Днес трансформаторът на Tesla се нарича високочестотен резонансен трансформатор с високо напрежение и в мрежата могат да бъдат намерени много примери за поразителни реализации на това необичайно устройство. Намотка без феромагнитно ядро, състояща се от множество завои от тънка тел, покрита с торус, излъчва истинска светкавица, впечатляваща изумените зрители. Но помнят ли всички как и защо първоначално е създадено това невероятно устройство?
Историята на това изобретение започва в края на 19-ти век, когато блестящият експериментален учен Никола Тесла, работещ в САЩ, си поставя само задачата да се научи как да предава електрическа енергия на дълги разстояния без проводници.
Едва ли е възможно да се посочи точната година кога точно тази идея е дошла на учения, но е известно, че на 20 май 1891 г. Никола Тесла изнася подробна лекция в Колумбийския университет, където представя своите идеи пред служителите на Американския институт на електрическите инженери и илюстрира нещо. показва визуални експерименти.
Целта на първите демонстрации беше да покаже нов начин за получаване на светлина чрез използване на токове с висока честота и високо напрежение, както и да разкрие характеристиките на тези токове. В интерес на справедливостта отбелязваме, че съвременните енергоспестяващи луминесцентни лампи работят именно на принципа, който Tesla предложи да получи светлина.
Последната теория относно безжичното предаване на електрическа енергия се появява постепенно, ученият прекара няколко години от живота си, усъвършенствайки технологията си, експериментирайки много и старателно усъвършенствайки всеки елемент от веригата, той разработва прекъсвачи, изобретява издръжливи кондензатори с високо напрежение, изобретява и модифицира вериги контролери, но така Не можах да реализирам плана си в мащаба, в който исках.
Промоционално видео:
Теорията обаче достигна до нас. На разположение са дневниците, статиите, патентите и лекциите на Никола Тесла, в които можете да намерите първоначалните подробности относно тази технология. Принципът на работа на резонансния трансформатор може да се намери, като прочетете например патентите на Никола Тесла # 787412 или # 649621, които вече са достъпни в мрежата днес.
Ако се опитате да разберете накратко как работи трансформаторът на Tesla, помислете за неговата структура и принцип на работа, тогава няма нищо сложно.
Вторичната намотка на трансформатора е направена от изолирана жица (например от емайлиран проводник), която се полага завой, за да се превърне в един слой върху куха цилиндрична рамка, като съотношението на височината на рамката към нейния диаметър обикновено се приема от 6 до 1 до 4 до 1.
След навиване, вторичната намотка се покрива с епоксидна или лак. Първичната намотка е направена от тел със сравнително голямо напречно сечение, обикновено съдържа от 2 до 10 оборота и се вписва във формата на плоска спирала или се навива като вторична - върху цилиндрична рамка с диаметър, малко по-голям от този на вторичната.
Височината на първичната намотка, като правило, не надвишава 1/5 от височината на вторичната. Към горния терминал на вторичната намотка е свързан тороид, а долният му терминал е заземен. След това ще разгледаме всичко по-подробно.
Например: вторичната намотка е навита върху рамка с диаметър 110 мм, с емайлирана тел PETV-2 с диаметър 0,5 мм и съдържа 1200 оборота, като по този начин височината й е равна на около 62 см, а дължината на жицата е около 417 метра. Нека първичната намотка съдържа 5 завъртания от дебела медна тръба, навита над диаметър 23 см и има височина 12 cm.
След това се прави тороид. Капацитетът му в идеалния случай трябва да бъде такъв, че резонансната честота на вторичната верига (заземена вторична намотка заедно с тороида и околната среда) да съответства на дължината на проводника на вторичната намотка, така че тази дължина да бъде равна на една четвърт от дължината на вълната (за нашия пример честотата е 180 kHz) …
За точно изчисление може да бъде полезна специална програма за изчисляване на бобини от Tesla, например VcTesla или инка. Към първичната намотка е избран кондензатор с високо напрежение, чийто капацитет заедно с индуктивността на първичната намотка би образувал осцилаторна верига, чиято естествена честота би била равна на резонансната честота на вторичната верига. Обикновено те вземат кондензатор, близък по капацитет, и настройката се извършва чрез избор на завоите на първичната намотка.
Същността на трансформатора на Tesla в неговата канонична форма е следната: кондензаторът на първи контур се зарежда от подходящ източник на високо напрежение, след това той се свързва чрез превключвател към първичната намотка и това се повтаря много пъти в секунда.
В резултат на всеки цикъл на превключване се появяват амортизирани колебания в първи контур. Но първичната намотка е индуктор за вторичната верига, следователно във вторичната верига се възбуждат съответно електромагнитни трептения.
Тъй като вторичната верига е настроена на резонанс с първичните трептения, тогава на вторичната намотка възниква резонанс на напрежението, което означава, че коефициентът на трансформация (съотношението на завоите на първичната намотка и обръщанията на вторичната намотка, обхванати от нея) също трябва да се умножи по Q - коефициентът на качество на вторичната верига, тогава стойността на реалното съотношение напрежението на вторичната намотка към напрежението на първичната.
И тъй като дължината на проводника на вторичната намотка е равна на една четвърт от дължината на вълната на предизвиканите в него трептения, тогава именно на тороида ще се намира антинодът на напрежението (и в точката на заземяване - текущата антинода) и именно там може да се случи най-ефективното разрушаване.
За захранване на първичния кръг се използват различни вериги, от статична искра (междинна междина), задвижвана от MOTs (MOT е високо напрежение трансформатор от микровълнова фурна) до резонансни транзисторни вериги на програмируеми контролери, захранвани от ректифицирано мрежово напрежение, но същността остава същата.
Ето най-често срещаните видове намотки на Tesla, в зависимост от това как ги задвижвате:
SGTC (SGTTS, Spark Gap Tesla Coil) - трансформатор на Tesla върху искровия процеп. Това е класически дизайн, подобна схема първоначално е използвана от самия Тесла. Тук се използва отводник като превключващ елемент. При конструкции с ниска мощност отворът се състои от две части от дебела жица, разположени на определено разстояние, докато при по-мощни конструкции се използват сложни въртящи се отводници, използващи двигатели. Трансформатори от този тип се правят, ако се изисква само голяма дължина на стримера и ефективността не е важна.
VTTC (VTTC, вакуумна тръба Tesla Coil) - Tesla трансформатор на електронна тръба. Мощна радио тръба, например GU-81, се използва тук като превключващ елемент. Такива трансформатори могат да работят непрекъснато и да произвеждат доста дебели разряди. Този тип захранване най-често се използва за изграждане на високочестотни намотки, които се наричат "факли" поради типичния вид на техните стримери.
SSTC (SSTC, Solid State Tesla Coil) е трансформатор на Tesla, в който като ключов елемент се използват полупроводници. Обикновено това са IGBT или MOSFET транзистори. Този вид трансформатор може да работи в непрекъснат режим. Появата на стримери, създадени от такава намотка, може да бъде много различна. Този тип трансформатори на Tesla е по-лесен за управление, например можете да пускате музика върху тях.
DRSSTC (DRSSTC, Dual Resonant Solid State Tesla Coil) е трансформатор на Tesla с две резонансни вериги, тук полупроводниците се използват като превключватели, както в SSTC. DRSSTTS е най-трудният тип трансформатори на Tesla за управление и конфигуриране.
За да се постигне по-ефикасна и ефективна работа на трансформатора на Tesla, се използват топологичните вериги DRSSTC, когато се постига мощен резонанс в самата първична верига, а във вторичната, съответно, по-ярка картина, по-дълги и по-дебели мълниеносни болтове (стримери).
Самият Тесла се опита максимално да постигне точно такъв режим на работа на своя трансформатор, а зачатъците на тази идея могат да се видят в патент № 568176, където се използват зарядни дросели, след това Тесла разработва веригата по този път, тоест той се стреми да използва първичната верига възможно най-ефективно, създавайки резонанс. Можете да прочетете за тези експерименти на учения в неговия дневник (бележките на учения за експериментите в Колорадо Спрингс, които той провежда от 1899 до 1900 г., вече са публикувани в печатна форма).
Говорейки за практическото приложение на трансформатора на Tesla, не трябва да се ограничаваме само до възхищение от естетическия характер на получените разряди и да третираме устройството като декоративно. Напрежението върху вторичната намотка на трансформатора може да достигне милиони волта, в крайна сметка това е ефективен източник на свръхвисоко напрежение.
Самият Tesla разработи своята система за предаване на електричество на дълги разстояния без проводници, използвайки проводимостта на горните въздушни слоеве на атмосферата. Предполага се, че наличието на приемащ трансформатор с подобен дизайн, който би понижил приетото високо напрежение до приемлива стойност за потребителя, можете да разберете за това, като прочетете патента на Tesla № 649621.
Характерът на взаимодействието на трансформатора на Tesla със средата заслужава специално внимание. Вторичната верига е отворена верига, а системата термодинамично по никакъв начин не е изолирана, дори не е затворена, тя е отворена система. Съвременните изследвания в тази посока се извършват от много изследователи и точката по този път все още не е поставена.
Автор: Андрей Повни
