Tesla Transformer คืออะไร

วันนี้หม้อแปลง Tesla เรียกว่าหม้อแปลงเรโซแนนท์แรงดันสูงความถี่สูงและในเครือข่ายคุณสามารถพบตัวอย่างการใช้งานที่สดใสของอุปกรณ์ที่ผิดปกตินี้ ขดลวดที่ไม่มีแกนเฟอร์รัสประกอบด้วยหลายรอบของลวดบาง ๆ สวมมงกุฎด้วยพรูเปล่งสายฟ้าจริงสร้างความประทับใจแก่ผู้ชม แต่ทุกคนจำได้อย่างไรว่าทำไมอุปกรณ์มหัศจรรย์นี้ถูกสร้างขึ้นตั้งแต่แรก?

ประวัติความเป็นมาของการประดิษฐ์นี้เริ่มต้นขึ้นในปลายศตวรรษที่ 19 เมื่อนักวิทยาศาสตร์ทดลองที่ยอดเยี่ยม Nikola Teslaในขณะที่ทำงานในสหรัฐอเมริกาเขาเพียงทำหน้าที่เรียนรู้วิธีการส่งพลังงานไฟฟ้าในระยะทางไกลโดยไม่ต้องใช้สายไฟ

เป็นไปได้ยากที่จะระบุปีที่เฉพาะเจาะจงเมื่อความคิดนี้มาถึงนักวิทยาศาสตร์อย่างแน่นอน แต่เป็นที่รู้กันว่าในวันที่ 20 พฤษภาคม ค.ศ. 1891 นิโคล่าเทสลาบรรยายรายละเอียดที่มหาวิทยาลัยโคลัมเบียซึ่งเขาเสนอความคิดของเขาต่อเจ้าหน้าที่สถาบันวิศวกรไฟฟ้าอเมริกัน แสดงการทดลองด้วยภาพ

จุดประสงค์ของการสาธิตครั้งแรกคือการแสดงวิธีการใหม่ในการรับแสงโดยใช้ความถี่สูงและกระแสไฟฟ้าแรงสูงสำหรับสิ่งนี้รวมถึงการเปิดเผยคุณสมบัติของกระแสเหล่านี้ ในความเป็นธรรมเราทราบว่าหลอดฟลูออเรสเซนต์ประหยัดพลังงานสมัยใหม่ทำงานบนหลักการที่เสนอให้กับแสงของเทสลา

ทฤษฎีสุดท้ายเกี่ยวกับว่า การส่งพลังงานไฟฟ้าไร้สาย นักวิทยาศาสตร์ใช้เวลาหลายปีในการคำนึงถึงเทคโนโลยีของเขาทดลองและพัฒนาองค์ประกอบแต่ละส่วนอย่างระมัดระวังเขาพัฒนาเบรกเกอร์ตัวเก็บประจุแรงดันสูงที่ทนต่อการประดิษฐ์คิดค้นและควบคุมวงจรดัดแปลง แต่เขาไม่สามารถทำให้แผนของเขามีชีวิตขึ้นมาได้ ในระดับที่เขาต้องการ

อย่างไรก็ตามทฤษฎีได้มาถึงเรา มีบทความไดอารี่สิทธิบัตรและการบรรยายโดย Nikola Tesla ซึ่งคุณสามารถดูรายละเอียดเบื้องต้นเกี่ยวกับเทคโนโลยีนี้ได้ หลักการทำงานของหม้อแปลงเรโซแนนท์สามารถพบได้โดยการอ่านตัวอย่างเช่นสิทธิบัตรของ Nikola Tesla หมายเลข 787412 หรือหมายเลข 649621 ซึ่งมีอยู่แล้วในเครือข่ายในปัจจุบัน

หากคุณพยายามเข้าใจสั้น ๆ ว่าหม้อแปลงของเทสลานั้นทำงานอย่างไรให้พิจารณาโครงสร้างและหลักการทำงานของมันแล้วก็ไม่มีอะไรซับซ้อน

ขดลวดทุติยภูมิที่ทำจากลวดหุ้มฉนวน (ตัวอย่างเช่นจากลวดเคลือบ) ซึ่งวางรอบต่อรอบในชั้นเดียวในกรอบทรงกระบอกกลวงอัตราส่วนของความสูงของกรอบต่อเส้นผ่านศูนย์กลางมักจะนำมาจาก 6 ต่อ 1 ถึง 4 ต่อ 1

หลังจากที่คดเคี้ยวขดลวดทุติยภูมิจะถูกเคลือบด้วยอีพอกซีเรซินหรือวานิช ขดลวดปฐมภูมิทำจากลวดตัดขวางที่ค่อนข้างใหญ่โดยปกติจะมีตั้งแต่ 2 ถึง 10 รอบและเหมาะกับรูปร่างของเกลียวแบนหรือมีบาดแผลเหมือนเส้นลวดรอง - บนกรอบทรงกระบอกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่าของเส้นรองรองเล็กน้อย

ความสูงของขดลวดหลักตามกฎไม่เกิน 1/5 ของความสูงของขดลวดทุติยภูมิ toroid เชื่อมต่อกับขั้วบนของขดลวดทุติยภูมิและขั้วล่างของมันถูกต่อลงดิน ถัดไปพิจารณารายละเอียดเพิ่มเติมทั้งหมด

ตัวอย่างเช่น: ขดลวดทุติยภูมิถูกพันบนกรอบที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 110 มม., ลวดเคลือบ PETV-2 ที่มีเส้นผ่าศูนย์กลาง 0.5 มม. และมี 1200 รอบดังนั้นความสูงประมาณ 62 ซม. และความยาวของลวดประมาณ 417 เมตร ให้ขดลวดปฐมภูมิมีท่อทองแดงหนา 5 รอบพันรอบเส้นผ่าศูนย์กลาง 23 ซม. และมีความสูง 12 ซม.

จากนั้นสร้าง toroid ความจุของมันควรจะเป็นเช่นนั้นความถี่เรโซแนนท์ของวงจรทุติยภูมิ (ขดลวดทุติยภูมิรองพร้อมกับ toroid และสภาพแวดล้อม) สอดคล้องกับความยาวของสายขดลวดทุติยภูมิเพื่อให้ความยาวนี้เท่ากับหนึ่งในสี่ของความยาวคลื่น (สำหรับตัวอย่างของเราความถี่เท่ากับ 180 kHz) .

สำหรับการคำนวณที่แม่นยำโปรแกรมพิเศษสำหรับการคำนวณขดลวดเทสลาเช่น VcTesla หรือ inca อาจมีประโยชน์ตัวเก็บประจุแรงดันสูงถูกเลือกสำหรับขดลวดปฐมภูมิความจุที่พร้อมกับการเหนี่ยวนำของขดลวดปฐมภูมิจะกลายเป็นวงจรออสซิลเลเตอร์ซึ่งความถี่ธรรมชาติจะเท่ากับความถี่เรโซแนนท์ของวงจรทุติยภูมิ โดยทั่วไปจะมีการใช้ตัวเก็บประจุใกล้เคียงกับความจุและการจูนจะดำเนินการโดยการเลือกรอบของขดลวดปฐมภูมิ

สาระสำคัญของหม้อแปลง Tesla ในรูปแบบบัญญัติดังต่อไปนี้: ตัวเก็บประจุวงจรหลักจะถูกเรียกเก็บจากแหล่งจ่ายไฟฟ้าแรงสูงที่เหมาะสมจากนั้นจะเชื่อมต่อโดยสวิตช์ไปยังขดลวดหลักและทำซ้ำหลายครั้งต่อวินาที

เป็นผลมาจากการสลับแต่ละรอบทำให้เกิดการสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นในวงจรหลัก แต่ขดลวดปฐมภูมิเป็นตัวเหนี่ยวนำสำหรับวงจรทุติยภูมิดังนั้นการสั่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจึงตื่นเต้นในวงจรทุติยภูมิตามลำดับ

เนื่องจากวงจรทุติยภูมิถูกปรับให้มีการสั่นพ้องด้วยการสั่นหลักแรงดันไฟฟ้าเกิดขึ้นกับขดลวดทุติยภูมิและดังนั้นค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลง (อัตราส่วนของขดลวดปฐมภูมิเปลี่ยนและขดลวดทุติยภูมิที่ปกคลุมด้วย) จึงต้องคูณด้วย Q - ปัจจัยคุณภาพของวงจรรอง แรงดันไฟฟ้าในขดลวดทุติยภูมิถึงแรงดันไฟฟ้าบนหลัก

และเนื่องจากความยาวของลวดขดลวดทุติยภูมิเท่ากับหนึ่งในสี่ของความยาวคลื่นของการแกว่งที่เกิดขึ้นมันอยู่บนวงแหวนที่มีแรงดันแอนติโนด (และที่จุดต่อลงดิน - แอนติโนดปัจจุบัน)

วงจรต่าง ๆ ถูกใช้เพื่อให้พลังงานวงจรหลักจากสปาร์คแบบสเปคคงที่ (spark gap) ที่ขับเคลื่อนโดย MOTs (ILO - หม้อแปลงไฟฟ้าแรงสูงจากเตาไมโครเวฟ) ไปยังวงจรทรานซิสเตอร์เรโซแนนท์บนคอนโทรลเลอร์ที่ตั้งโปรแกรมได้โดยใช้แรงดันไฟหลัก

ต่อไปนี้เป็นประเภทของขดลวดเทสลาที่พบมากที่สุดโดยขึ้นอยู่กับวิธีการควบคุมของคุณ:

SGTC (SSTC, Spark Gap Tesla Coil) - หม้อแปลง Tesla ในช่องว่างประกายไฟ นี่คือการออกแบบคลาสสิกรูปแบบที่คล้ายกันเดิมถูกใช้โดยเทสลาตัวเอง ในฐานะที่เป็นองค์ประกอบของการสลับใช้ช่องว่างแบบประกายไฟที่นี่ ในการก่อสร้างที่ใช้พลังงานต่ำ Arrester เป็นลวดเส้นหนาสองเส้นที่อยู่ในระยะไกลในขณะที่มีกำลังมากกว่าจะใช้ตัวปล่อยกำลังแบบหมุนที่ซับซ้อนโดยใช้มอเตอร์ หม้อแปลงชนิดนี้จะเกิดขึ้นหากต้องการลำแสงยาวเท่านั้นและประสิทธิภาพไม่สำคัญ

VTTC (WTC หลอดสุญญากาศเทสลาคอยล์) - หม้อแปลง Tesla บนหลอดไฟอิเล็กทรอนิกส์ ในฐานะที่เป็นอุปกรณ์สวิตชิ่งมีการใช้หลอดวิทยุที่ทรงพลังเช่น GU-81 ที่นี่ หม้อแปลงดังกล่าวสามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องและผลิตออกค่อนข้างหนา พลังงานชนิดนี้มักใช้ในการสร้างขดลวดความถี่สูงซึ่งเนื่องจากลักษณะทั่วไปของลำธารเรียกว่า "คบเพลิง"

SSTC (SSTC, Solid State Tesla Coil) - หม้อแปลง Tesla ซึ่งใช้สารกึ่งตัวนำเป็นองค์ประกอบสำคัญ โดยปกติแล้ว IGBT หรือ MOSFET ทรานซิสเตอร์. หม้อแปลงชนิดนี้สามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่อง ลักษณะของลำแสงที่สร้างโดยขดลวดเช่นนี้อาจแตกต่างกันมาก หม้อแปลง Tesla ประเภทนี้ควบคุมได้ง่ายกว่าตัวอย่างเช่นคุณสามารถเล่นเพลงได้

DRSSTC (DRSTC, Dual Resonant Solid State Tesla Coil) - หม้อแปลง Tesla ที่มีสองวงจรเรโซแนนท์ที่นี่เนื่องจากคีย์ใน SSTC มีการใช้เซมิคอนดักเตอร์ ДРССТЦ - หม้อแปลง Tesla ชนิดที่ยากที่สุดในการควบคุมและปรับแต่ง

เพื่อให้การทำงานของหม้อแปลง Tesla มีประสิทธิภาพและประสิทธิผลมากขึ้นจึงเป็นรูปแบบ DRSSTC ที่ใช้เมื่อมีการสั่นพ้องที่ทรงพลังในวงจรหลักและในลำดับที่สองจะมีภาพที่สว่างขึ้น

เทสลาพยายามอย่างดีที่สุดเท่าที่จะทำได้เพื่อให้ได้โหมดการทำงานของหม้อแปลงและจุดเริ่มต้นของความคิดนี้สามารถเห็นได้ในสิทธิบัตรหมายเลข 568176 ซึ่งใช้เครื่องปฏิกรณ์ประจุแล้วเทสลาพัฒนาวงจรตามเส้นทางนี้นั่นคือเขาพยายามใช้วงจรหลักอย่างมีประสิทธิภาพที่สุด เสียงสะท้อน คุณสามารถอ่านเกี่ยวกับการทดลองของนักวิทยาศาสตร์ในสมุดบันทึกของเขา (บันทึกของนักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับการทดลองใน Colorado Springs ซึ่งเขาดำเนินการตั้งแต่ปี 1899 ถึง 1900 ได้รับการตีพิมพ์ในรูปแบบสิ่งพิมพ์แล้ว)

พูดเกี่ยวกับการใช้งานจริงของหม้อแปลง Tesla เราไม่ควร จำกัด ตัวเองให้ชื่นชมกับความสวยงามของการปล่อยประจุที่ได้รับและรักษาอุปกรณ์ให้เป็นของตกแต่ง แรงดันไฟฟ้าที่ขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงไฟฟ้าสามารถเข้าถึงโวลต์หลายล้านโวลต์ซึ่งในที่สุดจะเป็นแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าสูงพิเศษ

เทสลาพัฒนาระบบของตัวเองเพื่อส่งกระแสไฟฟ้าในระยะทางไกลโดยไม่ต้องใช้สายไฟโดยใช้การนำไฟฟ้าของชั้นอากาศบนชั้นบรรยากาศ สันนิษฐานว่ามีหม้อแปลงที่ได้รับการออกแบบที่คล้ายกันซึ่งจะลดแรงดันไฟฟ้าสูงที่ยอมรับให้เป็นค่าที่ผู้บริโภคยอมรับได้คุณสามารถหาข้อมูลเกี่ยวกับสิ่งนี้ได้โดยอ่านสิทธิบัตรเลขที่ 649621 ของเทสลา

สิ่งที่ควรทราบเป็นพิเศษคือธรรมชาติของการมีปฏิสัมพันธ์ของหม้อแปลง Tesla กับสภาพแวดล้อม วงจรทุติยภูมิเป็นวงจรเปิดและระบบไม่ได้ถูกแยกด้วยความร้อนจึงไม่ได้ถูกปิดแม้กระทั่งเป็นระบบเปิด การวิจัยสมัยใหม่ในทิศทางนี้ดำเนินการโดยนักวิจัยหลายคนและจุดบนเส้นทางนี้ยังไม่ได้กำหนด