Mūsdienās Tesla transformators tiek saukts par augstas frekvences augstsprieguma rezonanses transformatoru, un tīklā var atrast daudzus šīs neparastās ierīces pārsteidzošās ieviešanas piemērus. Spole bez feromagnētiska serdeņa, kas sastāv no daudziem plānas stieples pagriezieniem un papildināta 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 izcilā eksperimentālā zinātniece Nikola Tesla, strādājot ASV, izvirzīja sev tikai uzdevumu iemācīties pārvadīt elektrisko enerģiju lielos attālumos bez vadiem.
Diez vai ir iespējams norādīt precīzu gadu, kad tieši šī ideja nāca pie zinātnieka, taču ir zināms, ka 1891. gada 20. maijā Nikola Tesla nolasīja detalizētu lekciju Kolumbijas universitātē, kur viņš iepazīstināja ar savām idejām Amerikas Elektrotehnikas institūta darbiniekiem un kaut ko ilustrēja. rāda vizuālos eksperimentus.
Pirmo demonstrāciju mērķis bija parādīt jaunu gaismas iegūšanas veidu, izmantojot tam augstfrekvences un augstsprieguma strāvas, kā arī atklāt šo strāvu īpašības. Taisnības labad mēs atzīmējam, ka mūsdienu enerģijas taupīšanas dienasgaismas spuldzes darbojas precīzi pēc principa, kuru Tesla ierosināja iegūt gaismu.
Galīgā teorija par elektriskās enerģijas bezvadu pārraidi radās pakāpeniski, zinātnieks vairākus dzīves gadus pavadīja, pilnveidojot savu tehnoloģiju, daudz eksperimentējot un centīgi uzlabojot katru ķēdes elementu, viņš izstrādāja slēdžus, izgudroja izturīgus augstsprieguma kondensatorus, izgudroja un pārveidoja ķēdes kontrolierus. Es nevarēju atdzīvināt savu plānu tādā mērogā, kādā vēlējos.
Reklāmas video:
Tomēr teorija mūs ir sasniegusi. Ir pieejamas Nikola Tesla dienasgrāmatas, raksti, patenti un lekcijas, kurās varat atrast sākotnējo informāciju par šo tehnoloģiju. Rezonējošā transformatora darbības principu var atrast, lasot, piemēram, Nikola Tesla patentus # 787412 vai # 649621, kas šodien tīklā jau ir pieejami.
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 ir novietota pagrieziena pagrieziena virzienā vienā kārtā uz doba cilindriska rāmja, rāmja augstuma attiecība pret tā diametru parasti tiek pieņemta vienāda no 6 līdz 1 līdz 4 līdz 1.
Pēc tinuma sekundārais tinums ir pārklāts ar epoksīdu vai laku. Primārais tinums ir izgatavots no stieples ar samērā lielu šķērsgriezumu, tas parasti satur no 2 līdz 10 pagriezieniem, un tas der plakanas spirāles formai vai arī ir uzvilkts 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 mēs visu apsvērsim sīkāk.
Piemēram: sekundārais tinums ir ietīts uz rāmja ar diametru 110 mm ar PETV-2 emaljas stiepli ar diametru 0,5 mm un satur 1200 pagriezienus, tādējādi tā augstums ir vienāds ar apmēram 62 cm, un stieples garums ir aptuveni 417 metri. Primārajam tinumam ir 5 kārtas biezas vara caurules, kas ir uzvilkta 23 cm diametrā un ir 12 cm augsta.
Tālāk tiek izgatavots toroīds. 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 180 kHz). …
Lai veiktu precīzu aprēķinu, var būt noderīga īpaša programma Tesla spoļu aprēķināšanai, piemēram, VcTesla vai inca. Primārajam tinumam tiek izvēlēts augstsprieguma kondensators, kura kapacitāte kopā ar primārā tinuma induktivitāti veidotu svārstību ķēdi, kuras dabiskā frekvence būtu vienāda ar sekundārās ķēdes rezonanses frekvenci. Parasti viņi ņem kondensatoru tuvu ietilpībai, un noregulēšanu veic, izvēloties primārā tinuma pagriezienus.
Tesla transformatora būtība kanoniskajā formā ir šāda: primārā ķēdes kondensators tiek uzlādēts no piemērota augstsprieguma avota, pēc tam to ar slēdzi savieno ar primāro tinumu, un tas tiek atkārtots daudzas reizes sekundē.
Katra pārslēgšanās cikla rezultātā primārajā ķēdē notiek slāpētas svārstības. Bet primārā spole ir sekundārās ķēdes induktors, tāpēc elektromagnētiskās svārstības attiecīgi tiek ierosinātas sekundārajā ķēdē.
Tā kā sekundārā ķēde ir noregulēta uz rezonansi ar primārajām svārstībām, tad sekundārajam tinumam rodas sprieguma rezonanse, kas nozīmē, ka arī transformācijas koeficients (primārā tinuma pagriezienu un tā aptvertā sekundārā tinuma pagriezienu attiecība) jāreizina ar Q - sekundārās ķēdes kvalitātes koeficients, tad reālās attiecības vērtība. sekundārā tinuma spriegums līdz primārā spriegumam.
Un tā kā sekundārā tinuma stieples garums ir vienāds ar ceturto daļu no tajā izraisīto svārstību viļņu garuma, tad tieši uz toroīda atrodas sprieguma antinods (un zemējuma punktā - pašreizējais antinods), un tieši tur var notikt visefektīvākais sadalījums.
Primārās ķēdes barošanai tiek izmantotas dažādas shēmas, sākot no statiskās dzirksteles spraugas (dzirksteles spraugas), kuru darbina MOTs (MOT ir mikroviļņu krāsns augstsprieguma transformators) līdz rezonanses tranzistora ķēdēm uz programmējamiem kontrolleriem, ko darbina ar rektificētu tīkla spriegumu, bet būtība nemainās.
Šeit ir visizplatītākie Tesla spoļu veidi atkarībā no tā, kā jūs tos vadāt:
SGTC (SGTTS, Spark Gap Tesla Coil) - Tesla transformators uz dzirksteles spraugas. Šis ir klasisks dizains, līdzīgu shēmu sākotnēji izmantoja pati Tesla. Kā komutācijas elements šeit izmanto novadītāju. Zema enerģijas patēriņa konstrukcijās noregulētājs sastāv no diviem biezas stieples gabaliem, kas izvietoti noteiktā attālumā, savukārt jaudīgākā dizainā tiek izmantoti sarežģīti rotējoši aizturētāji, izmantojot motorus. Šāda veida transformatori tiek izgatavoti, ja ir nepieciešams tikai garš straumētāju garums, un efektivitāte nav svarīga.
VTTC (VTTC, Vacesum Tube Tesla Coil) - Tesla transformators uz elektroniskas caurules. Kā pārslēgšanas elements šeit tiek izmantota jaudīga radio caurule, piemēram, GU-81. Šādi transformatori var darboties nepārtraukti un radīt diezgan biezas izlādes. Šāda veida strāvas padevi visbiežāk izmanto, lai izveidotu augstas frekvences spoles, kuras to straumētāju tipiskā izskata dēļ sauc par “lāpām”.
SSTC (SSTC, Cietvielu Tesla spole) ir Tesla transformators, kurā pusvadītāji tiek izmantoti kā galvenais elements. Parasti tie ir IGBT vai MOSFET tranzistori. Šis transformatora tips var darboties nepārtrauktā režīmā. Šādas spoles izveidoto straumētāju izskats var būt ļoti atšķirīgs. Šāda veida Tesla transformatorus ir vieglāk kontrolēt, piemēram, uz tiem varat atskaņot mūziku.
DRSSTC (DRSSTC, dubultā rezonanses cietvielu Tesla spole) ir Tesla transformators ar divām rezonanses shēmām, šeit pusvadītājus izmanto kā slēdžus, tāpat kā SSTC. DRSSTTS ir visgrūtākais Tesla transformatoru tips, ko kontrolēt un konfigurēt.
Lai iegūtu efektīvāku un efektīvāku Tesla transformatora darbību, tiek izmantotas DRSSTC topoloģijas shēmas, kad pašā primārajā kontūrā tiek panākta spēcīga rezonanse, un attiecīgi sekundārajā - spilgtāks attēls, garākas un biezākas zibens skrūves (straumētāji).
Pats Tesla centās pēc iespējas labāk panākt tieši šādu sava transformatora darbības režīmu, un šīs idejas pamatprincipi ir redzami patentā Nr. 568176, kur tiek izmantoti uzlādes aizdedzes slēdži. Tesla pēc tam precīzi izveidoja ķēdi pa šo ceļu, tas ir, viņš centās pēc iespējas efektīvāk izmantot primāro ķēdi, izveidojot tajā. rezonanse. Par šiem zinātnieka eksperimentiem varat lasīt savā 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 iegūto izplūžu estētisko raksturu un izturēties pret ierīci kā dekoratīvu. Transformatora sekundārā tinuma spriegums var sasniegt miljonus voltu, galu galā tas ir efektīvs īpaši augsta sprieguma avots.
Pats Tesla izstrādāja savu sistēmu, lai pārvadītu elektrību lielos attālumos bez vadiem, izmantojot atmosfēras augšējo gaisa slāņu vadītspēju. Tika pieņemts, ka ir līdzīga dizaina uztverošais transformators, kas pazemina pieņemto augsto spriegumu līdz patērētājam pieņemamai vērtībai. Par to varat uzzināt, lasot Tesla patentu Nr. 649621.
Tesla transformatora mijiedarbības ar vidi raksturs ir pelnījis īpašu uzmanību. Sekundārā ķēde ir atvērta ķēde, un sistēma nav termodinamiski izolēta, tā pat nav slēgta, tā ir atvērta sistēma. Mūsdienu pētījumus šajā virzienā veic daudzi pētnieki, un punkts uz šī ceļa vēl nav noteikts.
Autors: Andrejs Povnijs