки Тесла с двойным резонансом, или DRSSTC. В DRSSTC цепь, управляющая вторичной LC-цепью, представляет собой другую LC-цепь, настроенную на ту же резонансную частоту. На следующей диаграмме L pri и L sec являются первичной и вторичной катушками индуктивности соответственно. Они слабо связаны, связывая около одной десятой своих магнитных полей.

Есть несколько причин, по которым катушки Тесла не используют магнитный сердечник. Прежде всего, напряжения в катушке Теслы настолько высоки, что сердечник быстро насыщается, а это означает, что он больше не будет намагничиваться после определенной точки. Кроме того, большинство материалов создают сопротивление и нагреваются в магнитном поле, которое быстро переключается, как в случае с катушкой. Высокое напряжение, создаваемое катушкой, также может привести к возникновению дуги на сердечнике. Но самое главное, очень важно, чтобы первичная и вторичная катушки были слабо связаны, чтобы вторичная обмотка не нагружалась первичной.

 

 

 

 

Half-Bridge

3 Мы используем источник постоянного напряжения и прикладываем напряжение в переменных направлениях к первичной обмотке.

 Переключатели, которые мы используем для подачи постоянного напряжения в переменном направлении на первичную обмотку, представляют собой IGBT, сокращение от биполярных транзисторов с изолированным затвором. IGBT — это транзистор, способный управлять очень высокими напряжениями и токами. Это его условное обозначение:

 

Его клеммы помечены коллектором, затвором и эмиттером как пережиток электронных ламп до эпохи транзисторов. Упрощенная модель IGBT представляет собой нормально открытый ключ, который закрывается при подаче положительного напряжения на затвор (VGE). На следующей схеме полумоста S1 и S2 представляют IGBT. Они попеременно включаются и выключаются, что переключает полярность шины V /2 на первичную обмотку L и первичную обмотку C , первичную катушку индуктивности и конденсатор. 10-дюймовая катушка oneTesla питается от напряжения шины 340 В постоянного тока, которое мы получаем от выпрямленного и удвоенного линейного напряжения.

 

На плате управления мы получаем напряжение на шине из выпрямленного и удвоенного линейного напряжения. Мы подробно рассмотрим эту часть схемы позже.

с нулевым током. Переключение

Когда IGBT полностью включены (переключатели закрыты), они являются почти идеальными проводниками. Когда они полностью выключены (переключатели полностью разомкнуты), они являются почти идеальными изоляторами. Однако, когда они находятся в переходном состоянии между полностью открытым и полностью закрытым или наоборот, они ведут себя как резисторы. Напомним, что количество мощности, рассеиваемой в цепи, равно P=VI. Если мы попытаемся переключить IGBT при большом токе в цепи, то он сильно нагреется! Мы должны рассчитать время переключения IGBT на естественное пересечение нуля первичной LC-цепи. На плате oneTesla мы достигаем переключения с нулевым током, определяя первичный ток и используя логику управления, чтобы убедиться, что транзисторы переключаются в нужное время.

Управление затвором

БТИЗ далеки от идеальных переключателей. Мы хотим, чтобы они переключались быстро, чтобы свести к минимуму время, в течение которого они оказывают сопротивление и рассеивают мощность. Проблема с быстрым переключением затворов заключается в том, что они имеют значительную внутреннюю емкость, и требуется много заряда, чтобы заполнить эту емкость и достичь напряжения включения на затворе (напряжение конденсатора определяется выражением V=Q/C ).

 

Чтобы зарядить CGE как можно быстрее, мы хотим использовать короткий сильноточный импульс. ИС привода затвора предназначены именно для этого. Мы используем микросхемы UCC3732x, которые могутA для коротких импульсов. Логическая схема, предшествующая драйверам затворов, даже близко не способна обеспечить достаточный ток для быстрого включения затворов, поэтому драйверы затворов являются важными компонентами. Наконец, нам нужно изолировать драйверы затвора от IGBT с помощью трансформаторов управления затвором (GDT). Каждому IGBT для включения требуется напряжение затвора, которое должно быть приложено между его затвором и эмиттером. Это легко сделать на нижнем (нижнем) IGBT-транзисторе — его эмиттер всегда заземлен, а это означает, что его затвор нужно только довести до +15 В. С IGBT верхнего (верхнего) IGBT все не так просто, потому что его эмиттер связан с коллектором IGBT нижнего плеча, узлом, который колеблется между 0 и V шина /2 (что в нашем случае 170В). Это означает, что нам нужно подвести затвор IGBT верхнего плеча к шине V /2 + 15 В, чтобы включить его.

 

К счастью, есть простой способ обойти это! Мы можем управлять первичной обмоткой трансформатора 1:1:1 с помощью (биполярного) управляющего сигнала, полученного от двухтактной пары UCC. В частности, мы управляем первичной обмоткой трансформатора с разницей выходов инвертирующего и неинвертирующего драйвера затвора. Это гарантирует, что в половине случаев этот сигнал будет положительным, а в половине – отрицательным. Благодаря действию трансформатора напряжение на каждой вторичной обмотке GDT гарантированно будет повторять напряжение на первичной обмотке, независимо от того, где мы соединяем концы. Это означает, что мы можем просто подключить вторичную обмотку к затвору и эмиттеру каждого IGBT и гарантировать, что V ge всегда будет колебаться от 0 до 15 В (независимо от потенциала эмиттера).

 

Выпрямитель и удвоитель

 

Полумост в oneTesla приводится в действие сдвоенным выпрямителем, как показано на схеме выше. Этот выпрямитель поочередно заряжает каждый конденсатор на чередующихся полупериодах входного переменного тока, что приводит к удвоению напряжения источника на нагрузке. В положительной части цикла верхний диод проводит и заряжает верхний конденсатор.

 

 

 

 

В отрицательной части цикла нижний диод проводит и заряжает нижний конденсатор. Напряжение на нагрузке представляет собой сумму напряжений на каждом конденсаторе.

 

 

Логика
Как упоминалось ранее, логика управления необходима для определения первичного тока и предотвращения включения и выключения IGBT, когда через них протекает ток. Давайте пройдемся по приведенной выше схеме слева направо. (Обратите внимание, что номера деталей на схеме не соответствуют номерам на плате, но мы используем их здесь только в пояснительных целях. Полную информацию см. в файлах Eagle, доступных по адресу http://onetesla.com/downloads. схема.)

Трансформатор тока снижает первичный ток до безопасного уровня для использования в логической части платы. R1 — это резистор мощностью 5 Вт, который нагружает трансформатор и ограничивает ток. D1 начинает проводить, когда сигнал превышает 5,7 В, что представляет собой напряжение на шине плюс прямое падение напряжения на диоде, что эффективно предотвращает превышение сигнала 5,7 В. D2 начинает проводить, когда сигнал составляет -0,7 В. Вместе D1 и D2 являются защитными диодами, которые ограничивают сигнал и предотвращают повреждение логических ИС, если сигнал от трансформатора тока слишком высокий. Затем G1 и G2 являются инверторами, которые выравнивают сигнал для последующих ИС.

Оптический приемник выдает 5 В или 0 В в зависимости от сигнала прерывателя. Резисторы R1, R2 и R3 образуют сеть резисторов, которая гарантирует, что катушку можно «щекотать» в работу только сигналом прерывателя при запуске, в отсутствие сигнала обратной связи. Когда катушка только запускается, сигнала обратной связи нет, но сигнал прерывателя поступает на UCC. Когда катушка работает, сигнал обратной связи доминирует в верхней части сигнального пути.

Инвертированный сигнал прерывателя и прямоугольная волна квадратичного сигнала первичного тока затем подаются на триггер D-типа, который выполняет логику, определяющую, когда драйверы затвора получают сигнал. Они включаются только при переходе через нуль, а также при наличии сигнала от прерывателя. D-триггер ведет себя согласно следующей таблице истинности:

В нашей схеме \PRE и D имеют высокий уровень. Инвертированный сигнал прерывателя, подаваемый на \CLR, устанавливает \Q в высокий уровень, когда прерыватель включен. Когда прерыватель выключается, \Q остается на высоком уровне до следующего спадающего фронта CLK (который синхронизирован с переходом через ноль первичного тока), после чего он переключается на низкий уровень.

Драйвер инвертирующего затвора включается, когда IN высокий, а EN низкий. Драйвер неинвертирующего затвора включается, когда IN имеет высокий уровень, а EN высокий уровень.

 

Прерыватель
Прерыватель oneTesla — это устройство на базе микроконтроллера, которое преобразует входящий поток MIDI-команд в поток импульсов для катушки Тесла. Эти импульсы включают или выключают всю катушку, тем самым контролируя пропускную способность и позволяя воспроизводить музыку.

MIDI-команды принимаются через входной MIDI-разъем. Согласно спецификациям MIDI, оптоизолятор 4N25 обеспечивает изоляцию, необходимую для устранения контуров заземления. Когда микроконтроллер получает команду включения ноты, он начинает выводить поток импульсов с частотой ноты. Длины этих импульсов задаются таблицей поиска в прошивке. Прерыватель использует отдельные MIDI-каналы для одновременного воспроизведения нескольких нот — для воспроизведения двух каналов программное обеспечение просто генерирует последовательности импульсов, соответствующие каждому каналу, а затем выполняет логическую функцию ИЛИ над последовательностями импульсов перед их выводом. Ограничение максимальной длительности импульса гарантирует, что результирующий поток не будет иметь слишком длинных импульсов.

Регулятор мощности линейно масштабирует ширину импульса в зависимости от положения потенциометра. Хотя это не дает линейной длины искры, оно имеет преимущество в предсказуемом масштабировании потребляемой мощности катушки, функция, которая была бы потеряна, если бы кривые масштабирования были настроены для линейного роста искры.

Так как же он делает музыку?

Звук – это волна давления. Его высота определяется частотой волны. Мы можем издавать звук разными способами: обычные динамики вибрируют мембраной, а катушки Тесла используют расширение и сжатие воздуха за счет нагрева от плазмы.

Резонансная частота вторичного устройства составляет около 230 кГц, что намного выше звукового диапазона. Мы можем использовать всплески искр на частоте 230 кГц для создания волн давления на звуковой частоте. Всплеск искр срабатывает на каждом пике звукового сигнала. Быстрое вспыхивание искр происходит быстрее, чем может разглядеть ваш глаз, поэтому оно выглядит непрерывным, но на самом деле искра формируется и гаснет с интервалами звуковой частоты. Этот метод модуляции известен как модуляция плотности импульсов (PDM) или модуляция с повторением импульсов (PRM).

Ток в первичной обмотке продолжает увеличиваться, пока работает мост. Важно сделать всплески достаточно короткими, чтобы IGBT не перегревались. В течение одного цикла ток на первичной обмотке может кратковременно достигать сотен ампер. Из-за тепловых причин максимальный рабочий цикл моста составляет примерно 10%. В программном обеспечении прерывателя есть справочная таблица частот и времен включения, которые определяются эмпирически путем изменения ширины импульса и наблюдения за искровыми характеристиками.

 

 

Как построить катушку Теслы на 1,35 миллиона вольт

Я построил катушку Теслы на 1,35 миллиона вольт на заднем дворе, не убивая себя.

Примечание автора: Это чрезвычайно устаревшая статья, написанная в старшей школе.

Катушка Теслы, изобретенная блестящим ученым Николой Тесла (1856-1943), представляет собой высоковольтный высокочастотный генератор энергии. Тесла разработал его для беспроводной передачи электричества, но из-за его низкой эффективности прямо сейчас они просто выглядят круто.

С помощью этого устройства Тесла мог генерировать напряжения такой величины, что они вылетали из аппарата, как молнии! Зрелище извивающихся стримеров электричества, прыгающих по воздуху, совершенно захватывающее. Сегодня катушки Теслы строят любители по всему миру только по одной причине — получить удовольствие от создания собственной молнии!

Катушки Теслы также были популяризированы в 90-х благодаря популярной видеоигре Red Alert. В игре катушки Теслы использовались Советским Союзом в качестве оружия для создания чрезвычайно высоких и смертельных напряжений.

Следуй за мной

Будь в курсе моих последних приключений

Instagram Facebook

Материалы

Много конденсаторов Алюминиевый воздуховод
Трансформатор неоновой вывески Медная труба
Высоковольтные медные провода Трубка для аквариума
Акриловые листы Гибкая медная трубка
U-образные алюминиевые профили Много болтов/гаек/проволочных наконечников/и т. д.
Множество резисторов Изолента
Формы для пирогов Лента из алюминиевой фольги
Трубки из ПВХ Заглушки из ПВХ
Полиуретановый лак Провод AWG24
Дрель Набор для пайки
Молоток Резьбовые стержни
L-образные металлические детали Линейки
Полиэтилен высокой плотности
(разделочная доска)
Вентилятор охлаждения
Пила Держатель предохранителя
Деревянные блоки Аэрозольная краска
Деревянные доски Слишком много свободного времени
Мотивационные плакаты Деньги
Состояние одиночной связи

Конструкция

Сразу хочу сказать, что конструкция катушки Тесла сложна и запутана. Это дорого, долго, опасно и требует огромной мотивации. Требуются технические навыки, а хорошие знания в области физики и математики необходимы. Лучше всего разбить конструкцию на отдельные компоненты.

Источник питания/трансформатор

Возможно, самым важным компонентом катушки Теслы является источник питания, и, вероятно, его труднее всего достать. Характеристики блока питания влияют на все остальные компоненты и общий размер катушки Теслы.

Блок питания в основном преобразует напряжение сети (240 В) в чрезвычайно высокое напряжение, необходимое для катушки Теслы.

Как правило, любители ищут трансформаторы нескольких типов.

Трансформаторы неоновых вывесок (NST), вероятно, самые популярные. Их можно приобрести в магазинах неоновых вывесок. Стоимость может составлять от 30 до более 100 долларов, в зависимости от состояния и оценок. Обычно они варьируются от 6000 В до 15000 В при токе около 30 мА. Существует 2 типа трансформаторов неоновых вывесок: один с железным сердечником и работает на частоте 50 Гц, а другой — новый, меньшего размера, импульсный, работает на частоте 20 кГц и намного легче. Тяжелые с железным сердечником обычно работают лучше.

Идеальным трансформером будет полярная свинья. Они используются вашими местными государственными органами для подачи электроэнергии в город. Их можно найти высоко на столбах, по которым поступает электричество. Они весят около 200 кг, так что если вы собираетесь их украсть, приготовьте кран или что-то в этом роде. Кроме того, вы можете захотеть, чтобы с вами был электрик, когда вы запускаете катушку Теслы дома, так как ваши автоматические выключатели легко перегорают из-за высокого тока, который требуется этим ребятам. В общем, не заморачивайтесь.

Я позвонил в магазин неоновых вывесок, и они действительно продавали бывшие в употреблении/старые NST. Я посетил их и взял один за 45 сингапурских долларов. Если вы не знаете, как им управлять, лучше всего попросить в магазине продемонстрировать. Они обманывают маленьких; Они весят довольно тяжело, от 8 до 20 кг, и у меня болели руки после того, как я вез их домой в общественном транспорте.

Во-первых, некоторые детали моего трансформатора, а также спецификации, которым должна соответствовать моя катушка тесла.

Мой NST выдает 15 кВ и 30 мА.

Подробнее...

Используя эту формулу, я вычислил, что моя катушка Тесла может достигать длины искры до 91,64 см. Теперь он не приблизится к этому значению, но просто дает безопасную оценку пространства, необходимого мне для проведения тестов.

Батарея конденсаторов

Каждая катушка Тесла должна иметь батарею конденсаторов. Это хранит энергию, необходимую для разрядки катушки Тесла. Можно построить три типа конденсаторных батарей, в том числе полностью самодельную, состоящую из пивных бутылок и чего-то еще. Но самым простым методом будет конструкция с несколькими мини-конденсаторами (MMC). Для MMC необходимо учитывать множество факторов.

Во-первых, вы должны знать пиковое напряжение, которое должна выдерживать батарея конденсаторов.

В то время как мой трансформатор выдает 15000В, напряжение может достигать 21213В!

Затем вам нужно выбрать тип конденсатора.

Я выбрал полипропиленовый конденсатор на 1500 В пост. тока, 0,047 мкФ, потому что он имеет наилучшее соотношение цены и качества, т.е. лучший мкФ за доллар.

Теперь, поскольку моя MMC должна хранить по крайней мере 21213 В, я решил, что напряжения должны быть разделены конденсаторами, когда они расположены последовательно. Я планирую расположить 15 таких конденсаторов последовательно, что в сумме даст 22500 В, которые он может выдержать.

Используя приведенную выше формулу, я подсчитал, что для моего трансформатора требуется батарея конденсаторов емкостью 0,0064 мкФ. Однако это всего лишь значение Resonant Cap. Чтобы быть в большей безопасности, нам нужно значение LTR (больше, чем резонансное). Это значение зависит от того, используете ли вы статический искровой разрядник или SRSG (синхронный вращающийся искровой разрядник), о котором я расскажу позже. Я буду использовать статический зазор, поэтому значение LTR составляет 0,0095 мкФ.

Вычисленная общая емкость 1 «ряда» из 15 конденсаторов — это просто номинальная емкость каждого конденсатора (т. е. 0,045 мкФ), деленная на количество конденсаторов в цепочке (т. е. 15), поэтому каждый из моих рядов имеет 0,00313 мкФ. Для производства 0,0095 мкФ, мне нужно примерно 3 струны.

Таким образом, это 3 ряда по 15 заглавных букв, что в сумме дает 45 необходимых заглавных букв.

К каждой крышке также должен быть присоединен резистор. Стравливающие резисторы используются для безопасного разряда каждого конденсатора, чтобы обеспечить безопасное обращение при настройке и транспортировке катушки. Я выбрал резистор 10 МОм 0,5 Вт 3500 В постоянного тока.

Общий дизайн моей конденсаторной батареи выглядит следующим образом:

После того, как я закончил конденсаторную батарею, попутно фотографируя, по какой-то причине изображения конструкции конденсаторной батареи пропали, возможно, удалены/отформатированы , и моя программа для восстановления данных не смогла их вернуть.

Итак, я не могу показать фотографии того, как я делал конденсаторную батарею, но я постараюсь описать это словами.

Хорошо, я нарисовал расположение конденсаторов на бумаге формата А4. Потом прикинул размер банки, купив 3 штуки акрила такого размера.

Один кусок акрила будет использоваться для крепления конденсаторов. Отверстия были просверлены там, где были концы конденсатора. Через эти отверстия были установлены контактные точки конденсаторов, чтобы надежно закрепить их на акриле.

Мои навыки пайки были ужасны, поэтому мне было трудно спаять точки контакта, чтобы сформировать цепочки конденсаторов.

Затем к каждому конденсатору были добавлены резисторы. Еще раз, с пайкой, работа была сделана довольно плохо.

Наконец, я просверлил отверстия в 4-х углах 3-х частей акрила. Они будут использоваться для крепления болтов и гаек.

Два других куска акрила предназначены для покрытия конденсаторов из соображений безопасности. Один закрывает заднюю часть со всеми точками контакта и пайкой, а другой кусок закрывает переднюю часть, защищая меня от конденсаторов, а их от меня.

Батарея конденсаторов находится в той части цепи катушки Тесла, где и напряжение, и ток высоки. Нужен толстый хорошо изолированный медный провод.

Я отмерил необходимую длину конденсаторной батареи. Голый медный сердечник обнажался в разных точках подключения цепочек конденсаторов. Конечная точка контакта была прикреплена проволочным наконечником.

Моя паяльная работа выглядит так, будто ее делал пятилетний ребенок.

И, наконец, заклеивание оголенной проводки изолентой. Это завершено! Вид сверху, открывающий конденсаторы.

Общая стоимость батареи конденсаторов превышает 100 долларов США. Но это намного дешевле, чем покупка коммерческого импульсного конденсатора.

Примерно через неделю я решил испытать незаконченную катушку Теслы. Получилось ужасно.

Зигзагообразное расположение было глупым решением, поскольку ток предпочитал искрить через диэлектрический воздух, чем проходить через конденсаторы.

Между двумя соседними точками конденсаторной батареи возникала дуга, во многом благодаря ужасному дизайну Yours Truly. Я мог бы добавить изолирующий слой между всей цепочкой крышек, но расстояние было настолько маленьким, что я не мог найти подходящий материал.

И я решил все это дело переделать. Это было последнее, что пришло мне в голову, когда я думал о вариантах, но, похоже, у меня не было выбора.

Потратил час или два на отпайку всех конденсаторов и резисторов, и попросил папу купить мне новые кусочки акрила. На этот раз он не будет зигзагообразным, он просто сформирует 3 прямых ряда крышек.

Сверление заняло некоторое время, но как я делал это раньше, это было немного легче и быстрее…

Затем я приступил к вставке крышек, спаивая их между собой.

И, конечно же, добавление резисторов…

Соединения в конце выполняются путем припайки толстого провода к 3 точкам контакта.

Электропроводка

Для катушек Тесла в целом требуются толстые хорошо изолированные медные провода из-за прохождения большого количества тока и напряжения. Количество обработанной меди в проводе делает его очень дорогим. Я попросил один диаметром 6-8 мм, 7 м, и парень дал мне 7,2 мм и назвал 47 долларов. Я не мог позволить себе платить столько за одну только проводку, поэтому я попросил еще одну, поменьше. Это где-то 3-4мм, не совсем то, что я хотел, но вдвое дешевле. Так что $20+ за толстую проводку.

Итак, когда я сделал еще один тестовый запуск, это произошло:

Нет искры на клемме разряда, но вместо этого на первичной обмотке!

Как видно из рисунка выше, искрение на самом деле возникает в проводе. Да, 20 000 Вольт просто проскочили сквозь изоляцию провода. Я думал, что на самом деле он довольно толстый, но нет, я должен был получить провода высокого напряжения (высокого напряжения), но это довольно дорого.

Итак, чтобы решить эту проблему, я купил несколько трубок для аквариума, чтобы надеть их на провода в качестве дополнительной изоляции. Вся проводка теперь изолирована трубками для аквариума.

Разрядный терминал

В верхней части катушки Тесла есть разгрузочный терминал, именно для этого он и предназначен. Один, как следует из названия, должен действовать как выходной терминал для стримерных разрядов, а другой — как емкостная нагрузка вторичной катушки.

Может быть двух форм: тороид или сфера. Я не знаю разницы, плюсов и минусов между ними, но понятия не имею, как сделать большую металлическую сферу. Поэтому выбрана тороидальная конструкция.

Коммерческий алюминиевый тороид стоит несколько сотен, если не тысяч долларов. Самодельный стоит около 40 долларов.

Вот как я делаю свой тороид.

3 шт. Алюминиевые воздуховоды, у меня получилось 3 метра. Довольно дорого, от 30 долларов. Затем алюминиевый скотч. Это около 10 долларов. И, наконец, блюда для пирогов, очень дешевые.

Просверлите пару отверстий в центре и по краям форм для пирогов, а затем стяните их болтами и гайками.

Отмерьте необходимую длину алюминиевого воздуховода и вырежьте его. Я использовал алюминиевую ленту, чтобы заклеить концы воздуховода, плотно прилегая к формам для пирогов.

Я сгладил внешний вид тороида, добавив ленты от алюминиевого воздуховода к формам для пирогов.

Вторичная катушка

Вторичная катушка — чертовски крутая штука.

Он отвечает за генерирование необходимого очень высокого напряжения, и его конструкция чрезвычайно утомительна.

Во-первых, требуется форма катушки. Провода, намотанные примерно на тысячу витков, полностью обернут форму катушки, которая должна быть из изоляционного материала. Металлические трубы полностью исключены по понятным причинам. Вода убивает производительность, поэтому картона также следует избегать. Большинство пластиковых материалов подойдет. Обычно используются трубы из ПВХ, потому что их легко найти. Некоторые койлеры Tesla пытались и преуспели в том, чтобы намотать проводку вокруг формы катушки и полностью удалить ее, но на данный момент это выходит за рамки моих возможностей.

Следует избегать черных поливинилхлоридов, так как они содержат углерод, серый цвет подойдет, но лучше всего подойдет белый цвет.

Я купил 3-дюймовую трубу из ПВХ, 2 фута. При покупке формы катушки важно выбрать правильную длину, так как это сильно повлияет на высоту катушки. Слишком высокий, слишком громоздкий; Слишком короткая катушка Тесла способна ударить саму себя. Здесь играет роль соотношение диаметра к высоте. У меня была ошибка в расчетах, поэтому я получил странное соотношение 1:6,67. Довольно плохо для моей катушки, я думаю, учитывая, что рекомендуемое соотношение составляет от 1: 3 до 1: 6.

Перед тем, как мы начнем, форму катушки желательно покрыть полиуретановым лаком.

Нанес слой-два и после высыхания сразу приступил к намотке проводов.

Несколько замечаний. Мы должны стремиться к диапазону от 800 до 1200 витков, любое большее или меньшее значение уменьшает выходную мощность (либо из-за повышенного сопротивления, либо из-за низкой индуктивности). Я стремлюсь к 1000 оборотам.

Я купил 0,5 кг провода диаметром 0,5 мм (AWG 24) (довольно дорого, от 30 долларов). 1000 витков должны дать 20 дюймов.

Ранение утомительно. Я ищу слово с похожим значением на утомительный, но с большей степенью страдания. Но утомительно будет делать на данный момент. Чтобы дать вам некоторое представление, вот процесс:

Для начала, я нашел вешалку для полотенец. Ладно, не то чтобы "валялся без дела", но взял от мамы.

Разобрав его на части и реконструировав, я получил эту маленькую инновационную вещь.

Намотка была невероятно утомительной, настолько, что я прибегнул к этому.

Намотал и намотал 5-6 скучных часов. Для развлечения я сделал это перед своим компьютером, пока смотрю все оставшиеся эпизоды «C.S.I.I.» и «Остаться в живых».

Началось в 17:00, а около 23:00 было так:

Я подсчитал, и прикинул, что намотал около 240 м медной проводки. О боль!

На самом деле я начал довольно хорошо, обмотки были красивыми и тугими. Я потерял терпение на полпути, и оттуда все стало неряшливо. Надеюсь, на работу катушки это не сильно повлияет.

Я еще не доработал схему крепления вторичной обмотки к тороиду, но это должно выглядеть так.

Как я уже упоминал ранее, я обнаружил, что количество витков на моей вторичной обмотке слишком велико, почти 1000 витков. Это дает слишком высокое отношение диаметра формы к длине рулона, равное 6,67. Рекомендуемое максимальное соотношение составляет 6, что я намного выше. Я решил потратить некоторое время на разматывание витков, чтобы получить 18-дюймовую длину катушки из 20-дюймовой.

Концевая заделка вторичной обмотки выполняется путем прикрепления ее к алюминиевой ленте и использования дырокола для соединения с наконечником провода заземления.

Заземляющий стержень

Заземляющий стержень, хотя и кажется незначительным, играет важную роль. Большинство компонентов необходимо заземлить не только из соображений безопасности, но и для их работы. Я решил использовать один заземляющий стержень со многими соединениями, так как не хотел, чтобы слишком много стержней забивали землю.

Я начал с толстого отрезка медной проволоки и фута длиной 1-дюймовой медной трубы.

Я просто просверлил медную трубу, вставил болт и гайку и прикрепил медный провод с наконечником на конце.

Заземляющий стержень надежно и глубоко вбивается в землю.

Искровой разрядник

Искровой разрядник действует как выключатель питания первичной цепи бака. Он использует воздух для проведения электричества между своими электродами и выделяет при этом большое количество тепла.

Звучит достаточно просто, но искровой разрядник — единственный компонент, на который я потратил больше всего времени. Около 20 часов легко. Существует множество дизайнов искровых разрядников, и было довольно сложно выбрать какой-то один.

Существует два основных типа искровых разрядников. Статический, который не требует движения электродов, отсюда и название. И экзотический тип, в котором электроды вращаются для повышения производительности. Схема вращающегося искрового разрядника была слишком сложной, поэтому я остановился на статическом искровом разряднике.

Конструкция статического искрового разрядника может варьироваться от простой, например:

Однако обычно разрядник разбит на множество меньших разрядников, соединенных последовательно. Это делается по двум причинам; 1) Чем больше у вас пробелов, тем больше мощности он может выдержать; 2) Можно изменять напряжение зажигания промежутка, изменяя количество электродов в цепи (перемещая соединительные провода).

Делая это, вы получаете многосерийный статический искровой разрядник, который я решил построить. Этот дизайн для этого сильно различается, и это имеет большое значение в цене, эффективности, осуществимости, затраченном времени и т. Д. У разных людей будут разные предпочтения в большом количестве доступных дизайнов. После нескольких часов поиска в Интернете я нашел дизайн, который мне понравился. Это парень по имени Скотт. Какой Скотт, я не знаю, но сколько там Скоттов, которые являются Намотчиками Теслы?

Итак, я начал.

Два куска прозрачного акрила, просверленные и поддерживаемые резьбовыми стержнями по 4 углам. Резьбовые стержни действительно раздражали при пилке и напильнике.

Я нашел алюминиевые U-образные профили нужного размера! Еще раз, пиление было действительно болью.

И их выравнивание…

Электроды! Медные трубы, удерживаемые из акрила алюминиевыми U-образными профилями.

После нескольких часов сверления…

Окончательно собранный статический искровой разрядник Multi Series! Соединения крепились к болтам и гайкам, поддерживающим медную трубу и U-образные профили.

Тогда больше разочарования. В одном из тестовых прогонов, убирая установку в завершение дня, я уронил искровой разрядник. Он довольно сильно сломался и выглядел совершенно не в порядке. Я потратил на этот искровой разрядник целый день, а может быть, и больше, что-то около 6 часов непрерывной утомительной технической работы, и видеть, как он ломается, было совершенно отстойным чувством.

Мне пришлось построить еще один, но я сказал себе: «Ни за что, ни за что еще 6 часов сверления, распила и т. д.», и поэтому я импровизировал. Придумал новый дизайн, а вместе с ним получил шанс улучшить ситуацию.

Где-то в доме я нашел эти Г-образные металлические детали, и мне пришла в голову идея. Я попросил у папы еще, и он достал целую коробку.

И я купил 2 твердые пластмассовые линейки, чтобы они служили опорой, и они также обеспечивают точные измерения расстояния искрового промежутка.

Искровой разрядник должен быть настроен так, чтобы катушка Тесла достигла максимальной производительности.

Для этого подключил разрядник только к трансформатору 15000В. Оттуда я отрегулировал расстояние между электродами таким образом, чтобы добиться максимального расстояния искрового промежутка, что соответствует максимальному проходящему напряжению.

Первичная катушка

Первичная катушка и основной накопительный конденсатор образуют первичный резонансный контур. Для правильной работы катушка Тесла должна иметь одинаковые первичную и вторичную резонансные частоты.

Мало что можно сказать о моей первичной катушке. По сути, это моток медной трубы, намотанной в виде плоской блинной спирали. Диаметр самого внутреннего витка должен быть на 2 дюйма больше диаметра вторичной катушки, и он закручивается по спирали, сохраняя зазор в 1/4 дюйма между соседними витками. Общее количество необходимых витков зависит от значений других компонентов схемы, но максимум 10-15 витков было бы хорошим числом.

Медные трубы, обычно используемые для систем центрального отопления, идеально подходят для изготовления первичных змеевиков. Он имеет большую гладкую поверхность, которая идеально подходит для использования на высоких частотах/высоком напряжении, и его легко сгибать вручную.

Хорошим материалом для монтажа высоковольтных компонентов является полиэтилен высокой плотности (HDPE), и его легко достать в виде разделочной доски. Это то, что я буду использовать для поддержки трубки. Если вы используете дерево, его следует высушить и покрыть лаком, чтобы оно действовало как изолятор.

Сначала я вырезал полоски из полиэтилена высокой плотности с помощью пилы.

После этого я просверлил отверстия во всех полосах, через которые будут проходить медные трубки.

Итак, я сел перед телевизором и начал продевать опоры через медную катушку.

И готово!

Много недель спустя, когда я успешно протестировал протестированную катушку, мне удалось получить дуги 25-27 см… но производительность катушки тесла была ограничена.

Проблема была с первичной катушкой. У меня была первичная катушка с отводом от катушки номер 8, с улучшением производительности по мере увеличения количества витков. Моя первичная катушка, к сожалению, состояла всего из 8 витков. Производительность моей катушки Тесла была ограничена, прежде всего, моей первичной катушкой!

Если бы у меня была более длинная медная трубка, то есть больше витков в первичной обмотке, я смог бы добиться гораздо большей производительности. Очень жаль, что первичная катушка ограничивает меня в достижении резонанса.

Итак, я купил новую 50-футовую медную трубу для моего нового первичного змеевика. По сравнению с моей старой 18-футовой первичной катушкой, у нее никогда не закончатся витки, чтобы я мог постучать.

Целый день работал над этим. После 4 часов распиливания, сверления, забивания.

На этот раз я сделал немного по-другому, потому что научился на собственном опыте. Пробираться через опоры было мучительно утомительно, поэтому я сообразил и сделал это по-другому. Вместо того, чтобы продевать его насквозь, я просто сделал узкие гребни с небольшими отверстиями в опорах. Оттуда я могу просто вставить медные трубки, чтобы они хорошо вошли в выступы опор.

Необходимо выполнить два электрических соединения с первичной катушкой; фиксированное соединение на одном конце катушки и подвижная точка отвода для подключения к любой точке катушки. Именно это позволяет нам настраивать частоту первичного контура резервуара в соответствии с естественным резонансом вторичного контура.

Подвижное соединение первичного отвода выполнено из держателя предохранителя. Он был разработан для плавких предохранителей, но при осторожном сгибании плоскогубцами возможно хорошее соединение с медной трубой. На самом деле мне потребовалось много модификаций, чтобы он хорошо соединился с толстым медным проводом.

Неподвижное соединение выполняется путем скручивания внутреннего конца медной трубки вниз, и я прикрепляю проволочный наконечник для обеспечения хорошего электрического контакта.

Подставка

Я решил построить подходящую подставку для упрощения установки, лучшего внешнего вида и удобства хранения, когда я закончу работу с ней. Итак, несколько недель назад (почти месяц на самом деле) я уговорил папу выступить за это. Я ему описал, что хотел: Двухъярусный, 4-х опорный, на колесах.

Через неделю или две он сделал это, но я продолжал просить о мелких исправлениях и изменениях. Это выглядело очень уродливо с желтым, белым, серым и коричневым. 4 опоры представляют собой трубы из ПВХ, а деревянные блоки используются для удержания вещей на месте.

Если я чему-то и научился у Apple iPod, так это тому, что Immaculate White выглядит потрясающе.

9,00 сингапурских долларов за белую аэрозольную краску. Глупые айподы учат глупостям.

Я потратил почти 2 дня на постоянное крепление катушки Теслы к подставке. Мне пришлось просверлить больше отверстий, добавить больше деревянных блоков, чтобы удерживать вещи на месте, просверлить крючки, отрегулировать длину проводов, чтобы они хорошо подходили к конструкции, и т. д., и, наконец, снова покрасить его в белый цвет.

В конструкцию были включены следующие функции и материалы:

Крючок для удержания длинного заземляющего провода и заземляющего медного стержня. Так что теперь это гораздо более управляемо и удобно.

Трансформатор 15 кВ, искровой разрядник и батарея конденсаторов удобно расположены на нижнем этаже. Все кабели изолированы трубками для аквариума и укорочены, чтобы поддерживать чистоту и порядок. Трансформатор тоже на колесах, так как я не могу передвигать с ним катушку Теслы. Один только трансформатор, возможно, тяжелее, чем остальная часть катушки Теслы.

Тороид прочно закреплен на вторичной обмотке.

Первичный змеевик поддерживается 4 трубами из ПВХ.

И, наконец, полностью готовая установка катушки Теслы.

Красота, не так ли?


Тесты

Я сделал много тестовых прогонов со всей сборкой, и примерно половина из них были неудачными. Но я не буду документировать их все. Вместо этого ниже приведены только успешные тесты.

Тест 1: Первый свет

Столкнувшись с таким количеством проблем и неудач во всех предыдущих тестовых запусках, я начал этот тест с мыслью, что это будет еще один пробный запуск с проблемами, которые я -должен-исправить.

Искровой разрядник вообще не настраивался, но я все равно запустил полную настройку. Первичная обмотка была пропущена на 7 витке. Было довольно поздно, около 8 часов вечера, но мне нужна была темнота.

…и ВКЛЮЧАЙ!

Искровой разрядник искрил очень громко; Опасно смотреть на это, так как оно испускает ультрафиолетовые лучи. Но устрашающая искра на разрядном стержне намного, намного красивее.

Увеличенное изображение.

Замечательное исполнение! Наконец-то первый свет от разрядного терминала!

При правильной настройке я уверен, что его производительность может быть увеличена примерно в 3-5 раз за этот пробный запуск.

Я измерил диаметр тороидального разрядного вывода, сравнил его с длиной искры на фото и оценил в 8 см.

Поскольку у меня нет доступного метода измерения чрезвычайно высокого напряжения, давайте сделаем некоторые грубые оценки.

В электрическом поле (созданном тороидальным разрядным стержнем) электрический пробой воздуха соответствует примерно 30 000 В/см.

Таким образом, сфотографированная 8-сантиметровая дуга составляет около 240 000 В. Это, конечно, совершенно неточно, так как значение зависит от многих факторов, таких как электрическое поле, форма электродов, атмосферные условия и т. д.

Теоретически, это также можно вычислить напряжение расчетным путем. Это даст только максимальное выходное напряжение, которого я надеюсь достичь после того, как закончу настройку катушки. 90,5 Vmax = 495 300 В

Эта формула каким-то образом дает моей катушке плохую максимальную длину искры 16 см. При использовании другой формулы (доступной выше в разделе «Источник питания/трансформатор») получается 91,64 см.

Тест 2: Ограничено первичной катушкой

18:00, я решил вытащить всю свою установку катушки Тесла наружу. Починил кое-что, установил камеру, предупредил братьев и сестер/родителей о шуме, который я собираюсь создать, забил стержень в землю…

К тому времени стемнело…

Ненавижу бить молотком по заземляющему стержню. Мой сад на заднем дворе теперь считается полем для гольфа.

Точка разрыва представляет собой просто неинтересный алюминиевый стержень, приклеенный скотчем к тороиду. Стримеры будут вырываться из этой точки прорыва, а не искриться случайным образом.

И я зажег его!

Глупый я. Я даже не подключал первичный ответвитель к первичной катушке. Результат? Серьезное искрообразование при попытке тока замкнуть цепь.

Что мне показалось невероятным, так это то, что, несмотря на огромные потери энергии при искрообразовании, катушка работала! См. верхнюю часть для точки прорыва, слегка изгибающейся дугой к заземленному стержню справа.

Итак, я решил проблему с основным ответвителем и попробовал еще раз.

Появились гоночные искры. Это происходит, когда есть искра от первичной катушки к вторичной катушке. И на какое-то время (благодаря многочисленным попыткам) это стало серьезной проблемой.

Гоночные искры возникают, когда катушка имеет одно или несколько из следующих условий:

– Слишком высокая муфта
– Перегруженная система
– Плохое гашение в искровом промежутке
– Расстроен, слишком большой тороид
– Слишком большой первичный колпачок

Не имеет значения, в какую шахту попадет, но я не мне это нравится.

У меня не было выбора, кроме как изменить уровень первичной катушки, сделав его ниже. Это означало бы отказ от опор из ПВХ-труб (на которые я потратил много усилий) и возвращение к временным опорам.

И это сработало идеально!

Я решил поставить флуоресцентную лампу рядом с установкой. Это совершенно ни с чем не связано. Просто лежал. И МАГИЯ!

Ладно, не совсем, если вы кое-что знаете об электрических полях.

Известно, что электрические поля катушек Тесла (да, даже самодельных) настолько мощны, что могут мешать телевизионным сигналам и делать любые цифровые устройства, которые вы носите, бесполезными. Большинство коммерческих катушек Теслы как таковые помещаются в клетку Фарадея.

Когда все НАКОНЕЦ-ТО заработало (почти больше часа), пришло время утомительной настройки.

Мне пришлось настроить частоту первичной катушки так, чтобы она соответствовала частоте вторичной катушки, чтобы они находились в резонансе и производили максимальную мощность. Это делается путем изменения положения первичного ответвления в разных точках первичной обмотки.

И я начал настраивать, и убрав точку пробоя…

И обратно с точкой пробоя в положении:

Обычно намотчикам Теслы приходится находить идеальное количество витков, чтобы коснуться первичной катушки. Слишком много оборотов или слишком мало, резонанс не будет достигнут.

Мой случай был другим. Все началось так…

Когда я пошел покупать компоненты для своей катушки, я купил гибкую медную трубку, чтобы сделать первичную катушку, у какой-то старушки. Раньше мне говорили, что в последние годы цены на медь взлетели до небес. Она взяла с меня 12 долларов за метр, я купил его на 66 долларов.

Когда я сделал свою первичную катушку, она дала мне 8 витков, что совсем немного. Но я думаю, я не мог позволить себе большего. Однажды мне сказали, что я могу купить медную трубу по 25 долларов за 50 футов. И что старушка меня обманула.

Грач. Я мог бы получить в два раза больше оборотов с 25 долларами по сравнению с 8 жалкими оборотами с 25 долларами.

Вернувшись туда, где мы были, я понял, что производительность катушки Тесла увеличивается с количеством витков. На 7 ходу достигнута искра 25см.

Итак, у меня был основной отвод на 8-м ходу, максимум.

Если бы у меня была более длинная медная трубка, то есть больше витков в первичной катушке, я смог бы добиться гораздо большей производительности. Очень жаль, что первичная катушка ограничивает меня в достижении резонанса.

Как бы я ни хотел сегодня раз и навсегда покончить с проектом катушки Теслы, я думаю, что будет разумнее, если я куплю новую более длинную трубку и настрою катушку на максимальную производительность, а не ограничиваюсь первичными витками. Так что этот проект будет продлен снова.

Сегодня максимальная искра была около 25-27 см! С моей катушкой на 450 Вт я должен получить искры не менее 40-50 см. Но пока это лучший результат.

Звук катушки Теслы пугающе громкий. Сегодня мне удалось запустить его довольно много раз (думаю, более 10 раз), потому что соседей справа не было дома. Я забыл про соседей слева, так они услышали и подумали, что это их домашняя сигнализация (Да! ТАК громко.). Поэтому они вынули батарейки из домашней сигнализации и вернулись к своим делам. Представьте, что произошло, когда они нашли меня. Ургх.

Вот результаты на сегодня!

Тест 3: Финал

В течение нескольких недель после Теста 2 я починил первичную катушку, сделав новую. Однако должны были пройти месяцы, прежде чем я смог провести какие-либо тесты с новой первичной катушкой из-за всех моих обязательств и школьной работы.

Когда наступили июньские праздники, моя семья решила отправиться в путешествие по Европе, тем самым отложив мои планы окончательно доделать Катушку Теслы, раз и навсегда.

Итак, еще через три месяца наступили сентябрьские каникулы. Идеально.

Я достал Катушку Теслы, покрытую видимым слоем пыли после того, как ее не трогали СЕМЬ месяцев.

Медь первичной катушки была явно окислена, стала более темной и менее отражающей. Это может снизить производительность, но я все равно пошел дальше.

Также разболтался разрядник. Я не хотел тратить время на то, чтобы снова настроить его на совершенство и максимальную производительность, поэтому я просто затянул его и подключил к системе.

После тщательной очистки я перенес установку в резервную копию и готов к работе!

Катушка Теслы начиналась с очень слабого дисплея…

Затем я отрегулировал первичный отвод, чтобы настроить катушку…

Я перешел с 9,5 витка на 8,5 и обнаружил, что это значительно увеличило производительность. Я перешел на 7,5, но производительность упала, но не так сильно, как если бы она была в Turn 9,5

. Итак, я прикинул, что идеальное расположение крана находится где-то между Turn 7,5 и 8,5, поэтому я перешел на Turn 8.

Отсюда точная настройка показывает очень небольшие улучшения, если они вообще есть. Но мне показалось, что Turn 8 выглядел немного лучше, чем Turn 8.5, поэтому я попытался еще лучше настроить его.

Я отрегулировал положение касания до 7,75, что, как и следовало ожидать, имело еще более незаметную разницу. Я не был уверен, был ли поворот 7.75 лучше, чем поворот 8, но мой папа сказал, что так кажется.

Вот я и остановился на Turn 7.75 и сделал оттуда пару фото. Видео включено!

На этот раз я измерил расстояние между точкой прорыва и целью, в которую попали дуги молнии, и оно оказалось примерно 40-50см! Это соответствует примерно 1 350 000 В! Сладкий!

Это должно закончиться моим путешествием с катушкой Теслы. Прошло очень много времени с тех пор, как я начал работать над проектом 28 февраля 2007 года, до сегодняшнего дня. Больше полутора лет.

Производительность отличная! Хотя я не слишком уверен, что это максимальное значение, которое он может выдавать, поскольку я не настраивал искровой разрядник после того, как он ослаб в течение нескольких месяцев, я думаю, что должен быть довольно близок к этому.


Learn more


[an error occurred while processing the directive]