Mikä on Tesla Transformer

Tesla-muuntajaa kutsutaan nykyään korkeataajuuksiseksi korkeajänniteresonanssimuuntajaksi, ja verkosta löydät monia esimerkkejä tämän epätavallisen laitteen elävistä toteutuksista. Kääre, jossa ei ole ferromagneettista ydintä, joka koostuu monista ohutlangan kierroksista, kruunattu toruksella, säteilee todellista salamaa, antaen hämmästyneitä katsojia. Mutta muistavatko kaikki kuinka ja miksi tämä hämmästyttävä laite alun perin luotiin?

Tämän keksinnön historia alkaa 1800-luvun lopulla, kun loistava kokeellinen tutkija Nikola TeslaYhdysvalloissa työskennellessään hän asetti itselleen vain oppia siirtämään sähköenergiaa pitkiä matkoja ilman johtoja.

Tuskin on mahdollista määrittää tarkkaan sitä vuotta, jolloin tämä ajatus tuli tiedemiehelle, mutta tiedetään, että Nikola Tesla piti 20. toukokuuta 1891 yksityiskohtaisen luennon Columbian yliopistossa, jossa hän esitteli ideoitaan amerikkalaisen sähköinsinöörien instituutin henkilökunnalle ja havainnollisti. näyttää visuaalisia kokeita.

Ensimmäisten mielenosoitusten tarkoituksena oli näyttää uusi tapa saada valoa käyttämällä korkeataajuisia ja korkeajännitevirtoja tähän, sekä paljastaa näiden virtojen ominaisuudet. Oikeudenmukaisuudessa huomaamme, että modernit energiansäästölamput toimivat periaatteella, jota juuri ehdotettiin Teslan valolle.

Lopullinen teoria koskien tarkalleen langaton sähkönsiirto se häipyi vähitellen, tiedemies vietti useita vuosia miettimään tekniikkaansa, kokeilemalla paljon ja huolellisesti parantamalla kaikkia piirin elementtejä, hän kehitti katkaisijoita, keksi kestäviä korkeajännitekondensaattoreita, keksi ja modifioi piiriohjaimia, mutta hän ei pystynyt herättämään suunnitelmaansa siinä mittakaavassa, missä hän halusi.

Teoria on kuitenkin saavuttanut meille. Nikola Teslan päiväkirjat, artikkelit, patentit ja luennot ovat saatavilla, joista löydät alustavat tiedot tästä tekniikasta. Resonanssimuuntajan toimintaperiaate löytyy lukemalla esimerkiksi Nikola Teslan patentit nro 787412 tai nro 649621, jotka ovat jo tänään saatavilla verkossa.

Jos yrität ymmärtää lyhyesti Teslan muuntajan toimintaa, harkita sen rakennetta ja toimintaperiaatetta, mikään ei ole mitään monimutkaista.

Muuntajan sekundaarikäämi on valmistettu eristetystä langasta (esimerkiksi emalilangasta), joka asetetaan pyöreäksi pyöreäksi yhtenä kerroksena onton sylinterimäisen kehyksen päälle, kehyksen korkeuden suhde sen halkaisijaan otetaan yleensä välillä 6: sta 1: seen 4: 1.

Käämityksen jälkeen sekundaarikäämi päällystetään epoksihartsilla tai lakalla. Ensiökäämi on tehty suhteellisen suuresta poikkileikkauslangasta, se sisältää yleensä 2-10 kierrosta ja sopii litteän spiraalin muotoon tai on kelattu toissijaiseksi - lieriömäiseen runkoon, jonka halkaisija on hiukan suurempi kuin toissijaisen.

Primaarikäämin korkeus ei pääsääntöisesti ole yli 1/5 toisiokorkeuden korkeudesta. Toisiokäämin ylempään napaan on kytketty toroidi, ja sen alaosa on maadoitettu. Seuraavaksi harkitse kaikkia yksityiskohtaisemmin.

Esimerkiksi: toisiokäämi kelataan runkoon, jonka halkaisija on 110 mm, PETV-2-emalilanka, jonka halkaisija on 0,5 mm, ja sisältää 1200 kierrosta, joten sen korkeus on noin 62 cm ja vaijerin pituus on noin 417 metriä. Anna ensiökäämin 5 kierrosta paksua kupariputkea, haavan, jonka halkaisija on 23 cm, ja sen korkeus on 12 cm.

Seuraavaksi tee toroidi. Sen kapasitanssin tulisi olla ihannetapauksessa sellainen, että toisiopiirin (maadoitettu toisiokela yhdessä toroidin ja ympäristön kanssa) resonanssitaajuus vastaa toissijaisen käämityslangan pituutta niin, että tämä pituus on yhtä suuri kuin neljäsosa aallonpituudesta (esimerkissämme, taajuus on yhtä suuri kuin 180 kHz) .

Tarkan laskennan kannalta erityinen ohjelma Tesla-käämien, esimerkiksi VcTesla tai inca, laskemiseksi voi olla hyödyllinen.Primäärikäämitykseen valitaan korkeajännitekondensaattori, jonka kapasitanssi yhdessä ensiökäämin induktanssin kanssa muodostaisi värähtelevän piirin, jonka luonnollinen taajuus olisi yhtä suuri kuin toissijaisen piirin resonanssitaajuus. Tyypillisesti kapasiteetti on lähellä kondensaattoria, ja viritys suoritetaan valitsemalla ensiökäämin kierrokset.

Tesla-muuntajan ydin kanonisessa muodossa on seuraava: ensiöpiirikondensaattori ladataan sopivasta korkeajännitelähteestä, sitten se kytkimen avulla kytketään ensiökäämiin ja niin se toistetaan monta kertaa sekunnissa.

Kunkin kytkentäjakson seurauksena primaaripiirissä tapahtuu vaimennettuja värähtelyjä. Mutta ensiökäämi on toissijaisen piirin induktori, siksi sähkömagneettiset aallot kiihtyvät toisiopiirissä vastaavasti.

Koska toisiopiiri on viritetty resonanssiin primaarivaihteluiden kanssa, toisiokäämille syntyy jänniteresonanssi, ja siksi muuntokerroin (ensiökäämin kääntöjen ja sen kattamien toisiokäämien suhde) on kerrottava Q: lla - toissijaisen piirin laatutekijä, sitten todellinen suhde toisiokäämin jännite ensiöjännitteeseen.

Ja koska sekundaarikäämin langan pituus on yhtä suuri kuin neljäsosa siinä indusoitujen värähtelyjen aallonpituudesta, toroidilla tulee olemaan jännitteen antinodi (ja maapisteessä - nykyinen antinodi), ja tässä on tehokkain jakautuminen.

Primaaripiirin virrankäyttöön käytetään erilaisia ​​piirejä, staattisesta kipinävälistä (kipinäraosta), jota powered by MOT (ILO - korkeajännitemuuntaja mikroaaltouunista), ohjelmoitavien ohjaimien resonanssitransistopiireihin, jotka saavat tasasuunnitellun verkkojännitteen, mutta tämän olemus ei muutu.

Tässä on yleisimmät Tesla-kelatyypit riippuen siitä, kuinka hallitset niitä:

SGTC (SSTC, Spark Gap Tesla -kela) - Tesla-muuntaja kipinäraossa. Tämä on klassinen muotoilu, samanlaista mallia käytti alun perin Tesla itse. Kytkentäelementtinä käytetään tässä kipinärakoa. Pienitehoisissa rakenteissa pysäytin on kaksi paksuun johdinpalaa, jotka sijaitsevat jonkin matkan päässä, kun taas tehokkaammissa käytetään monimutkaisia ​​pyörivää purkainta, joka käyttää moottoreita. Tämän tyyppiset muuntajat valmistetaan, jos tarvitaan vain pitkä virtauslaite, ja tehokkuus ei ole tärkeä.

VTTC (WTC, tyhjiöputkinen Tesla-kela) - Tesla-muuntaja elektronisessa lampussa. Kytkentäelementtinä käytetään tässä voimakasta radioputkea, esimerkiksi GU-81. Tällaiset muuntajat voivat toimia jatkuvasti ja tuottaa melko paksuja purkauksia. Tämän tyyppistä tehoa käytetään useimmiten korkeataajuuskelajen rakentamiseen, joita kutsutaan soihtuiksi, koska niiden streamerit ovat tyypillisiä.

SSTC (SSTC, Solid State Tesla -kela) - Tesla-muuntaja, jossa puolijohteita käytetään avainelementtinä. Yleensä se IGBT- tai MOSFET-transistorit. Tämän tyyppinen muuntaja voi toimia jatkuvasti. Tällaisen kelan luomien viirojen ulkonäkö voi olla hyvin erilainen. Tämän tyyppistä Tesla-muuntajaa on helpompi hallita, esimerkiksi voit soittaa musiikkia niistä.

DRSSTC (DRSTC, kaksoisresonoiva solid-state-teslakela) - Tesla-muuntaja, jolla on kaksi resonanssipiiriä, tässä käytetään SSTC: n näppäiminä puolijohteita. ДРССТЦ - vaikein Tesla-muuntajatyyppi ohjauksessa ja virityksessä.

Tesla-muuntajan tehokkaamman ja tuloksellisemman toiminnan aikaansaamiseksi käytetään DRSSTC-topologiakaavioita, kun voimakas resonanssi saavutetaan ensiöpiirissä, ja toissijaisessa toissijaisesti, kirkkaampi kuva, pidemmät ja paksummat salamat (virtaukset).

Tesla itse yritti parhaansa mukaan saavuttaa juuri muuntajansa tällaisen toimintatavan, ja tämän idean alku näkyy patentissa nro 568176, jossa käytetään varausreaktoria. Tesla kehitti sitten piirin tätä tietä kohti, ts. Hän yritti käyttää ensiöpiiriä mahdollisimman tehokkaasti, luomalla resonanssi. Voit lukea tutkijan kokeilemista päiväkirjastaan ​​(tutkijan muistiinpanot Colorado Springsissä tehdyistä kokeista, jotka hän suoritti vuosina 1899 - 1900, on jo julkaistu painetussa muodossa).

Tesla-muuntajan käytännöllisestä käytöstä puhuttaessa ei pidä rajoittua vain ihailuun saatujen päästöjen esteettistä luonnetta kohtaan, ja käsitellä laitetta koristeellisena. Muuntajan sekundaarikäämin jännite voi nousta miljooniin volteihin, mikä on lopulta tehokas erittäin korkean jännitteen lähde.

Tesla itse kehitti järjestelmänsä sähkön siirtämiseen pitkiä matkoja ilman johtoja ilmakehän ylemmän ilmakerroksen johtavuuden avulla. Oletetaan, että siellä oli vastaavan tyyppinen vastaanottomuuntaja, joka alentaisi hyväksytyn korkean jännitteen kuluttajan hyväksyttävään arvoon. Voit tietää siitä lukemalla Teslan patentin nro 649621.

Erityisen huomionarvoista on Tesla-muuntajan vuorovaikutus ympäristön kanssa. Toisiopiiri on avoin piiri, eikä järjestelmä ole termodynaamisesti eristetty, se ei ole edes suljettu, se on avoin järjestelmä. Monet tutkijat tekevät tähän suuntaan nykyaikaista tutkimusta, ja pistettä tälle tielle ei ole vielä asetettu.