Какво е Tesla Transformer

Днес трансформаторът Tesla се нарича високочестотен резонансен трансформатор с високо напрежение и в мрежата можете да намерите много примери за ярки реализации на това необичайно устройство. Бобина без феромагнитно ядро, състояща се от множество завои от тънка тел, увенчана с торус, излъчва истинска светкавица, впечатляваща изумени зрители. Но помнят ли всички как и защо първоначално е създадено това невероятно устройство?

Историята на това изобретение започва в края на 19 век, когато блестящ експериментален учен Никола Тесладокато работи в САЩ, той си поставя само задачата да се научи как да предава електрическа енергия на дълги разстояния без проводници.

Едва ли е възможно да се определи конкретната година, когато тази идея стигна до учения със сигурност, но е известно, че на 20 май 1891 г. Никола Тесла изнесе подробна лекция в Колумбийския университет, където представи своите идеи пред служителите на Американския институт на инженерите по електротехника и илюстрира показва визуални експерименти.

Целта на първите демонстрации беше да се покаже нов начин за получаване на светлина чрез използване на токове с висока честота и високо напрежение, както и да се разкрият характеристиките на тези токове. В интерес на истината, ние отбелязваме, че съвременните енергоспестяващи луминесцентни лампи работят на принципа, който беше просто предложен за светлината на Tesla.

Заключителна теория относно точно безжично предаване на електрическа енергия това се очертава постепенно, ученият прекара няколко години, съобразявайки се с неговата технология, експериментира много и усърдно усъвършенства всеки елемент на веригата, той разработва прекъсвачи, изобретява устойчиви кондензатори с високо напрежение, изобретява и модифицира верижни контролери, но той не успява да реализира плана си на живот в мащаба, в който той искаше.

Теорията обаче стигна до нас. Предлагат се дневници, статии, патенти и лекции на Никола Тесла, в които можете да намерите първоначалните подробности относно тази технология. Принципът на работа на резонансен трансформатор може да се намери, като прочетете например патентите на Никола Тесла № 787412 или № 649621, които вече са достъпни днес в мрежата.

Ако се опитате да разберете накратко как работи трансформаторът Tesla, помислете за неговата структура и принцип на работа, тогава няма нищо сложно.

Вторичната намотка на трансформатора е направена от изолирана жица (например от емайлиран проводник), която се полага в кръг в кръг в един слой върху куха цилиндрична рамка, съотношението между височината на рамката и нейния диаметър обикновено се взема от 6 до 1 до 4 до 1.

След навиване, вторичната намотка се покрива с епоксидна смола или лак. Първичната намотка е направена от сравнително голям проводник с напречно сечение, обикновено съдържа от 2 до 10 оборота и се вписва във формата на плоска спирала или се навива като вторична - върху цилиндрична рамка с диаметър, малко по-голям от този на вторичната.

Височината на първичната намотка, като правило, не надвишава 1/5 от височината на вторичната. Към горния терминал на вторичната намотка е свързан тороид, а долният му терминал е заземен. На следващо място, разгледайте всички по-подробно.

Например: вторичната намотка е навита върху рамка с диаметър 110 мм, емайлирана тел PETV-2 с диаметър 0,5 мм и съдържа 1200 оборота, така че височината й е около 62 см, а дължината на жицата е около 417 метра. Нека първичната намотка съдържа 5 завъртания от дебела медна тръба, навита около диаметър 23 см и има височина 12 см.

След това направете тороид. В идеалния случай неговата капацитет трябва да бъде такава, че резонансната честота на вторичната верига (заземена вторична намотка заедно с тороида и заобикалящата среда) да съответства на дължината на проводника на вторичната намотка, така че тази дължина да е равна на една четвърт от дължината на вълната (за нашия пример честотата е равна на 180 kHz) ,

За точно изчисление може да бъде полезна специална програма за изчисляване на бобини от Tesla, например VcTesla или инка.За първичната намотка е избран кондензатор с високо напрежение, чийто капацитет заедно с индуктивността на първичната намотка би образувал осцилаторна верига, чиято естествена честота би била равна на резонансната честота на вторичната верига. Обикновено се взема кондензатор, близък по капацитет, и настройката се извършва чрез избор на завои на първичната намотка.

Същността на трансформатора на Tesla в канонична форма е следната: кондензаторът за първи контур се зарежда от подходящ източник на високо напрежение, след това той се свързва чрез превключвателя към първичната намотка и така се повтаря много пъти в секунда.

В резултат на всеки цикъл на превключване се появяват амортизирани колебания в първи контур. Но първичната намотка е индуктор за вторичната верига, следователно, електромагнитните вълни се възбуждат съответно във вторичната верига.

Тъй като вторичната верига е настроена на резонанс с първичните трептения, на вторичната намотка възниква резонанс на напрежението и затова коефициентът на трансформация (съотношението на завъртанията на първичната намотка и обхванатите от нея вторични намотки) също трябва да се умножи по Q - коефициентът на качество на вторичната верига, а след това и реалното съотношение напрежение на вторичната намотка до напрежение на първичната.

И тъй като дължината на проводника на вторичната намотка е равна на една четвърт от дължината на вълната на предизвиканите в нея трептения, именно на тороида ще има антинод на напрежение (и в земната точка - текущата антинода), и това е мястото, където може да се случи най-ефективното разпадане.

За захранване на първичния кръг се използват различни вериги, от статична искра на пропастта (искра на пропастта), захранвана от MOTs (ILO - трансформатор с високо напрежение от микровълнова фурна) до резонансни транзисторни вериги на програмируеми контролери, захранвани от ректифицирано мрежово напрежение, но същността на това не се променя.

Ето най-често срещаните видове намотки на Tesla, в зависимост от това как ги контролирате:

SGTC (SSTC, Spark Gap Tesla Coil) - Трансформатор Tesla в искрата. Това е класически дизайн, подобна схема първоначално е използвана от самия Тесла. Като превключващ елемент тук се използва искрова пропаст. В структурите с ниска мощност отворът е две части от дебела жица, разположени на известно разстояние, докато в по-мощните се използват сложни въртящи се разрядни устройства, използващи двигатели. Трансформатори от този тип се правят, ако се изисква само дълъг стример, а ефективността не е важна.

VTTC (WTC, вакуумна тръбна бобина Tesla) - Трансформатор Tesla на електронна лампа. Като превключващ елемент тук се използва мощна радио тръба, например GU-81. Такива трансформатори могат да работят непрекъснато и да произвеждат доста дебели разряди. Този тип мощност най-често се използва за изграждане на високочестотни намотки, които поради типичния вид на техните стримери се наричат ​​"фенери".

SSTC (SSTC, твърдо тела намотка) - трансформатор на Tesla, при който като ключов елемент се използват полупроводници. Обикновено го IGBT или MOSFET транзистори, Този тип трансформатори могат да работят непрекъснато. Появата на стримери, създадени от такава намотка, може да бъде много различна. Този тип трансформатори на Tesla е по-лесен за управление, например можете да пускате музика върху тях.

DRSSTC (DRSTC, двойно-резонансна твърда тесла намотка) - Трансформатор Тесла с две резонансни вериги, като ключове в SSTC, се използват полупроводници. ДРССТЦ - най-трудният тип трансформатори на Tesla в управлението и настройката.

За да се постигне по-ефективна и ефективна работа на трансформатора на Tesla, се използват топологични схеми DRSSTC, когато се постига мощен резонанс в самата първична верига, а във вторичната, съответно, по-ярка картина, по-дълги и по-плътни светкавици (стримери).

Самият Тесла се опита максимално да постигне точно такъв режим на работа на своя трансформатор, а началото на тази идея може да се види в патент № 568176, където се използват зарядни реактори, след това Тесла разработва веригата по този път, тоест той се стреми да използва първичната верига възможно най-ефективно, създавайки резонанс. Можете да прочетете за експериментите на учения в дневника му (бележките на учения за експериментите в Колорадо Спрингс, които той провежда от 1899 до 1900 г., вече са публикувани в печатна форма).

Говорейки за практическото приложение на трансформатора Tesla, човек не трябва да се ограничава до възхищение от естетическия характер на получените разряди и да третира устройството като декоративен. Напрежението върху вторичната намотка на трансформатора може да достигне милиони волта, което в крайна сметка е ефективен източник на свръх високо напрежение.

Самият Тесла разработи своята система за предаване на електричество на дълги разстояния без проводници, използвайки проводимостта на горните въздушни слоеве на атмосферата. Предполагаше се, че има приемащ трансформатор с подобен дизайн, който ще свали приетото високо напрежение до приемлива за потребителя стойност, можете да разберете за това, като прочетете патента на Tesla № 649621.

От особено значение е естеството на взаимодействието на трансформатора на Tesla с околната среда. Вторичната верига е отворена верига, а системата не е термодинамично изолирана, дори не е затворена, тя е отворена система. Съвременните изследвания в тази посока се провеждат от много изследователи и все още не е поставена точка по този път.