Dnes sa Teslova transformátor nazýva vysokofrekvenčný vysokonapäťový rezonančný transformátor a v sieti sa nachádza mnoho príkladov nápadných implementácií tohto neobvyklého zariadenia. Cievka bez feromagnetického jadra, pozostávajúca z mnohých zákrutov tenkého drôtu, zakončená torusom, vyžaruje skutočné blesky a zapôsobí na divákov. Pamätá si však každý, ako a prečo bol tento úžasný prístroj pôvodne vytvorený?
História tohto vynálezu sa začína na konci 19. storočia, keď vynikajúci experimentálny vedec Nikola Tesla, ktorý pracuje v USA, si sám stanovil za úlohu naučiť sa prenášať elektrickú energiu na veľké vzdialenosti bez drôtov.
Sotva je možné určiť presný rok, kedy presne táto myšlienka prišla k vedcovi, ale je známe, že 20. mája 1891 Nikola Tesla prednášal podrobnú prednášku na Kolumbijskej univerzite, kde predstavil svoje nápady zamestnancom Amerického inštitútu elektrotechnikov a niečo ilustroval. ukazujúce vizuálne experimenty.
Účelom prvých demonštrácií bolo ukázať nový spôsob získavania svetla použitím vysokofrekvenčných a vysokonapäťových prúdov a tiež odhaliť vlastnosti týchto prúdov. V záujme spravodlivosti uvádzame, že moderné energeticky úsporné žiarivky fungujú presne na princípe, ktorý spoločnosť Tesla navrhla získať svetlo.
Konečná teória týkajúca sa bezdrôtového prenosu elektrickej energie sa objavovala postupne, vedec strávil niekoľko rokov svojho života zdokonalením svojej technológie, experimentovaním s mnohými pokusmi a starostlivým zlepšovaním každého prvku obvodu, vyvíjal ističe, vymyslel odolné vysokonapäťové kondenzátory, vymyslel a modifikoval regulátory obvodu, ale tak Svoj plán som nemohol oživiť v miere, v akej som chcel.
Propagačné video:
Teória nás však dosiahla. K dispozícii sú denníky, články, patenty a prednášky Nikola Tesly, v ktorých nájdete počiatočné podrobnosti týkajúce sa tejto technológie. Princíp fungovania rezonančného transformátora je možné nájsť napríklad prečítaním patentov č. 787412 alebo č. 649621 Nikola Tesly, ktoré sú dnes dostupné v sieti.
Ak sa pokúsite stručne porozumieť tomu, ako funguje transformátor Tesla, zvážte jeho štruktúru a princíp činnosti, potom nie je nič zložité.
Sekundárne vinutie transformátora je vyrobené z izolovaného drôtu (napríklad zo smaltovaného drôtu), ktorý je položený tak, aby sa otáčal v jednej vrstve na dutom valcovom ráme, pomer výšky rámu k jeho priemeru sa zvyčajne rovná 6 až 1 až 4 na 1.
Po vinutí je sekundárne vinutie potiahnuté epoxidom alebo lakom. Primárne vinutie je vyrobené z drôtu s relatívne veľkým prierezom, obvykle obsahuje 2 až 10 závitov a zapadá do tvaru plochej špirály alebo je navinuté ako sekundárne - na valcový rám s priemerom mierne väčším ako je priemer sekundárneho.
Výška primárneho vinutia spravidla nepresahuje 1/5 výšky sekundárneho vinutia. Toroid je pripojený k hornému terminálu sekundárneho vinutia a jeho spodný terminál je uzemnený. Ďalej sa budeme zaoberať všetkým podrobnejšie.
Napríklad: sekundárne vinutie je navinuté na ráme s priemerom 110 mm, so smaltovaným drôtom PETV-2 s priemerom 0,5 mm a obsahuje 1 200 závitov, takže jeho výška je rovná približne 62 cm a dĺžka drôtu je približne 417 metrov. Nechajte primárne vinutie obsahovať 5 závitov hrubej medenej trubice, navinuté na priemer 23 cm a výšku 12 cm.
Ďalej sa vyrobí toroid. Jeho kapacita by mala byť v ideálnom prípade taká, aby rezonančná frekvencia sekundárneho obvodu (uzemnená sekundárna cievka spolu s toroidom a prostredím) zodpovedala dĺžke sekundárneho vinutia drôtu, takže táto dĺžka by sa rovnala štvrtine vlnovej dĺžky (v našom príklade je frekvencia 180 kHz). …
Na presný výpočet môže byť užitočný špeciálny program na výpočet Teslových cievok, napríklad VcTesla alebo inca. K primárnemu vinutiu je vybraný vysokonapäťový kondenzátor, ktorého kapacita by spolu s indukčnosťou primárneho vinutia tvorila oscilačný obvod, ktorého prirodzená frekvencia by sa rovnala rezonančnej frekvencii sekundárneho obvodu. Zvyčajne majú kondenzátor blízko kapacity a ladenie sa vykonáva výberom zákrut primárneho vinutia.
Podstata Teslovho transformátora v jeho kanonickej podobe je nasledovná: kondenzátor primárneho okruhu je nabitý z vhodného zdroja vysokého napätia, potom je pripojený spínačom k primárnemu vinutiu a toto sa opakuje mnohokrát za sekundu.
V dôsledku každého spínacieho cyklu sa v primárnom okruhu vyskytujú tlmené kmity. Ale primárna cievka je induktorom pre sekundárny obvod, preto sú v sekundárnom obvode excitované elektromagnetické kmity.
Pretože sekundárny obvod je naladený na rezonanciu s primárnymi kmitmi, potom na sekundárnom vinutí nastane rezonancia napätia, čo znamená, že transformačný pomer (pomer otáčok primárneho vinutia a otáčok sekundárneho vinutia ním pokrytých) sa musí tiež vynásobiť Q - faktor kvality sekundárneho obvodu, potom hodnota skutočného pomeru napätie na sekundárnom vinutí na napätie na primárnom napätí.
A keďže dĺžka sekundárneho vinutia drôtu sa rovná štvrtine vlnovej dĺžky kmitov indukovaných v ňom, bude na toroide umiestnená napäťová antinóda (a v uzemňovacom bode - súčasná antinóda) a môže dôjsť k najúčinnejšiemu rozdeleniu.
Na napájanie primárneho obvodu sa používajú rôzne obvody, od statickej iskrovej medzery (iskrovej medzery) napájanej MOT (MOT je vysokonapäťový transformátor z mikrovlnnej rúry) až po rezonančné tranzistorové obvody na programovateľných ovládačoch napájaných usmerneným sieťovým napätím, ale podstata zostáva rovnaká.
Toto sú najbežnejšie typy cievok Tesla v závislosti od spôsobu, akým ich ovládate:
SGTC (SGTTS, Spark Gap Tesla Coil) - transformátor Tesla na iskrovej medzere. Jedná sa o klasický dizajn, podobnú schému pôvodne použil aj Tesla. Ako prepínací prvok sa tu používa zvodič. Pri konštrukciách s nízkym výkonom pozostáva zvodič z dvoch kusov hrubého drôtu rozmiestneného v určitej vzdialenosti, zatiaľ čo v silnejších prevedeniach sa používajú zložité rotačné zvodiče využívajúce motory. Transformátory tohto typu sa vyrábajú, ak sa vyžaduje iba dlhá dĺžka návnady a účinnosť nie je dôležitá.
VTTC (VTTC, vákuová trubica Tesla Coil) - Tesla transformátor na elektronickej trubici. Ako spínací prvok sa tu používa výkonná rádiová trubica, napríklad GU-81. Takéto transformátory môžu pracovať nepretržite a produkovať pomerne silné výboje. Tento typ napájania sa najčastejšie používa na vytváranie vysokofrekvenčných cievok, ktoré sa v dôsledku typického vzhľadu svojich prúdov nazývajú horáky.
SSTC (SSTC, Solid State Tesla Coil) je Tesla transformátor, v ktorom sa polovodiče používajú ako kľúčový prvok. Zvyčajne sa jedná o tranzistory IGBT alebo MOSFET. Tento typ transformátora môže pracovať v nepretržitom režime. Vzhľad streamerov vytvorených takouto cievkou môže byť veľmi odlišný. Tento typ transformátorov Tesla sa ľahšie ovláda, napríklad môžete na nich prehrávať hudbu.
DRSSTC (DRSSTC, Dual Resonant Solid State Tesla Coil) je Tesla transformátor s dvoma rezonančnými obvodmi, tu sa polovodiče používajú ako spínače, ako v SSTC. DRSSTTS je najťažší typ Tesla transformátorov na riadenie a konfiguráciu.
Na dosiahnutie efektívnejšej a efektívnejšej činnosti transformátora Tesla sa používajú topologické obvody DRSSTC, keď sa v primárnom obvode dosiahne silná rezonancia a v sekundárnom, jasnejší obraz, dlhšie a silnejšie blesky (streamery).
Tesla sám sa snažil čo najlepšie dosiahnuť taký režim činnosti svojho transformátora a základy tejto myšlienky je možné vidieť v patente č. 568176, kde sa používajú nabíjacie tlmivky, Tesla potom vyvinul obvod pozdĺž tejto cesty, čo znamená, že sa snažil čo najúčinnejšie využívať primárny obvod a vytvoriť tak rezonancie. O týchto pokusoch vedca si môžete prečítať v jeho denníku (poznámky vedca o pokusoch v Colorado Springs, ktoré uskutočnil v rokoch 1899 až 1900, už boli uverejnené v tlačenej podobe).
Keď už hovoríme o praktickom použití transformátora Tesla, nemali by sme sa obmedzovať iba na obdiv estetickej povahy získaných výbojov a zaobchádzať so zariadením ako s ozdobnými. Napätie na sekundárnom vinutí transformátora môže dosiahnuť milióny voltov, koniec koncov je to účinný zdroj mimoriadne vysokého napätia.
Tesla sám vyvinul svoj systém na prenos elektriny na dlhé vzdialenosti bez drôtov, pričom použil vodivosť horných vrstiev vzduchu. Predpokladalo sa, že je prítomný prijímací transformátor podobného prevedenia, ktorý by znížil akceptované vysoké napätie na prijateľnú hodnotu pre spotrebiteľa, o tom sa dozviete v Teslovom patente č. 649621.
Osobitná pozornosť si zaslúži povaha interakcie transformátora Tesla s prostredím. Sekundárny obvod je otvorený obvod a systém je termodynamicky v žiadnom prípade izolovaný, nie je ani uzavretý, je otvoreným systémom. Moderný výskum týmto smerom je vykonávaný mnohými výskumníkmi a bod na tejto ceste ešte nebol stanovený.
Autor: Andrey Povny