Co je Tesla Transformer

Dnes je transformátor Tesla nazýván vysokofrekvenčním vysokonapěťovým rezonančním transformátorem a v síti najdete mnoho příkladů živých implementací tohoto neobvyklého zařízení. Cívka bez feromagnetického jádra, skládající se z mnoha závitů tenkého drátu, korunovaných torusem, vydává skutečné blesky a ohromuje diváky. Ale pamatují si všichni, jak a proč bylo toto úžasné zařízení původně vytvořeno?

Historie tohoto vynálezu začíná koncem 19. století, kdy byl geniálním experimentálním vědcem Nikola Teslapři práci v USA si stanovil pouze úkol naučit se přenášet elektrickou energii na velké vzdálenosti bez vodičů.

Je stěží možné určit konkrétní rok, kdy tento nápad přišel jistě vědci, ale je známo, že 20. května 1891 Nikola Tesla přednesl podrobnou přednášku na Columbia University, kde své nápady představil zaměstnancům amerického institutu elektrotechniků a ilustroval ukazující vizuální experimenty.

Účelem prvních demonstrací bylo ukázat nový způsob získávání světla za použití vysokofrekvenčních a vysokonapěťových proudů a odhalit vlastnosti těchto proudů. Spravedlivě si všimneme, že moderní energeticky úsporné zářivky fungují na principu, který byl právě navržen pro Teslovo světlo.

Závěrečná teorie týkající se přesně bezdrátový přenos elektrické energie postupně se objevoval, vědec strávil několik let životem v paměti své technologie, hodně experimentoval a pečlivě zlepšoval každý prvek obvodu, vyvinul jističe, vynalezl odolné vysokonapěťové kondenzátory, vymyslel a modifikoval regulátory obvodu, ale nedokázal svůj plán oživit v měřítku, ve kterém chtěl.

Teorie nás však dosáhla. K dispozici jsou deníky, články, patenty a přednášky od Nikola Tesly, v nichž najdete počáteční podrobnosti týkající se této technologie. Princip fungování rezonančního transformátoru lze nalézt například čtením patentů Nikola Tesly č. 787412 nebo č. 649621, které jsou již dnes v síti k dispozici.

Pokud se pokusíte stručně porozumět tomu, jak funguje transformátor Tesla, zvažte jeho strukturu a princip fungování, pak není nic složitého.

Sekundární vinutí transformátoru je vyrobeno z izolovaného drátu (například ze smaltovaného drátu), který je položen kulatý do kulatého v jedné vrstvě na dutém válcovém rámu, poměr výšky rámu k jeho průměru se obvykle bere od 6 do 1 do 4 na 1.

Po vinutí je sekundární vinutí potaženo epoxidovou pryskyřicí nebo lakem. Primární vinutí je vyrobeno z relativně velkého průřezového drátu, obvykle obsahuje 2 až 10 závitů a zapadá do tvaru ploché spirály, nebo je navinuto jako sekundární - na válcovém rámu o průměru o něco větším než je průměr sekundárního.

Výška primárního vinutí zpravidla nepřesahuje 1/5 výšky sekundárního vinutí. Toroid je připojen k horní svorce sekundárního vinutí a její spodní svorka je uzemněna. Dále zvažte všechny podrobněji.

Například: sekundární vinutí je navinuto na rámu o průměru 110 mm, smaltovaný drát PETV-2 o průměru 0,5 mm a obsahuje 1200 závitů, takže jeho výška je asi 62 cm a délka drátu je asi 417 metrů. Nechte primární vinutí obsahovat 5 závitů tlusté měděné trubky, navinuté kolem průměru 23 cm, a má výšku 12 cm.

Dále vytvořte toroid. Jeho kapacita by měla být v ideálním případě taková, aby rezonanční frekvence sekundárního obvodu (uzemněná sekundární cívka společně s toroidem a prostředím) odpovídala délce sekundárního vinutí drátu, takže tato délka se rovná čtvrtině vlnové délky (pro náš příklad je frekvence rovna 180 kHz) .

Pro přesný výpočet může být užitečný speciální program pro výpočet cívek Tesla, například VcTesla nebo inca.Pro primární vinutí je vybrán vysokonapěťový kondenzátor, jehož kapacita by spolu s indukčností primárního vinutí tvořila oscilační obvod, jehož přirozená frekvence by se rovnala rezonanční frekvenci sekundárního obvodu. Obvykle se odebírá kondenzátor s blízkou kapacitou a ladění se provádí výběrem zatáček primárního vinutí.

Podstata transformátoru Tesla v kanonické podobě je následující: kondenzátor primárního okruhu je nabíjen z vhodného zdroje vysokého napětí, pak je připojen spínačem k primárnímu vinutí, a proto se opakuje mnohokrát za sekundu.

V důsledku každého spínacího cyklu dochází v primárním obvodu k tlumeným kmitům. Primární cívka je však induktorem pro sekundární obvod, proto jsou v sekundárním obvodu excitovány elektromagnetické oscilace.

Protože sekundární obvod je naladěn na rezonanci s primárními kmity, na sekundárním vinutí vzniká rezonance napětí, a tak transformační koeficient (poměr otáček primárního vinutí a sekundárních vinutí jím zakrytých) musí být také vynásoben Q - faktor kvality sekundárního obvodu, pak skutečný poměr napětí na sekundárním vinutí na napětí na primárním.

A protože délka sekundárního navíjecího drátu se rovná čtvrtině vlnové délky indukovaných kmitů, je na toroidu, že bude existovat napěťová antinoda (a v bodě uzemnění - proudová antinoda), a to je místo, kde může dojít k nejúčinnějšímu zhroucení.

K napájení primárního obvodu se používají různé obvody, od statické jiskřiště (jiskřiště) napájené MOT (ILO - vysokonapěťový transformátor z mikrovlnné trouby) až po rezonanční tranzistorové obvody na programovatelných ovladačích napájených usměrněným síťovým napětím, ale podstata tohoto se nemění.

Zde jsou nejběžnější typy cívek Tesla v závislosti na tom, jak je ovládáte:

SGTC (SSTC, Spark Gap Tesla Coil) - Tesla transformátor v jiskřiště. Jedná se o klasický design, podobné schéma původně použil i Tesla. Jako spínací prvek se zde používá jiskřiště. V konstrukcích s nízkým výkonem je svodič dva kusy silného drátu umístěné v určité vzdálenosti, zatímco v silnějších konstrukcích se používají složité točivé výbojky používající motory. Transformátory tohoto typu se vyrábějí, pokud je vyžadován pouze dlouhý streamer a účinnost není důležitá.

VTTC (WTC, vakuová trubice Tesla Coil) - Tesla transformátor na elektronické lampě. Jako spínací prvek se zde používá výkonná rádiová trubice, například GU-81. Takové transformátory mohou pracovat nepřetržitě a produkovat poměrně silné výboje. Tento typ energie se nejčastěji používá k vytváření vysokofrekvenčních cívek, které se vzhledem k typickému vzhledu jejich streamerů nazývají „pochodně“.

SSTC (SSTC, Solid State Tesla Coil) - Tesla transformátor, ve kterém se polovodiče používají jako klíčový prvek. Obvykle to Tranzistory IGBT nebo MOSFET. Tento typ transformátoru může pracovat nepřetržitě. Vzhled streamerů vytvořených takovou cívkou může být velmi odlišný. Tento typ transformátoru Tesla se snadněji ovládá, například můžete na nich přehrávat hudbu.

DRSSTC (DRSTC, Dual Resonant Solid State Tesla Coil) - Tesla transformátor se dvěma rezonančními obvody, zde se jako klíče v SSTC používají polovodiče. ДРССТЦ - nejobtížnější typ transformátorů Tesla v řízení a ladění.

K dosažení účinnějšího a účinnějšího provozu transformátoru Tesla se používají topologická schémata DRSSTC, když je dosaženo silné rezonance v samotném primárním okruhu a v sekundárním, respektive jasnějším obrazu, delší a silnější blesky (streamery).

Tesla sám se snažil, jak nejlépe dokázal, dosáhnout takového způsobu provozu svého transformátoru, a začátky této myšlenky lze vidět v patentu č. 568176, kde se používají nábojové reaktory, pak Tesla vyvinul obvod přesně podél této cesty, to znamená, že se snažil použít primární obvod co nejefektivněji, čímž vytvořil rezonance. O experimentech vědce si můžete přečíst v jeho deníku (poznámky vědce o experimentech v Colorado Springs, které vedl od roku 1899 do roku 1900, již byly publikovány v tištěné podobě).

Když už mluvíme o praktickém použití transformátoru Tesla, neměli bychom se omezovat na obdiv k estetické povaze přijatých výbojů a považovat zařízení za dekorativní. Napětí na sekundárním vinutí transformátoru může dosáhnout milionů voltů, což je nakonec efektivní zdroj ultra vysokého napětí.

Tesla sám vyvinul svůj systém pro přenos elektřiny na velké vzdálenosti bez drátů pomocí vodivosti horních vrstev atmosféry. Předpokládalo se, že existuje přijímací transformátor podobného provedení, který by snížil přijaté vysoké napětí na hodnotu přijatelnou pro spotřebitele, o tom se dozvíte přečtením Teslovy patentu č. 649621.

Zvláštní pozornost je věnována povaze interakce Teslova transformátoru s prostředím. Sekundární obvod je otevřený obvod a systém není termodynamicky izolován, není ani uzavřen, je otevřeným systémem. Moderní výzkum v tomto směru je veden mnoha vědci a bod na této cestě dosud nebyl stanoven.