Apa itu Tesla Transformer

Hari ini, pengubah Tesla dipanggil pengubah resonans resonik voltan tinggi frekuensi tinggi, dan dalam rangkaian, anda dapat menemui banyak contoh pelaksanaan yang jelas dari peranti yang luar biasa ini. Sebuah gegelung tanpa teras ferromagnetik, yang terdiri daripada banyak lilitan dawai nipis, dinobatkan dengan torus, memancarkan petir sebenar, mengagumkan penonton yang kagum. Tetapi adakah semua orang ingat bagaimana dan mengapa peranti hebat ini pada mulanya dicipta?

Sejarah ciptaan ini bermula pada akhir abad ke-19, ketika ahli sains eksperimen cemerlang Nikola Teslasemasa bekerja di Amerika Syarikat, dia hanya menetapkan tugasnya untuk belajar cara menghantar tenaga elektrik ke jarak jauh tanpa wayar.

Tidak mungkin untuk menentukan tahun tertentu apabila idea ini datang kepada saintis pasti, tetapi diketahui bahawa pada 20 Mei 1891, Nikola Tesla memberi ceramah terperinci di Columbia University, di mana beliau menyampaikan idea-ideanya kepada kakitangan Institut Elektrik Elektronik Amerika dan digambarkan menunjukkan eksperimen visual.

Tujuan demonstrasi pertama adalah untuk menunjukkan cara baru mendapatkan cahaya dengan menggunakan frekuensi tinggi dan arus voltan tinggi untuk ini, serta untuk mendedahkan ciri-ciri arus ini. Dalam keadilan, kita perhatikan bahawa lampu pendarfluor tenaga moden berfungsi pada prinsip yang baru dicadangkan untuk cahaya Tesla.

Teori akhir berkenaan dengan tepat penghantaran kuasa elektrik tanpa wayar ia muncul secara beransur-ansur, saintis menghabiskan beberapa tahun yang hidup untuk memikirkan teknologinya, bereksperimen dengan banyak dan dengan sungguh-sungguh memperbaiki setiap elemen litar, dia mengembangkan pemutus, mencipta kapasitor voltan tinggi yang tahan, mencipta dan mengawal litar pengawal, tetapi dia tidak dapat membawa rancangannya untuk hidup pada skala di mana dia mahu.

Walau bagaimanapun, teori telah sampai kepada kami. Diari, artikel, paten dan kuliah oleh Nikola Tesla tersedia, di mana anda boleh mendapatkan butiran awal mengenai teknologi ini. Prinsip pengoperasian sebuah transformator resonan boleh didapati dengan membaca, sebagai contoh, paten Nikola Tesla No. 787412 atau No. 649621, sudah tersedia hari ini di rangkaian.

Jika anda cuba untuk memahami secara ringkas bagaimana transformator Tesla berfungsi, pertimbangkan struktur dan prinsip operasi, maka tidak ada yang rumit.

Penggulungan sekunder pengubah diperbuat daripada dawai terlindung (contohnya, dari dawai enamel), yang diletakkan di sekeliling lapisan tunggal pada kerangka silinder berongga, nisbah ketinggian kerangka ke diameternya biasanya diambil dari 6 hingga 1 hingga 4 hingga 1.

Selepas penggulungan, penggulungan sekunder disalut dengan resin epoksi atau varnis. Penggulungan utama diperbuat daripada dawai rentas kerangka yang agak besar, biasanya terdiri dari 2 hingga 10 putaran, dan sesuai dengan bentuk lingkaran datar, atau luka seperti satu sekunder - pada bingkai silinder dengan diameter sedikit lebih besar daripada yang sekunder.

Ketinggian penggulungan utama, sebagai peraturan, tidak melebihi 1/5 ketinggian sekunder. Toroid disambungkan ke terminal atas penggulungan menengah, dan terminal bawahnya didasarkan. Seterusnya, pertimbangkan semuanya dengan lebih terperinci.

Sebagai contoh: penggulungan menengah dilukai di atas bingkai dengan diameter 110 mm, dawai enamel PETV-2 dengan diameter 0.5 mm, dan mengandungi 1200 lilitan, sehingga ketinggiannya adalah kira-kira 62 cm, dan panjang dawai adalah kira-kira 417 meter. Biarkan penggulungan utama mengandungi 5 pusingan tiub tembaga tebal, luka di sekitar diameter 23 cm, dan mempunyai ketinggian 12 cm.

Seterusnya, buatlah toroid. Kapasitansinya sebaiknya menjadi sedemikian rupa sehingga kekerapan resonan litar sekunder (gegelung sekunder yang bersebelahan bersama dengan toroid dan alam sekitar) sepadan dengan panjang wayar penggulungan sekunder supaya panjang ini bersamaan dengan seperempat panjang gelombang (contohnya, kekerapan adalah sama dengan 180 kHz) .

Untuk pengiraan yang tepat, satu program khas untuk mengira gegelung Tesla, contohnya VcTesla atau inca, boleh berguna.Kapasitor voltan tinggi dipilih untuk penggulungan utama, kapasitansinya, bersama-sama dengan induktansi penggulungan utama, akan membentuk litar berayun, yang kekerapan semulajadi akan sama dengan frekuensi salunan litar sekunder. Biasanya, kapasitor yang dekat dengan kapasiti diambil, dan penalaan dijalankan dengan pemilihan lilitan penggulungan utama.

Inti pengubah Tesla dalam bentuk kanonik adalah seperti berikut: kapasitor litar utama dicaj dari sumber voltan tinggi yang sesuai, maka ia dihubungkan oleh suis ke penggulungan utama, dan oleh itu ia diulangi banyak kali sesaat.

Hasil daripada setiap kitaran beralih, ayunan yang lembap berlaku di litar utama. Tetapi gegelung utama adalah induktor bagi litar sekunder, oleh itu, gelombang elektromagnetik teruja dalam litar sekunder, masing-masing.

Oleh kerana litar sekunder diselaraskan dengan resonans dengan ayunan utama, resonans voltan timbul pada penggulungan sekunder, dan oleh itu pekali transformasi (nisbah giliran penggulungan utama dan penggulungan sekunder yang diliputi olehnya) juga mesti didarabkan oleh Q - faktor kualiti litar sekunder, maka nisbah sebenar voltan pada penggulungan sekunder ke voltan pada peringkat utama.

Dan kerana panjang dawai penggulungan menengah adalah sama dengan seperempat panjang gelombang ayunan yang diinduksi di dalamnya, ia adalah pada toroid yang akan ada antinode voltan (dan pada titik tanah - antinode semasa), dan ini adalah di mana pecahan yang paling berkesan boleh berlaku.

Litar yang berbeza digunakan untuk menggerakkan litar utama, dari jurang percikan statik (jurang percikan) yang dikuasakan oleh MOT (ILO - pengubah voltan tinggi dari ketuhar gelombang mikro) kepada litar transistor resonan pada pengawal diprogramkan yang dikuasakan oleh voltan sesalur kuasa yang diperbetulkan, bagaimanapun, intipati ini tidak berubah.

Inilah jenis gegelung Tesla yang paling biasa, bergantung kepada cara anda mengawalnya:

SGTC (SSTC, Spark Gap Tesla Coil) - Transformer Tesla dalam jurang percikan. Ini adalah reka bentuk klasik, skema serupa pada asalnya digunakan oleh Tesla sendiri. Sebagai elemen penukaran, jurang percikan digunakan di sini. Dalam struktur kuasa rendah, penangkap adalah dua keping dawai tebal yang terletak pada jarak tertentu, sedangkan pada yang lebih berkuasa, peluncur berputar kompleks menggunakan motor digunakan. Transformer jenis ini dibuat jika hanya streamer panjang diperlukan, dan kecekapan tidak penting.

VTTC (WTC, Vacuum Tube Tesla Coil) - Transformer Tesla pada lampu elektronik. Sebagai elemen penukaran, tiub radio yang kuat, contohnya GU-81, digunakan di sini. Transformer sedemikian boleh beroperasi secara berterusan dan menghasilkan pelepasan yang agak tebal. Kuasa jenis ini paling sering digunakan untuk membina gegelung frekuensi tinggi, yang disebabkan oleh penampilan khas mereka, dipanggil "obor".

SSTC (SSTC, Tesla Coil Pepejal Negeri) - Transformer Tesla, di mana semikonduktor digunakan sebagai elemen utama. Biasanya ia Transistor IGBT atau MOSFET. Jenis pengubah ini boleh beroperasi secara berterusan. Penampilan streamers yang dihasilkan oleh gegelung seperti ini mungkin sangat berbeza. Ini jenis pengubah Tesla lebih mudah dikawal, sebagai contoh, anda boleh memainkan muzik pada mereka.

DRSSTC (DRSTC, Dua Kekuatan Tesla Coil Negeri Pepejal) - Transformer Tesla dengan dua litar resonan, di sini, sebagai kunci dalam SSTC, semikonduktor digunakan. ДРССЦЦ - jenis transformer Tesla yang paling sukar dalam kawalan dan penalaan.

Untuk mendapatkan pengubah Tesla yang lebih cekap dan berkesan, ia adalah skema topologi DRSSTC yang digunakan, apabila resonans kuat dicapai di litar utama itu sendiri, dan di kedua-dua menengah itu, gambar yang lebih cerah, cahaya yang lebih lama dan lebih tebal (streamers).

Tesla sendiri berusaha sebaik mungkin untuk mencapai satu mod operasi pengubahnya, dan permulaan idea ini dapat dilihat dalam paten No. 568176, di mana reaktor caj digunakan, maka Tesla mengembangkan litar di sepanjang jalan ini, iaitu, dia berusaha menggunakan litar utama semaksimal mungkin, mewujudkan resonans. Anda boleh membaca tentang eksperimen ahli sains di dalam buku hariannya (nota saintis mengenai eksperimen di Colorado Springs, yang dikendalikannya dari tahun 1899 hingga 1900, telah diterbitkan dalam bentuk bercetak).

Bercakap tentang penggunaan praktikal pengubah Tesla, seseorang tidak boleh mengurung diri untuk kagum terhadap sifat estetik dari pelepasan yang diterima, dan merawat peranti sebagai hiasan. Voltan pada penggulungan sekunder pengubah boleh mencapai berjuta-juta volt, yang pada akhirnya adalah sumber berkesan voltan ultra tinggi.

Tesla sendiri mengembangkan sistemnya untuk menghantar elektrik ke jarak jauh tanpa wayar, menggunakan kekonduksian lapisan udara atmosfera. Dianggarkan bahawa terdapat pengubah penerima reka bentuk yang sama, yang akan mengurangkan voltan tinggi yang diterima kepada nilai yang boleh diterima oleh pengguna, anda boleh mengetahui tentang ini dengan membaca paten Tesla No. 649621.

Nota khusus adalah sifat interaksi pengubah Tesla dengan alam sekitar. Litar sekunder adalah litar terbuka, dan sistem tidak termodinamik terpencil, ia tidak ditutup, ia adalah sistem terbuka. Penyelidikan moden ke arah ini dijalankan oleh banyak penyelidik, dan titik pada laluan ini belum ditetapkan.