Kas ir Tesla Transformers

Mūsdienās Tesla transformatoru sauc par augstas frekvences augstsprieguma rezonanses transformatoru, un tīklā jūs varat atrast daudzus šīs neparastās ierīces spilgtas ieviešanas piemērus. Spole bez feromagnētiskas serdes, kas sastāv no daudziem plānas stieples pagriezieniem, vainagota ar toru, izstaro īstu zibens, iespaidojot skatītājus. Bet vai visi atceras, kā un kāpēc šī apbrīnojamā ierīce sākotnēji tika izveidota?

Šī izgudrojuma vēsture sākas 19. gadsimta beigās, kad izcils eksperimentālais zinātnieks Nikola Teslastrādājot ASV, viņš sev izvirzīja tikai uzdevumu iemācīties pārvadīt elektrisko enerģiju lielos attālumos bez vadiem.

Diez vai ir iespējams precīzi noteikt konkrēto gadu, kad šī ideja zinātniekam nāca pie pārliecības, taču ir zināms, ka 1891. gada 20. maijā Nikola Tesla lasīja detalizētu lekciju Kolumbijas universitātē, kur viņš savas idejas iepazīstināja ar Amerikas elektrotehnikas institūta darbiniekiem un ilustrēja. rāda vizuālos eksperimentus.

Pirmo demonstrāciju mērķis bija parādīt jaunu gaismas iegūšanas veidu, izmantojot tam augstas frekvences un augstsprieguma strāvas, kā arī atklāt šo strāvu īpašības. Godīgi sakot, mēs atzīmējam, ka mūsdienu enerģijas taupīšanas dienasgaismas spuldzes darbojas pēc principa, kas tikko tika ierosināts Tesla gaismai.

Galīgā teorija attiecībā uz tieši to bezvadu elektroenerģijas pārvade tas radās pakāpeniski, zinātnieks vairākus gadus pavadīja, domājot par savu tehnoloģiju, daudz eksperimentējot un centīgi uzlabojot katru shēmas elementu, viņš izstrādāja slēdžus, izgudroja izturīgus augstsprieguma kondensatorus, izgudroja un modificēja ķēdes kontrolierus, bet viņš savu plānu nevarēja atdzīvināt. tādā mērogā, kādā viņš vēlējās.

Tomēr teorija mūs ir sasniegusi. Ir pieejami Nikola Tesla dienasgrāmatas, raksti, patenti un lekcijas, kurās jūs varat atrast sākotnējo informāciju par šo tehnoloģiju. Rezonējošā transformatora darbības principu var atrast, lasot, piemēram, Nikola Tesla patentus Nr. 787412 vai Nr. 649621, kas šodien jau ir pieejami tīklā.

Ja jūs mēģināt īsi saprast, kā darbojas Tesla transformators, apsveriet tā struktūru un darbības principu, tad nekas sarežģīts nav.

Transformatora sekundārais tinums ir izgatavots no izolētas stieples (piemēram, no emaljas stieples), kas ar dobu cilindrisku rāmi ar vienu kārtu ir noapaļota līdz apaļai, rāmja augstuma attiecība pret tā diametru parasti tiek ņemta no 6 līdz 1 līdz 4 līdz 1.

Pēc tinuma sekundārais tinums ir pārklāts ar epoksīdsveķiem vai lakām. Primārais tinums ir izgatavots no salīdzinoši liela šķērsgriezuma stieples, tas parasti satur no 2 līdz 10 pagriezieniem, un tas der plakanas spirāles formā vai ir brūces kā sekundārs - uz cilindriska rāmja, kura diametrs ir nedaudz lielāks par sekundārā.

Primārā tinuma augstums, kā likums, nepārsniedz 1/5 no sekundārā augstuma. Ar sekundārā tinuma augšējo spaili ir savienots toroīds, un tā apakšējais spailis ir iezemēts. Tālāk apsveriet visu sīkāk.

Piemēram: sekundārais tinums ir uzvilkts uz rāmja ar diametru 110 mm, PETV-2 emaljas stieples ar diametru 0,5 mm un satur 1200 pagriezienus, tāpēc tā augstums ir aptuveni 62 cm, un stieples garums ir aptuveni 417 metri. Primārajam tinumam ir 5 kārtas biezas vara caurules, kas ir apvilkta ap 23 cm diametru un ir 12 cm augsta.

Tālāk izveidojiet toroīdu. Tās kapacitātei ideālā gadījumā vajadzētu būt tādai, lai sekundārās ķēdes (iezemētas sekundārās spoles kopā ar toroīdu un vidi) rezonanses frekvence atbilstu sekundārā tinuma stieples garumam, lai šis garums būtu vienāds ar ceturtdaļu no viļņa garuma (mūsu piemēram, frekvence ir vienāda ar 180 kHz). .

Lai veiktu precīzu aprēķinu, var būt noderīga īpaša programma Tesla spoļu aprēķināšanai, piemēram, VcTesla vai inca.Primārajam tinumam ir izvēlēts augstsprieguma kondensators, kura kapacitāte kopā ar primārā tinuma induktivitāti veidotu svārstību ķēdi, kuras dabiskā frekvence būtu vienāda ar sekundārās ķēdes rezonanses frekvenci. Parasti tiek veikts tuvu ietilpības kondensators, un noregulēšanu veic, izvēloties primārā tinuma pagriezienus.

Tesla transformatora būtība kanoniskā formā ir šāda: primārā ķēdes kondensators tiek uzlādēts no piemērota augstsprieguma avota, pēc tam to ar slēdzi savieno ar primāro tinumu, un tāpēc tas tiek atkārtots daudzas reizes sekundē.

Katra pārslēgšanās cikla rezultātā primārajā ķēdē notiek slāpētas svārstības. Bet primārā spole ir sekundārās ķēdes induktors, tāpēc attiecīgi sekundārajā ķēdē tiek ierosinātas elektromagnētiskās svārstības.

Tā kā sekundārā ķēde ir noregulēta uz rezonansi ar primārajām svārstībām, sekundārajam tinumam rodas sprieguma rezonanse, un tāpēc arī transformācijas koeficients (primārā tinuma pagriezienu un tajā ietverto sekundāro tinumu attiecība) jāreizina ar Q - sekundārās ķēdes kvalitātes koeficients, tad reālā attiecība. sekundārā tinuma spriegums līdz primārā spriegumam.

Un tā kā sekundārā tinuma stieples garums ir vienāds ar ceturto daļu no tajā izraisīto svārstību viļņu garuma, tieši uz toroīda būs sprieguma antinods (un zemes punktā - pašreizējais antinods), un tieši šajā gadījumā var notikt visefektīvākais sadalījums.

Primārās ķēdes barošanai tiek izmantotas dažādas shēmas, sākot no statiskās dzirksteles spraugas (dzirksteles spraugas), ko darbina MOTs (ILO - augstsprieguma transformators no mikroviļņu krāsns), līdz rezonanses tranzistora ķēdēm uz programmējamiem kontrolieriem, ko darbina ar rektificētu tīkla spriegumu, tomēr tā būtība nemainās.

Šeit ir visizplatītākie Tesla spoļu veidi atkarībā no tā, kā jūs tos kontrolējat:

SGTC (SSTC, dzirksteļslāņa Tesla spole) - Tesla transformators dzirksteles spraugā. Šis ir klasisks dizains, līdzīgu shēmu sākotnēji izmantoja pati Tesla. Kā pārslēgšanas elements šeit tiek izmantota dzirksteles sprauga. Zema enerģijas patēriņa konstrukcijās novadītājs ir divi biezas stieples gabali, kas atrodas kaut kādā attālumā, savukārt jaudīgākās tiek izmantotas sarežģītas rotējošas izlādes, izmantojot motorus. Šāda veida transformatori tiek izgatavoti, ja ir nepieciešams tikai garš straumētājs, un efektivitāte nav svarīga.

VTTC (WTC, vakuuma caurules Tesla spole) - Tesla transformators uz elektroniskas lampas. Kā komutācijas elements šeit tiek izmantota jaudīga radio caurule, piemēram, GU-81. Šādi transformatori var darboties nepārtraukti un radīt diezgan biezas izlādes. Šis enerģijas tips visbiežāk tiek izmantots, lai izveidotu augstas frekvences spoles, kuras to straumētāju tipiskā izskata dēļ sauc par “lāpām”.

SSTC (SSTC, cietās Tesla spole) - Tesla transformators, kurā pusvadītāji tiek izmantoti kā atslēgas elements. Parasti tā IGBT vai MOSFET tranzistori. Šis transformatora tips var darboties nepārtraukti. Šādas spoles izveidoto straumētāju izskats var būt ļoti atšķirīgs. Šāda veida Tesla transformatoru ir vieglāk kontrolēt, piemēram, uz tiem varat atskaņot mūziku.

DRSSTC (DRSTC, divkāršu rezonanses cietvielu Tesla spirāle) - Tesla transformators ar divām rezonanses shēmām, šeit kā atslēgas SSTC tiek izmantoti pusvadītāji. ДРССТЦ - grūtākais Tesla transformatoru tips vadībā un regulēšanā.

Lai iegūtu efektīvāku un efektīvāku Tesla transformatora darbību, tiek izmantotas DRSSTC topoloģijas shēmas, ja pašā primārajā kontūrā tiek panākta spēcīga rezonanse, un attiecīgi sekundārajā - gaišāks attēls, garāki un biezāki zibens (straumētāji).

Pats Tesla centās pēc iespējas labāk panākt tieši šādu sava transformatora darbības režīmu, un šīs idejas sākums ir redzams patentā Nr. 568176, kur tiek izmantoti lādēšanas reaktori, pēc tam Tesla izstrādāja ķēdi pa šo ceļu, tas ir, viņš centās pēc iespējas efektīvāk izmantot primāro ķēdi, izveidojot to. rezonanse. Par zinātnieka eksperimentiem varat lasīt viņa dienasgrāmatā (zinātnieka piezīmes par eksperimentiem Kolorado Springsā, kurus viņš veica no 1899. līdz 1900. gadam, jau ir publicētas drukātā formā).

Runājot par Tesla transformatora praktisko pielietojumu, nevajadzētu aprobežoties tikai ar apbrīnu par saņemto izplūžu estētisko raksturu un izturēties pret ierīci kā dekoratīvu. Transformatora sekundārā tinuma spriegums var sasniegt miljonus voltu, kas galu galā ir efektīvs īpaši augsta sprieguma avots.

Tesla pats izstrādāja savu sistēmu elektrības pārvadīšanai lielos attālumos bez vadiem, izmantojot atmosfēras augšējo gaisa slāņu vadītspēju. Tika pieņemts, ka pastāv līdzīga dizaina uztvērēja transformators, kas pazemina pieņemto augsto spriegumu līdz patērētājam pieņemamai vērtībai. Par to varat uzzināt, izlasot Tesla patentu Nr. 649621.

Īpaši jāatzīmē Tesla transformatora mijiedarbības raksturs ar apkārtējo vidi. Sekundārā ķēde ir atvērta ķēde, un sistēma nav termodinamiski izolēta, tā nav pat slēgta, tā ir atvērta sistēma. Mūsdienu pētījumus šajā virzienā veic daudzi pētnieki, un punkts uz šī ceļa vēl nav noteikts.