Astăzi, transformatorul Tesla este numit transformator rezonant de înaltă frecvență de înaltă tensiune și multe exemple de implementări izbitoare ale acestui dispozitiv neobișnuit pot fi găsite în rețea. O bobină fără miez feromagnetic, formată din mai multe viraje de sârmă subțire, acoperită cu un torus, emite un fulger real, impresionând privitorii uimiți. Dar toată lumea își amintește cum și de ce a fost creat inițial acest dispozitiv uimitor?
Istoria acestei invenții începe la sfârșitul secolului al XIX-lea, când genialul om de știință experimental Nikola Tesla, care lucrează în Statele Unite, nu și-a propus decât sarcina de a învăța cum să transmită energia electrică pe distanțe lungi, fără fire.
Cu greu este posibil să se indice anul exact când această idee a ajuns la omul de știință, dar se știe că, la 20 mai 1891, Nikola Tesla a ținut o prelegere detaliată la Universitatea Columbia, unde și-a prezentat ideile personalului Institutului American de Ingineri Electrici și a ilustrat ceva. prezentând experimente vizuale.
Scopul primelor demonstrații a fost să arate un nou mod de obținere a luminii prin utilizarea curenților de înaltă frecvență și de înaltă tensiune, precum și de a dezvălui caracteristicile acestor curenți. Din motive de echitate, observăm că lămpile fluorescente moderne cu economie de energie funcționează tocmai pe principiul pe care Tesla și-a propus să îl obțină lumină.
Teoria finală cu privire la transmisia wireless a energiei electrice a apărut treptat, omul de știință a petrecut câțiva ani din viață perfecționându-și tehnologia, experimentând mult și îmbunătățind cu atenție fiecare element al circuitului, a dezvoltat întrerupătoare, a inventat condensatoare de înaltă tensiune, a inventat și a modificat regulatoarele de circuit, dar atât Nu puteam să-mi aduc planul la viață pe scara în care mi-am dorit.
Video promotional:
Cu toate acestea, teoria a ajuns la noi. Sunt disponibile jurnale, articole, brevete și prelegeri ale lui Nikola Tesla, în care puteți găsi detaliile inițiale referitoare la această tehnologie. Principiul funcționării unui transformator rezonant poate fi găsit citind, de exemplu, brevetele lui Nikola Tesla # 787412 sau # 649621, deja disponibile în rețea astăzi.
Dacă încercați să înțelegeți pe scurt cum funcționează transformatorul Tesla, luați în considerare structura și principiul de funcționare, atunci nu este nimic complicat.
Înfășurarea secundară a transformatorului este realizată dintr-un fir izolat (de exemplu, din sârmă smalț), care este așezat la rândul său pentru a se transforma într-un strat pe un cadru cilindric gol, raportul dintre înălțimea cadrului și diametrul său este de obicei egal de la 6 la 1 la 4 la 1.
După înfășurare, înfășurarea secundară este acoperită cu epoxidice sau lac. Înfășurarea primară este realizată dintr-un fir cu secțiune transversală relativ mare, de obicei conține de la 2 la 10 rotiri și se potrivește în forma unei spirale plane sau este înfășurată ca una secundară - pe un cadru cilindric cu un diametru puțin mai mare decât cel al secundarului.
În general, înălțimea înfășurării primare, nu depășește 1/5 din înălțimea secundară. Un toroid este conectat la terminalul superior al înfășurării secundare, iar terminalul său inferior este împământat. În continuare, vom lua în considerare totul mai detaliat.
De exemplu: înfășurarea secundară este înfășurată pe un cadru cu un diametru de 110 mm, cu un fir de smalț PETV-2 cu diametrul de 0,5 mm și conține 1200 de rotiri, astfel înălțimea sa este egală cu aproximativ 62 cm, iar lungimea firului este de aproximativ 417 metri. Lăsați înfășurarea primară să conțină 5 rotații dintr-un tub gros de cupru, înfășurat pe un diametru de 23 cm și are o înălțime de 12 cm.
În continuare, se face un toroid. În mod ideal, capacitatea sa ar trebui să fie astfel încât frecvența rezonantă a circuitului secundar (bobina secundară împământată împreună cu toroidul și mediul) să corespundă lungimii firului de înfășurare secundar, astfel încât această lungime să fie egală cu un sfert din lungimea de undă (de exemplu, frecvența este de 180 kHz) …
Pentru un calcul precis, poate fi util un program special pentru calcularea bobinelor Tesla, de exemplu VcTesla sau inca. Un condensator de înaltă tensiune este selectat pentru înfășurarea primară, a cărei capacitate, împreună cu inductanța înfășurării primare, ar forma un circuit oscilator, a cărui frecvență naturală ar fi egală cu frecvența rezonantă a circuitului secundar. De obicei, ei iau un condensator în capacitate, iar reglarea se realizează prin selectarea rotirilor înfășurării primare.
Esența transformatorului Tesla în forma sa canonică este următoarea: condensatorul de circuit primar este încărcat de la o sursă adecvată de înaltă tensiune, apoi este conectat printr-un comutator la înfășurarea primară, iar acest lucru este repetat de mai multe ori pe secundă.
Ca urmare a fiecărui ciclu de comutare, oscilațiile amortizate apar în circuitul primar. Dar bobina primară este un inductor pentru circuitul secundar, prin urmare, oscilațiile electromagnetice sunt excitate, respectiv, în circuitul secundar.
Întrucât circuitul secundar este reglat în rezonanță cu oscilațiile primare, atunci o rezonanță de tensiune apare pe înfășurarea secundară, ceea ce înseamnă că raportul de transformare (raportul de viraje al înfășurării primare și virajele înfășurării secundare acoperite de acesta) trebuie de asemenea înmulțit cu Q - factorul de calitate al circuitului secundar, apoi valoarea raportului real tensiunea de pe înfășurarea secundară la tensiunea de pe primar.
Și având în vedere că lungimea firului secundar de înfășurare este egală cu un sfert din lungimea de undă a oscilațiilor induse în el, atunci pe toroid se va localiza antinodul de tensiune (și la punctul de împământare - antinodul curent), iar acolo este cea mai eficientă defalcare.
Pentru a alimenta circuitul primar, se folosesc diferite circuite, de la o scânteie statică (scânteie) alimentată de MOT-uri (MOT este un transformator de înaltă tensiune dintr-un cuptor cu microunde) la circuite tranzistorii rezonante pe controlerele programabile alimentate de tensiunea de rețea redusă, dar esența rămâne aceeași.
Iată cele mai frecvente tipuri de bobine Tesla, în funcție de modul în care le conduceți:
SGTC (SGTTS, Spark Gap Tesla Coil) - transformator Tesla pe golul de scânteie. Acesta este un design clasic, o schemă similară a fost inițial folosită chiar de Tesla. Un dispozitiv de oprire este folosit aici ca element de comutare. În proiectele cu putere redusă, dispozitivul de prindere este format din două bucăți de sârmă groasă distanțate la o anumită distanță, în timp ce în proiecte mai puternice, sunt utilizate dispozitive de prindere rotative complexe care folosesc motoare. Transformatoarele de acest tip sunt realizate dacă este necesară doar o lungime mare a fluxului, iar eficiența nu este importantă.
VTTC (VTTC, tub de vid Tesla Coil) - transformator Tesla pe un tub electronic. Un tub radio puternic, de exemplu GU-81, este folosit aici ca element de comutare. Astfel de transformatoare pot funcționa continuu și pot produce descărcări destul de groase. Acest tip de alimentare este cel mai adesea utilizat pentru a construi bobine de înaltă frecvență, care sunt numite "torțe", datorită aspectului tipic al streamerelor lor.
SSTC (SSTC, Solid State Tesla Coil) este un transformator Tesla în care semiconductorii sunt folosiți ca element cheie. De obicei, acestea sunt tranzistoare IGBT sau MOSFET. Acest tip de transformator poate funcționa în regim continuu. Aspectul streamerelor create de o astfel de bobină poate fi foarte diferit. Acest tip de transformatoare Tesla este mai ușor de controlat, de exemplu, puteți reda muzică pe ele.
DRSSTC (DRSSTC, Dual Resonant Solid State Tesla Coil) este un transformator Tesla cu două circuite rezonante, aici semiconductorii sunt folosiți ca întrerupătoare, ca în SSTC. DRSSTTS este cel mai dificil tip de transformatoare Tesla de controlat și configurat.
Pentru a obține o funcționare mai eficientă și mai eficientă a transformatorului Tesla, circuitele de topologie DRSSTC sunt utilizate, atunci când se obține o rezonanță puternică în circuitul primar în sine, respectiv în cel secundar, o imagine mai strălucitoare, fulgere mai lungi și mai groase.
Tesla însuși a încercat cât a putut să realizeze doar un astfel de mod de funcționare al transformatorului său, iar începuturile acestei idei pot fi văzute în brevetul nr. 568176, unde sunt folosite șocuri de încărcare, Tesla a dezvoltat apoi circuitul pe această cale, adică a căutat să utilizeze circuitul primar cât mai eficient, creând în el rezonanţă. Puteți citi despre aceste experimente ale omului de știință în jurnalul său (notele savantului despre experimentele din Colorado Springs, pe care le-a realizat între 1899 și 1900, au fost deja publicate în formă tipărită).
Vorbind despre aplicarea practică a transformatorului Tesla, nu trebuie să ne limităm doar la admirația pentru natura estetică a descărcărilor obținute și să tratăm dispozitivul ca fiind decorativ. Tensiunea pe înfășurarea secundară a transformatorului poate atinge milioane de volți, este, până la urmă, o sursă eficientă de tensiune extra-înaltă.
Tesla însuși și-a dezvoltat sistemul pentru a transmite electricitate pe distanțe lungi fără fire, folosind conductivitatea straturilor superioare de aer ale atmosferei. S-a presupus prezența unui transformator receptor cu un design similar, care ar scădea tensiunea ridicată acceptată la o valoare acceptabilă pentru consumator, puteți afla acest lucru citind brevetul Tesla nr. 649621.
Natura interacțiunii transformatorului Tesla cu mediul înconjurător merită o atenție specială. Circuitul secundar este un circuit deschis, iar sistemul nu este izolat termodinamic, nici măcar nu este închis, ci este un sistem deschis. Cercetări moderne în această direcție sunt realizate de mulți cercetători, iar punctul pe această cale nu a fost încă stabilit.
Autor: Andrey Povny
