Tegenwoordig wordt Tesla's transformator een hoogfrequente hoogspanningsresonante transformator genoemd, en veel voorbeelden van opvallende implementaties van dit ongebruikelijke apparaat zijn te vinden op het netwerk. Een spoel zonder ferromagnetische kern, bestaande uit vele windingen van dun draad, bedekt met een torus, straalt echte bliksem uit en maakt indruk op de verbaasde toeschouwers. Maar herinnert iedereen zich hoe en waarom dit geweldige apparaat oorspronkelijk is gemaakt?
De geschiedenis van deze uitvinding begint aan het einde van de 19e eeuw, toen de briljante experimentele wetenschapper Nikola Tesla, werkzaam in de VS, zichzelf alleen de taak oplegde om te leren hoe hij elektrische energie zonder kabels over lange afstanden kon overbrengen.
Het is nauwelijks mogelijk om het exacte jaar aan te geven waarin dit idee precies bij de wetenschapper opkwam, maar het is bekend dat Nikola Tesla op 20 mei 1891 een gedetailleerde lezing gaf aan Columbia University, waar hij zijn ideeën presenteerde aan de staf van het American Institute of Electrical Engineers, en iets illustreerde. met visuele experimenten.
Het doel van de eerste demonstraties was om een nieuwe manier te laten zien om licht te verkrijgen door hiervoor hoogfrequente en hoogspanningsstromen te gebruiken, en ook om de kenmerken van deze stromen te onthullen. Eerlijkheidshalve merken we op dat moderne energiebesparende fluorescentielampen precies werken volgens het principe dat Tesla voorstelde om licht te verkrijgen.
De laatste theorie met betrekking tot de draadloze transmissie van elektrische energie kwam geleidelijk naar voren, de wetenschapper bracht verschillende jaren van zijn leven door met het perfectioneren van zijn technologie, veel experimenteren en nauwgezet elk element van het circuit verbeteren, hij ontwikkelde stroomonderbrekers, vond duurzame hoogspanningscondensatoren uit, bedacht en veranderde circuitcontrollers, maar zo Ik kon mijn plan niet tot leven brengen op de schaal waarop ik wilde.
Promotie video:
De theorie heeft ons echter bereikt. Nikola Tesla's dagboeken, artikelen, patenten en lezingen zijn beschikbaar, waarin u de eerste details over deze technologie kunt vinden. Het werkingsprincipe van een resonante transformator kan worden gevonden door bijvoorbeeld Nikola Tesla's patenten # 787412 of # 649621 te lezen, die vandaag al beschikbaar zijn op het netwerk.
Als u kort probeert te begrijpen hoe de Tesla-transformator werkt, overweeg dan de structuur en het werkingsprincipe, dan is er niets ingewikkelds.
De secundaire wikkeling van de transformator is gemaakt van een geïsoleerde draad (bijvoorbeeld van emaildraad), die om de beurt in één laag op een hol cilindrisch frame wordt gelegd, de verhouding van de framehoogte tot de diameter wordt meestal gelijk genomen van 6 tot 1 tot 4 tot 1.
Na het wikkelen wordt de secundaire wikkeling bedekt met epoxy of vernis. De primaire wikkeling is gemaakt van een draad met een relatief grote doorsnede, deze bevat meestal 2 tot 10 windingen en past in de vorm van een platte spiraal, of is gewikkeld als een secundaire spiraal - op een cilindrisch frame met een diameter die iets groter is dan die van de secundaire.
De hoogte van de primaire wikkeling is in de regel niet groter dan 1/5 van de hoogte van de secundaire. Een ringkern is verbonden met de bovenste aansluiting van de secundaire wikkeling en de onderste aansluiting is geaard. Vervolgens zullen we alles in meer detail bekijken.
Bijvoorbeeld: de secundaire wikkeling is gewikkeld op een frame met een diameter van 110 mm, met een emaildraad PETV-2 met een diameter van 0,5 mm, en bevat 1200 windingen, dus de hoogte is gelijk aan ongeveer 62 cm en de lengte van de draad is ongeveer 417 meter. Laat de primaire wikkeling 5 windingen van een dikke koperen buis bevatten, gewikkeld over een diameter van 23 cm, en heeft een hoogte van 12 cm.
Vervolgens wordt een ringkern gemaakt. Zijn capaciteit zou idealiter zodanig moeten zijn dat de resonantiefrequentie van het secundaire circuit (geaarde secundaire spoel samen met de ringkern en de omgeving) zou overeenkomen met de lengte van de secundaire wikkeldraad zodat deze lengte gelijk zou zijn aan een kwart van de golflengte (voor ons voorbeeld is de frequentie 180 kHz) …
Voor een nauwkeurige berekening kan een speciaal programma voor het berekenen van Tesla-spoelen, bijvoorbeeld VcTesla of inca, handig zijn. Voor de primaire wikkeling wordt een hoogspanningscondensator geselecteerd, waarvan de capaciteit samen met de inductantie van de primaire wikkeling een oscillerende schakeling zou vormen, waarvan de eigenfrequentie gelijk zou zijn aan de resonantiefrequentie van de secundaire kring. Meestal nemen ze een condensator met een capaciteit van dichtbij, en de afstemming wordt uitgevoerd door de windingen van de primaire wikkeling te selecteren.
De essentie van de Tesla-transformator in zijn canonieke vorm is als volgt: de primaire circuitcondensator wordt opgeladen vanuit een geschikte hoogspanningsbron, vervolgens wordt deze door een schakelaar verbonden met de primaire wikkeling, en dit wordt vele keren per seconde herhaald.
Als resultaat van elke schakelcyclus treden gedempte oscillaties op in het primaire circuit. Maar de primaire spoel is een inductor voor het secundaire circuit, daarom worden respectievelijk elektromagnetische oscillaties opgewekt in het secundaire circuit.
Omdat het secundaire circuit is afgestemd op resonantie met de primaire oscillaties, treedt een spanningsresonantie op op de secundaire wikkeling, wat betekent dat de transformatieverhouding (de verhouding van de windingen van de primaire wikkeling en de wikkelingen van de secundaire wikkeling die erdoor wordt bedekt) ook moet worden vermenigvuldigd met Q - de kwaliteitsfactor van het secundaire circuit, dan de waarde van de werkelijke verhouding de spanning op de secundaire wikkeling met de spanning op de primaire.
En aangezien de lengte van de secundaire wikkeldraad gelijk is aan een kwart van de golflengte van de oscillaties die erin worden geïnduceerd, is het op de torus dat de spanningsantinode zich zal bevinden (en op het aardingspunt - de huidige antinode), en daar kan de meest effectieve storing plaatsvinden.
Om het primaire circuit van stroom te voorzien, worden verschillende circuits gebruikt, van een statische vonkbrug (vonkbrug) aangedreven door MOT's (MOT is een hoogspanningstransformator van een magnetron) tot resonante transistorcircuits op programmeerbare controllers die worden gevoed door gelijkgerichte netspanning, maar de essentie blijft hetzelfde.
Dit zijn de meest voorkomende soorten Tesla-spoelen, afhankelijk van hoe u ze bestuurt:
SGTC (SGTTS, Spark Gap Tesla Coil) - Tesla-transformator op de vonkbrug. Dit is een klassiek ontwerp, een soortgelijk schema werd oorspronkelijk door Tesla zelf gebruikt. Hier wordt een afleider als schakelelement gebruikt. In ontwerpen met een laag vermogen bestaat de afleider uit twee stukken dikke draad die op een bepaalde afstand zijn geplaatst, terwijl in krachtigere ontwerpen complexe roterende afleiders met motoren worden gebruikt. Transformatoren van dit type worden gemaakt als alleen een lange streamerlengte vereist is, en efficiëntie is niet belangrijk.
VTTC (VTTC, Vacuum Tube Tesla Coil) - Tesla-transformator op een elektronische buis. Een krachtige radiobuis, bijvoorbeeld GU-81, wordt hier als schakelelement gebruikt. Dergelijke transformatoren kunnen continu werken en tamelijk dikke ontladingen produceren. Dit type voeding wordt meestal gebruikt om hoogfrequente spoelen te bouwen, die "fakkels" worden genoemd vanwege het typische uiterlijk van hun streamers.
SSTC (SSTC, Solid State Tesla Coil) is een Tesla-transformator waarin halfgeleiders als sleutelelement worden gebruikt. Meestal zijn dit IGBT- of MOSFET-transistors. Dit type transformator kan continu werken. Het uiterlijk van streamers die door zo'n spoel worden gecreëerd, kan heel anders zijn. Dit type Tesla-transformatoren is gemakkelijker te besturen, je kunt er bijvoorbeeld muziek op afspelen.
DRSSTC (DRSSTC, Dual Resonant Solid State Tesla Coil) is een Tesla-transformator met twee resonantiecircuits, hier worden halfgeleiders gebruikt als schakelaars, zoals in SSTC. DRSSTTS is het moeilijkste type Tesla-transformator om te besturen en te configureren.
Om een efficiëntere en effectievere werking van de Tesla-transformator te verkrijgen, zijn het de DRSSTC-topologiecircuits die worden gebruikt, wanneer een krachtige resonantie wordt bereikt in het primaire circuit zelf, en in het secundaire circuit, respectievelijk een helderder beeld, langere en dikkere bliksemschichten (streamers).
Tesla probeerde zelf zo goed mogelijk om precies zo'n manier van werken van zijn transformator te bereiken, en de eerste beginselen van dit idee zijn te zien in octrooi nr. 568176, waar laadspoelen worden gebruikt, Tesla ontwikkelde vervolgens het circuit precies langs deze weg, dat wil zeggen, hij probeerde het primaire circuit zo efficiënt mogelijk te gebruiken resonantie. Je kunt over deze experimenten van de wetenschapper lezen in zijn dagboek (de aantekeningen van de wetenschapper over de experimenten in Colorado Springs, die hij uitvoerde van 1899 tot 1900, zijn al in druk gepubliceerd).
Over de praktische toepassing van de Tesla-transformator gesproken, we moeten ons niet beperken tot alleen bewondering voor de esthetische aard van de verkregen ontladingen en het apparaat als decoratief behandelen. De spanning op de secundaire wikkeling van de transformator kan miljoenen volt bereiken, het is tenslotte een efficiënte bron van extra hoge spanning.
Tesla ontwikkelde zelf zijn systeem om elektriciteit over lange afstanden draadloos te transporteren, gebruikmakend van de geleidbaarheid van de bovenste luchtlagen van de atmosfeer. Aangenomen werd dat er een ontvangsttransformator van een soortgelijk ontwerp aanwezig was, die de geaccepteerde hoogspanning zou verlagen tot een acceptabele waarde voor de consument, u kunt hierover informatie vinden door Tesla's patent nr. 649621 te lezen.
De aard van de interactie van de Tesla-transformator met de omgeving verdient speciale aandacht. Het secundaire circuit is een open circuit en het systeem is thermodynamisch geenszins geïsoleerd, het is zelfs niet gesloten, het is een open systeem. Modern onderzoek in deze richting wordt door veel onderzoekers uitgevoerd, en het punt op deze weg is nog niet bepaald.
Auteur: Andrey Povny
