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

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

Принцип работы тесла


Как устроен электромобиль Tesla. - Как это сделано, как это работает, как это устроено — LiveJournal

С тех пор, как я увидел год назад передачу посвященную этой машине, можно сказать, что она стала моей мечтой. Подумайте только - электромобиль который не нужно кормить дорожающим каждый день бензином или дизелем, который не загрязняет окружающую среду, и который признан самым надежным и экологичным автомобилем в мире!
Сегодня специально для сообщества kak_eto_sdelano небольшой рассказ об электромобиле Tesla Model S.


Когда я узнал, что один из экземпляров легендарного электромобиля появился в Москве, я решил познакомиться с его владельцем и увидеть машину воочию, однако она оказалась очень востребованной среди фанатов электромобилей и экологических движений, потому я нашел ее на мероприятии посвященном защите окружающей среды.

Немного расскажу о машине: Tesla Model S — пятидверный электромобиль производства американской компании Tesla Motors. Прототип был впервые показан на Франкфуртском автосалоне в 2009 году. Поставки автомобиля в США начались в июне 2012 года. Компания называет свой автомобиль с таким типом кузова "фастбэк", который нам известен как "хэтчбэк".

Цены на Model S начинаются от 62,4 тысячи долларов и доходят до 87,4 тысячи долларов (в США). Самый дорогой вариант — это автомобиль с запасом хода почти в 425 километров, способный набирать «сотню» за 4,2 секунды.

По итогам первого квартала 2013 года в США было продано 4750 экземпляров Tesla Model S. Таким образом, модель стала самым продаваемым люксовым седаном, опередив, в частности, Mercedes-Benz S-класса и BMW 7-й серии. Прорыв произошел и в Европе. В Норвегии за первые две недели сентября 2013 Tesla Model S - самый продаваемый автомобиль (322 шт), обошедший Volkswagen Golf (256шт).

Под капотом нет всего того, что мы привыкли видеть в машине с двигателем внутреннего сгорания. Здесь вместо него багажник.

Сзади то же самое. Багажник довольно объемный, при желании здесь можно установить детские кресла, обращенные лицом к стеклу.

Согласно US Environmental Protection Agency (EPA) заряда литий-ионного аккумулятора емкостью 85 кВт⋅ч хватает на 426 км, что позволяет Model S преодолевать наибольшую дистанцию из доступных на рынке электромобилей. Изначально в планах Tesla было начать в 2013 году производство автомобилей с аккумуляторами емкостью 60 кВт⋅ч (335 км) и 40 кВт⋅ч (260 км), однако из-за малого спроса от модели на 40 кВт⋅ч решено было отказаться. Базовая модель S использует жидкостное охлаждение двигателя переменного тока, который производит 362 лошадиных силы.

В основе аккумулятора автомобиля (их 16 блоков) находится около 7 тысяч пальчиковых батареек уложенных с особым распределением положительных и отрицательных контактов, который хранится в секрете.
Два нижних фото взято у sevruk

В июне 2013 года компания продемонстрировала возможность перезарядки Model S путём автоматической замены батареи. В ходе демонстрации было показано, что процедура замены занимает примерно 90 секунд, что более чем вдвое быстрее заправки полного бака аналогичного бензинового автомобиля. По заявлению президента компании Элона Маска, «медленная» (20-30 минут) зарядка батареи Model S на заправочных станциях компании останется бесплатной, в то время как быстрая замена обойдётся владельцу машины в сумму порядка 60-80 долларов, что примерно соответствует стоимости полного бака бензина.

Заглянем внутрь машины. Вместо привычных приборов на панели, здесь жк монитор, на котором все нужные функциональные кнопки и информация о рабочем состоянии автомобиля.

В данный момент автомобиль стоит на зарядке и вместо спидометра отражается информация о том, насколько заряжен электромобиль, и на сколько километров хватит его хода. Вместо тахометра на дисплее показываются данные амперметра.

Сзади довольно просторно.

Окна на двери без рамок.

На поворотнике - символ компании Tesla Motors, лаконичный и красивый.

Напоследок расскажу о том, как заряжается батарея электромобиля словами его владельца the-bpah

Как заряжать теслу? Простой ответ - легко и просто.

Простая математика и базовый курс электротехники, 8й класс средней школы.

Помним что мощность выражается в киловаттах и равна силе тока в амперах, помноженной на напряжение в вольтах.
А емкость батарейки теслы равна либо 60 КВт-ч, либо 85 КВт-ч, в зависимости от модификации.
И еще помним что штатное зарядное устройство работает в диапазоне 100-240V 50-60Hz. Проблем с российскими электросетями нет никаких.
Главное три фазы не подать :) но абстрактный имярек без бойца-электрика с этой задачей не справится, а неумные бойцы-электрики в природе встречаются крайне редко, естественный отбор все дела.

Итак поехали. Куча опций.

Вариант 1. Всегда и везде.

Штатный блок питания, обычная розетка 220В.
12 ампер, 220 вольт = примерно 2.5КВт.
Полная зарядка батареи - полтора суток (указано для большой батарейки 85, для маленькой указанное время делим на полтора).
Важно иметь работающую "землю" на розетке, без этого не работает.
Техническая сложность - все разъемы зарядного устройства идут по заокеанским стандартам.
Решение - либо переходник с американской розетки на российскую (китайские переходники для айфонов не годятся, они хлипкие ппц, пускать по ним 12А вдолгую просто страшно), либо банальная скрутка. Цепляем к американским разъемам на скрутку отрезанный от полотенцесушителя или микроволновки кабель с вилкой. Работает.

Вариант 2. Дешево и сердито.

Второй разъем зарядного устройства. Стандарт NEMA 14-50, американская силовая розетка.
Берем американскую розетку стандарта NEMA 14-50 (важно озаботиться купить заранее, лучше сразу десяток про запас), зовем бойца-электрика. Просим или требуем выдать 50 ампер на одной фазе.
В зависимости от степени мотивации и мотивации бойца-электрика и возможно бойца-энергетика, получаем или 25А, или 32А, или 40А.
Дальше боец-электрик ставит на стену заранее запасенную американскую розетку и подключает ее. Бойцы-электрики этому обучены, коммутация проблем не вызывает (цепляются ноль-земля-фаза, нейтраль не нужна). Схемы коммутации ищем в википедии.
Итог - время полной зарядки сокращается до 18/14/11 часов.
Уже намного лучше, за ночь батарейка зарядится.

Как выглядит процесс зарядки по вариантам 1 и 2.
Открыл багажник. Вынул зарядное устройство. Вставил в розетку, дождался когда побегут зеленые огоньки. Вставил в машину, дождался пока замигает зеленым. Пошел спать. Минута-полторы на все про все.

Не уверен в возможности уличной установки. Визуально на IP44 не очень похоже, реально - надо читать спецификации. Варианты выкрутиться точно есть.

Вариант 3. Wall connector.

Процесс организации практически полностью аналогичен варианту 2.
Отличия:
- бойцам-электрикам и бойцам ставится боевая задача обеспечить 80 ампер на одной фазе. Возможно, бойцы с этой задачей не справятся, 80А это много. Тогда можно ограничиться 40А.
- вместо розетки NEMA 14-50 на стену вешается настенное зарядное устройство.

Процедура зарядки существенно упрощается. Снял со стены штекер, воткнул в машину, пошел спать. Секунд 15 и никаких проводов под ногами.
Время полной зарядки (если удастся организовать 80А) сокращается до 5-6 часов.
Уличное исполнение - да. Защита IP44.
Важный момент - убедиться при заказе что тесла умеет заряжаться током 80А. Если не умеет - вопрос потенциально можно решить заменой блока зарядки в тесле.
Но он дорогущий, проще купить не эту а другую теслу, где блок стоит штатно.

Для обособленно живущих замкадышей также доступна опция зарядки от однофазного дизеля. Особенностей абсолютно никаких, с коммутацией легко справится боец-электрик.

Пока это всё что есть.
Пока в России нет ни суперчарджеров (110КВт мощность, заряжает за 40 минут) ни станций battery swap (меняют батарейку на новую заряженную за 2 минуты).
Все будет. Год-два максимум.
Никаких технических сложностей нет, особенно в суперчарджерах. Вопрос ровно в том когда Элон Маск вспомнит про poor Russia. Скоро вспомнит, скоро :)

Что еще надо учитывать.
Что реальный расход электричества, в режиме уличных гонок (по-другому я на ней пока не езжу) в 1.5 раза выше номинального. Запас соответственно не 400 км, а 250-300.
Что реальный дневной пробег типового внутримкпадыша - в пределах 100-150км. Замкадыши ездят 150-200км. Соответственно каждый день нужно заряжать не всю батарею а половинку или 2/3. И не 10 часов, а 5-6-7.

Это всё. Больше никаких особенностей и откровений.
Просто каждый вечер ставим на зарядку айфон, айпад, макбук и теслу.

Жми на кнопку, чтобы подписаться на "Как это сделано"!

Если у вас есть производство или сервис, о котором вы хотите рассказать нашим читателям, пишите Аслану ([email protected]) и мы сделаем самый лучший репортаж, который увидят не только читатели сообщества, но и сайта Как это сделано

Подписывайтесь также на наши группы в фейсбуке, вконтакте, одноклассниках, в ютюбе и инстаграме, где будут выкладываться самое интересное из сообщества, плюс видео о том, как это сделано, устроено и работает.

Жми на иконку и подписывайся!

- http://kak_eto_sdelano.livejournal.com/
- https://www.facebook.com/kaketosdelano/
- https://www.youtube.com/kaketosdelano
- https://vk.com/kaketosdelano
- https://ok.ru/kaketosdelano
- https://twitter.com/kaketosdelano
- https://www.instagram.com/kaketosdelano/

Официальный сайт - http://ikaketosdelano.ru/

Мой блог - http://aslan.livejournal.com
Инстаграм - https://www.instagram.com/aslanfoto/
Facebook - https://www.facebook.com/aslanfoto/
Вконтакте - https://vk.com/aslanfoto


Как работает автопилот Tesla в 2021 году

Благодаря смелым инновационным решениям Tesla Motors, автомобиль стал не просто средством передвижения, а способом неограниченной мобильности своего владельца. Этот робот на колёсах способен трудиться 24 часа в сутки и помогает присутствовать своему хозяину одновременно в нескольких местах – на дороге, в офисе, онлайн и чувствовать себя словно в уютном кресле родного дома с помощью удивительной технологии будущего – автопилота.

Как устроен и как работает автопилот в электромобилях Тесла, давайте разбираться!

Что такое автопилот Tesla

Автопилот — это усовершенствованная система помощи водителю, повышающая безопасность и удобство за рулём. При правильном использовании автопилот снижает общую нагрузку на водителя при помощи 8 внешних камер, радара, 12 ультразвуковых датчиков и мощного бортового компьютера, который обеспечивают дополнительный уровень безопасности в путешествии.

Автомобили Tesla, выпущенные в период с сентября 2014 года по октябрь 2016 года, были оснащены одной камерой и менее мощными радарными и ультразвуковыми датчиками. Автопилот давал возможность полного самостоятельного вождения для водителя, который держит руки на руле и готов взять на себя управление в любой момент.

Этот функционал был заложен в качестве основы для того, чтобы со временем создать полностью автономный и безопасный электромобиль. Начиная с 2016 года компания довела систему автопилотирования до версии 7.1, что значительно расширив функционал.

Функции автопилота Tesla

Автопилот — это платный комплекс расширенных функций помощи водителю, который можно приобрести перед покупкой автомобиля или после того, как он был передан владельцу. В него, входят такие системы:

  • Круиз-контроль, регулирующий скорость вашего автомобиля и дистанцию в потоке с другими автомобилями.
  • Автоуправление, отвечающее за самостоятельные вращения рулевого колеса, например, для поворота по назначенному маршруту или перестроения по полосам.
  • Навигация, которая активно направляет ваш автомобиль по маршруту, выбирая оптимальные полосы движения.
  • Автоматическое включение указателя поворота и самостоятельный безопасный съезд с трассы.
  • Автопарковка, которая помогает припарковать электромобиль Tesla в оптимальном месте или выехать из него.
  • Дистанционное перемещение электромобиля в ограниченном пространстве с помощью мобильного приложения или ключа. Автомобиль самостоятельно без водителя находит место для стоянки и после вызова приезжает к владельцу.
  • Распознавание светофоров и дорожных указателей и следование им.

На сегодня часть этих функций требует активного наблюдения со стороны водителя и пока не позволяют сделать автомобиль на 100% автономным. Но, по мере накопления опыта система совершенствуется.

Илон Маск, глава Тесла и идейный вдохновитель автономного вождения

Каким бы безупречным ни был автопилот он не будет идеальным на 100%

Принцип работы автопилота Tesla

Автопилот Tesla функционирует с помощью систем ультразвуковых датчиков, комплекта радаров и камер кругового обзора с различным сектором и глубиной видеофиксации.  Двенадцать сенсоров объемного сканирования контролируют зону вокруг автомобиля на 360 градусов на расстоянии до 250 метров, позволяя обнаруживать объекты любой формы и размера, как неподвижные, так и движущиеся. Фронтальный радар с улучшенной обработкой предоставляет дополнительные данные на максимальном расстоянии до 160 метров впереди, которая позволяет видеть сквозь сильный дождь, туман, пыль и даже заглядывать через впереди идущий автомобиль.

Ультразвуковые датчики

Датчики выполняют роль ультразвуковых радаров и сканируют периметр в радиусе до 10 метров вокруг автомобиля для обнаружения препятствий во время парковки или другого транспортного средства в потоке.

Радар

Этот прибор посылает длинные волны на расстояние до 160 метров, он обнаруживает препятствия на больших скоростях и дает сигнал системе адаптивного круиз-контроля для регулирования скорости автомобиля и дистанции до впереди идущего транспортного средства.

Камера заднего вида

Оптическая камера имеет широкий угол обзора и работает для маневрирования задним ходом и выдает на центральный монитор изображение с оцифрованными линиями разметки и траекторией поворота.

Боковые камеры заднего вида

Основное назначени камер бокового обзора для мониторинга слепых зон. Информация с камер поступает на блок управления рулевым колесом при перестроении автомобиля в потоке. В случае обнаружения препятствия автомобиль воздержится от минерва.

Передние боковые камеры

Назначение этих камер — мониторить 90-градусный угол обзора по боками автомобиля для поворота или разворота, а также замечать, когда соседний автомобиль планирует перестроиться на полосу движения. Для избежания столкновения автомобиль сможет самостоятельно отклонить рулевое колесо и снизить скорость.

Фронтальные камеры

Комплект фронтальных камер состоит из трех камер разного угла и дальности обзора для обнаружения разметки, знаков дорожного движения и светофоров. Широкоугольная камера также следит за движением пешеходов и дает информацию автомобилю, когда необходимо остановиться для пропускания человека или животного. Фронтальная камера с узким углом охвата имеет самую большую дальность обзора (до 250 метров) для движения на шоссе. Камера среднего угла обзора работает в основном на городских скоростях. Информация с камер поступает в блоки рулевого управления, тормозной системы и системы управления двигателем.

Еще по теме: Нарушители на «электричках» — нужны ли права на электромобиль?

Обучение автопилота Tesla

Как человек приобретает знания и формирует навыки с помощью органов чувств, так и автопилот Tesla обучается с помощью чувствительных датчиков и камер-глаз наблюдения.

Все входящие данные с органов восприятия сохраняются и обрабатываются в бортовом компьютере – носителе искусственного интеллекта электромобилей Tesla. Вычислительная мощность “автомобильного мозга” более чем в 40 раз превышает вычислительную мощность предыдущего поколения первых годов выпуска.

Бортовой компьютер управляет нейронной сетью, разработанной Tesla, для обработки изображений, сонаров и радаров. Эта система обеспечивает связь с внешним миром, уследить за которым водитель на 100% не сможет в одиночку. Комплекс активной безопасности Tesla способен контролировать ситуацию одновременно во всех направлениях и на длинах волн, которые выходят далеко за пределы человеческих чувств.

Уровни автономности

По классификации SAE International систем помощи водителю существует шесть уровней автономности:

Уровень 0

Автомобиль полностью управляется и контролируется водителем. Из электронных помощников этого уровня доступен только круиз-контроль, поддерживающий постоянную скорость.

Уровень 1

На этом уровне возможности круиз-контроля расширяются до адаптивного функционала. Автомобиль умеет выбирать безопасную дистанцию до впереди идущего автомобиля и менять скорость вплоть до полной остановки и после этого возобновлять движение, а также сканировать зону позади автомобиля, предупреждая водителя о наезде сзади.

Уровень 2

Система может вмешиваться в рулевое управление, например, при удержании автомобиля в пределах разметки полосы движения или объезде внезапно возникшего препятствия. Фактически автомобиль едет самостоятельно, но водителю необходимо держать руки на рулевом ободе и включать внешнее освещение.

Уровень 3

На этом уровне электроника способна контролировать автомобиль в основных штатных ситуациях. Водителю не обязательно держать руки на руле, но необходимо быть также внимательным.

Уровень4

Автопилот берет на себя полный контроль, позволяя водителю не вмешиваться в процесс управления, и лишь контролировать процесс управления. Система включает освещение, поворотники, выбирает оптимальный маршрут по навигации и заранее предупреждает о ситуациях, в которых не способна принять правильное решение.

Уровень 5

Предполагает полную автоматизацию, где в транспортном средстве отсутствуют видимые традиционные органы управления. Системы этого уровня находятся на этапе проектов и не доступны в тестовых автомобилях.

Читайте также: Электрокар для кибер-фанов MG Cyberster засветился в тизере

Ограничения в работе автопилота Tesla

Автопилот Tesla не является полностью самостоятельным органом управления. Это скорее функция расширенной активной безопасности. Поэтому, чтобы водитель мог чувствовать себя спокойнее за рулем электромобиля Tesla, ему необходимо помнить о ряде ограничений, указанных в инструкции по эксплуатации:

  1. Всегда держать руки на рулевом колесе.
  2. Придерживаться средних полос на автомагистрали.
  3. При движении в жилой зоне необходимо отключать автопилот на скоростях до 20 км/ч.
  4. Соблюдать скоростной режим движения в городе.
  5. При движении в темноте, пользоваться автопилотом можно только на шоссе с четкой разметкой и установленными вдоль трассы ограждениями.
  6. При сильном снегопаде или дожде автопилот может некорректно распознавать препятствия и знаки дорожного движения.

Тестирование беспилотных электромобилей Tesla

Современные автопилотные комплексы проходят миллионы часов тестирования перед внедрением в производство. На первом этапе инженеры тестируют систему на компьютере, закладывая всевозможные алгоритмы дорожного движения.

На втором — система тестируется на закрытом полигоне на одном из серийных автомобилей. На этом этапе испытатели стараются создать внештатные ситуации, например, ослепить камеры или вызвать помехи ультразвуковых датчиков. Накопленные ошибки работы системы позволяют усовершенствовать ее до отправки автомобиля на дороги общего пользования.

При тестировании на дорогах в потоке, автомобиль, оснащенный тестовой версией автопилота, сопровождают местные органы полиции на заранее оговоренных участках дорог. Инженеры устанавливают в автомобиль дополнительные комплекты для обработки информации о работе всех систем. Специально обученный тест-пилот готов в любую секунду вмешаться в работу системы.

Сертификация автопилотов Tesla

После всех этапов тестирования электромобили Tesla проходят сертификацию – допуск серийных автомобилей на дороги общего пользования. Фактически процесс сертификации ничем не отличается от сертификации прочих систем автомобиля, за исключением отдельной проверки радарных частот и сверки соответствия оптических приборов требованиям безопасности. В каждой стране, где будет продаваться автомобиль с автопилотом необходимо проходить новую сертификацию.

ДТП с автопилотом

Автопилот Tesla не является абсолютно автономным искусственным интеллектом 5 уровня, и требует контроля со стороны водителя. К сожалению, водители, не понимающие этого, вынуждены платить высокую цену.

В результате того, что камера на Tesla Model X не распознала малоконтрастные полосы движения и треугольный разделитель на шоссе, погиб владелец Tesla Уолтер Хуанг в марте 2018 года. В следствие ошибки системы его Model X направилась в бетонный разделитель на скорости 70 миль в час. Водитель полностью доверился электронике вместо того, чтобы контролировать поведение автопилота.

Другим примером пренебрежения мерами безопасности стало ДТП на Тайване, когда водитель Tesla Model 3 на скорости около 200 км в час врезался в лежащий на боку грузовик. Электроника не распознала реальную угрозу и даже не дала команду на снижение скорости.

Будущее автопилота Tesla

Технология полного автопилотирования рано или поздно ожидает нас в будущем. По словам Илона Маска компания Tesla стремится создать автомобиль 5 поколения, в котором не нужно будет присутствие водителя.

Одним из признаков этой тенденции стало недавнее обновление Model S и Model X, на которых уже установлен руль прямоугольной формы типа штурвала, намекая на то, что этот орган управления уже готов воспринимать намерения водителя повернуть и выбирать самостоятельно угол поворота колёс в зависимости от заданного маршрута и показаний системы сенсоров.

По мере внедрения всех этих систем, инженеры Tesla постоянно тестируют уже выпущенные автомобили онлайн, собирая необходимую базу данных об ошибках, характере поведения и обучая бортовые компьютеры электромобилей. Кроме того, с помощью своевременного обновления, главный сервер компании регулярно устанавливает более совершенный софт на уже выпущенные электромобили.

Кроме апгрейда существующей электроники, производитель призывают правительства стран к развитию инфраструктуры. Это наличие чёткой разметки, создание безопасных разделителей полос, установка и должное содержание дорожных знаков и осветительных приборов, а также своевременный обмен с производителями электромобилей информацией об изменениях дорожных условий.

Будет интересно: Как правильно заряжать Tesla: простые, но эффективные рекомендации

И еще: Советы о том, как продлить срок службы батареи электрокара — насколько это возможно?

В каких автомобилях есть автопилот?

Системы автопилотирования разрабатывает все крупные автопроизводители, такие как Audi, Porsche, Mercedes, Tesla. Кроме того, компании Google, благодаря огромной базе данных о дорогах, удаётся продвинуться дальше именитых брендов. Так, например, дочернее предприятие Google компания Waymo добилась неплохих результатов по внедрению автопилота 4 уровня. Единственным ограничением для серийного производства на сегодня является правовое регулирование ответственности в случае ДТП.

Когда изобрели автопилот для автомобилей?

Первые автопилотные проекты появились на тестовых автомобилях около 13 лет назад. Автомобили были под завязку напичканы электроникой и страхующим оборудованием и могли ездить только по заранее записанному маршруту на закрытом полигоне.

Можно ли не контролировать работу автопилота при поездке?

Включая автопилотные функции, водитель обязан контролировать систему во избежание последствий сбоя электроники или некорректных реакций автопилота во время внештатных ситуаций.

Разрешено ли в мире движение на автопилоте без водителя?

На сегодня в мире запрещено движение автомобилей на дорогах общего пользования без водителя.

Будет ли виноват водитель в аварии при автопилотировании?

Согласно международному законодательству, водитель автомобиля, спровоцировавшего ДТП, в случае доказательства его вины, несет полную материальную административную и уголовную ответственность. Наличие систем активной безопасности, к которым и принадлежит автопилот, не смягчает вину того, кто находился за рулем. Если в момент совершения ДТП, водитель не находился за рулем, ответственность несет лицо, на которое зарегистрировано транспортное средство.

Тяговые литий-ионные батареи Tesla, что внутри?

Тяговые литий-ионные батареи Tesla, что внутри?

 

   Тесла Моторс является создателем поистине революционных экомобилей - электромобилей, которые не только выпускаются серийно, но и обладают уникальными показателями, позволяющими их использование буквально ежедневно. Сегодня мы заглянем внутрь тяговой аккумуляторной батареи электромобиля Tesla Model S,  узнаем, как она устроена и раскроем магию успеха этой  аккумуляторной батареи.

 

   Поставка батарей клиентам осуществляется в таких вот ящиках из ОСБ.

   Самая крупная и дорогая запчасть для Tesla Model S – блок тяговой аккумуляторной батареи.

   Блок тяговой аккумуляторной батареи находится в днище автомобиля (по сути это пол электромобиля - машины), за счёт чего Tesla Model S имеет очень низкий центр тяжести и великолепную управляемость. Батарея крепится к силовой части кузова при помощи мощных кронштейнов (см. фото ниже) или выполняет роль силовой – несущей части кузова авто.

 

 

      По данным североамериканского Агентства по защите окружающей US Environmental Protection Agency (EPA) одного заряда тяговой литий-ионной аккумуляторной батареи Tesla с номинальным напряжением 400В DC, ёмкостью 85 кВт·ч хватает на 265 миль (426 км) пробега, что позволяет преодолевать наибольшую дистанцию среди подобных электромобилей. При этом от 0 до 100 км/ч подобная машина разгоняется всего за 4,4 секунды.

 

   Секрет успеха Tesla Model S – это высокоэффективные цилиндрические литий-ионные батареи высокой энергоёмкости, поставщик базовых элементов известная японская фирма Panasonic.  Вокруг этих батарей ходит немало слухов.

                                             Один из них – это не влезай, убьёт!

   Один из владельцев и энтузиастов Tesla Model S из США решил полностью разобрать использованную батарею для Tesla Model S энергоёмкостью 85 кВт·ч, чтобы детально изучить её конструкцию. Кстати, её стоимость, как запчасти, в США составляет 12 000 USD.

   Сверху блок батареи размещено тепло и звука изоляционное покрытие, которое закрывается толстой полиэтиленовой плёнкой. Снимаем это покрытие, в виде ковра и готовимся к разборке. Для работы с батареей необходимо иметь изолированный инструмент и пользоваться резиновой обувью, и резиновыми защитными перчатками.

 

                                                                     

                                            Батарея Tesla. Разбираем!

    Тяговая аккумуляторная батарея Tesla (блок тяговой аккумуляторной батареи) состоит 16 батарейных модулей, каждый  номинальным напряжением 25В (исполнение батарейного блока - IP56). Шестнадцать батарейных модулей соединены последовательно в батарею с номинальным напряжением 400В. Каждый батарейный модуль состоит из 444 элементов (аккумуляторов) 18650 Panasonic (вес одного аккумулятора 46 г), которые соединены по схеме 6s74p (6 элементов последовательно и 74 таких групп параллельно). Всего в тяговой аккумуляторной батарее Tesla – 7104 таких элементов (аккумуляторов). Батарея защищена от окружающей среды посредством использования металлического корпуса с алюминиевой крышкой. На внутренней стороне общей алюминиевой крышки имеются пластиковые накладки, в виде плёнки. Общая алюминиевая крышка крепится винтами с металлическими, и резиновыми прокладками, которые герметизируются, дополнительно силиконовым герметиком.  Блок тяговой аккумуляторной батареи разделен на 14 отсеков, в каждом отсеке размещен батарейный модуль. В каждом отсеке сверху и снизу батарейных модулей размещены листы прессованной слюды. Листы слюды обеспечивают хорошую изоляцию батареи электрическую, и тепловую от корпуса электромобиля. Отдельно спереди батареи под своей крышкой размещены два таких же батарейных модуля. В каждом из 16 батарейных модулей имеется встроенный блок BMU, который соединён с общей системой BMS, которая управляет работой, следит за параметрами, а так же обеспечивает защиту всей аккумуляторной батареи. Общие выводные клеммы (терминал) находится в задней части блока тяговой батареи.

  

 

   До того, как полностью её разобрать, было замерено электрическое напряжение (оно составили около 313,8В), что говорит о том, что батарея разряжена, но находится в рабочем состоянии.

   Батарейные модули отличается высокой плотностью элементов (аккумуляторов) 18650 Panasonic, которые там размещены и точностью подгонки деталей. Весь процесс сборки на заводе Tesla проходит в полностью стерильном помещении, с использованием роботов, выдерживается даже определенная температура и влажность.

   Каждый батарейный модуль  состоит из 444 элементов (аккумуляторов), которые по виду крайне схожих с простыми пальчиковыми батарейками  - это литий-ионные цилиндрические аккумуляторы 18650, производства компании Panasonic. Энергоемкость каждого батарейного модуля из таких элементов составляет 5,3 кВт·ч.

   В аккумуляторах 18650 Panasonic положительный электрод - графит, а отрицательный электрод - никель, кобальт и оксид алюминия.

   Тяговая аккумуляторная батарея Tesla весит 540 кг, а её размеры равны 210 см в длину, 150 см в ширину, и 15 см в толщину. Количество энергии (5,3 кВт·ч), вырабатываемой всего одним блоком (из 16 батарейных модулей), равно количеству, производимому сотней аккумуляторов от 100 портативных компьютеров. К минусу каждого элемента (аккумулятора) в качестве соединителя припаяна проволочка (внешний токовый ограничитель), который при превышении тока (или при коротком замыкании) сгорает и защищает цепь, при этом не работает только группа (из 6 аккумуляторов), в которой был этот элемент, все остальные аккумуляторы продолжают работать.

   Тяговая аккумуляторная батарея Tesla охлаждается и подогревается с помощью жидкостной системы на основе антифриза.

   При сборке своих батарей Тесла применяет элементы (аккумуляторы), произведенные компанией Panasonic в различных странах, таких, как Индия, КНР и Мексика. Финальная доработка и размещение в корпус батарейного отсека, производятся в Соединенных Штатах. Компания Tesla предоставляет гарантийной обслуживание своей продукции (в том числе и  аккумуляторной батареи) на срок до 8 лет.

  На фото (сверху) элементы - аккумуляторы 18650 Panasonic (завальцовка у элементов со стороны плюса «+»).

  Таким образом, мы узнали, из чего состоит тяговая аккумуляторная батарея Tesla Model S.

Благодарим за внимание!

асинхронный, синхронный или на постоянных магнитах?

Можно ли буксировать электромобили? Зависит от типа двигателя. Да, бывают разные. Если вы только собираетесь покупать электрокар, то знайте: до полной разрядки его лучше не доводить. И вот почему

Автомобили с двигателями внутреннего сгорания допускают буксировку. Если у вас механическая коробка передач, то это самое простое дело: ставите нейтраль в коробке передач или выжимаете сцепление – и ваш мотор оказывается физически отключен от колес, а машина превращается в обычную телегу: тяни не хочу.

С автоматами чуть сложнее, в них полного разрыва связи между колесами и мотором не предусмотрено. Но и они в режиме N позволяют буксировать машину на короткие расстояния и с невысокой скоростью.

Однако в инструкциях к электромобилям вы прочтете, что буксировка или не допускается вовсе, или, как в случае с современными моделями Tesla, допускается со скоростью не более 5 км/ч на расстояние не более 10 метров: иными словами, вы в праве только оттолкать сломанную машину на обочину.

А может ли быть иначе? Да, старые модели Tesla такое позволяли. Как и GM EV1 – легенда электрокаров 90-х годов прошлого века. Так в чем же дело? В типе электрических двигателей. Или, если уж говорить совсем правильно, электрических машин, так как в электромобилях эти устройства служат не только двигателями, но и генераторами. И на современных типах электрокаров встречается три типа таких устройств. Но для начала немного истории.

В 1821 году британский ученый Майкл Фарадей в своей статье впервые описал основные принципы преобразования электроэнергии в движение. Фарадей уже знал, что электрический ток, проходя через проволоку, создает магнитное поле. Закрученный в катушку, такой провод становится электромагнитом.

Он также знал, что противоположные полюса магнитов притягиваются, а одинаковые – отталкиваются. В электромагнитах же полярность зависит от направления движения тока, то есть ее можно быстро менять. И вот что придумал Фарадей. Берем магнит, который движется к другому. В последний момент полярность меняется, но рядом расположен третий магнит, к которому можно тянуться. Затем четвертый, пятый. Эти разнополярные магниты выстроены в линию. И если ее закольцевать, движение будет идти по кругу до тех пор, пока сквозь электромагниты идет ток и пока его направление не перестает меняться.

Чтобы понять, как это действует, представьте, что у вас в руках два школьных магнита в форме подковы или буквы U – помните, были такие. Если их повернуть друг к другу взаимоотталкивающимися полюсами, то они будут стремиться сделать полуоборот, чтобы снова друг к другу притянуться. А теперь представьте, что их полюса постоянно меняются местами: тогда они станут вертеться друг относительно друга. Это и есть электродвигатель.

Так впервые был описан принцип действия всех электромоторов в целом и самого древнего в частности: того, который работает от постоянного тока и использует с одной стороны постоянные магниты из намагниченного сплава, а с другой – переменные электромагниты. Это наш первый герой: мотор-генератор постоянного тока на перманентных магнитах.

Изобретения Фарадея были развиты его полседователями, в частности изобретателем электрической лампочки Томасом Эдисоном. Эдисон усовершенствовал генераторы постоянного тока и стал пионером в электрификации Нью-Йорка. В 1884 году на пороге его кабинета появился молодой сербский инженер. Звали иммигранта Никола Тесла.

Тесла предложил улучшить конструкцию Эдисона и попросил за работу 50 тысяч долларов – баснословная в те времена сумма. По легенде Эдисон согласился, но когда Тесла действительно существенно улучшил существующую модель, любимец Америки просто кинул безвестного сербского эмигранта.

Тесла рассердился и отправился к главному конкуренту, адепту переменного тока Джорджу Вестингаузу. Так началась «Война токов», окончательно проигранная постоянным током только в 2007 году, когда Нью-Йорк последним из городов перешел на ток переменный.

Генераторы Эдисона вырабатывали электричество с напряжением, близким к потребительскому: 100-200 вольт. Это удобно для домов, но его сложно передавать на большие расстояния из-за сопротивления проводов. Тут было два решения: увеличивать диаметр кабелей или повышать напряжение. Первый вариант позволял делать линии длинной 1,5 километра. Да, совсем немного. Второй вариант был невозможен из-за отсутствия в те годы эффективных способов повышения напряжения постоянного тока.

Однако еще в 1876 году русский ученый Павел Яблочков изобрел трансформатор, меняющий напряжение переменного тока. Подача энергии на большие расстояния перестала быть проблемой.

Но была другая проблема. Лампочкам Эдисона все равно от какого тока питаться: постоянного или переменного. А вот с электродвигателями сложнее: они в те годы требовали только постоянного. В 1888 году Тесла запатентовал в США асинхронный электрический двигатель переменного тока. Он же изобрел и синхронный генератор, впоследствии использованный и как двигатель. Это второй и третий герои нашей статьи.

Так поговорим же о них поподробнее

Если в детстве вам доводилось разбирать игрушечные электрические машинки, то вы должны помнить устройство их простейших двигателей. Для остальных напомним. Все применяемые в электромобилях моторы состоят из двух частей: неподвижного статора и вращающегося ротора.

В игрушечных машинах на статоре стоят постоянные магниты, а на роторе – электрические переменные. При вращении на них через специальные щетки подается постоянный ток от батареек, и их последовательное включение и обеспечивает движение.

Похожая конструкция встречается практически у всех электромобилей. С одним отличием: на роторе там стоят постоянные магниты, а на статоре, напротив, электрические и переменные. Так в том числе можно избавиться от щеток: одного из немногих элементов электродвигателя, который подвержен износу.

Преимущество моторов на постоянных машинах в том, что они легкие, компактные, мощные, эффективные, работают от вырабатываемого аккумуляторами постоянного тока… так, стоп! А какие недостатки?

Недостаток прост. Таким моторам не хватает тяги. Так перейдем же к асинхронным инверсионным моторам переменного тока.

Бородатый анекдот про умирающего мастера заваривать чай, который делился своим секретом словами «не жалейте заварки» – это прям притча про компанию Tesla. Вопреки расхожему мнению, ее основал не Илон Маск (он позже стал главным инвестором и владельцем), а Мартин Эберхард и его партнер Марк Тарпенинг.

Эти двое придумали немыслимое. Создать не тихоходный, эффективный и относительно дешевый электрокар, а дорогой, быстрый и клевый. Маск же первым идею оценил и быстро прибрал ее к рукам.

Имя компании Tesla не случайно. Одной из ее технических революций стало использование асинхронного двигателя без постоянных магнитов, работающего на переменном токе – того самого, который изобрел Никола Тесла. Эта конструкция дороже как сама по себе, так и благодаря необходимости в установке преобразователя постоянного тока от батареи в переменный для электродвигателя. Успешное решение данной задачи и стало первым из множества теперь уже легендарных прорывов «Теслы».

Благодаря мощному асинхронному мотору электрокары Tesla с самого начала были очень динамичным, что стало ключевой причиной роста их популярности. В таком моторе переменный ток в обмотке статора создает вращающееся магнитное поле. Оно вызывает индукцию в роторе, заставляя его вращаться чуть медленнее, чем вращение самого поля – поэтому двигатель и называется асинхронным. Если скорости вращения синхронизируются, поле перестает создавать в роторе индукцию, и он начинает замедляться, рассинхронизируясь обратно. Важно заметить, что собственно на ротор никакого электричества напрямую не подается.

Итак, есть еще третий тип электрического двигателя, который встречается в современных электромобилях: синхронный на электромагнитах. Он похож по устройству на двигатели с постоянными магнитами на роторе, только эти магниты – электрические. На них подается постоянный ток, так что полярность магнитов ротора остается неизменной. А вот полярность магнитов статора, напротив, меняется, что и обеспечивает вращение.

Такие синхронные моторы на электромагнитах славятся своей способностью обеспечивать стабильность оборотов и ставятся, обычно, на всякие установки вроде насосов. А еще… на электрокар Renault Zoe. Зачем? Честно сказать, найти быстрый ответ на этот вопрос не получилось. Можем лишь предположить, что это связано с лучшей способностью такого двигателя служить генератором, рекуперируя энергию торможения. Мотор на Zoe не самый мощный, а мощным генератором он быть обязан.

Так что же лучше? Большинство автоконцернов выбирает моторы на постоянных магнитах: они эффективнее. Tesla в первые годы настаивала на асинхронных моторах. Но потом… сделала ставку на двух моторную полнопривродную схему, в которой асинхронный мотор обеспечивает динамику, а двигатель на постоянных магнитах гарантирует низкий расход энергии при небольших нагрузках. И только Renault… ну вы поняли.

А теперь о том, что ждет нас дальше. При буксировке даже обесточенный двигатель на постоянных магнитах тут же начинает работать как генератор, что чревато перегревом и возгоранием энергосистемы электромобиля. В синхронных моторах Renault оставшейся магнетизм в роторе также способен вызвать индукцию в катушках статора, ну и пошло поехало – генерация тока, перегрев, пожар.

И только асинхронные двигатели, когда их статоры не под напряжением, не являются генераторами: их можно буксировать.

Так вот, современная тенденция такова. Моторы на постоянных магнитах становятся все мощнее и тяговитее, оставаясь самыми эффективными. Производители постепенно переходят на них. Но придумать, как машины с ними безопасно буксировать инженерам еще предстоит. Пока они декларируют принцип «Наши электромобили не ломаются и в буксировке не нуждаются». Но звучит не больно убедительно.

Схема трансформатора Тесла. Трансформатор Тесла

Катушка Тесла – это резонансный трансформатор, который создает высокое напряжение высокой частоты. Изобретен Теслой в 1896 году. Работа этого устройства вызывает очень красивые эффекты, подобные управляемой молнии, а их размеры и сила зависят от питаемого напряжения и электрической схемы.

В домашних условиях сделать катушку Тесла несложно, при этом эффекты ее очень красивые. Готовые и мощные такие приборы продаются в этом китайском магазине .

Не используя провода, с помощью предлагаемого высокочастотного трансформатора можно поддерживать свечение газонаполненных ламп (к примеру лампы дневного света). Кроме того, на конце обмотки формируется красивая высоковольтная искра, к которой можно прикасаться руками. Вследствие того, что входное напряжение на представленном генераторе будет невысоким, он относительно безопасен.

Техника безопасности при работе представленной схемы катушки Тесла

Помните, что нельзя включать это устройство около телефонов, компьютеров и других электронных аппаратов, так как они могут выйти из строя под действием его излучения.

Простая схема генератора Теслы

Для сборки схемы необходимы:

1. Медный эмалированный провод толщиной 0,1-0,3 мм, длиной 200 м.

2. Пластиковая труба диаметром 4-7 cм, длиной 15 см для каркаса вторичной обмотки.

3. Пластиковая труба диаметром 7-10 cм, длиной 3-5 см для каркаса первичной обмотки.

4. Радиодетали: транзистор D13007 и охлаждающий радиатор для него; переменный резистор на 50 кОм; постоянный резистор на 75 Ом и 0,25 вт; блок питания напряжением на выходе 12-18 вольт и током 0,5 ампера;
5. Паяльник, оловянный припой и канифоль.

Подобрав нужные детали, начните с намотки катушки. Наматывать следует на каркас виток к витку без перехлёстов и заметных пробелов, примерно 1000 витков, но не менее 600. После этого нужно обеспечить изоляцию и закрепить намотку, лучше всего для этого использовать лак, которым покрыть обмотку в несколько слоёв.

Для первичной обмотки (L1) используется более толстый провод диаметром 0,6 мм и более, обмотка 5-12 витков, каркас для неё подбирается хотя бы на 5мм толще вторичной обмотки.

Далее соберите схему, как на рисунке выше. Транзистор подойдет любой NPN, можно и PNP, но в этом случае необходимо поменять полярность питания, автор схемы использовал BUT11AF, из отечественных, которые ничем не уступают, хорошо подходят КТ819, КТ805.
Для питания качера – любой блок питания 12-30В с током от 0,3 А.

Параметры авторской обмотки Тесла

Вторичная – 700 витков проводом толщиной 0,15 мм на каркасе 4 см.
Первичная – 5 витков проводом 1,5мм на каркасе 5 см.
Питание – 12-24 В с током до 1 А.

Видео канала “How-todo”.

Катушка Тесла представляет собой высокочастотный резонансный трансформатор без ферромагнитного сердечника, с помощью которого можно получить высокое напряжение на вторичной обмотке. Под действием высокого напряжения в воздухе происходит электрический пробой, подобно разряду молнии. Устройство изобретено Николой Теслой, и носит его имя.

По типу коммутирующего элемента первичного контура, катушки Тесла подразделяются на искровые (SGTC – Spark gap Tesla coil), транзисторные (SSTC – Solid state Tesla coil, DRSSTC – Dual resonant solid state Tesla coil). Я буду рассматривать только искровые катушки, являющиеся самыми простыми и распространенными. По способу заряда контурного конденсатора, искровые катушки делятся на 2 типа: ACSGTC – Spark gap Tesla coil, а также DCSGTC – Spark gap Tesla coil. В первом варианте, заряд конденсатора осуществляется переменным напряжением, во втором используется резонансный заряд с подведением постоянного напряжения.


Сама катушка представляет собой конструкцию из двух обмоток и тора. Вторичная обмотка цилиндрическая, наматывается на диэлектрической трубе медным обмоточным проводом, в один слой виток к витку, и имеет обычно 500-1500 витков. Оптимальное соотношение диаметра и длины обмотки равно 1:3,5 – 1:6. Для увеличения электрической и механической прочности, обмотку покрывают эпоксидным клеем или полиуретановым лаком. Обычно размеры вторичной обмотки определяют исходя из мощности источника питания, то есть высоковольтного трансформатора. Определив диаметр обмотки, из оптимального соотношения находят длину. Далее подбирают диаметр обмоточного провода, так чтобы количество витков примерно равнялось общепринятому значению. В качестве диэлектрической трубы обычно применяют канализационные пластиковые трубы, но можно изготовить и самодельную трубу, при помощи листов чертежного ватмана и эпоксидного клея. Здесь и далее речь идет о средних катушках, мощностью от 1 кВт и диаметром вторичной обмотки от 10 см.

На верхний конец трубы вторичной обмотки устанавливают полый проводящий тор, обычно выполненный из алюминиевой гофрированной трубы для отвода горячих газов. В основном диаметр трубы подбирают равным диаметру вторичной обмотки. Диаметр тора обычно составляет 0,5-0,9 от длины вторичной обмотки. Тор имеет электрическую емкость, которая определяется его геометрическими размерами, и выступает в роли конденсатора.

Первичная обмотка располагается у нижнего основания вторичной обмотки, и имеет спиральную плоскую или коническую форму. Обычно состоит из 5-20 витков толстого медного или алюминиевого провода. В обмотке протекают высокочастотные токи, вследствие чего скин-эффект может иметь значительное влияние. Из-за высокой частоты ток распределяется преимущественно в поверхностном слое проводника, тем самым уменьшается эффективная площадь поперечного сечения проводника, что приводит к увеличению активного сопротивления и уменьшению амплитуды электромагнитных колебаний. Поэтому лучшим вариантом для изготовления первичной обмотки будет полая медная трубка, или плоская широкая лента. Над первичной обмоткой по внешнему диаметру иногда устанавливают незамкнутое защитное кольцо (Strike Ring) из того же проводника, и заземляют. Кольцо предназначено для предотвращения попадания разрядов в первичную обмотку. Разрыв необходим для исключения протекания тока по кольцу, иначе магнитное поле, созданное индукционным током, будет ослаблять магнитное поле первичной и вторичной обмотки. От защитного кольца можно отказаться, если заземлить один конец первичной обмотки, при этом попадание разряда не причинит вреда компонентам катушки.

Коэффициент связи между обмотками зависит от их взаимного расположения, чем они ближе, тем больше коэффициент. Для искровых катушек типичное значение коэффициента равно K=0,1-0,3. От него зависит напряжение на вторичной обмотке, чем больше коэффициент связи, тем больше напряжение. Но увеличивать коэффициент связи выше нормы не рекомендуется, так как между обмотками начнут проскакивать разряды, повреждающие вторичную обмотку.


На схеме представлен простейший вариант катушки Тесла типа ACSGTC.
Принцип действия катушки Тесла основан на явлении резонанса двух индуктивно связанных колебательных контуров. Первичный колебательный контур состоит из конденсатора С1, первичной обмотки L1, и коммутируется разрядником, в результате чего образуется замкнутый контур. Вторичный колебательный контур образован вторичной обмоткой L2 и конденсатором С2 (тор обладающий емкостью), нижний конец обмотки обязательно заземляется. При совпадении собственной частоты первичного колебательного контура с частотой вторичного колебательного контура, происходит резкое возрастание амплитуды напряжения и тока во вторичной цепи. При достаточно высоком напряжении происходит электрический пробой воздуха в виде разряда, исходящего из тора. При этом важно понимать, что представляет собой замкнутый вторичный контур. Ток вторичного контура течет по вторичной обмотке L2 и конденсатору С2 (тор), далее по воздуху и земле (так как обмотка заземлена), замкнутый контур можно описать следующим образом: земля-обмотка-тор-разряд-земля. Таким образом, захватывающие электрические разряды представляют собой часть контурного тока. При большом сопротивлении заземления разряды, исходящие из тора будут бить прямо по вторичной обмотке, что не есть хорошо, поэтому нужно делать качественное заземление.

После того как размеры вторичной обмотки и тора определены, можно посчитать собственную частоту колебаний вторичного контура. Здесь надо учитывать, что вторичная обмотка кроме индуктивности обладает некоторой емкостью из-за немалых размеров, которую надо учитывать при расчете, емкость обмотки необходимо сложить с емкостью тора. Далее надо прикинуть параметры катушки L1и конденсатора C1первичного контура, так чтобы собственная частота первичного контура была близка к частоте вторичного контура. Емкость конденсатора первичного контура обычно составляет 25-100 нФ, исходя из этого, рассчитывают количество витков первичной обмотки, в среднем должно получиться 5-20 витков. При изготовлении обмотки необходимо увеличить количество витков, по сравнению с расчетным значением, для последующей настройки катушки в резонанс. Рассчитать все эти параметры можно по стандартным формулам из учебника физики, также в сети есть книги по расчету индуктивности различных катушек. Существуют и специальные программы калькуляторы для расчета всех параметров будущей катушки Тесла.

Настройка осуществляется путем изменения индуктивности первичной обмотки, то есть один конец обмотки подсоединен к схеме, а другой никуда не подключается. Второй контакт выполняют в виде зажима, который можно перекидывать с одного витка на другой, тем самым используется не вся обмотка, а только ее часть, соответственно меняется индуктивность, и собственная частота первичного контура. Настройку выполняют во время предварительных запусков катушки, о резонансе судят по длине выдаваемых разрядов. Существует также метод холодной настройки резонанса при помощи ВЧ генератора и осциллографа или ВЧ вольтметра, при этом катушку запускать не надо. Необходимо взять на заметку, что электрический разряд обладает емкостью, вследствие чего собственная частота вторичного контура может немного уменьшаться во время работы катушки. Заземление также может оказывать небольшое влияние на частоту вторичного контура.

Разрядник является коммутирующим элементом в первичном колебательном контуре. При электрическом пробое разрядника под действием высокого напряжения, в нем образуется дуга, которая замыкает цепь первичного контура, и в нем возникают высокочастотные затухающие колебания, в течение которых напряжение на конденсаторе С1 постепенно уменьшается. После того как дуга гаснет, контурный конденсатор С1 вновь начинает заряжаться от источника питания, при следующем пробое разрядника начинается новый цикл колебаний.

Разрядник подразделяется на два типа: статический и вращающийся. Статический разрядник представляет собой два близко расположенных электрода, расстояние между которыми регулируют так чтобы электрический пробой между ними происходил в то время, когда конденсатор С1 заряжен до наибольшего напряжения, или немного меньше максимума. Ориентировочное расстояние между электродами определяют исходя из электрической прочности воздуха, которая составляет около 3 кВ/мм при стандартных условиях окружающей среды, а также зависит от формы электродов. Для переменного сетевого напряжения, частота срабатываний статического разрядника (BPS – beats per second) составит 100Гц.

Вращающийся разрядник (RSG – Rotary spark gap) выполняется на основе электродвигателя, на вал которого насажен диск с электродами, с каждой стороны диска устанавливаются статические электроды, таким образом, при вращении диска, между статическими электродами будут пролетать все электроды диска. Расстояние между электродами делают минимальным. В таком варианте можно регулировать частоту коммутаций в широких пределах управляя электродвигателем, что дает больше возможностей по настройке и управлению катушкой. Корпус двигателя необходимо заземлить, для защиты обмотки двигателя от пробоя, при попадании высоковольтного разряда.

В качестве контурного конденсатора С1 применяют конденсаторные сборки (MMC – Multi Mini Capacitor) из последовательно и параллельно соединенных высоковольтных высокочастотных конденсаторов. Обычно применяют керамические конденсаторы типа КВИ-3, а также пленочные К78-2. В последнее время намечен переход на бумажные конденсаторы типа К75-25, которые неплохо показали себя в работе. Номинальное напряжение конденсаторной сборки для надежности должно быть в 1,5-2 раза больше амплитудного напряжения источника питания. Для защиты конденсаторов от перенапряжения (высокочастотные импульсы) устанавливают воздушный разрядник параллельно всей сборке. Разрядник может представлять собой два небольших электрода.

В качестве источника питания для зарядки конденсаторов используется высоковольтный трансформатор Т1, или несколько последовательно или параллельно соединенных трансформаторов. В основном начинающие тесластроители используют трансформатор из микроволновой печи (MOT – Microwave Oven Transformer), выходное переменное напряжение которого составляет ~2,2 кВ, мощность около 800 Вт. В зависимости от номинального напряжения контурного конденсатора, МОТы соединяют последовательно от 2 до 4 штук. Применение только одного трансформатора не целесообразно, так как из-за небольшого выходного напряжения зазор в разряднике будет очень малым, итогом будут нестабильные результаты работы катушки. Моты имеют недостатки в виде слабой электропрочности, не рассчитаны для работы в длительном режиме, сильно греются при большой нагрузке, поэтому часто выходят из строя. Более разумно использовать специальные масляные трансформаторы типа ОМ, ОМП, ОМГ, которые имеют выходное напряжение 6,3 кВ, 10 кВ, и мощность 4 кВт, 10 кВт. Можно также изготовить самодельный высоковольтный трансформатор. При работе с высоковольтными трансформаторами не следует забывать о технике безопасности, высокое напряжение опасно для жизни, корпус трансформатора необходимо заземлить. При необходимости последовательно с первичной обмоткой трансформатора можно установить автотрансформатор, для регулировки напряжения зарядки контурного конденсатора. Мощность автотрансформатора должна быть не меньше мощности трансформатора T1.

Дроссель Lд в цепи питания необходим для ограничения тока короткого замыкания трансформатора при пробое разрядника. Чаще всего дроссель находится в цепи вторичной обмотки трансформатора T1. Вследствие высокого напряжения, необходимая индуктивность дросселя может принимать большие значения от единиц до десятков Генри. В таком варианте он должен обладать достаточной электропрочностью. С таким же успехом дроссель можно установить последовательно с первичной обмоткой трансформатора, соответственно здесь не требуется высокая электропрочность, необходимая индуктивность на порядок ниже, и составляет десятки, сотни миллигенри. Диаметр обмоточного провода должен быть не меньше диаметра провода первичной обмотки трансформатора. Индуктивность дросселя рассчитывают из формулы зависимости индуктивного сопротивления от частоты переменного тока.

Фильтр низких частот (ФНЧ) предназначен для исключения проникновения высокочастотных импульсов первичного контура в цепь дросселя и вторичной обмотки трансформатора, то есть для их защиты. Фильтр может быть Г-образным или П-образным. Частоту среза фильтра выбирают на порядок меньше резонансной частоты колебательных контуров катушки, но при этом частота среза должна быть намного больше частоты срабатывания разрядника.


При резонансном заряде контурного конденсатора (тип катушки – DCSGTC), используют постоянное напряжение, в отличии от ACSGTC. Напряжение вторичной обмотки трансформатора T1 выпрямляют с помощью диодного моста и сглаживают конденсатором Св. Емкость конденсатора должна быть на порядок больше емкости контурного конденсатора С1, для уменьшения пульсаций постоянного напряжения. Величина емкости обычно составляет 1-5 мкФ, номинальное напряжение для надежности выбирают в 1,5-2 раза больше амплитудного выпрямленного напряжения. Вместо одного конденсатора можно использовать конденсаторные сборки, желательно не забывая про выравнивающие резисторы при последовательном соединении нескольких конденсаторов.

В качестве диодов моста применяют последовательно соединенные высоковольтные диодные столбы типа КЦ201 и др. Номинальный ток диодных столбов должен быть больше номинального тока вторичной обмотки трансформатора. Обратное напряжение диодных столбов зависит от схемы выпрямления, по соображениям надежности обратное напряжение диодов должно быть в 2 раза больше амплитудного значения напряжения. Возможно изготовление самодельных диодных столбов путем последовательного соединения обычных выпрямительных диодов (например 1N5408, Uобр = 1000 В, Iном = 3 А), с применением выравнивающих резисторов.
Вместо стандартной схемы выпрямления и сглаживания можно собрать удвоитель напряжения из двух диодных столбов и двух конденсаторов.

Принцип работы схемы резонансного заряда основан на явлении самоиндукции дросселя Lд, а также применения диода отсечки VDо. В момент времени, когда конденсатор C1 разряжен, через дроссель начинает течь ток, возрастая по синусоидальному закону, при этом в дросселе накапливается энергия в виде магнитного поля, а конденсатор при этом заряжается, накапливая энергию в виде электрического поля. Напряжение на конденсаторе возрастает до напряжения источника питания, при этом через дроссель течет максимальный ток, и падение напряжения на нем равно нулю. При этом ток не может прекратиться мгновенно, и продолжает течь в том же направлении из-за наличия самоиндукции дросселя. Зарядка конденсатора продолжается до удвоенного значения напряжения источника питания. Диод отсечки необходим для предотвращения перетекания энергии от конденсатора обратно в источник питания, так как между конденсатором и источником питания появляется разность потенциалов равная напряжению источника питания. На самом деле напряжение на конденсаторе не достигает удвоенного значения, из-за наличия падения напряжения на диодном столбе.

Применение резонансного заряда позволяет более эффективно и равномерно передавать энергию на первичный контур, при этом для получения одинакового результата (по длине разряда), для DCSGTC требуется меньшая мощность источника питания (трансформатор Т1), чем для ACSGTC. Разряды приобретают характерный плавный изгиб, вследствие стабильного питающего напряжения, в отличии от ACSGTC, где очередное сближение электродов в RSG может приходиться по времени на любой участок синусоидального напряжения, включая попадание на нулевое или низкое напряжение и как следствие переменная длина разряда (рваный разряд).

Ниже на картинке представлены формулы для расчета параметров катушки Тесла:

Предлагаю ознакомиться с моим опытом постройки .

Знаменитый изобретатель Никола Тесла имеет немало заслуг перед наукой и техникой, но только одно изобретение носит его имя. Это резонансный трансформатор, известный также как« катушка Теслы».

Трансформатор Теслы состоит из первичной и вторичной обмоток, схемы, обеспечивающей питание первичной обмотки на резонансной частоте вторичной, и, опционально, дополнительной емкости на высоковольтном выходе вторичной обмотки. Острие, укрепленное на дополнительной емкости, повышает напряженность электрического поля, облегчая пробой воздуха. Дополнительная емкость снижает рабочую частоту, уменьшая нагрузку на транзисторы, и, по некоторым данным, повышает длину разрядов. В качестве каркаса вторичной обмотки используется кусок канализационной ПВХ-трубы. Вторичная обмотка состоит примерно из 810 витков эмалированного провода диаметром 0,45 мм. Первичная обмотка состоит из восьми витков провода сечением 6 мм2. Схема питания основана на принципе автоколебаний и построена на силовых транзисторах.

Суть изобретения Теслы проста. Если питать трансформатор током с частотой, равной резонансной для его вторичной обмотки, напряжение на выходе возрастает в десятки и даже сотни раз. Фактически оно ограничено электрической прочностью окружающего воздуха (или иной среды) и самого трансформатора, а также потерями на излучение радиоволн. Наиболее известна катушка в области шоу-бизнеса: она способна метать молнии!

Форма и содержание

Трансформатор выглядит весьма необычно — он словно специально сконструирован для шоу-бизнеса. Вместо привычного массивного железного сердечника с толстыми обмотками — длинная полая труба из диэлектрика, на которую провод намотан всего в один слой. Такой странный вид вызван необходимостью обеспечить максимальную электрическую прочность конструкции.

Кроме необычного внешнего вида, трансформатор Теслы имеет еще одну особенность: в нем обязательно есть некая система, создающая в первичной обмотке ток именно на резонансной частоте вторичной. Сам Тесла использовал так называемую искровую схему (SGTC, Spark Gap Tesla Coil). Ее принцип заключается в зарядке конденсатора от источника питания с последующим подключением его к первичной обмотке. Вместе они создают колебательный контур.

Емкость конденсатора и индуктивность обмотки подбираются так, чтобы частота колебаний в этом контуре совпадала с необходимой. Коммутация осуществляется с помощью искрового промежутка: как только напряжение на конденсаторе достигает определенного значения, в промежутке возникает искра, замыкающая контур. Часто можно увидеть утверждения, что «искра содержит полный спектр частот, так что там всегда есть и резонансная, за счет чего и работает трансформатор». Но это не так — без правильного подбора емкости и индуктивности действительно высокого напряжения на выходе не получить.

Решив сделать свой трансформатор Теслы, мы остановились на более прогрессивной схеме — транзисторной. Транзисторные генераторы потенциально позволяют получить любую форму и частоту сигнала в первичной обмотке.

Выбранная нами схема состоит из микросхемы драйвера силовых транзисторов, маленького трансформатора для развязки этого драйвера от питающего напряжения 220 В и полумоста из двух силовых транзисторов и двух пленочных конденсаторов. Трансформатор мотается на кольце из феррита с рабочей частотой не менее 500 кГц, на нем делается три обмотки по 10−15 витков провода. Очень важно подключить транзисторы к обмоткам трансформатора так, чтобы они работали в противофазе: когда один открыт, другой закрыт.

Нужная частота возникает за счет обратной связи со вторичной обмоткой (схема основана на автоколебаниях). Обратная связь может осуществляться двумя способами: с помощью или трансформатора тока из 50−80 витков провода на таком же ферритовом кольце, как и разделительный трансформатор, через которое проходит провод заземления нижней части вторичной обмотки, или… просто кусочка проволоки, которая выполняет роль антенны, улавливающей испускаемые вторичной обмоткой радиоволны.

Мотаем на ус

В качестве каркаса первичной обмотки мы взяли канализационную трубу из ПВХ диаметром 9 см и длиной 50 см. Для намотки используем эмалированный медный провод диаметром 0,45 мм. Каркас и катушку обмоточного провода размещаем на двух параллельных осях. В качестве оси каркаса выступал кусок ПВХ-трубы меньшего диаметра, а роль оси катушки с проводом выполнила завалявшаяся в редакции стрела от лука.

Существуют три варианта первичной обмотки: плоская спираль, короткая винтовая и коническая обмотка. Первая обеспечивает максимальную электрическую прочность, но в ущерб силе индуктивной связи. Вторая, напротив, создает наилучшую связь, но чем она выше — тем больше шансов, что произойдет пробой между нею и вторичной обмоткой. Коническая обмотка — промежуточный вариант, позволяющий получить наилучший баланс между индуктивной связью и электрической прочностью. Рекордные напряжения мы получить не рассчитывали, так что выбор пал на винтовую обмотку: она позволяет добиться максимального КПД и проста в изготовлении.

В качестве проводника взяли провод питания аудиоаппаратуры с сечением 6 мм², восемь витков которого намотали на отрезок ПВХ-трубы большего диаметра, чем у каркаса вторичной обмотки, и закрепили обычной изолентой. Такой вариант нельзя считать идеальным, ведь ток высокой частоты течет лишь по поверхности проводников (скин-эффект), так что правильнее делать первичную обмотку из медной трубы. Но наш способ прост в изготовлении и при не слишком больших мощностях вполне работает.

Управление

Для обратной связи мы изначально планировали использовать трансформатор тока. Но он оказался неэффективным при малых мощностях катушки. А в случае антенны сложнее обеспечить первоначальный импульс, который запустит колебания (в случае трансформатора через его кольцо можно пропустить еще один провод, на который на долю секунды замыкать обычную батарейку). В итоге у нас получилась смешанная система: один выход трансформатора был подключен к входу микросхемы, а провод второго не был ни к чему подключен и служил антенной.

Короткие замыкания, пробитие транзисторов и прочие неприятности изначально предполагались очень даже возможными, так что дополнительно был изготовлен пульт управления с амперметром переменного тока на 10 А, автоматическим предохранителем на 10 А и парой «неонок»: одна показывает, есть ли напряжение на входе в пульт, а другая — идет ли ток к катушке. Такой пульт позволяет удобно включать и выключать катушку, отслеживать основные параметры, а также дает возможность многократно снизить частоту походов к щитку для включения «выбитых» автоматов.

Последняя опциональная деталь трансформатора — дополнительная емкость в виде проводящего шара или тора на высоковольтном выходе вторичной обмотки. Во многих статьях можно прочесть, что она способна существенно удлинить разряд (кстати, это широкое поле для экспериментов). Мы сделали такую емкость на 7 пФ, собрав вместе две стальные чашки-полусферы (из магазина IKEA).

Сборка

Когда все компоненты изготовлены, конечная сборка трансформатора не составляет никакой проблемы. Единственная тонкость — заземление нижнего конца вторичной обмотки. Увы, не во всех отечественных домах есть розетки с отдельными контактами земли. А там, где есть, эти контакты не всегда реально подключены (проверить это можно с помощью мультиметра: между контактом и проводом фазы должно быть около 220 В, а между ним и нулевым проводом — почти нуль).

Если у вас такие розетки есть (у нас в редакции нашлись), то заземлять нужно именно с их помощью, используя для подключения катушки соответствующую вилку. Часто советуют заземлять на батарею центрального отопления, но это категорически не рекомендуется, поскольку в некоторых случаях может привести к тому, что батареи в доме будут бить током ни о чем не подозревающих соседей.

Но вот наступает ответственный момент включения… И сразу же появляется первая жертва молнии — транзистор схемы питания. После замены выясняется, что схема в принципе вполне работоспособна, хотя и на небольших мощностях (200−500 Вт). При выходе на проектную мощность (порядка 1−2 кВт) транзисторы взрываются с эффектной вспышкой. И хотя эти взрывы не представляют опасности, режим «секунда работы — 15 минут замены транзистора» не является удовлетворительным. Тем не менее с помощью этого трансформатора вполне можно почувствовать себя в роли Зевса-громовержца.

Благородные цели

Хотя в наше время трансформатор Теслы, по крайней мере в его исходном виде, чаще всего находит применение в разнообразных шоу, сам Никола Тесла создавал его для куда более важных целей. Трансформатор является мощным источником радиоволн с частотой от сотни килогерц до нескольких мегагерц. На основе мощных трансформаторов Теслы планировалось создание системы радиовещания, беспроводного телеграфа и беспроводной телефонии.

Но наиболее грандиозный проект Теслы, связанный с использованием его трансформатора, — создание глобальной системы беспроводного энергоснабжения. Как он считал, достаточно мощный трансформатор или система трансформаторов сможет в глобальном масштабе менять заряд Земли и верхних слоев атмосферы.

В такой ситуации установленный в любой точке планеты трансформатор, имеющий такую же резонансную частоту, как и передающий, будет источником тока, и линии электропередач станут не нужны.

Именно стремление создать систему беспроводной передачи энергии погубило знаменитый проект Wardenclyff. Инвесторы были заинтересованы в появлении только окупаемой системы связи. А передатчик энергии, которую мог бы неконтролируемо принимать любой желающий по всему миру, напротив, грозил убытками электрическим компаниям и производителям проводов. А один из основных инвесторов был акционером Ниагарской ГЭС и заводов по производству меди…

Катушка тесла

Разряды с провода на терминале

Трансформа́тор Те́сла - единственное из изобретений Николы Тесла , носящих его имя сегодня. Это классический резонансный трансформатор , производящий высокое напряжение при высокой частоте. Оно использовалось Теслой в нескольких размерах и вариациях для его экспериментов. «Трансформатор Тесла» также известен под названием «катушка Теслы» (англ. Tesla coil ). В России часто используют следующие сокращения: ТС (от Tesla coil ), КТ (катушка Тесла), просто тесла и даже ласкательно - катька. Прибор был заявлен патентом № 568176 от 22 сентября 1896 года, как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала».

Описание конструкции

Схема простейшего трансформатора Теслы

В элементарной форме трансформатор Теслы состоит из двух катушек , первичной и вторичной, и обвязки, состоящей из разрядника (прерывателя, часто встречается английский вариант Spark Gap), конденсатора , тороида (используется не всегда) и терминала (на схеме показан как «выход»).

Первичная катушка построена из 5-30 (для VTTC - катушки Теслы на лампе - число витков может достигать 60) витков провода большого диаметра или медной трубки, а вторичная из многих витков провода меньшего диаметра. Первичная катушка может быть плоской (горизонтальной), конической или цилиндрической (вертикальной). В отличие от многих других трансформаторов , здесь нет никакого ферромагнитного сердечника. Таким образом, взаимоиндукция между двумя катушками гораздо меньше, чем у обычных трансформаторов с ферромагнитным сердечником. У данного трансформатора также практически отсутствует магнитный гистерезис , явления задержки изменения магнитной индукции относительно изменения тока и другие недостатки, вносимые присутствием в поле трансформатора ферромагнетика.

Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур , в который включён нелинейный элемент - разрядник (искровой промежуток). Разрядник, в простейшем случае, обыкновенный газовый; выполненный обычно из массивных электродов (иногда с радиаторами), что сделано для большей износостойкости при протекании больших токов через электрическую дугу между ними.

Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора выполняет ёмкостная связь между тороидом, оконечным устройством, витками самой катушки и другими электропроводящими элементами контура с Землей. Оконечное устройство (терминал) может быть выполнено в виде диска, заточенного штыря или сферы. Терминал предназначен для получения предсказуемых искровых разрядов большой длины. Геометрия и взаимное положение частей трансформатора Теслы сильно влияет на его работоспособность, что аналогично проблематике проектирования любых высоковольтных и высокочастотных устройств.

Функционирование

Трансформатор Теслы рассматриваемой простейшей конструкции, показанной на схеме, работает в импульсном режиме. Первая фаза - это заряд конденсатора до напряжения пробоя разрядника. Вторая фаза - генерация высокочастотных колебаний.

Заряд

Заряд конденсатора производится внешним источником высокого напряжения, защищённым дросселями и построенным обычно на базе повышающего низкочастотного трансформатора. Так как часть электрической энергии, накопленной в конденсаторе, уйдёт на генерацию высокочастотных колебаний, то ёмкость и максимальное напряжение на конденсаторе пытаются максимизировать. Напряжение заряда ограничено напряжением пробоя разрядника, которое (в случае воздушного разрядника) можно регулировать, изменяя расстояние между электродами или их форму. Типовое максимальное напряжение заряда конденсатора - 2-20 киловольт. Знак напряжения для заряда обычно не важен, так как в высокочастотных колебательных контурах электролитические конденсаторы не применяются. Более того, во многих конструкциях знак заряда меняется с частотой бытовой сети электроснабжения ( или Гц).

Генерация

После достижения между электродами разрядника напряжения пробоя в нём возникает лавинообразный электрический пробой газа. Конденсатор разряжается через разрядник на катушку. После разряда конденсатора напряжение пробоя разрядника резко уменьшается из-за оставшихся в газе носителей заряда. Практически, цепь колебательного контура первичной катушки остаётся замкнутой через разрядник, до тех пор, пока ток создаёт достаточное количество носителей заряда для поддержания напряжения пробоя существенно меньшего, чем амплитуда напряжения колебаний в LC контуре. Колебания постепенно затухают, в основном из-за потерь в разряднике и ухода электромагнитной энергии на вторичную катушку. Во вторичной цепи возникают резонансные колебания, что приводит к появлению на терминале высоковольтного высокочастотного напряжения !

В качестве генератора ВЧ напряжения, в современных трансформаторах Теслы используют ламповые (VTTC - Vacuum Tube Tesla Coil) и транзисторные (SSTC - Solid State Tesla Coil, DRSSTC - Dual Resonance SSTC) генераторы. Это даёт возможность уменьшить габариты установки, повысить управляемость, снизить уровень шума и избавиться от искрового промежутка. Также существует разновидность трансформаторов Теслы, питаемая постоянным током. В аббревиатурах названий таких катушек присутствуют буквы DC, например DC DRSSTC. В отдельную категорию также относят магниферные катушки Теслы.

Многие разработчики в качестве прерывателя (разрядника) используют управляемые электронные компоненты, такие как транзисторы, модули на MOSFET транзисторах, электронные лампы , тиристоры .

Использование трансформатора Теслы

Разряд трансформатора Теслы

Разряд с конца провода

Выходное напряжение трансформатора Теслы может достигать нескольких миллионов вольт . Это напряжение в резонансной частоте способно создавать внушительные электрические разряды в воздухе, которые могут иметь многометровую длину. Эти явления очаровывают людей по разным причинам, поэтому трансформатор Теслы используется как декоративное изделие.

Трансформатор использовался Теслой для генерации и распространения электрических колебаний, направленных на управление устройствами на расстоянии без проводов (радиоуправление), беспроводной передачи данных (радио) и беспроводной передачи энергии . В начале XX века трансформатор Теслы также нашёл популярное использование в медицине . Пациентов обрабатывали слабыми высокочастотными токами, которые протекая по тонкому слою поверхности кожи не причиняют вреда внутренним органам (см. Скин-эффект), оказывая при этом тонизирующее и оздоравливающее влияние. Последние исследования механизма воздействия мощных ВЧ токов на живой организм показали негативность их влияния.

В наши дни трансформатор Теслы не имеет широкого практического применения. Он изготовляется многими любителями высоковольтной техники и сопровождающих её работу эффектов. Также он иногда используется для поджига газоразрядных ламп и для поиска течей в вакуумных системах.

Трансформатор Теслы используется военными для быстрого уничтожения всей электроники в здании,танке,корабле.Создается на доли секунды мощный электромагнитный импульс в радиусе нескольких десятков метров.В результате перегорают все микросхемы и транзисторы,полупроводниковая электроника.Данное устройство работает совершенно бесшумно.В прессе появилось сообщение, что частота тока при этом достигает 1 Терагерц.

Эффекты, наблюдаемые при работе трансформатора Теслы

Во время работы катушка Теслы создаёт красивые эффекты, связанные с образованием различных видов газовых разрядов . Многие люди собирают трансформаторы Теслы ради того, чтобы посмотреть на эти впечатляющие, красивые явления. В целом катушка Теслы производит 4 вида разрядов:

  1. Стримеры (от англ. Streamer ) - тускло светящиеся тонкие разветвлённые каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщеплённые от них свободные электроны. Протекает от терминала (или от наиболее острых, искривлённых ВВ-частей) катушки прямо в воздух, не уходя в землю, так как заряд равномерно стекает с поверхности разряда через воздух в землю. Стример - это, по сути дела, видимая ионизация воздуха (свечение ионов), создаваемая ВВ-полем трансформатора.
  2. Спарк (от англ. Spark ) - это искровой разряд . Идёт с терминала (или с наиболее острых, искривлённых ВВ частей) непосредственно в землю или в заземлённый предмет. Представляет собой пучок ярких, быстро исчезающих или сменяющих друг друга нитевидных, часто сильно разветвлённых полосок - искровых каналов. Также имеет место быть особый вид искрового разряда - скользящий искровой разряд.
  3. Коронный разряд - свечение ионов воздуха в электрическом поле высокого напряжения. Создаёт красивое голубоватое свечение вокруг ВВ-частей конструкции с сильной кривизной поверхности.
  4. Дуговой разряд - образуется во многих случаях. Например, при достаточной мощности трансформатора, если к его терминалу близко поднести заземлённый предмет, между ним и терминалом может загореться дуга (иногда нужно непосредственно прикоснуться предметом к терминалу и потом растянуть дугу, отводя предмет на большее расстояние). Особенно это свойственно ламповым катушкам Теслы. Если катушка недостаточно мощна и надёжна, то спровоцированный дуговой разряд может повредить её компоненты.

Часто можно наблюдать (особенно вблизи мощных катушек), как разряды идут не только от самой катушки (её терминала и т. д.), но и в её сторону от заземлённых предметов. Также на таких предметах может возникать и коронный разряд . Редко можно наблюдать также тлеющий разряд . Интересно заметить, что разные химические вещества, нанесённые на разрядный терминал, способны менять цвет разряда. Например, натрий меняет обычный окрас спарка на оранжевый, а бром - на зелёный.

Работа резонансного трансформатора сопровождается характерным электрическим треском. Появление этого явления связано с превращением стримеров в искровые каналы (см. статью искровой разряд), который сопровождается резким возрастанием силы тока и количества энергии, выделяющегося в них. Каждый канал быстро расширяется, в нём скачкообразно повышается давление, в результате чего на его границах возникает ударная волна. Совокупность ударных волн от расширяющихся искровых каналов порождает звук, воспринимаемый как «треск» искры.

Неизвестные эффекты трансформатора Теслы

Многие люди считают, что катушки Теслы - это особенные артефакты с исключительными свойствами. Существует мнение, что трансформатор Теслы может быть генератором свободной энергии и является вечным двигателем, исходя из того, что сам Тесла считал, что его генератор берёт энергию из эфира (особой невидимой материи в которой распространяются электромагнитные волны) через искровой промежуток. Иногда можно услышать, что с помощью «Катушки Теслы» можно создать антигравитацию и эффективно передавать электроэнергию на большие расстояния без проводов. Данные свойства пока никак не проверены и не подтверждены наукой. Однако, сам Тесла говорил о том, что такие способности скоро будут доступны человечеству с помощью его изобретений. Но впоследствии посчитал, что люди не готовы к этому.

Также очень распространён тезис о том, что разряды, испускаемые трансформаторами Теслы, полностью безопасны, и их можно трогать руками. Это не совсем так. В медицине также используют «катушки Теслы» для оздоровления кожи. Это лечение имеет положительные плоды и благотворно действует на кожу, но конструкция медицинских трансформаторов сильно разнится с конструкцией обычных. Лечебные генераторы отличает очень высокая частота выходного тока, при которой толщина скин-слоя (см. Скин-эффект) безопасно мала, и крайне малая мощность. А толщина скин-слоя для среднестатистической катушки Теслы составляет от 1 мм до 5 мм и её мощности хватит для того, чтобы разогреть этот слой кожи, нарушить естественные химические процессы. При долгом воздействии подобных токов могут развиться серьёзные хронические заболевания, злокачественные опухоли и другие негативные последствия. Кроме того, надо отметить, что нахождение в ВЧ ВВ поле катушки (даже без непосредственного контакта с током) может негативно влиять на здоровье. Важно отметить, что нервная система человека не воспринимает высокочастотный ток и боль не чувствуется, но тем не менее это может положить начало губительным для человека процессам. Также существует опасность отравления газами, образующимися во время работы трансформатора в закрытом помещении без притока свежего воздуха. Плюс ко всему, можно обжечься, так как температуры разряда обычно достаточно для небольшого ожога (а иногда и для большого), и если человек всё же захочет «поймать» разряд, то это следует делать через какой-нибудь проводник (например, металлический прут). В этом случае непосредственного контакта горячего разряда с кожей не будет, и ток сначала потечет через проводник и только потом через тело.

Трансформатор Теслы в культуре

В фильме Джима Джармуша «Кофе и сигареты » один из эпизодов строится на демонстрации трансформатора Теслы. По сюжету, Джек Уайт , гитарист и вокалист группы «The White Stripes » рассказывает Мег Уайт, барабанщице группы о том, что земля является проводником акустического резонанса (теория электромагнитного резонанса - идея, которая занимала ум Теслы многие годы), а затем «Джек демонстрирует Мэг машину Теслы».

В игре Command & Conquer: Red Alert советская сторона может строить оборонительное сооружение в виде башни со спиралевидным проводом, которая поражает противника мощными электрическими разрядами. Еще в игре присутствуют танки и пехотинцы, использующие эту технологию. Tesla coil (в одном из переводов - башня Тесла ) является в игре исключительно точным, мощным и дальнобойным оружием, однако потребляет относительно высокое количество энергии. Для увеличения мощности и дальности поражения можно "заряжать" башни. Для этого отдайте приказ Воину Тесла (это пехотинец) подойти и постоять рядом с башней. Когда воин дойдет до места, он начнет зарядку башни. При этом анимация будет как при атаке, но молнии из его рук будут желтого цвета.

Каждый человек, вероятнее всего, слышал о том, что такое трансформатор Тесла, который также зачастую называется катушкой Тесла. Эту катушку можно увидеть во многих фильмах, компьютерных играх и телевизионных передачах. Однако мало слышать о том, что существует нечто подобное. Если вас спросят, что именно делает трансформатор Тесла, сможете ли вы дать на этот вопрос ответ? Скорее всего, нет, а если и сможете, то вряд ли вы сумеете рассказать достаточно подробностей. Именно поэтому и существует данная статья. С ее помощью вы сможете узнать все о трансформаторе Тесла, о том, как он устроен, для чего используется, как функционирует и так далее. Естественно, если вы учились по физической специализации, то для вас эти данные не будут новостью, однако большинство людей все же не в курсе деталей, касающихся катушки Тесла. А ведь это очень интересные данные, которые позволят вам расширить кругозор. Как легко можно догадаться, изобретателем этого устройства стал великий ученый Никола Тесла, который запатентовал свое изобретение в 1896 году, описав его как устройство, предназначенное для производства электрических токов высокой частоты. По сути, именно этим катушка Тесла и является, и об этом вы, вероятнее всего, уже знали. Поэтому стоит взглянуть на более интересные и менее известные данные.

В чем суть?

Для начала необходимо объяснить суть работы катушки Тесла. Она может выглядеть по-разному, однако многие люди отмечают, что, так или иначе, она смотрится очень эффектно даже в режиме спокойствия. Что уж говорить о том, когда она приводится в действие, и вокруг нее образуются видимые разряды электричества. Но как именно это происходит? Трансформатор Тесла работает за счет резонансных электромагнитных волн, образующихся в двух обмотках катушки, первичной и вторичной. Первичная обмотка представляет собой часть искрового колебательного центра. Что касается вторичной, то ее роль исполняет уже прямая катушка провода. Когда частота колебаний первичного и вторичного контура совпадает, между концами катушки появляется высокое переменное напряжение, которое вы можете увидеть невооруженным взглядом. Если вам не очень понятно то, как работает трансформатор Тесла, то для примера можно взять обычные качели. С их помощью объяснить работу будет гораздо проще. Если вы раскачиваете качели с помощью принудительных колебаний, то амплитуда будет пропорциональна вашему усилию. Если же вы решите раскачивать качели в режиме свободных колебаний, каждый раз подталкивая качели в необходимый момент, то амплитуда возрастет в несколько раз. То же самое происходит и с катушкой Тесла: при резонансе колебаний двух обмоток возникает гораздо более сильный ток.

Конструкция трансформатора

Второй момент, который необходимо принять во внимание, когда рассматривается трансформатор Тесла, - схема. Как именно устроена катушка? На самом деле устройство этого трансформатора может быть самым разнообразным, поэтому сейчас вы узнаете о том, как устроена его простейшая версия, которую вы затем можете совершенствовать так, как вам будет этого хотеться. Итак, простейший трансформатор Тесла состоит из нескольких элементов, а именно из входного трансформатора, катушки индуктивности, включающей в себя первичную и вторичную обмотку, а также из разрядника, конденсатора и терминала. Собственно говоря, ток начинает свое движение от входного трансформатора, являющегося источником питания, откуда через разрядник и конденсатор попадает на катушку индуктивности, а оттуда передается на терминал уже в умноженном размере. Причем терминал зачастую выбирается таким, чтобы он лучше всего мог передать подобное напряжение, например, он может быть в форме шара или диска. Как вы понимаете, это самый простой трансформатор Тесла - схема является подтверждением этого. В катушке Тесла может быть больше элементов. Там может присутствовать, например, тороид, который не описан в этой схеме, так как он не является ключевым элементом. Что касается основных элементов, то они все были указаны.

Функционирование

Итак, теперь вы знаете, как устроен трансформатор Тесла. Принцип работы его вам также понятен в целом, но можно и углубиться в детали. Как именно он функционирует? Оказывается, он работает в импульсном режиме. Что это означает? Это значит, что сначала происходит заряд конденсатора до того момента, когда совершится пробой разрядника, и электричество пройдет на катушку индуктивности. Тогда начинается вторая фаза, в ходе которой генерируются высокочастотные колебания. Обратите внимание, что разрядник должен располагаться параллельно источнику питания, благодаря чему он замыкает цепь, когда на катушку поступает ток, тем самым исключая источник питания из цепи. Зачем это нужно? Если остается частью цепи, это может значительно снижать напряжение на выходе из трансформатора. Естественно, результат все равно будет, однако он при этом окажется далеко не самым впечатляющим. Вот так функционирует трансформатор Тесла. Принцип работы вам теперь полностью понятен, однако все еще остаются некоторые детали, которые могут вас заинтересовать.

Заряд для трансформатора

Как вы уже могли заметить, если вы планируете создать мощный трансформатор Тесла, то для этого потребуется учесть абсолютно все детали, так как любые отклонения от нормы будут приводить к тому, что выходное напряжение будет недостаточно высоким, из-за чего эффект будет менее впечатляющим. И особое внимание необходимо уделить стартовому заряду, то есть подбору источника питания. Именно в данном случае нужно подобрать правильный конденсатор, чтобы выходное напряжение было идеальным, а конденсатор себя не «закорачивал». Существует даже трансформатор Тесла с самозапиткой, так что разнообразию конструкций нет пределов. Так что вам стоит помнить, что в данном случае рассматривается самая простая конструкция катушки Тесла.

Генерация

Ну и последнее, на что стоит взглянуть более детально - это непосредственно сам процесс генерации высокочастотного тока. Итак, питание трансформатора Тесла происходит за счет выбранного источника питания, который передает заряд в конденсатор, где он накапливается до того момента, как происходит пробой, в результате которого конденсатор через разрядник разряжается на первичную катушку. Так как напряжение разрядника резко снижается, цепь замыкается, и, как уже было сказано выше, источник питания исключается из цепи. В это время на первичной катушке возникают высокочастотные колебания, которые затем передаются на вторичную катушку, из-за чего колебания становятся резонансными, и на терминале возникает ток высокого напряжения. Вот так работает самый простой трансформатор Тесла, однако существует большое количество самых разнообразных его модификаций.

Модификации

Для начала вам стоит узнать о том, что классический вариант катушки Тесла, который был описан выше, обозначается следующим образом - SGTC. Последние две буквы расшифровываются как Tesla Coil, что переводится непосредственно как «катушка Тесла». Эти две буквы будут присутствовать в каждом из сокращений, а меняются только первые две. В данном случае SG обозначает Spark Gap, то есть эта катушка Тесла работает на искровом промежутке, создаваемом разрядником. Однако далеко не всегда дела обстоят именно так, поэтому необходимо рассмотреть различные варианты, такие как трансформатор Тесла на транзисторах или на полупроводниках. Первая модификация, на которую можно обратить внимание - это RSGTC, то есть катушка, которая работает на роторном искровом промежутке. В данном случае для питания используется электродвигатель, который вращает диск с электродами. Есть также VTTC, которая известна как ламповая катушка Тесла, работающая за счет электронных ламп. Этот вариант не требует высокого напряжения, а также отличается тишиной работы. Следующий вариант - это SSTC, то есть катушка Тесла, которая работает за счет генератора, основанного на полупроводниках. Эта модификация является одной из самых интересных в плане эффектности, так как с помощью силовых ключей вы можете изменять форму разряда. Модификацией этой версии катушки Тесла является DRSSTC. В данном случае используется двойной резонанс, что дает гораздо более внушительные размеры разряда. Отдельно стоит взглянуть на QCW DRSSTC - эта катушка Тесла характеризуется «плавной накачкой», то есть плавным, а не резким нарастанием всех параметров. В каждом из этих случаев расчет трансформатора Тесла будет отличаться, точно так же, как и его конструкций и, соответственно, его схема.

Использование катушки Тесла

Но как же может быть использована энергия трансформатора Тесла? Этот вопрос задает себе каждый человек, который впервые видит работу этого устройства. Собственно говоря, любование невероятными разрядами, которые имеют огромные размеры и выглядят очень впечатляюще, и является одним из самых главных и популярных способов использования. Этот трансформатор позволяет устроить настоящее шоу, которое способно очаровать любого человека, ведь это не магия, а чистейшая наука. Так что смело можно сказать, что одна из главных ролей трансформатора Тесла является декорация и развлечение. Однако оказывается, что существуют и другие способы использования этой технологии. Например, изначально катушки Тесла использовались для радиоуправления, беспроводной передачи данные и для передачи энергии. Естественно, со временем появлялись более эффективные способы выполнения каждой из этих функций, поэтому постепенно использование катушки Тесла становилось все менее и менее актуальным. Также стоит отметить, что ее использовали в медицине. Дело в том, что высокочастотный разряд, когда его пропускали по коже, не оказывал негативного влияния на внутренние органы человека, но при этом тонизировал кожу человека. В современном мире катушка Тесла уже фактически не используется с практической точки зрения из-за трудностей поддержания постоянной ее работы. Иногда она используется для поджига газоразрядных ламп или же в вакуумных системах, где трансформатор помогает найти течи. Таким образом, применение трансформатора Тесла в современном мире все же в большинстве случаев является декоративным, развлекательным и познавательным.

Эффекты

Вы уже представляете себе устройство трансформатора Тесла, потому на эту тему нет смысла говорить что-то еще. Однако это не значит, что сама по себе тема катушки Тесла исчерпала себя. Например, можно взглянуть на то, какие именно разряды создаются в результате ее деятельности. Оказывается, они не являются случайными: всего выделяют четыре основных вида. Во-первых, вы можете увидеть стримеры, которые представляют собой тусклые разветвленные каналы, которые уходят от терминала в воздух. По сути, они представляют собой визуализацию ионизации воздуха. Во-вторых, вы можете заметить спарки - это искровые разряды, которые уходят с терминала прямо в землю. Отличить их можно за счет того, что они очень сильно выделяются внешне - это пучок ярких искровых каналов. В-третьих, существует коронный разряд - так называется свечение ионов непосредственно в поле высокого напряжения. Ну и, наконец, имеется еще и дуговой разряд, который возникает, если к трансформатору поднести какой-либо заземленный предмет. Этот прием используют многие, когда катушка Тесла применяется для развлекательных мероприятий.

Влияние на здоровье

Выше было указано, что после изобретения катушки Тесла ее использовали в медицинских целях, однако многие источники сообщают, что трансформатор Тесла является смертельно опасным. Кто же прав, а кто обманывает? В большинстве случаев высокое напряжение является для человека смертельным, так как оно ведет к образованию ожогов, а также к остановке сердца. Однако некоторые типы трансформаторов Тесла обладают так называемым скин-эффектом, который позволяет электричеству воздействовать лишь на поверхность предмета, а в данном случае - на кожу человека. Как уже было сказано выше, это тонизирует кожу и омолаживает ее. Опять же, медицинских подтверждений этого факта нет, однако об этом очень много писали в свое время.

Катушка Тесла как часть культуры

Даже если вы не увлекаетесь наукой, все равно, вероятнее всего, уже видели катушку Тесла, так как она используется в самых разнообразных сферах развлечений. В первую очередь ее можно увидеть во многих фильмах, которые выходили на экраны кинотеатров в самые разные годы. Одним из самых известных фильмов, в которых очень важную роль отыграл трансформатор Тесла, стала экранизация одноименного романа «Престиж». Также очень часто катушку Тесла можно встретить в компьютерных играх, где она чаще всего выступает в роли мощного оружия. Более того, вы можете встретить трансформаторы Тесла даже в музыкальном искусстве. Оказывается, вы можете изменять звучание электрического разряда, увеличивая и уменьшая частоту тока. И некоторые исполнители и музыкальные группы используют это, чтобы записывать музыку. А тот, кто не хочет все усложнять, прибегает к помощи катушки Тесла, чтобы создать реалистичные звуки разрядов молний, как это сделала, например, известная певица Бьорк. Таким образом, в современном мире трансформаторы Тесла используются очень широко, однако нельзя сказать, что они применяются по назначению. Свое время в качестве функционального устройства катушка Тесла уже отжила, и она, по сути, должна была кануть в Лету, как и большинство старых устройств. Однако благодаря визуальным эффектам, которые она создает, катушка Тесла смогла дожить до сегодняшнего дня, и ее продолжают использовать постоянно, пусть и в качестве предмета развлечения. Стоит также отметить, что она используется и в обучающих целях, так как именно на ней можно наглядно продемонстрировать начинающим физикам, как выглядит электрический разряд, как он себя ведет и так далее. Проще говоря, трансформатор Тесла - это устройство, которое просуществовало сто лет и не потеряло своей актуальности даже в двадцать первом веке, который всем известен своим невероятным прогрессом в области высоких технологий.

Двигатель электромобиля - принцип работы, устройство, виды

По планам многих автоконцернов – именно за тяговым двигателем для электромобиля – будущее. Так известно, что в плане развития известного гиганта Bentley Motors значится, что к 2030-му году компания полностью трансформируется в производителя электроавтомобилей. На электродвигатели ставки также делают такие известные на весь мир компании, как Nissan, Volvo, Aston Martin. 

Тенденции таковы, что в массовом производстве сейчас больше представлены легковые электромобили и городской электротранспорт (согласно планам, в ряде таких стран как, к примеру, Франция и Норвегия в 2025-2030-м гг. автобусы в городах будут полностью заменены на электротранспорт).

Но чувствуется интерес и к установке электромоторов на грузовой транспорт. Особенно электродвигатели интересны производителям городских развозных фургонов, терминальных тягачей и коммунальных грузовиков.

На весь мир уже хорошо известен седельный тягач капотного типа Tesla Semi, в коммунальном хозяйстве США активно не первый год используют мусоровозы PETERBILT на электротяге, в Евросоюзе возрастает интерес к седельному тягачу с электродвигателем Emoss Mobile Systems B.V. и Renault Trucks –развозному автомобилю для продуктов.

На постсоветском пространстве свой коммерческий электротранспорт пока только начинает появляться, но уже активно говорят про грузовик МАЗ-4381Е0 (на грузовике установлен асинхронный тяговый электродвигатель мощностью 70 кВт (95 л.с.), ориентированный на транспортировку грузов в черте города, и электрогрузовик Moskva опытно-конструкторского бюро Drive Electro (главное назначение - доставка товаров в магазины). Не за горами время, когда этот коммерческий транспорт с электромоторами будет активно востребован автопарками, логистическими центрами, предприятиями.

Также, безусловно, давно, как данность мы принимаем, что на электродвигателе работают трамваи, троллейбусы, погрузчики на складах и локомотивы. Трёхфазный асинхронный двигатель помогает двигаться на давно полюбившихся поездах «Ласточка» и «Сапсан».

Принцип работы

Принцип работы двигателя электромобиля основан на преобразовании электроэнергии в механическую энергию вращения. Главные участники преобразования энергии – статор и ротор.

Как работает традиционный электромотор?

  1. Магнитное поле статора действует на обмотку ротора.
  2. Возникает вращающий момент.
  3. Ротор начинает двигаться.

Наглядная схема двигателя электромобиля в системе электропривода представлена ниже:

Важная особенность классического электрокара – отсутствие дифференциала, коробки передач, передаточных устройств с шестеренками. Энергия от электромотора поступает прямо на колеса.

Без коробки передач – и большинство «гибридов» с электродвигателем и ДВС. Исключение – «гибриды» с параллельной схемой передачи на колёса крутящего момента. К ней мы ещё вернёмся в этой статье в разделе, посвящённом гибридным автомобилям.

Принцип работы любого электродвигателя базируется на процессах взаимного притяжения и отталкивания полюсов магнитов на роторе и статоре. Движение осуществляется под действием самого магнитного поля и инерции.


Устройство

Как устроен двигатель электромобиля?

При описании принципа работы электродвигателя, уже было упомянуто, что главные компоненты двигателя электромобиля– ротор и статор.

  1. Ротор – это вращающийся компонент двигателя.
  2. Статор находится в неподвижном состоянии. Он ответственен за создание неподвижного магнитного поля.

Ротор

Классический ротор автомобиля состоит из сердечника, обмотки и вала. У некоторых электродвигателей в состав ротора также входит коллектор.
  • Сердечник – это металлический стержень, на периферии которого располагается обмотка. Непосредственно через сердечник происходит замыкание магнитной цепи электродвигателя. Сердечник изготавливается из стальных пластин круглой формы. По структуре похож на слоёный пирог. При производстве сердечников используют изолированные листы стали с присадками кремния. В этом случае обеспечены увеличение КПД электродвигателя, наименьшие удельные потери в металле на единицу массы, снижение величины размагничивающих вихревых токов Фуко, которые возникают из-за перемагничивания сердечника. На поверхности сердечника есть продольные пазы. Через них прокладывается обмотка.
  • Вал – металлический стержень, который непосредственно передаёт вращающий момент. Также изготавливается из электротехнической стали. Служит основой для насаживания сердечника. На концах вала есть резьба, выемки под шестерёнки, подшипники качения, шкивы.
  • Коллектор – блок, крепящийся на валу. Представляет собой систему медных пластин. Изолирован от вала. Служит выпрямителем переменного тока, переключателем-автоматом направления тока (в зависимости от вида электродвигателя).

Статор (индуктор)

Статор состоит из станины, сердечника и обмотки:
  • Станина статора – корпус статора. Как правило, корпус бывает алюминиевым или чугунным. Алюминиевые станины популярны у электродвигателей легковых авто, чугунные – у спецтехники, которая вынуждена работать в условиях высокой вибрации. Станина служит базой крепления основных и добавочных полюсов.
  • Сердечник статора – цилиндр из профилированных стальных листов. Фиксируется винтами внутри станины. Снабжён пазами для обмотки.
  • Обмотка. Создаёт магнитный поток. При пересечении проводников ротора наводит в них электродвижущую силу.

Виды

Электродвигатели классифицируют по типу питания привода, конструкции щеточно-коллекторного узла, количеству фаз для запитывания:
  • По типу питания привода. Устройства делятся на моторы переменного и постоянного тока. Двигатели постоянного тока способны обеспечить более точную и плавную регулировку оборотов, высокий КПД. Двигатели переменного тока выручают, когда важна высокая перегрузочная способность. Это удачный вариант для подъёмно-транспортных машин. Впрочем, существуют и универсальные моторы, которые функционируют от переменного и постоянного тока.
  • По конструкции щеточно-коллекторного узла. Выпускаются бесколлекторные и коллекторные моторы. Бесколлекторный мотор работает за счёт движения ротора с постоянным магнитом. У конструкции нет щеточно-коллекторного узла. Решение обеспечивает достойный крутящий момент, широкий диапазон скоростей и высокий КПД. Важные преимущества бесколлекторного мотора – надёжность, способность к самосинхронизации, возможность подпитываться при переменном напряжении. Ресурс бесколлекторного мотора ограничен исключительно ресурсом подшипников. У коллекторных моторов присутствует щелочно-коллекторный узел. Удобство решения связано с тем, что он может использоваться и в качестве переключателя тока в обмотках, и как извещатель положения ротора, нет необходимости в контролле. Проблема коллекторных моделей – в том, что они зависимы от постоянных магнитов, которые, как известно, со временем, к огромному сожалению, теряют свои свойства.
  • По количеству фаз для запитывания. В зависимости от того, как запитывается обмотка, электродвигатели бывают однофазными и трёхфазными. В автомобилестроении широкое распространение получили трёхфазные решения, это связано с рядом технических характеристик (мощность, перегрузочная способность, частота вращения на холостом ходу).
Обратите внимание! Работать трёхфазные моторы могут синхронно и асинхронно, а в качестве ротора используются как короткозамкнутые, так и фазные модели. Самый популярный вариант – трехфазные асинхронные моторы с короткозамкнутым ротором. Они стоят на большинстве современных электрокаров.

Асинхронные и синхронные двигатели

Синхронные моторы – двигатели переменного тока, у которых частота вращения ротора идентична частоте вращения магнитного поля (измерение производится в воздушном зазоре). В автомобилестроении синхронные моторы встретить можно нечасто (хотя в мире техники – это, в целом, очень популярное решение – особенно в климатотехнике, насосных системах).

Но есть производители авто, которые при производстве электрокаров предпочитают устанавливать на свои машины именно синхронные двигатели. Яркий пример – концерн Renault. Синхронными двигателями на электромагнитах он оснастил электрокар Renault Zoe. На электромагниты подаётся постоянный ток. Полярность магнитов ротора стабильна. Полярность магнитов статора при этом изменяется и обеспечивает бесперебойное вращение.

Преимущество синхронных двигателей на электромагнитах у авто – максимальная оптимизация рекуперации энергии торможения. И главный «конёк» авто с таким типом электродвигателя – полная безопасность при буксировке.

Гораздо более популярный вариант – асинхронные двигатели. Это двигатели переменного тока, у которых потенциал напряжения – магнитного поля не совпадает с частотой вращения ротора. Типичным 3-фазным асинхронным двигателем оснащены, например, хорошо известные автомобили Tesla S и Tesla Х.

Иногда асинхронные моторы называют индукционными, так как в роторе в соответствие с законом Ленца у них индуцируется электромагнитная сила.

Двигатель-колесо

Обособленно среди электромоторов стоит двигатель-колесо. Особенность двигателя- колеса – ориентир крутящего момента и силы напряжения на конкретное колесо.

Такие решения можно встретить в плагин-гибридных автомобилях («гибридах» с параллельной схемой, при описании устройства гибридных авто ниже по тексту мы остановимся на них подробнее). Работает двигатель-колесо в паре с ДВС.

У первых плагин-гибридных автомобилей с двигателем-колесом агрегат был монтирован в ступицу колеса, а работа осуществлялась исключительно в паре с внутренним зубчатым редуктором.

Некоторые же современные модели моторов, монтируемые внутри колёс, вполне могут работать без зубчатого редуктора. Это увеличивает управляемость, позволяет избежать увеличения удельного веса шасси, уменьшить риски, повышает КПД.

Преимущества и недостатки электродвигателей

Преимуществ у электродвигателей существенно больше, нежели недостатков. Более того, за счёт усовершенствования и конструктивных особенностей самих электроприводов, и инфраструктуры, связанной с зарядкой, многие вещи, которые вчера ещё казались критичными, сегодня теряют свою актуальность.

Преимущества

  • Не требуется «раскачка». Крутящий момент достигает максимума непосредственно при включении. Именно по этой причине электрический двигатель электромобиля не требует наличия стартеров и сцеплений – неотъемлемых спутников ДВС.
  • Удобство. Для включения заднего хода (то есть коррекции со стороны вращения мотора) достаточно поменять полярность, сложная коробка передач не требуется.
  • Высокий КПД. У машин с электродвигателями он достигает 95 %.
  • Независимость. На любой отметке скорости достигается максимальный показатель крутящего момента.
  • У мотора – малый вес. Производители могут себе легко позволить создавать компактные автомобили.
  • Есть все возможности для рекуперации энергии торможения. Если у авто с ДВС кинетическая энергия просто уходит в колодки (и стирает их), то у электромобиля в режиме рекуперации мотор может функционировать как генератор. В режиме генерации электроэнергия просто трансформируется в другую форму и быстро накапливается в АКБ. Особенно решение эффективно для транспортных средств с длинным тормозным путем. На объём генерируемой и накопленной энергии существенно влияет маршрут (рельеф, в частности наличие холмистых участков на дороге и уклон дороги).
  • Снижение расходов на эксплуатацию машины. Зарядку можно производить от электросети. Это существенно дешевле, нежели использование дизеля, бензина. Выгода очевидна даже по сравнению с бензиновыми авто эконом-класса.
  • Малый уровень шума.
  • В большинстве случаев для мотора не требуется принудительное охлаждение.
  • Экологичность. Использование транспорта с электродвигателем снижает количество выхлопных газов в воздухе.

Недостатки

Долгое время считалось, что самый большой минус использования электродвигателя – его зависимость от аккумуляторов, которые быстро выходят из строя. Теперь это неактуально. Современные батареи электрокаров, представленных в массовом выпуске, гарантируют пробег автомобиля 150-200 тыс. км. Потерял актуальность и тот фактор, что машины с электродвигателем существенно уступают бензиновым по мощности. Электротяга современных электромоторов уже не уступает ДВС.

Поэтому недостатки электродвигателей сейчас правильно свести не к недостаткам конструкции, а к плохо развитой инфраструктуре для того, чтобы подзаряжать электромобили. Если в США, Скандинавии подзарядить электрокар легко, то до недавнего момента даже в Западной и Центральной Европе с инфраструктурой для подзарядки таких машин были проблемы.

В России, Беларуси, Украине, Казахстане, пока, увы, с инфраструктурой ситуация ещё хуже. Хотя, например, в России число заправок для электрокаров с 2018 по 2020 год возросло в 3 раза, но полотно покрытия площадками для зарядки очень неоднородное. В Москве – более плотное, в регионах – слабое. Даже разрыв с такими городами-гигантами как Санкт-Петербург и Челябинск - колоссальный.

Устройство электромобиля

Рассматривая электродвигатель, важно остановиться на устройстве электромобиля в целом, изучение электродвигателя не самого по себе, а как части системы электропривода, где электродвигатель – один из его базовых компонентов, его «сердце». Но «организм», функционирует только тогда, когда в порядке все другие «органы» – части электропривода:
  • Аккумуляторная батарея.
  • Бортовое зарядное устройство. Его функция – обеспечение возможности заряжать аккумуляторную батарею от бытовой электрической сети.
  • Трансмиссия. Распространены трансмиссия с одноступенчатым зубчатым редуктором (чаще всего встречающийся и наиболее простой вариант) и бесступенчатая трансмиссия с гидротрансформатором (для старта с места), плавно изменяющие отношение скоростей вращения и вращающих моментов мотора и ведущих колес транспортного средства во всём рабочем диапазоне скоростей и тяговых усилий.
  • Инвертор. Назначение инвертора – трансформирование высокого напряжения постоянного тока аккумулятора в трехфазное напряжение переменного тока.
  • Преобразователь постоянного тока. Функция – зарядка дополнительной батареи, которая используется для системы освещения, кондиционирования, аудиосистемы.
  • Электронная система управления (блок управления). Отвечает за управление функциями, связанными с энергосбережением, безопасностью комфортом. В её «подчинении» – оценка заряда АКБ, оптимизация режимов движения, регулирование тяги, контроль за использованной энергией и за напряжением, управлением ускорением и рекуперативным торможением.

Аккумуляторная батарея

Аккумуляторная батарея (аккумулятор) – один из наиболее дорогих компонентов системы. По своей значимости играет такую же роль, как бензобак для ДВС. Электромобиль движется за счёт электричества, полученного от электросети во время зарядки и хранящегося в АКБ.

При этом важно помнить, что у большинства электромобилей устанавливаются одновременно два аккумулятора: один тяговой – он питает именно мотор и стартерный (как и в машинах с ДВС, он помогает системе освещения, системе подогрева). Эти аккумуляторы разные не только по назначению, но и техническим характеристикам.
Тяговый аккумулятор электрического двигателя электромобиля предназначен для питания мотора, запуска двигателя. У него нет высокого пускового тока, но он заточен на длительную работу, выдерживает большое количество циклов заряда-разряда.

Типичная тяговая АКБ – моноблочная секционная конструкция. Тяговая АКБ состоит из толстых электронных пластин – пористых сепараторов и электролитного вещества.
Самые распространенные аккумуляторы – литий-ионные. У них – наиболее высокая энергетическая плотность, не требуется обслуживание, достаточно низкий саморазряд.

Устройство и особенности гибридных систем


Свои особенности – у гибридных систем. В гибридных системах электродвигатель может рассматриваться и как «партнёр» ДВС, и как допэлемент, помогающий добиться экономии топлива и при этом повышения мощности.

Устройство «гибрида» отличается в зависимости от реализованной схемы передачи на колёса крутящего момента.

  • Параллельная. Аккумуляторы передают энергию электромотору, бак – топливо для ДВС. Оба агрегата равноправны и способны создать условия для перемещения авто. Но работает такая схема только при наличии коробки передач. Параллельная схема успешно реализована у автомобиля Honda Civic. Нередко гибриды с параллельной схемой выделяют в отдельную группу и называют плагин-гибридными.

  • Последовательная. Любое действие начинается с включения ДВС. Он же отвечает за последующие действия: поворот генератора для запуска электромотора, зарядку аккумуляторов.


  • Последовательно-параллельная. Через планетарный редуктор соединены ДВС, электродвигатель и генератор. В зависимости от условий движения может использоваться тяга электродвигателя или ДВС. Режим выбирается программно системой управления транспортного средства. Среди хорошо известных последовательно-параллельных «гибридов» – Toyota Prius, Lexus-RX 400h.

Классический гибридный автомобиль использует интегрированный в трансмиссию электрический мотор-генератор.

При этом для получения электрической тяги у гибридных систем задействованы четыре базовых компонента:

  • Мотор-генератор. Является обратимой силовой установкой. Может работать в двух режимах: непосредственно тягового мотора и генератора для зарядки высоковольтной аккумуляторной батареи. При работе в режиме мотора возможно создание крутящего момента и мощности, которых хватит для старта и движения автомобиля с выключенным ДВС, при работе устройства в режиме генератора продуцируется высоковольтная электроэнергия.
  • Высоковольтные силовые кабели. Изолированные электрические кабели большого сечения. Важны для переноса энергии между компонентами высоковольтных электроцепей.
  • Высоковольтные аккумуляторные батареи. Включенные в последовательную цепь аккумуляторные элементы. Позволяют накопить в батарее большой объём электроэнергии.
  • Высоковольтный силовой модуль управления для управления потоком электроэнергии для движения транспортного средства на электрической тяге.

Гибридные авто открывают новые эксплуатационные возможности, с одной стороны можно быть максимально экологичным, радоваться комфортной езде и сэкономить на топливе, а с другой стороны, при разряде аккумулятора владелец авто не попадёт впросак, если невозможно подзарядить мотор: в работу вступит ДВС.

Перспективы применения электродвигателей в автомобилях

Перспективы применения электродвигателей в автомобилях напрямую связаны с тем, насколько активно будет развиваться инфраструктура. Там, где она не обеспечена, использование электрокаров действительно ограничено. Ведь без подзарядки у многих авто – малая дальность пробега.

Впрочем, даже последняя проблема активно решаемая. Немецкие и японские разработчики (компании DBM Energy, Lekker Energie, Japan Electric Vehicle Club) сумели доказать миру: потенциал у электродвигателей, аккумуляторов без подзарядки может достигать 500 -1000 тысяч километров пробега. Правда, пока что 1 000 тысяч км пробега без подзарядки возможны только в теории, а 500-600 уже на практике.

На данный момент доступность такого транспорта – на уровне инженерно-конструкторской работы, экспериментальных выпусков, но есть перспективы что их подхватят автогиганты, и не за горизонтом – серийное производство.

Перспективы применения электродвигателей в автомобилях очень тесно связаны и с политикой отдельных государств. Например, в Норвегии обладатели электромобилей освобождены от уплаты ежегодного налога на транспорт, пользования платными дорогами, паромными переправами и даже большинством парковок. С учётом того, что налоги и тарифы в Скандинавии одни из самых высоких, мотивация приобрести именно авто с электродвигателем, а не ДВС – очень высокая.

Обратите внимание, что на базе LCMS ELECTUDE есть специальный раздел “Электрический привод”, в нём подробно разбираются электродвигатели, виды электропривода, системы зарядки, особенности обслуживания транспорта с электромотором. Кроме комплексных теоретических знаний в обучающих модулях приводятся многочисленные практические примеры.

Схема трансформатора Тесла. Трансформатор Тесла

Трансформатор Тесла (принцип работы аппарата рассмотрим далее) был запатентован в 1896-м году, 22 сентября. Аппарат представили как прибор, производящий электрические токи высокого потенциала и частоты. Устройство было изобретено Николой Тесла и названо его именем. Рассмотрим далее этот аппарат подробнее.

Трансформатор Тесла: принцип работы

Суть действия прибора можно объяснить на примере всем известных качелей. При их раскачивании в условиях принудительных колебаний амплитуда, которая будет максимальной, станет пропорциональной прилагаемому усилию. При раскачивании в свободном режиме максимальная амплитуда при тех же усилиях многократно возрастет. Такова суть и трансформатора Тесла. В качестве качелей в аппарате используется колебательный вторичный контур. Генератор играет роль прилагаемого усилия. При их согласованности (подталкивании в строго необходимые периоды времени) обеспечивается задающий генератор либо первичный контур (в соответствии с устройством).

Описание

Простой трансформатор Тесла включает в себя две катушки. Одна – первичная, другая – вторичная. Также резонансный трансформатор Тесла состоит из тороида (применяется не всегда), конденсатора, разрядника. Последний – прерыватель – встречается в английском варианте Spark Gap. Трансформатор Тесла также содержит "выход" – терминал.

Катушки

Первичная содержит, как правило, провод большого диаметра либо медную трубку с несколькими витками. Во вторичной катушке имеется кабель меньшего сечения. Его витков – около 1000. Первичная катушка может иметь плоскую (горизонтальную), коническую или цилиндрическую (вертикальную) форму. Здесь, в отличие от обычной трансформатора, нет ферромагнитного сердечника. За счет этого существенно снижается взаимоиндукция между катушками. Вместе с конденсатором первичный элемент формирует колебательный контур. В него включен разрядник – нелинейный элемент.

Вторичная катушка тоже формирует колебательный контур. В качестве конденсатора выступают тороидная и собственная катушечная (межвитковая) емкости. Вторичная обмотка часто покрыта слоем лака либо эпоксидной смолы. Это делается во избежание электрического пробоя.

Разрядник

Схема трансформатора Тесла включает в себя два массивных электрода. Эти элементы должны обладать устойчивостью к протеканию сквозь электрическую дугу больших токов. Обязательно наличие регулируемого зазора и хорошего охлаждения.

Терминал

В резонансный трансформатор Тесла этот элемент может быть инсталлирован в разном исполнении. Терминал может представлять собой сферу, заточенный штырь или диск. Он предназначается для получения искровых предсказуемых разрядов с большой длиной. Таким образом, два связанных колебательных контура образуют трансформатор Тесла.

Энергия из эфира – одна из целей функционирования аппарата. Изобретатель прибора стремился достичь волнового числа Z в 377 Ом. Он изготавливал катушки все большего размера. Нормальная (полноценная) работа трансформатора Тесла обеспечивается в случае, когда оба контура настроены на одну частоту. Как правило, в процессе корректировки осуществляется подстройка первичного под вторичный. Это достигается за счет изменения емкости конденсатора. Также меняется количество витков у первичной обмотки до появления на выходе максимального напряжения.

В будущем предполагается создать несложный трансформатор Тесла. Энергия из эфира будет работать на человечество в полной мере.

Действие

Трансформатор Тесла функционирует в импульсном режиме. Первая фаза – конденсаторный заряд до напряжения пробоя разрядного элемента. Вторая – генерация высокочастотных колебаний в первичном контуре. Включенный параллельно разрядник замыкает трансформатор (источник питания), исключая его из контура. В противном случае он будет вносить определенные потери. Это, в свою очередь, снизит добротность первичного контура. Как показывает практика, такое влияние существенно уменьшает длину разряда. В связи с этим в построенной грамотно схеме разрядник всегда ставится параллельно источнику.

Заряд

Его производит внешний источник высокого напряжения на основе низкочастотного повышающего трансформатора. Конденсаторная емкость выбирается так, чтобы она составляла вместе с индуктором определенный контур. Частота его резонанса должна быть равна высоковольтному контуру.

На практике все несколько иначе. Когда осуществляется расчет трансформатора Теслы, не учитывается энергия, которая пойдет на накачку второго контура. Напряжение заряда ограничивается напряжением у пробоя разрядника. Его (если элемент воздушный) можно регулировать. Напряжение пробоя корректируется при изменении формы либо расстояния между электродами. Как правило, показатель находится в пределах 2-20 кВ. Знак напряжения не должен слишком "закорачивать" конденсатор, на котором происходит постоянная смена знака.

Генерация

После того как будет достигнуто напряжение пробоя между электродами, в разряднике формируется электрический лавинообразный пробой газа. Происходит разряжение конденсатора на катушку. После этого резко снижается напряжение пробоя в связи с оставшимися ионами в газе (носителями заряда). Вследствие этого состоящая из конденсатора и первичной катушки цепь контура колебания через разрядник остается замкнутой. В ней образуются высокочастотные колебания. Они постепенно затухают, преимущественно вследствие потерь в разряднике, а также ухода на вторичную катушку электромагнитной энергии. Тем не менее колебания продолжаются, пока током создается достаточное количество зарядных носителей для поддержания в разряднике существенно меньшего напряжения пробоя, чем амплитуда колебаний LC-контура. Во вторичной цепи появляется резонанс. Это приводит к возникновению высокого напряжения на терминале.

Модификации

Какого бы типа ни была схема трансформатора Тесла, вторичный и первичный контуры остаются неизменными. Тем не менее один из компонентов основного элемента может быть разной конструкции. В частности, речь идет о генераторе высокочастотных колебаний. Например, в модификации SGTC этот элемент выполняется на искровом промежутке.

RSG

Трансформатор Тесла высокой мощности включает в себя более сложную конструкцию разрядника. В частности, это касается модели RSG. Аббревиатура расшифровывается как Rotary Spark Gap. Ее можно перевести следующим образом: вращающийся/роторный искровой либо статический промежуток с дугогасительными (дополнительными) устройствами. В таком случае частота работы промежутка подбирается синхронно частоте конденсаторной подзарядки. Конструкция искрового роторного промежутка включает в себя двигатель (как правило, он электрический), диск (вращающийся) с электродами. Последние или замыкают, или приближаются к ответным компонентам для замыкания.

Выбор расположения контактов и скорости вращения вала основывается на необходимой частоте следования колебательных пачек. В соответствии с типом управления двигателем различают искровые роторные промежутки асинхронные и синхронные. Также применение искрового вращающегося промежутка значительно понижает вероятность образования паразитной дуги между электродами.

В некоторых случаях обычный разрядник заменяют многоступенчатым. Для охлаждения этот компонент иногда помещают в газообразные или жидкие диэлектрики (в масло, к примеру). В качестве типового приема гашения дуги статистического разрядника используется продувка электродов с помощью мощной воздушной струи. В ряде случаев трансформатор Тесла классической конструкции дополняется вторым разрядником. Задача этого элемента состоит в обеспечении защиты низковольтной (питающей) зоны от высоковольтных выбросов.

Ламповая катушка

В модификации VTTC используют электронные лампы. Они играют роль генератора колебаний ВЧ. Как правило, это достаточно мощные лампы типа ГУ-81. Но иногда можно встретить и маломощные конструкции. Одной из особенностей в данном случае является отсутствие необходимости обеспечения высокого напряжения. Чтобы получить относительно небольшие разряды, нужно порядка 300-600 В. Кроме того, VTTC почти не издает шума, который появляется, когда трансформатор Тесла функционирует на искровом промежутке. С развитием электроники появилась возможность значительно упростить и уменьшить размер прибора. Вместо конструкции на лампах стали применять трансформатор Тесла на транзисторах. Обычно используется биполярный элемент соответствующей мощности и тока.

Как сделать трансформатор Тесла

Как выше было сказано, для упрощения конструкции используется биполярный элемент. Несомненно, намного лучше применить полевой транзистор. Но с биполярным проще работать тем, кто недостаточно опытен в сборке генераторов. Обмотка катушек связи и коллектора осуществляется проводом в 0.5-0.8 миллиметров. На высоковольтной детали провод берется 0.15-0.3 мм толщиной. Делается приблизительно 1000 витков. На "горячем" конце обмотки ставится спираль. Питание можно взять с трансформатора в 10 В, 1 А. При использовании питания от 24 В и более значительно увеличивается длина коронного разряда. Для генератора можно использовать транзистор КТ805ИМ.

Применение прибора

На выходе можно получить напряжение в несколько миллионов вольт. Оно способно создавать в воздухе внушительные разряды. Последние, в свою очередь, могут обладать многометровой длиной. Эти явления очень привлекательны внешне для многих людей. Любителями трансформатор Тесла используется в декоративных целях.

Сам изобретатель применял аппарат для распространения и генерации колебаний, которые направлены на беспроводное управление приборами на расстоянии (радиоуправление), передачи данных и энергии. В начале ХХ столетия катушка Тесла стала использоваться в медицине. Больных обрабатывали высокочастотными слабыми токами. Они, протекая по тонкому поверхностному слою кожи, не вредили внутренним органам. При этом токи оказывали оздоравливающее и тонизирующее воздействие на организм. Кроме того, трансформатор используется при поджиге газоразрядных ламп и при поиске течей в вакуумных системах. Однако в наше время основным применением аппарата следует считать познавательно-эстетическое.

Эффекты

Они связаны с формированием разного рода газовых разрядов в процессе функционирования устройства. Многие люди коллекционируют трансформаторы Тесла, чтобы иметь возможность наблюдать за захватывающими эффектами. Всего аппарат производит разряды четырех видов. Зачастую можно наблюдать, как разряды не только отходят от катушки, но и направлены от заземленных предметов в ее сторону. На них также могут возникать коронные свечения. Примечательно, что некоторые химические соединения (ионные) при нанесении на терминал могут изменить цвет разряда. К примеру, натриевые ионы делают спарк оранжевым, а борные – зеленым.

Стримеры

Это тускло светящиеся разветвленные тонкие каналы. Они содержат ионизированные газовые атомы и свободные электроны, отщепленные от них. Эти разряды протекают от терминала катушки или от самых острых частей непосредственно в воздух. По своей сути стример можно считать видимой ионизацией воздуха (свечением ионов), которая создается ВВ-полем у трансформатора.

Дуговой разряд

Он образуется достаточно часто. К примеру, если у трансформатора достаточная мощность, при поднесении к терминалу заземленного предмета может образоваться дуга. В некоторых случаях требуется прикосновение предмета к выходу, а затем отведение на все большее расстояние и растягивание дуги. При недостаточной надежности и мощности катушки такой разряд может повредить компоненты.

Спарк

Этот искровой заряд отходит с острых частей или с терминала напрямую в землю (заземленный предмет). Спарк представлен в виде быстро сменяющихся или исчезающих ярких нитевидных полосок, разветвленных сильно и часто. Существует также особый тип искрового разряда. Он называется скользящим.

Коронный разряд

Это свечение ионов, содержащихся в воздухе. Оно происходит в высоконапряженном электрическом поле. В результате создается голубоватое, приятное для глаза свечение около ВВ-компонентов конструкции со значительной кривизной поверхности.

Особенности

В процессе функционирования трансформатора можно услышать характерный электрический треск. Это явление обусловлено процессом, в ходе которого стримеры превращаются в искровые каналы. Он сопровождается резким увеличением количества энергии и силы тока. Происходит быстрое расширение каждого канала и скачкообразное повышение давления в них. В итоге на границах образуются ударные волны. Их совокупность от расширяющихся каналов формирует звук, который воспринимается как треск.

Воздействие на человека

Как и другой источник такого высокого напряжения, катушка Тесла может быть смертельно опасной. Но существует иное мнение, касающееся некоторых типов аппарата. Поскольку у высокочастотного высокого напряжения есть скин-эффект, а ток существенно отстает от напряжения по фазе и сила тока очень мала, несмотря на потенциал, разряд в человеческое тело не может спровоцировать ни остановку сердца, ни прочие серьезные нарушения в организме.

Полупроводниковая катушка

Тесла с двойным резонансом

Конструктор трансформатора Тесла - Никола Тесла из Сербии. Изобретение предназначалось для беспроводной передачи энергии. Это трансформатор с воздушным сердечником, работа которого основана на явлении резонанса и генерирует напряжение в миллионы вольт. Каждый электрический разряд в воздухе связан с образованием канала ионизированного газа. Источником акустической волны является значительное повышение температуры и давления в канале разряда.Это также проявляется в эффективном освещении. Конструктором трансформатора Теслы является Никола Тесла из Сербии. Изобретение предназначалось для беспроводной передачи энергии. Это трансформатор с воздушным сердечником, работа которого основана на явлении резонанса и генерирует напряжение в миллионы вольт. Каждый электрический разряд в воздухе связан с образованием канала ионизированного газа. Источником акустической волны является значительное повышение температуры и давления в канале разряда.Это также проявляется в эффективном освещении.

Классический трансформатор состоит из: высоковольтного источника питания, разрядника, конденсатора, первичной обмотки, вторичной обмотки и тороида. В двойной резонансной твердотельной катушке Тесла (DRSSTC Dual Resonant Solid State Coil Tesla) искровой разрядник заменен электронной схемой, так что для работы не требуется высокое напряжение. Это главная особенность, которая отличает сделанную мной катушку от других.Благодаря использованию инвертора и специального контроллера можно регулировать и контролировать рабочие параметры, такие как значения тока и напряжения в цепи, количество потребляемой мощности или частота и наполнение сигналом. Изменение частоты и продолжительности разрядов вызывает изменение высоты звука, генерируемого разрядом, благодаря чему возможно воспроизведение отдельных звуков разной высоты и громкости, а также составленных из них мелодий. В ближайшее время планирую адаптировать систему для воспроизведения музыки на катушке Теслы.

Фото 1. Трансформатор Тесла запущен, длина разряда достигает 50 см

Двухрезонансная полупроводниковая катушка Теслы — еще один вариант трансформатора. Как следует из названия, есть два резонансных контура. Первая представляет собой LC-схему, управляемую модулями IGBT. Вторая схема — классическая вторичная обмотка и тор. Условием работы DRS-STC является то, что обе цепи должны работать на одной или близкой резонансной частоте. Если это условие выполняется, энергия эффективно передается между цепями.Хотя потребляемый устройством ток из сети невелик, в первичной цепи он может достигать даже нескольких сотен ампер. Ограничением является мощность транзисторов и конденсаторов. Представленная катушка вырабатывает напряжение до 2 миллионов вольт, эффект от ее работы показан на фото 1.

Конструкция и работа устройства

Блок-схема устройства представлена ​​на рисунке 2. Конструкцию можно разделить на 8 блоков.

Рисунок 2. Структурная схема устройства

1.Мощность

Контроллеру требуется питание постоянного тока 5 В, 15 В и –15 В. На промежуточный мост подается напряжение 40 В. Все необходимые напряжения были получены благодаря использованию тороидального трансформатора (фото 3). В первичную цепь подается выпрямленное сетевое напряжение. На этапе тестирования я использовал автотрансформатор, который позволял постепенно увеличивать напряжение питания инвертора. Потребляемая мощность при разряде длиной 50 см не превышала 1000 Вт.

Фото 3.Системы управления трансформаторным питанием

2. Прерыватель

Цепь, запускающая DRSSTC, является прерывателем. Он имеет контроль частоты и заполнения, который управляет катушкой. Он синхронизируется с первичной цепью с помощью специального триггера. Прерыватель — это отдельный элемент устройства (фото 4), он позволяет управлять работой катушки. Я соединил прерыватель с контроллером коаксиальным кабелем, но намерен заменить его оптоволоконным.Я также планирую построить музыкальный прерыватель, который позволит вам управлять трансформатором Теслы с помощью музыки. Его основной задачей будет чтение MIDI-файлов и генерация соответствующего управляющего сигнала. Схема прерывателя показана на рисунке 5.

Фото 4. Прерыватель - модуль управления параметрами работы катушки

Рисунок 5. Схема подключения прерывателя

3. Контроллер

Создатель и первый автор этой раскладки Финн Хаммер.Принцип работы регулятора основан на использовании сигнала обратной связи. Трансформатор тока с соотношением сторон 1:100, размещенный на одном из проводников первичной цепи, генерирует сигнал, который затем формируется в импульсы и используется для управления модулями IGBT. Контроллер также выполняет функцию ограничения тока, используя тот же трансформатор, что и в случае с обратной связью. На этот раз сигнал выпрямляется и подается на вход компаратора.Опорное напряжение подается на второй вход компаратора. Эта система используется для блокировки работы катушки при превышении заданного значения тока. Схема контроллера показана на рисунке 6, а собранная плата контроллера – на фото 7.

Рисунок 6. Электрическая схема контроллера

Фото 7. Внешний вид собранной платы драйвера

IGBT должны переключаться с нулевыми значениями тока - это операция ZCS (Zero Current Switching).В противном случае IGBT будут повреждены при более высоком напряжении питания. Для достижения этой цели была использована схема опережения напряжения к току. Время опережения можно точно настроить, чтобы точно установить переключение в моменты нулевого тока.H-мост управляется управляющим трансформатором GDT, а затем промежуточным мостом, тем самым обеспечивая гальваническую развязку контроллера от силовой цепи. Трансформатор управления ГДТ и трансформаторы тока намотаны на тороидальных сердечниках из материала 3Э25.

Рисунок 8. Схема подключения промежуточного моста

4. Промежуточная перемычка

Сигнал, формируемый контроллером и управляющим трансформатором ГДТ, поступает на промежуточный мост. Это типичная полная мостовая схема с МОП-транзисторами, используемыми для максимально возможного сокращения времени нарастания и спада сигнала. Задача этой части — усилить сигнал, управляющий главным инвертором, и таким образом разгрузить контроллер. Схема промежуточного моста показана на рисунке 8, а собранная плата на фото 9.

Фото 9. Вид собранной промежуточной плиты моста

Рисунок 10. Схема подключения инвертора

5. Инвертор

Схема инвертора представлена ​​на фото 10, представляет собой Н-мост, построенный с применением IGBT-транзисторов SKM200GB128D, максимальное рабочее напряжение которых 1200 В и максимальный длительный ток 300 А. В состав моста также включены фильтрующие конденсаторы - a всего 13,6 мФ 450 В. При переключении транзисторов возникают значительные перенапряжения.Это связано с коммутацией больших токов. Для их устранения я применил соответствующие управляющие и снабберные конденсаторы на 2 мФ, значительно снижающие импульсы напряжения, и защитные диоды TVS, задачей которых является короткое замыкание отрицательных импульсов напряжения. На фото 11 представлена ​​осциллограмма формы тока в первичной цепи (максимальное значение до 300 А), а на фотографии 12 – осциллограмма напряжения в этой цепи.

Фото 11.Осциллограмма формы тока в первичной цепи, максимальный ток около 300 А

Фото 12. Осциллограмма формы напряжения в первичной цепи катушки

Соединения между транзисторами и конденсаторами фильтра должны иметь наименьшую индуктивность, так как это увеличивает энергию импульсов напряжения. Чтобы предотвратить это, для соединений использовалась арматура из толстого медного листа. Идея инвертора заключается в том, чтобы переключать транзисторы точно при нулевом токе (ZCS).Весь инвертор смонтирован на большом радиаторе, но благодаря режиму ZCS он остается холодным даже после более длительной работы катушки. На фото 13 и 14 показан инвертор в собранном виде.

Фото 13. Вид инвертора

в собранном виде

Фото 14. Способ монтажа медных шин

6. Первичный резонансный контур

В качестве резонансного конденсатора я использовал батарею из 4 конденсаторов ПМБ 0,56 мФ 4 кВ. Они были выбраны для выдерживания высоких токов и напряжений.Первичная обмотка выполнена из медной трубки диаметром 10 мм, намотанной на специально вырезанные опоры из оргстекла. Общая длина трубы около 10 м. Конструкция первичного резонансного контура показана на фото 15 и 16.

Фото 15. Конструкция первичной обмотки

Фото 16. Элементы базы первичной обмотки

7. Вторичный резонансный контур

Вторичная обмотка намотана на канализационной трубе 160 мм проводом 0,3 мм на длине 56 см, что составляет примерно 1800 витков (фото 17).Для правильного выполнения этой части требуется терпение и большие ручные навыки. После намотки покрасил их эпоксидной смолой, что предотвращает рассыпание провода. Тор был построен путем намотки спиротрубы на прессованные деревянные крышки, выравнивания поверхности шпаклевкой и покрытия всей поверхности алюминиевой лентой. Резонансная частота вторичных обмоток и тора составляет примерно 70 кГц.

Фото 17. Строительство вторичного контура

8.База

Основа всего устройства изготовлена ​​из вспененных пластин ПВХ. Для их соединения я использовал алюминиевые ножки (фото 18). Для обеспечения подвижности всей конструкции было установлено 4 опорных катка. Основание пришлось делать очень аккуратно из-за того, что оно несет на себе большой вес всех остальных элементов.

Фото 18. Основание с прикрепленными аксессуарами

Резюме

При сборке устройства я столкнулся с несколькими проблемами.Одним из них было удивительно большое влияние расположения объектов в непосредственной близости от трансформатора на его параметры. Каждое изменение приводило к снятию системы с охраны. Другой проблемой была токовая емкость резонансного конденсатора. В первичной цепи текут очень большие токи в сотни ампер. Я решил это с помощью конденсаторной батареи, параметры которой были учтены с большим запасом.

Катушку, которую я построил, можно использовать:

  • Во время высоковольтных шоу, концертов, фестивалей, специальных мероприятий;
  • В электротехнической лаборатории и физическом классе в качестве учебного пособия для изучения, в том числев резонансные явления;
  • Для беспроводной передачи энергии;
  • Для ионизации газов;
  • Для проверки прочности кузова автомобилей, самолетов и лабораторных испытаний.

Безопасность

Хорошее заземление является основным условием безопасного использования трансформатора Тесла. Электронное заземление, все металлические части, нижний конец вторичной обмотки и катушка защиты должны быть подключены к нему.Заземление катушки безопасности гарантирует, что первичная цепь защищена от высокого напряжения. Человек, управляющий катушкой, должен находиться на безопасном расстоянии (несколько метров) от устройства. Само устройство защищено предохранителями. Они также должны быть подключены к электрической системе с установленным устройством защитного отключения. Для запуска катушки лучше всего использовать автотрансформатор, который позволяет постепенно увеличивать напряжение питания инвертора.

Якуб Енджеевский 90 120 90 121 [email protected]

Библиография:

  1. http://bit.ly/2JncXRR
  2. http://bit.ly/2okvfMo
  3. http://bit.ly/32RlvIC
  4. http://bit.ly/340cLzY
  5. Видео: http://bit.ly/2MP0o4a

Благодарности
Особую благодарность заслуживают: д-р Павел Собчак (научный руководитель), Дамиан Пала (выпускник химической технологии Университета науки и технологии AGH).Станислава Сташич в Кракове), Доминик Идзиняк (студент электротехники в Жешувском технологическом университете). Я благодарен этим людям за все их время и усилия, чтобы найти ответы на мои вопросы. г-н мгр. англ. Анджей Гаевский, спасибо за существенную помощь в подготовке к конкурсу "Электроник". 90 120 Якуб Енджеевский 9000 3

.

Что такое катушка Тесла: принципиальная схема, работа и ее применение

Мир беспроводных технологий уже здесь! Бесчисленные беспроводные приложения, такие как беспроводное освещение, умные беспроводные дома, беспроводные зарядные устройства и т. д., стали возможными благодаря беспроводной технологии. В 1891 году изобретатель Никола Тесла изобрел самое известное открытие — катушку Теслы. Тесла был одержим идеей беспроводной передачи энергии, что привело к изобретению катушки Теслы.Эта катушка не требует сложной схемы, поэтому она является частью нашей повседневной жизни, как пульт дистанционного управления, смартфоны, компьютеры, рентгеновские лучи, неоновые и флуоресцентные лампы и так далее.



Что такое катушка Тесла?

Определение: Катушка Тесла представляет собой радиочастотный генератор, который приводит в действие резонансный трансформатор с воздушным сердечником с двойной настройкой для получения высокого напряжения при малых токах.


Катушка Тесла


Чтобы лучше понять, давайте определим, что такое радиочастотный генератор.Прежде всего, мы понимаем, что электронный осциллятор — это устройство, которое производит электрические сигналы синусоидальной или прямоугольной формы. Этот электронный генератор генерирует сигналы в диапазоне радиочастот от 20 кГц до 100 ГГц и называется радиочастотным генератором.

Принцип работы катушки Теслы

Эта катушка может генерировать выходное напряжение до нескольких миллионов вольт в зависимости от размера катушки. Катушка Тесла работает по принципу достижения состояния, известного как резонанс.Здесь первичная катушка излучает огромное количество тока во вторичную катушку, чтобы управлять вторичной цепью с максимальной энергией. Точно настроенная схема помогает пропускать ток из первичной во вторичную цепь с настроенной резонансной частотой.



Схема катушки Тесла

Эта катушка состоит из двух основных частей: первичной и вторичной, причем каждая катушка имеет собственный конденсатор. Искровой разрядник соединяет катушки и конденсаторы.Искровой разрядник предназначен для создания искры, которая возбуждает систему.

Схема катушки Тесла

Компания Tesla Coil Works

В этой катушке используется специальный трансформатор, называемый резонансным трансформатором, радиочастотным трансформатором или колебательным трансформатором.

Первичная обмотка подключена к источнику питания, а вторичная обмотка трансформатора слабо связана для обеспечения резонанса. Конденсатор, подключенный параллельно цепи трансформатора, действует как схема настройки или LC-цепь для генерации сигналов определенной частоты.

Первичная часть трансформатора, также известная как резонансный трансформатор, поднимается вверх, создавая очень высокие уровни напряжения в диапазоне от 2 кВ до 30 кВ, которые, в свою очередь, заряжают конденсатор. Когда в конденсаторе накапливается огромное количество заряда, он в конечном итоге разрывает воздух в искровом промежутке. Конденсатор пропускает огромное количество тока через катушку Тесла (L1, L2), что в свою очередь генерирует высокое напряжение на выходе.

Частота колебаний

Комбинация конденсатора и первичной обмотки "L1" образует настроенную цепь.Эта настроенная схема гарантирует, что как первичная, так и вторичная цепи точно настроены на резонирование на одной и той же частоте. Резонансные частоты первичных цепей «f1» и вторичных цепей «f2» определяются по формуле:

f1 = 1/2π L1C1 и f2 = 1/2 √ 9001 L2C2

Поскольку вторичный контур не регулируется, подвижный отвод «L1» используется для настройки первичного контура до тех пор, пока оба контура не будут резонировать на одной частоте.Поэтому частота первички такая же, как и у вторичной.

F = 1 / 2π√l1C1 = 1/2π = 1/2π L2C2

Условие для первичного и вторичного резонанса на той же частоте:

L1C1 = L2C2

Резонансное напряжение в трансформатора не зависит от коэффициента числа витков, как в обычном трансформаторе. Как только цикл начинается и лонжерон позиционируется, энергия первичной цепи накапливается в первичном конденсаторе «C1», а напряжение, при котором пробивается искра, равно «V1».

W1 = 1/2C1V1 два

Аналогично, энергия вторичной обмотки определяется по формуле

W2 = 1/2C2V2 два = W П1. Упрощая приведенное выше уравнение, мы получаем

V2 = V1√C1 / C2 = V1√L2 / L1

В приведенном выше уравнении пиковое напряжение может быть достигнуто, когда нет перебоев с подачей воздуха. Пиковое напряжение — это напряжение, при котором воздух разрушается и становится проводящим.

Преимущества/недостатки катушки Тесла

Преимущества

  • Позволяет равномерно распределить напряжение в катушках обмотки.
  • Медленно увеличивает напряжение, чтобы не повредить.
  • Отличная производительность.
  • Использование трехфазных выпрямителей для более высоких мощностей может обеспечить огромное распределение нагрузки.

Недостатки:

  • Катушка Тесла представляет несколько рисков для здоровья из-за излучения радиоволн высокого напряжения, включая ожоги кожи, повреждение нервной системы и сердца.
  • Имеет высокую стоимость приобретения большого сглаживающего конденсатора постоянного тока.
  • Создание схемы требует много времени, так как она должна быть идеальной, чтобы резонировать

Применение катушек Теслы

Сегодня эти катушки не требуют больших сложных схем для генерации высокого напряжения. Тем не менее, маленькие катушки Теслы находят применение во многих сферах.

  • Сварка алюминия
  • Эти катушки используются в автомобилях для зажигания свечей зажигания
  • Созданы вентиляторы с катушками Тесла, используемые для создания искусственного освещения, звуков, напоминающих музыку Катушки Тесла в индустрии развлечений и образования используются в качестве аттракционов на выставках электроники и науки музеи 90 110
  • Высоковакуумные системы и дуговые зажигалки
  • Детекторы утечек вакуумных систем

Часто задаваемые вопросы

1).Что делают катушки Тесла?

Эта катушка представляет собой радиочастотный генератор, который приводит в действие резонансный трансформатор для получения высокого напряжения при малом токе.

2). Может ли катушка Теслы заряжать телефон?

В настоящее время выпускаются смартфоны со встроенной беспроводной зарядкой, использующей принцип катушки Теслы.

3). Опасна ли катушка Тесла?

Катушка и ее аксессуары очень опасны, поскольку они генерируют очень высокие напряжения и токи, которые человеческое тело не может обеспечить

4).Почему катушки Теслы создают музыку?

В целом, эта катушка превращает воздух вокруг себя в плазму, которая меняет объем и распространяет волны во всех направлениях, создавая звук/музыку. Это происходит на высокой частоте от 20 до 100 кГц.

5). Как Тесла передал электричество по беспроводной связи?

Искровой разрядник используется для соединения конденсаторов и двух катушек. Мощность, подаваемая трансформатором, создает необходимый ток и питает всю цепь.

Итак, речь идет об обзоре катушки Тесла, которую можно использовать для выработки электричества высокого напряжения, слабого тока и высокой частоты. Катушка Теслы обладает способностью беспроводной передачи электроэнергии на расстояние до нескольких километров. Мы позаботились о том, чтобы эта статья дала читателю представление о работе катушки Тесла, ее преимуществах и недостатках, а также об использовании. Действительно, его изобретение беспроводной передачи электричества изменило способ общения в мире.

.

Принцип турбины Теслы - Возобновляемый

Никола Тесла стал одним из самых узнаваемых изобретателей 19-го и 20-го веков. Более 120 проприетарных решений только показывают, насколько изобретательной была Тесла. Одно из его открытий — дисковая турбина, известная как турбина Теслы.

Изобретение в конечном итоге выполняет работу обычной турбины. Никола Тесла решил использовать в конструкции несколько явлений, в основном явление адгезии, и использовал его для соединения поверхностных слоев пластин.Диски, расположенные параллельно друг другу, не соприкасаются друг с другом напрямую, они отстоят друг от друга примерно на полмиллиметра. В это пространство перекачивается жидкость или газ, что позволяет им вращаться за счет специально созданной циркуляции среды.

ПРОСТАЯ ТУРБИНА TESLA

Как видите, устройство несложное, а простые решения, примененные в его конструкции, обеспечивают долгую и безотказную работу. Следует позаботиться о том, чтобы обеспечить надлежащую циркуляцию жидкости или газа в турбине.

Двигатель внутреннего сгорания, изобретенный Николой Теслой, работает с турбиной Теслы, которая является его частью. Это не единственный тип турбины, вышедший из мастерской сербского американца. В то время, когда он жил, многие его изобретения подвергались критике со стороны тогдашнего общества - сегодня мы знаем, каким великим умом был Никола Тесла. Многие его конструкции считались невозможными, в том числе несколько типов турбин. Сама турбина нашла свое применение на флоте.Его устанавливали на подводных лодках.

ТУРБИНА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Турбина Тесла является одним из примеров использования переменного тока. Никола, в отличие от многих ученых своего времени, смог произвести его своими приборами. Он очень интересно использовал переменный ток, создавая новые модели турбин и других устройств. Хорошо продуманный метод использования адгезии позволил изобрести очень эффективную турбину, которую многие люди с успехом изготовили в домашних условиях, используя простейшие инструменты.Сегодня такую ​​турбину можно использовать в стоматологическом оборудовании, а точнее в устройствах для сверления зубов - быстрое вращение достигается с помощью сжатого воздуха.

.90 000 Тесла Кола | Transzystor.pl

Здравствуйте, я хотел бы представить конструкцию катушки Тесла моего проекта.

Требуемые материалы:

1. Конденсатор высоковольтный
например 0,22 НФ 15 -30 кВ
2. Траф ВН желательно от старого телевизора
3. Умножитель напряжения
4. Выпрямитель высоковольтный
например от СВЧ
5. Провод обмоточный эмалированный 0,4мм например
от петля размагничивания с ТВ
6. Обмоточный провод 14мм/17мм
например от стартера
7.2 винта для магнето
8. Несколько хорошо изолированных кабелей
9. Труба ПВХ, например, Ø 50, круг 50 см
10. Труба ПВХ, например, Ø 100, круг 10–30 см
11. Транзистор 2n3055
12. Изолента или термоусадочная трубка
13. Жесть
14. Калофон

Инструменты;

1. Паяльник
2. Пассатижи
3. Кусачки
4. Дрель
5. Сверло 1 мм
6. Ножницы

!!!ВНИМАНИЕ!!!

В устройстве (системе) высокое напряжение, опасное для жизни человека.Делая это устройство по моему проекту, вы делаете это на свой страх и риск. У МЕНЯ НЕТ ПОСЛЕДСТВИЙ ДЛЯ КАКИХ-ЛИБО ПОВРЕЖДЕНИЙ ИЛИ ОШИБОК, ВЫЗВАННЫХ НЕДАВНО
Описание исполнения:

1.Намотайте сердечник вторичной катушки из провода 0,4мм, намотайте точно рядом с другой катушкой, слегка натянув провод, и так до самого конца в нижней части трубки ПВХ fi 50 с уже намотанным сердечником , делаем небольшое отверстие, чтобы после присоединения провода он не разматывался, то же самое проделываем с верхней частью
2. Первичную обмотку нашей катушки мотаем из толстого провода.Есть 3 варианта намотки 1 коническая, 2 цилиндрическая и 3 червячная, чтобы наш провод не разматывался, наматываем на трубку ПВХ фи 100 и делаем 2 отверстия как раньше
3. делаем разрядник с 2 винты чтоб можно было отрегулировать разрядник, которые вынимаем несколько мм
4. Собираем так называемый ЗВС с одним транзистором 2n3055 и к счастью с телевизором как собрать схема п.т. ЗВС
5. собираем все вместе, так втыкаем от нашего генератора ЗВС, берем высоковольтный выходной кабель и припаиваем к входу U на дубликаторе, кабель с маркировкой HV подключаем к магнето, от магнето к конденсатору , затем с конденсатора на первичную обмотку, затем с первичной обмотки на магнето и на минус ЗВС (некоторые умножители напряжения требуют для правильной работы Минуса, тогда ЗВС подключается к минусу к умножителю).После такой сборки можно начинать пробовать запускать и управлять нашей катушкой Тесла через магнето или уменьшая и увеличивая количество витков первичной катушки, обычно от 4 до 8 витков, при настройке не забываем об особой осторожности и о разряде конденсатора и о наличии высокого напряжения

Принцип действия:
Питающий трансформатор заряжает первичный конденсатор. Когда напряжение на конденсаторе достаточно возрастает, это вызывает скачок искры и начало резонирующих колебаний: конденсатор разряжается через первичную катушку, создавая в ней магнитное поле.Это поле индуцирует высокое напряжение во вторичной цепи. Ток вторичной цепи через первичную катушку заряжает первичный конденсатор противоположным напряжением. Образно можно сказать, что энергия от конденсатора «отправляется» во вторичную цепь, а затем «возвращается» в первичную. Весь цикл повторяется на резонансной частоте.

Индуктивность поддерживает искру до тех пор, пока рассеиваемая мощность цепи не разрядит конденсатор и не уменьшит амплитуду. Происходит пауза, во время которой конденсатор заряжается, загорается еще одна искра и цикл повторяется.Как видите, в работе всей системы есть две наложенные частоты: резонансная частота (в диапазоне от кГц до МГц) и рабочая частота магнето (обычно соответствует частоте сети 50 Гц). ...но на эффектных оптических эффектах. Резонанс с Землей вызывает появление молний разной длины из тора.

При проектировании необходимо помнить, что питающий трансформатор, кроме соответствующего номинального напряжения, должен иметь еще и достаточную мощность.По понятным причинам нельзя ожидать, что первичное напряжение будет равно напряжению холостого хода трансформатора. При слишком малой мощности напряжение может упасть настолько, что даже не сможет проникнуть в магнето.

Схема подключения:

Схема ЗВС:

Выполнен проект:

Статья и дизайн
Patryk Rymczak
Я оставляю за собой авторские права, запрещаю распространение этой статьи на других сайтах.Статья написана для портала tranzystor.pl.

.

Мини-катушка Тесла 15 Вт - Катушка Тесла

Мини-катушка Тесла
* КОМПЛЕКТ ДЛЯ САМОМОНТАЖА *

Модуль мини-катушки Тесла. Модуль позволяет, кроме явной генерации электрической дуги (плазма, плазма), использоваться в качестве звукового динамика. Система имеет аудиовход. Катушка Тесла идеальна в качестве демонстрационного модуля для интересных и зрелищных шоу.
Из-за наличия высокого выходного напряжения предлагаемый модуль не предназначен для начинающих электронщиков.Крайне важно соблюдать все меры предосторожности, так как существует риск поражения электрическим током или ожогов.

презентация модуля катушки Тесла в виде видео:

технические данные:

  • набор для самостоятельной сборки
  • Модуль мини-катушки Tesla
  • Размеры: 38x79 мм
  • мощность: 15 Вт
  • напряжение питания: 15-24 В постоянного тока
  • КПД источника питания
  • : прибл.2А
  • разъем питания: разъем постоянного тока 5,5/2,1 мм
  • можно использовать как громкоговоритель (для высоких тонов)
  • Аудиовход 3,5 мм JACK

Инструкция по сборке:

Вид собранного модуля мини-катушки Tesla:

Модуль не имеет защиты от переполюсовки, превышения допустимого напряжения и входного тока и т.п.Превышение одного из этих параметров приведет к немедленному и необратимому повреждению модуля. Модуль преобразователя напряжения с использованием катушки Тесла не имеет практического применения, его можно использовать только для демонстрации, обучения и экспериментов.

в комплекте:

  • печатная плата PCB
  • все необходимые компоненты

Набор для самостоятельной сборки - пайки, состоящий из печатной платы и набора электронных компонентов.Конечный результат – рабочее устройство зависит только от навыков сборщика и его опыта. В случае, если устройство не работает и т.д., возврат или замена впаянных элементов невозможна. Есть только возможность платного ремонта нашим сервисом - однако в случае некоторых более дешевых сборочных комплектов стоимость услуги будет превышать стоимость комплекта.

.

О Тесле | Тесла

Tesla

была основана в 2003 году группой инженеров, которые хотели доказать, что людям не нужно идти на компромисс, чтобы использовать электромобили, и что они могут быть лучше, быстрее и приятнее в управлении, чем автомобили с двигателем внутреннего сгорания. . Сегодня Tesla не только производит полностью электрические автомобили, но и создает бесконечно масштабируемые продукты для производства и хранения чистой энергии. Бизнес Tesla основан на предпосылке, что чем раньше мир откажется от ископаемого топлива и перейдет к безуглеродному будущему, тем лучше.

С выпуском Roadster в 2008 году были представлены новейшие технологии Tesla в области аккумуляторных батарей и электрических силовых агрегатов. С тех пор Tesla с нуля разработала первый в мире полностью электрический седан Model S, который стал лучшим автомобилем в своем классе во всех категориях. Сочетая в себе безопасность, производительность и маневренность, Model S полностью преобразила мировые ожидания от автомобиля 21 века с самым большим ассортиментом электромобилей, беспроводными обновлениями программного обеспечения, которые постоянно улучшают его, и рекордным ускорением от 0 до 60 миль в час за 2,28 секунды. от Мотор Тренд.В 2015 году Tesla расширила свою продуктовую линейку, включив в нее Model X, самый безопасный, быстрый и универсальный внедорожник, получивший 5-звездочный рейтинг безопасности от Национальной администрации безопасности дорожного движения во всех категориях. Реализуя секретный генеральный план Илона Маска, Tesla в 2016 году представила Model 3 — доступный массовый электромобиль, производство которого началось в 2017 году. Вскоре после этого Tesla представила самый безопасный и удобный грузовик из когда-либо существовавших - Tesla Semi, который был разработан, чтобы сэкономить пользователям не менее 200 000 долларов на миллион миль только на расходах на топливо.В 2019 году Tesla представила Model Y, внедорожник среднего размера, вмещающий до семи человек, и Cybertruck — автомобиль с большей универсальностью, чем традиционные пикапы, и производительностью, превосходящей спортивные автомобили.

автомобиля Tesla производятся на заводе компании во Фримонте, штат Калифорния, и на заводе Gigafactory в Шанхае. Чтобы достичь нашей цели — иметь самые безопасные заводы в мире, Tesla активно подходит к вопросам безопасности, требуя от производственных рабочих пройти многодневную программу обучения, прежде чем они войдут в заводской цех.Позже Tesla проводит ежедневное обучение на рабочем месте и ежедневный мониторинг производительности, чтобы можно было быстро вносить улучшения. В результате уровень безопасности в Tesla продолжает повышаться, а производство увеличивается.

Чтобы создать полностью устойчивую энергетическую экосистему, Tesla также производит уникальный набор энергетических решений Powerwall, Powerpack и Solar Roof, которые позволяют домовладельцам, предприятиям и поставщикам коммунальных услуг управлять производством, хранением и потреблением возобновляемой энергии.Поддержку автомобильной и энергетической продукции Tesla оказывает Gigafactory 1 — завод, призванный значительно удешевить аккумуляторные элементы. Благодаря самостоятельному производству элементов Tesla приводит количество производимых аккумуляторов в соответствие с принятыми производственными целями и одновременно создает тысячи рабочих мест.

И это только начало. В настоящее время Tesla создает самый доступный автомобиль Tesla, чтобы иметь возможность постоянно предоставлять доступные и доступные продукты все большему и большему количеству людей, что в конечном итоге ускоряет эру чистого транспорта и производства чистой энергии.Электромобили, аккумуляторы и системы производства и хранения возобновляемой энергии уже присутствуют в нашей среде как отдельные отрасли экономики, но их сочетание приносит еще лучшие результаты — это будущее, которого мы хотим.

.

Тесла трансформатор

устройство, принцип работы и схема

Каждый человек, скорее всего, слышал о том, что трансформатор Тесла часто называют катушкой Тесла. Этот барабан можно увидеть во многих фильмах, компьютерных играх и сериалах. Однако недостаточно услышать, что есть что-то подобное. Если вас спросят, что именно делает трансформатор Теслы, сможете ли вы ответить на этот вопрос? Скорее всего нет, а если и можешь, то не можешь сказать достаточно подробностей.Вот почему эта статья. С его помощью можно узнать все о трансформаторе Тесла, как он работает, для чего используется, как работает и так далее. Конечно, если вы учились по физической специализации, то эти данные не будут для вас новыми, но большинство людей до сих пор не знают подробностей о Катушке Теслы. А ведь это очень интересные данные, которые позволят вам расширить кругозор. Как нетрудно догадаться, великий ученый Никола Тесла, запатентовавший свое изобретение в 1896 году, описывал его как устройство, предназначенное для выработки электрических токов высокой частоты.По сути, это и есть катушка Тесла, и вы наверняка уже это знаете. Поэтому стоит взглянуть на более интересные и менее известные данные.

Что это?

Сначала нужно объяснить суть Катушки Теслы. Это может выглядеть по-разному, но многие люди говорят, что это выглядит впечатляюще, так или иначе, даже в спокойном режиме. Что уж говорить о том, когда он активируется и вокруг него образуются видимые свалки электричества. Но как именно это происходит? Трансформатор Тесла работает за счет резонанса электромагнитных волн, образующихся в двух обмотках катушки, первичной и вторичной.Первичная обмотка является частью центра колебаний искры. Что касается вторички, то ее роль уже играет простая проволочная катушка. При совпадении частот колебаний первичной и вторичной цепей между концами катушки возникает высокое переменное напряжение, которое видно невооруженным глазом. Если вы не очень понимаете, как работает трансформатор Тесла, то, например, можете сделать обычные качели. С их помощью уточнить работу будет намного проще. Если вы делаете качание с принудительной вибрацией, амплитуда будет пропорциональна вашему усилию.Если вы выберете качание в режиме без вибрации каждый раз, когда вы перемещаете качели в нужный момент, амплитуда увеличится в несколько раз. То же самое происходит и с катушкой Теслы: когда два витка колеблются вместе, создается гораздо более сильный ток.

Конструкция трансформатора

Вторым моментом, который необходимо учитывать при выборе трансформатора Тесла, является схема. Как именно работает катушка? На самом деле устройство этого трансформатора может быть самым разнообразным, поэтому сейчас вы узнаете, как устроен его простейший вариант, который потом можно корректировать по своему усмотрению.Итак, простейший трансформатор Тесла состоит из нескольких компонентов, а именно входного трансформатора, катушки индуктивности, включающей в себя первичную и вторичную обмотки, а также разрядника, конденсатора и вывода. Фактически ток начинает двигаться от входного трансформатора, являющегося источником питания, откуда он проходит через ограничитель и конденсатор в дроссель, а оттуда в умноженном количестве направляется на клемму. Кроме того, клемму часто выбирают так, чтобы она могла выдерживать одинаковое напряжение, например, она может иметь форму шара или диска.Как вы понимаете, это простейший трансформатор Тесла - схема тому подтверждение. В катушке Теслы может быть больше элементов. Например, может быть тор, который не описан на этой схеме, потому что он не является ключевым компонентом. Что касается основных элементов, то все они были указаны.

Эксплуатация

Теперь вы знаете, как работает трансформатор Теслы. Принцип его работы вам тоже понятен, но можно и вдаваться в подробности.Как именно это работает? Оказывается, он работает в импульсном режиме. Что это означает? Это означает, что конденсатор заряжается в первый раз до тех пор, пока разрядка не завершится и электрическая энергия не будет передана катушке индуктивности. Затем начинается вторая фаза, во время которой генерируются высокочастотные колебания. Обратите внимание, что ограничитель должен быть параллелен источнику питания, чтобы он замыкал цепь при подаче тока на катушку, тем самым выводя источник питания из цепи.зачем вам это? Если источник питания останется частью схемы, это может значительно снизить напряжение на выходе трансформатора. Конечно, результат все равно будет, но при этом он будет не самым впечатляющим. Так работает трансформатор Теслы. Принцип работы теперь вам полностью ясен, но есть еще некоторые детали, которые могут вас заинтересовать.

Трансформаторная нагрузка

Как вы уже могли заметить, если вы планируете построить мощный трансформатор Тесла, для этого потребуется продумать абсолютно все детали, так как любое отклонение от нормы приведет к выходному напряжению недостаточно высока, поэтому эффект будет менее впечатляющим.Особое внимание следует уделить первоначальному взносу, то есть выбору источника питания. В этом случае нужно правильно подобрать конденсатор, чтобы выходное напряжение было идеальным и конденсатор не «связывался сам по себе». Есть даже трансформатор Тесла с автоблокировкой, поэтому разнообразию конструкций нет предела. Итак, следует помнить, что в данном случае рассматривается простейшая конструкция катушки Тесла.

Поколение

Ну и последнее, на что стоит обратить внимание, это сам процесс генерации тока высокой частоты.Таким образом, трансформатор Тесла питается от выбранного источника питания, передающего заряд конденсатору, где он накапливается до тех пор, пока не произойдет отказ, в результате чего конденсатор разряжается через разряд на первичную обмотку. При резком падении напряжения на ограничителе цепь замыкается и, как было сказано выше, источник питания отключается от цепи. В этот момент на первичной обмотке возникает высокочастотная вибрация, которая затем передается на вторичную обмотку, в результате чего вибрация становится резонансной, и на клемме генерируется ток высокого напряжения.Так работает простейший трансформатор Тесла, но существует множество его самых разнообразных модификаций.

Модификации

В первую очередь следует знать, что классическая версия катушки Тесла, о которой было рассказано выше, обозначается так - SGTC. Последние две буквы расшифровываются как Tesla Coil, что напрямую переводится как «катушка Тесла». Эти две буквы будут присутствовать в каждой из аббревиатур, а изменятся только первые две.В этом случае SG означает Spark Gap, что означает, что эта катушка Тесла работает на искровом промежутке, образованном искровым промежутком. Однако это не всегда так, поэтому необходимо рассматривать различные варианты, например, трансформатор Тесла на транзисторах или полупроводниках. Первая модификация, на которую можно обратить внимание, это РСГТЦ, представляющая собой катушку, работающую на вращающемся разряднике. В этом случае для питания используется электродвигатель, который вращает диск с электродами. Существует также VTTC, называемая катушкой Теслы, работающая от вакуумных ламп.Этот вариант не требует высокого напряжения, а также отличается бесшумной работой. Следующим вариантом является SSTC, то есть катушка Теслы, которая питается от полупроводникового генератора. Эта модификация одна из самых интересных по выразительности, ведь с помощью силовых выключателей можно менять форму разряда. Модификацией этой версии катушки Тесла является DRSSTC. При этом используется двойной резонанс, что дает гораздо более внушительный размер разряда. Отдельно стоит посмотреть на QCW DRSSTC - для этой катушки Тесла характерна "плавная подкачка", то есть плавный, а не резкий рост всех параметров.В каждом из этих случаев расчет трансформатора Тесла будет отличаться так же, как и его конструкция и, соответственно, его схема.

Использование катушки Тесла

Но как использовать энергию трансформатора Тесла? Этим вопросом задается каждый человек, который впервые видит работу этого устройства. Строго говоря, любование потрясающими разрядами, огромными и впечатляющими на вид, — одно из самых важных и популярных применений.Этот трансформер позволяет устроить настоящее шоу, способное очаровать любого человека, ведь это не магия, а чистейшая наука. Так что можно с уверенностью сказать, что одна из главных ролей трансформатора Теслы – это украшение и развлечение. Однако оказывается, что есть и другие способы использования этой технологии. Например, изначально катушки Тесла использовались для радиоуправления, беспроводной передачи данных и для передачи энергии. Конечно, с течением времени появлялись более эффективные способы выполнения каждой из этих функций, поэтому постепенное использование катушки Теслы становилось все менее и менее важным.Также стоит отметить, что его использовали в медицине. Дело в том, что высокочастотный разряд при прохождении через кожу не оказывал негативного воздействия на внутренние органы человека, но при этом тонизировал кожу человека. В современном мире катушка Тесла не используется должным образом с практической точки зрения из-за сложности поддержания ее постоянной работы. Иногда он используется для зажигания газоразрядных ламп или в вакуумных системах, где трансформатор помогает обнаруживать утечки.Таким образом, использование трансформатора Теслы в современном мире по-прежнему носит, в большинстве случаев, декоративный, развлекательный и познавательный характер.

Эффекты

Представьте себе уже трансформатор Теслы, поэтому нет смысла говорить о нем что-то еще. Это не означает, однако, что тема самой катушки Тесла себя исчерпала. Например, вы можете проверить, какие типы снимков создаются в результате его действий. Оказывается, они не случайны: есть четыре основных типа. Во-первых, вы можете увидеть стримеры — скучные разветвленные каналы, идущие от терминала в эфир.На самом деле это визуализация ионизации воздуха. Во-вторых, можно заметить искры — это искровые разряды, попадающие на клемму прямо на землю. Отличить их можно благодаря тому, что они очень сильно выделяются внешне – это пучок ярких сверкающих каналов. В-третьих, коронный разряд — так называемое свечение ионов непосредственно в высоковольтном поле. И, наконец, существует также дуговой разряд, возникающий, если вставить в трансформатор заземленный предмет.Этот метод используется многими, когда катушка Тесла используется для развлекательных мероприятий.

Воздействие на здоровье

Выше было сказано, что после изобретения катушки Теслы она использовалась в медицинских целях, однако многие источники утверждают, что трансформатор Теслы смертелен. Кто прав, а кто лукавит? В большинстве случаев высокое напряжение смертельно опасно для человека, так как приводит к ожогам, а также к остановке сердца. Однако некоторые типы трансформаторов Тесла имеют так называемыеСкин-эффект, позволяющий электричеству воздействовать только на поверхность объекта, в данном случае на кожу человека. Как было сказано выше, он тонизирует кожу и омолаживает ее. Медицинских подтверждений этому опять же нет, но об этом своевременно написано много.

Катушка Теслы как элемент культуры

Даже если вы не любите науку, скорее всего, вы уже видели катушку Теслы, так как она используется в различных сферах развлечений. Во-первых, вы можете увидеть это во многих фильмах, которые появлялись в кинотеатрах в разные годы.Одним из самых известных фильмов, в котором трансформатор Теслы сыграл очень важную роль, стала экранизация одноименного романа «Престиж». Очень часто катушку Теслы можно встретить в компьютерных играх, где она чаще всего выступает в роли мощного оружия. Более того, трансформаторы Теслы можно встретить даже в музыкальном искусстве. Оказывается, можно изменить звук электрического разряда, увеличивая и уменьшая частоту тока. Некоторые артисты и группы используют его для записи музыки.А тот, кто не хочет все усложнять, прибегает к использованию катушки Тесла для создания реалистичных звуков молнии, как, например, у известной певицы Бьорк. Итак, в современном мире трансформаторы Тесла используются очень широко, но нельзя сказать, что они используются по прямому назначению. Его время в качестве функционального устройства с катушкой Тесла уже выжило и фактически забыто, как и большинство старых устройств. Однако благодаря создаваемым им визуальным эффектам катушка Теслы сохранилась до наших дней и до сих пор используется постоянно, хотя и как тема для развлечения.Также стоит отметить, что он используется и в образовательных целях, ведь здесь можно наглядно показать начинающим физикам, как выглядит электрический разряд, как он себя ведет и так далее. Проще говоря, трансформатор Теслы – это устройство, существующее уже сто лет и не потерявшее своей актуальности даже в двадцать первом веке, известное всем своим невероятным прогрессом в области передовых технологий.

.

Смотрите также