Tänapäeval nimetatakse Tesla trafot kõrgsagedusliku kõrgepinge resonantstrafoks ja võrgus võib leida palju näiteid selle ebatavalise seadme silmatorkavate rakenduste kohta. Ferromagnetilise südamikuta mähis, mis koosneb paljudest õhukese traadi keerdudest ja mille peal on toorus, kiirgab tõelist välku, avaldades hämmastunud pealtvaatajatele muljet. Kuid kas kõik mäletavad, kuidas ja miks see hämmastav seade algselt loodi?
Selle leiutise ajalugu algab 19. sajandi lõpust, kui USA-s töötav geniaalne eksperimentaalteadlane Nikola Tesla seadis endale ülesande õppida ainult seda, kuidas juhtida elektrienergiat pikkade vahemaade taha juhtmeteta.
Vaevalt on võimalik täpsustada täpset aastat, millal täpselt see idee teadlase juurde jõudis, kuid on teada, et 20. mail 1891 pidas Nikola Tesla Columbia ülikoolis üksikasjaliku loengu, kus ta tutvustas oma ideid Ameerika elektrotehnika inseneride instituudi töötajatele ja illustreeris midagi. visuaalsete katsete näitamine.
Esimeste meeleavalduste eesmärk oli näidata uut viisi valguse saamiseks kõrgsageduslike ja kõrgepingevoolude abil, samuti paljastada nende voolude omadused. Õigluse huvides märgime, et tänapäevased energiasäästlikud luminofoorlambid töötavad täpselt põhimõttel, mille Tesla pakkus välja valguse saamiseks.
Lõplik teooria elektrienergia juhtmevaba edastamise kohta tekkis järk-järgult, teadlane veetis mitu aastat oma elust tehnoloogia täiustamiseks, palju katsetades ja ahela iga elemendi valutut parendamist arendades, ta töötas välja kaitselülitid, leiutas vastupidavad kõrgepingekondensaatorid, leiutas ja modifitseeris vooluringi kontrollereid. Ma ei suutnud oma plaani ellu viia sellises mahus, nagu ma tahtsin.
Reklaamvideo:
Teooria on meieni siiski jõudnud. Saadaval on Nikola Tesla päevikud, artiklid, patendid ja loengud, kust leiate algsed üksikasjad selle tehnoloogia kohta. Resonoreeriva trafo tööpõhimõtte võib leida, lugedes näiteks Nikola Tesla patente # 787412 või # 649621, mis on juba täna võrgus saadaval.
Kui proovite põgusalt mõista, kuidas Tesla trafo töötab, kaaluda selle ülesehitust ja tööpõhimõtet, siis pole midagi keerukat.
Trafo sekundaarmähis on valmistatud isoleeritud traadist (näiteks emailitud traadist), mis pannakse pöörlema õõnsal silindrilisel raamil ühes kihis pöörlemiseks, raami kõrguse ja selle läbimõõdu suhe võetakse tavaliselt võrdseks 6-1: 4 - 1.
Pärast mähkimist kaetakse sekundaarmähis epoksiidi või lakiga. Primaarmähis on valmistatud suhteliselt suure ristlõikega traadist, see sisaldab tavaliselt 2–10 pööret ja sobib lameda spiraali kujuga või on keritud sekundaarse kujuga - silindrilisele raamile, mille läbimõõt on pisut suurem kui sekundaarne.
Primaarmähise kõrgus ei ületa reeglina 1/5 sekundaarkõrguse kõrgusest. Sekundaarmähise ülemise klemmiga on ühendatud toroid ja selle alumine klemm on maandatud. Järgnevalt kaalume kõike üksikasjalikumalt.
Näiteks: sekundaarmähis on keritud 110 mm läbimõõduga raami külge, mille PETV-2 emailatraat on läbimõõduga 0,5 mm ja sisaldab 1200 pööret, seega on selle kõrgus võrdne umbes 62 cm ja traadi pikkus on umbes 417 meetrit. Las primaarmähis sisaldab 5 pööret paksu vasktoru, mille läbimõõt on 23 cm ja kõrgus 12 cm.
Järgmisena tehakse toroid. Selle mahtuvus peaks ideaaljuhul olema selline, et sekundaarskeemi resonantssagedus (maandatud sekundaarmähis koos toroidi ja keskkonnaga) vastaks sekundaarmähise traadi pikkusele, nii et see pikkus oleks võrdne veerandi lainepikkusest (meie näite puhul on sagedus 180 kHz) …
Täpseks arvutamiseks võib olla kasulik spetsiaalne programm Tesla mähiste arvutamiseks, näiteks VcTesla või inca. Primaarmähise jaoks valitakse kõrgepingekondensaator, mille mahtuvus koos primaarmähise induktiivsusega moodustaks võnkuva vooluahela, mille looduslik sagedus oleks võrdne sekundaarahela resonantssagedusega. Tavaliselt võtavad nad kondensaatori mahutavuse lähedal ja häälestamine toimub primaarmähise pöörde valimisega.
Tesla trafo kanoonilisel kujul on järgmine: primaarkontuuri kondensaator laaditakse sobivast kõrgepingeallikast, seejärel ühendatakse see lüliti abil primaarmähisega ja seda korratakse mitu korda sekundis.
Iga lülitustsükli tagajärjel tekivad primaarkontuuris summutatud võnkumised. Kuid primaarmähis on sekundaarse vooluahela induktiivpool, seetõttu ergutavad sekundaarahelas elektromagnetilised võnkumised.
Kuna sekundaarskeem on häälestatud resonantsi suhtes primaarsete võnkumistega, siis toimub sekundaarmähisel pingeresonants, mis tähendab, et teisendussuhe (primaarmähise pöördete ja sellega kaetud sekundaarmähise pöörde suhe) tuleb korrutada ka Q-ga - sekundaarahela kvaliteeditegur, siis tegeliku suhte väärtus sekundaarmähise pinge primaarpingele.
Ja kuna sekundaarmähise traadi pikkus võrdub veerandi selles esile kutsutud võnkumiste lainepikkusest, siis pinge antinood asub toroidil (ja maanduspunktis - praegune antinood) ning just seal saab toimuda kõige tõhusam purunemine.
Primaarahela toiteks kasutatakse erinevaid vooluahelaid, alates staatilisest sädemevahest (sädemevahest), mida toidab MOTs (MOT on mikrolaineahjust pärit kõrgepingetrafo), kuni programmeeritud kontrollerite resonantstransistoride vooluahelateni, mille toiteallikaks on alaldi puhastatud pinge, kuid olemus jääb samaks.
Siin on kõige tavalisemad Tesla mähiste tüübid, sõltuvalt sellest, kuidas te neid juhite:
SGTC (SGTTS, Spark Gap Tesla Coil) - Tesla trafo sädemevahe peal. See on klassikaline disain, sarnast skeemi kasutas algselt ka Tesla ise. Lülituselemendina kasutatakse piirikut. Väikese energiatarbega konstruktsioonide korral koosneb piirik kahest paksust traadist, mis asuvad teatud vahemaa tagant, ja võimsamate konstruktsioonide puhul kasutatakse keerukaid pöörlevaid piirdeid, mis kasutavad mootoreid. Seda tüüpi trafod valmistatakse juhul, kui on vaja ainult pikka striimipikkust ja efektiivsus pole oluline.
VTTC (VTTC, Tesla vaakumtorustik) - Tesla trafo elektroonilisel torul. Lülituselemendina kasutatakse siin võimsat raadiosidetoru, näiteks GU-81. Sellised trafod võivad töötada pidevalt ja tekitada üsna paksu tühjenemise. Seda tüüpi toiteallikat kasutatakse kõige sagedamini kõrgsagedusmähiste ehitamiseks, mida nende voolikute tüüpilise väljanägemise tõttu nimetatakse tõrvikuteks.
SSTC (SSTC, Solid State Tesla Coil) on Tesla trafo, milles võtmeelemendina kasutatakse pooljuhte. Tavaliselt on need IGBT või MOSFET transistorid. Seda tüüpi trafo võib töötada pidevas režiimis. Sellise mähise loodud vooderdiste välimus võib olla väga erinev. Seda tüüpi Tesla trafosid on lihtsam juhtida, näiteks saate nendel muusikat mängida.
DRSSTC (DRSSTC, kaheresonantse tahkis-Tesla mähis) on kahe resonantsahelaga Tesla trafo, siin kasutatakse lülititena pooljuhte nagu SSTC puhul. DRSSTTS on Tesla trafode juhtimine ja konfigureerimine kõige keerulisem tüüp.
Tesla trafo efektiivsema ja tulemuslikuma töö tagamiseks kasutatakse just DRSSTC topoloogia ahelaid, kui primaarses vooluahelas saavutatakse võimas resonants ja sekundaarses vastavalt heledam pilt, pikemad ja paksemad välkpoldid (striimid).
Tesla ise püüdis võimalikult hästi saavutada just oma trafo sellise töörežiimi ja selle idee algust võib näha patendist nr 568176, kus kasutatakse laadimisdrosselit, arendas Tesla seejärel ringkonnakohtu sellel teel, st püüdis primaarkontuuri kasutada võimalikult tõhusalt, luues sellesse. vastukaja. Teadlase nende katsete kohta saate lugeda oma päevikust (teadlase märkused Colorado Springsi katsete kohta, mille ta viis läbi aastatel 1899–1900, on juba avaldatud trükitud kujul).
Tesla trafo praktilisest kasutamisest rääkides ei tohiks piirduda ainult imetlusega saadud heitmete esteetilise olemuse üle ja käsitleda seadet dekoratiivsena. Trafo sekundaarmähise pinge võib ulatuda miljonite voltideni, see on ju tõhus eriti kõrge pinge allikas.
Tesla ise arendas oma süsteemi elektrienergia edastamiseks pikkade vahemaade taha ilma juhtmeteta, kasutades atmosfääri ülemiste õhukihtide juhtivust. Eeldati sarnase konstruktsiooniga vastuvõtutrafo olemasolu, mis alandaks aktsepteeritud kõrget pinget tarbija jaoks vastuvõetava väärtuseni, selle kohta saate teada Tesla patendist nr 649621.
Tesla trafo ja keskkonna interaktsiooni olemus väärib erilist tähelepanu. Teisene vooluahel on avatud vooluring ja süsteem pole termodünaamiliselt mingil juhul isoleeritud, see pole isegi suletud, see on avatud süsteem. Sellesuunalisi tänapäevaseid uuringuid viivad läbi paljud teadlased ja punkti sellele teele pole veel paika pandud.
Autor: Andrey Povny
