как своими руками собрать трансформатор, принцип работы

Работа кинескопных телевизоров, люминесцентных и энергосберегающих лампочек, дистанционная зарядка аккумуляторов обеспечивается специальным устройством — трансформатором (катушкой) Тесла. Для создания эффектных световых зарядов фиолетового цвета, напоминающих молнию, также применяется катушка Тесла. Схема на 220 В позволяет понять устройство этого прибора и при необходимости сделать его своими руками.

• Механизм работы
• Исходные материалы
• Схема подключения
• Применение трансформатора

Механизм работы

Катушка Тесла представляет собой электроаппарат, способный в несколько раз увеличивать напряжение и токовую частоту. Во время её работы образуется магнитное поле, которое может влиять на электротехнику и состояние человека. Попадающие в воздух разряды способствуют выделению озона. Конструкция трансформатора состоит из следующих элементов:

• Первичной катушки. Имеет в среднем 5−7 витков провода с диаметром сечения не меньше 6 мм².
• Вторичной катушки. Состоит из 70−100 витков диэлектрика с диаметром не более 0,3 мм.
• Конденсатора.
• Разрядника.
• Излучателя искрового свечения.

Трансформатор, созданный и запатентованный Николой Тесла в 1896 году, не имеет ферросплавов, которые в других аналогичных приборах используются для сердечников. Мощность катушки ограничивается электрической прочностью воздуха и не зависит от мощности источника напряжения.

При попадании напряжения на первичный контур на нём генерируются высокочастотные колебания. Благодаря им на вторичной катушке возникают резонансные колебания, результатом которых является электрический ток, характеризующийся большим напряжением и высокой частотой. Прохождение этого тока через воздух приводит к возникновению

стримера — фиолетового разряда, напоминающего молнию.

Колебания контуров, возникающие в процессе работы катушки Тесла, могут быть сгенерированы разными способами. Чаще всего это происходит с помощью разрядника, лампы или транзистора. Наиболее мощными являются устройства, в которых используются генераторы двойного резонанса.

Исходные материалы

Человеку, обладающему основными знаниями в области физики и электрики, собрать трансформатор Тесла своими руками не составит труда. Необходимо лишь приготовить набор основных деталей:

• Источник питания с напряжением порядка 9−12 Вольт. Роль такого источника в самодельном устройстве может выполнять аккумулятор автомобиля, батарея для ноутбука либо понижающий трансформатор с диодным мостом для генерации постоянного тока.
• Первичный контур. Состоит из двух резисторов с номинальным сопротивлением 50 и 75 кОм, транзистора VT1 D13007 или аналогичного прибора, имеющего n-p-n cтpyктypу.

Обязательным элементом первичной катушки является охлаждающий радиатор, размер которого напрямую влияет на эффективность охлаждения оборудования.

В качестве обмотки может быть использована трубка из меди или провод диаметром 5−10 мм.

Для вторичной обмотки рекомендуется использовать кабель с сечением от 0,1 до 0,3 мм², намотанный на диэлектрическую трубку из поливинилхлорида. Оптимальной считается длина трубки 25−40 см и диаметр порядка 3−5 см.

Вторичная катушка требует обязательной изоляции в виде обработки краской, лаком или другим диэлектриком. Дополнительной деталью этого контура является последовательно подключённый терминал. Его использование целесообразно только при мощных разрядах, при небольших стримерах достаточно вывести конец обмотки вверх на 0,5−5 см.

Схема подключения

Трансформатор Тесла собирается и подключается в соответствии с электрической схемой. Монтаж маломощного устройства следует проводить в несколько этапов:

1. Установить источник питания с чётким соблюдением соответствия контактов.
2. Прикрепить радиатор к транзистору.
3. Собрать электрическую схему, используя фанеру, деревянную коробку или кусок пластика в качестве диэлектрической подложки.
4. Изолировать катушку от схемы пластиной диэлектрика, имеющей отверстия для подключения проводов.
5. Установить первичную обмотку, исключив её падение и соприкосновение с другой обмоткой. В центре предусмотреть отверстие для вторичной катушки, обеспечив расстояние между ними не менее 1 см.
6. Закрепить вторичную обмотку, осуществить необходимые соединения, руководствуясь схемой.

Сборка более мощного трансформатора происходит по аналогичной схеме. Чтобы добиться большой мощности, потребуется:

• Увеличить размеры катушек и сечения обмоток в 1,1−2,5 раза.
• Установить источник переменного тока с напряжением 3−5 кВт.
• Добавить терминал в виде тороида.
• Обеспечить хорошее заземление.

Максимальная мощность, которую может достигать правильно собранный трансформатор Тесла, доходит до 4,5 кВт. Такой показатель может быть достигнут с помощью уравнивания частот обоих контуров.

Собранную своими руками катушку Тесла обязательно необходимо проверить. Во время проверочного подключения следует:

1. Установить переменный резистор в среднюю позицию.
2. Отследить наличие разряда. При его отсутствии нужно поднести к катушке люминесцентную лампу или лампу накаливания. Её свечение будет свидетельствовать о наличии электромагнитного поля и о работоспособности трансформатора. Также исправность прибора можно определить по самостоятельно зажигающимся радиолампам и вспышкам на конце излучателя.

Первый запуск прибора должен осуществляться при отслеживании температуры. При сильном нагревании требуется подключить дополнительное охлаждение.

Применение трансформатора

Катушка может создавать разные виды зарядов. Чаще всего при её работе возникает заряд в форме дуги.

Свечение воздушных ионов в электрическом поле с повышенным напряжением называют коронным разрядом. Он представляет собой голубоватое излучение, образующееся вокруг деталей катушки, имеющих значительную кривизну поверхности.

Искровой разряд или спарк проходит от терминала трансформатора до поверхности земли либо до заземлённого предмета в виде пучка быстро меняющих форму и гаснущих ярких полос.

Стример выглядит как тонкий слабо светящийся световой канал, имеющий множество разветвлений и состоящий из свободных электронов и ионизированных частиц газа, не уходящих в землю, а протекающих по воздуху.

Создание разного рода электроразрядов при помощи катушки Тесла происходит при большом увеличении тока и энергии, вызывающем треск. Расширение каналов некоторых разрядов провоцирует увеличение давления и образование ударной волны. Совокупность ударных волн по звуку напоминает треск искр при горении пламени.

Эффект от трансформатора такого рода ранее использовали в медицине для лечения заболеваний. Высокочастотный ток, протекая по коже человека, давал оздоровительный и тонизирующий эффект. Он оказывался полезным только при условии невысокой мощности. При возрастании мощности до больших значений получался обратный результат, негативно влияющий на организм.

С помощью такого электроприбора разжигают газоразрядные лампы и обнаруживают течь в вакуумном пространстве. Также его успешно применяют в военной сфере с целью быстрого уничтожения электрооборудования на кораблях, танках или в зданиях. Мощный импульс, генерируемый катушкой за очень короткий период, выводит из строя микросхемы, транзисторы и прочие аппараты, находящиеся в радиусе десятков метров. Процесс уничтожения техники происходит бесшумно.

Самой зрелищной сферой применения являются показательные световые шоу. Все эффекты создаются благодаря формированию мощных воздушных зарядов, длина которых измеряется несколькими метрами. Это свойство позволяет широко применять трансформатор при съёмках фильмов и создании компьютерных игр.

При разработке этого устройства Никола Тесла планировал использовать его для передачи энергии в глобальном масштабе. Идея учёного базировалась на применении двух сильных трансформаторов, располагающихся на разных концах Земли и функционирующих с равной резонансной частотой.

В случае успешного использования такой системы энергопередачи необходимость в электростанциях, медных кабелях и поставщиках электричества полностью бы отпала. Каждый житель планеты смог бы использовать электроэнергию в любом месте абсолютно безвозмездно. Однако в силу экономической нерентабельности замысел знаменитого физика до сих пор не был (и вряд ли когда-то будет) реализован.

Высокое напряжение и технологии Тесла

Технологии Н.Тесла. Катушки Тесла. Генератор Бедини, качер Бровина, Гаусс-пушка и т.п. Также, посетите форум идеи и технологии будущего.

Сортировка: ДатаПросмотрыКомментарии

Катушка Тесла RSGTC с разрядами до 1.5 метров

Мощная 6 киловаттная катушка Тесла способная выдавать разряды в несколько миллионов вольт

Сложность схемы: Простая

SSTC из хлама (Катушка Тесла)

Простая в сборке и настройке катушка Тесла на полупроводниках. Сделана на интегральном таймере NE555 и ШИМ-контроллере UC3845

Сложность схемы: Средняя

Небольшая катушка Тесла своими руками

В 1997 году я заинтересовался катушкой Тесла и решил построить свою. К сожалению, я потерял интерес к ней, прежде чем я смог её запустить. Через несколько лет я нашел свою старую катушку, немного пересчитал её и продолжил строительство. И снова я забросил ее. В 2007 году друг показал мне свою катушку, напомнив мне о моих незавершенных проектах. Я опять нашел свою старую катушку, пересчитал все и в этот раз завершил проект.

Простой трансформатор Тесла

Всегда хотел собрать такую же катушку Тесла, как и показывают на многих видео роликах, но к сожалению не было подходящего медного провода и некоторых радиодеталей. И вот на основе других собранных аналогов трансформаторов Тесла, собрал свой вариант, который на много проще в сборке, экономичнее, но такого же действия…

Сложность схемы: Простая

Трансформатор Теслы

Резонансный генератор, катушка или трансформатор Теслы — гениальное изобретение великого хорватского изобретателя, физика и инженера. В статье будет рассмотрен один из простых вариантов реализации проекта — трансформатор Тесла.

Сложность схемы: Простая

Трансформатор Теслы малой мощности

Конструкция маломощного трансформатора Теслы на основе электронного трансформатора Taschibra

Магниторезонансный источник энергии

Мой опыт доказывает, что можно создать устройство, которое черпает энергию из магнита, при этом само себя запитывает и выдает энергию в виде света.

Сложность схемы: Простая

Качер Бровина с низковольтным питанием

Идея доработать известную многим схему качера Бровина возникла у меня после того, как некоторые из моих знакомых не могли запустить качер из-за отсутствия источника питания с напряжением 12 Вольт и выше, которое указано на стандартной схеме. Чтобы обойти это препятствие, я решил совместить схему качера и блокинг-генератора, что позволило мне понизить напряжение питания до 5-6 Вольт (можно поднимать до 15 Вольт)

Качер Бровина на полевом транзисторе

Давно хотел собрать небольшую катушку Тесла или качер Бровина, чтобы делать различные опыты.

Простой качер меня не воодушевлял, ибо дуги с него были мизерные. Родилась идея заменить биполярный транзистор, полевиком.

Мощный качер Бровина на 4-х транзисторах

Качер Бровина — это генератор электромагнитных колебаний. Мною была собрана и проверена схема мощного качера на 4-х транзисторах. Предназначается устройство для разных целей. Например: передача энергии по одному проводу и по воздуху, зажжение газовых ламп в руках и многое другое.

Простой мощный качер на строчном трансформаторе

Строчные трансформаторы являются одними из самых часто используемых любителями источников высокого напряжения, в основном из-за их простоты и доступности. В каждом CRT телевизоре (большом и тяжелом), который сейчас выбрасывают люди, есть такой трансформатор.

Сложность схемы: Простая

Простой качер

После создания трансформатора Теслы было решено, продемонстрировать работу качера. Готовая катушка уже была, поэтому работа облегчилась, и весь процесс сборки занял полчаса. Это достаточно упрощенная версия качера, поэтому для начинающего любителя в самый раз! Основа — мультивибратор на двух мощных полевиках, комплектующих компонентов всего два.

Сложность схемы: Простая

Качер

Очень большой интерес к высоковольтной технике проявляют начинающие радиолюбители. Сегодня мы коснемся темы одного такого прибора, всем хорошо известный — качер. Качер предназначен для получения высокочастотного напряжения, может служить основой для интересных радиолюбительских устройств. С готовым качером можно проводить ряд познавательных опытов, например ионный двигатель, свечение газовых ламп вдали от устройства и передача энергии одним проводом. Ниже рассмотрен вариант качера Бровина.

Сложность схемы: Простая

Лестница Иакова

Конструкция лестницы Иакова для опытов с высоким напряжением

Сложность схемы: Средняя

Лестница Иакова на строчном трансформаторе

Лестница Иакова — это демонстрационная установка, где высоковольтная дуга поднимается вверх между двумя металлическими проводами и получается достаточно красивое зрелище. Дело в том, что дуга нагревает воздух, который поднимается вверх вместе с дугой, а дуга поднимается вверх вместе с воздухом по одной причине — у подогретого воздуха сопротивление меньше, чем у холодного.

Сложность схемы: Простая

Лестница Иакова на двухтактном блокинг генераторе

Данная конструкция собрана на основе двухтактного блокинга, который я собрал по подобию схемы на полевых транзисторах, лишь заменив их биполярными КТ808А, так как полевики имеют плохое свойство пробиваться.

Сложность схемы: Простая

Плазменный шар из лампы накаливания

На таймере 555 серии есть море интересных и простых радиолюбительских конструкций. Одной из таких конструкций является обратноходовый или однотактный преобразователь напряжения. Конструкция самого преобразователя достаточно проста и надежна в работе. Внутри микросхемы нет дополнительного усилителя по напряжению, поэтому выходной сигнал микросхемы нужно дополнительно усилить.

Сложность схемы: Средняя

Плазма в пробирке

В данной статье пойдет речь о четвертом состоянии вещества – плазме. И будет показан процесс для изготовления устройства демонстрирующее эффект плазмы

Ионофон своими руками

Рассматриваемое устройство представляет собой ионофон, поющую дугу. По сути, это блокинг — генератор с аудиомодуляцией. Конечное звучание ионофона зависит от многих факторов, но при правильной настройке/подборке элементов, оно достаточно хорошее. При питании 12 В устройство потребляет 70 Вт.

Сложность схемы: Простая

Двухканальный ионофон на интегральной микросхеме NE555

По принципу воспроизведения звука оно относится к усилителям класса D, т.к. генерируемый сигнал в нем модулируется слабым входным сигналом и в результате сигнал усиливается. Основное отличие от схем ионофонов, которые я встречал в Сети — это были моно-ионофоны. Данная схема представляет собой стерео-ионофон

Генератор факельного разряда на радиолампе 6П45С

Генератор факельного разряда, а также ВЧ электромагнитного поля на лучевом тетроде 6П45С.

Источник высокого напряжения за 5 минут

Из данной статьи вы узнаете как получить высокое напряжение, с высокой частотой своими руками. Стоимость всей конструкции не превышает 500 руб, при минимуме трудозатрат.

Простое устройство получения высокого напряжения

Схема простейшего устройства для получения высокого напряжения с применением строчного трансформатора и электронного балласта от ЛДС.

Сложность схемы: Средняя

Высокое напряжение на 555 таймере

Установка рабочей частоты интегральным таймером — это легко и практично. В данной схеме 555 таймер включен по стандартной схеме включения. В ней используется два резистора и конденсатор для установки частоты и один тока ограничительный резистор, его оптимальное значение надо подобрать экспериментально

Сложность схемы: Простая

Источник высокого напряжения

Данный источник высокого напряжения имеет так-же высокий выходной ток, по сравнению с подобными конструкциями. Может использоваться как основной модуль шокера или источник напряжения для небольшой SGTC Теслы. Напряжение на выходе около 3-6кВ, при повышенном токе.

Высоковольтный преобразователь напряжения на катушке зажигания

Высоковольтный преобразователь собран на таймере NE555 (КР1006ВИ1)

Осторожно, высокое напряжение!

Опыт с высоким напряжением: пропускаем ток через человеческое тело.

Осторожно, высокое напряжение (Часть 2)

Демонстрация одного из опытов Н. Теслы. Передача тока с использованием всего одного провода — один из самых интересных опытов Николы Теслы. Этот метод позволяет передавать электрический ток на неограниченные расстояния при использовании всего одного провода…

Демонстрационный ВВ генератор

Схема высоковольтного генератора на знаменитом таймере 555 — одна из самых повторяемых. Причин много: простая конструкция, практически не нуждается в настройке, высокий КПД. Устройство может использоваться в качестве преобразователя для маломощных катушек Тесла, люстры Чижевского и в других видах озонаторов. Это демонстрационная установка, которой можно проводить ряд интересных опытов — плазменный шар, лестница Иакова и т.п.

Сложность схемы: Простая

Генератор ВВ. Симметричный мультивибратор и катушка зажигания

Простая схема генератора высокого напряжения на симметричном мультивибраторе и катушке зажигания от бесконтактной системы а/м ВАЗ.

Сложность схемы: Простая

Генератор Маркса своими руками

Попробовав множества схем электрошоковых устройств, захотелось чего — то более мощного. Под словом «мощный» подразумеваются мощные и длинные разряды. От умножителя напряжения такое не получишь по простой причине — диоды. Сегодня трудно найти высоковольтные диоды, а самые распространенные КЦ106 ограничены напряжением 5 кВ. Главная цель — получить разряды до 10 — 15 см и было решено собрать генератор Маркса, как более простой и надежный в работе.

Плазменная пушка В650

Реализация плазмагана. Всегда посещала мысль о запуске с помощью ускорителя гаусса чего-либо поинтересней гвоздей и железок. После десятков испытаний методом тыка, наконец то вышло. Запускается всего от 6 вольт.

Сложность схемы: Простая

Электромагнитный ускоритель масс или Гаусс пушка

Данный электромагнитный ускоритель способен стрелять любыми металлическими снарядами, которые магнитятся. Пушка Гаусса состоит из катушки и конденсаторов. При протекании электрического тока через катушку, образуется электромагнитное поле, которое в свою очередь разгоняет металлический снаряд. Назначение самое разное — в основном попугать своих одноклассников

Сложность схемы: Средняя

Электромагнитный ускоритель

Принцип ускорения заключается в том, что при разряде конденсатора на катушку она втягивает ферро-магнитные снаряды создаваемым магнитным полем. Этот принцип легко реализуем, скорость снаряда может достигать порядка 50 м/с. (Если использовать многоступенчатую систему катушек, то скорость может быть порядка 90 –120 м/с, в зависимости от числа ступеней, индуктивности катушек и емкостей конденсаторов)

Сложность схемы: Средняя

Гаусс Ган (электромагнитная пушка) своими руками

Предлагаю схему и описание сборки простого одноступенчатого электромагнитного ускорителя (пушки Гаусса) питающегося от сети. В одноступенчатом ускорителе энергия снаряда зависит от многих параметров, таких как его масса и диаметр, энергия конденсаторов, наличие магнитопровода, материал снаряда и т. д. Наш ускоритель будет иметь энергию конденсаторов не более 40Дж, и энергию снаряда менее 1Дж.

Простая Гаусс пушка

Схема и описание простейшего ускорителя масс — пушки Гаусса.

Очень простая Гаусс пушка от 6-12 Вольт

Электромагнитный пистолет Stinger

Статья о разработке и создании электромагнитного пистолета. Энергия снаряда: 2-3 Дж

Электромагнитный ускоритель Гаусса

Простая схема электромагнитного ускорителя Гаусса (Gauss cannon)

Сложность схемы: Простая

Проект трехступенчатого Гаусс Гана

Описание проекта трехступенчатого электромагнитного ускорителя (Гаусс пушка) с энергией снаряда порядка 6-7 Дж, что сравнимо с пневматикой.

Сложность схемы: Средняя

Гаусс-пушка

Гаусс-пушка — устройство, которое обычно повторяют начинающие радиолюбители после освоения азов электроники. Простые схемы аналогичных устройств можно найти в просторах интернета, но как правило у них небольшая мощность, следовательно, долгая зарядка конденсаторов. Самая удачная схема на ШИМ UC3845 — однотактный преобразователь Вальдемара. Эта схема постепенно была упрощена, в результате удалось снизить количество комплектующих деталей вдвое.

Сложность схемы: Средняя

Гаусс-пушка. Простейшая схема

В данной статье представлена базовая схема стационарной гаусс-пушки с питанием от сети 220В 50Гц. Эту схему можно всячески модернизировать (например, установить преобразователь с большим КПД и мощностью или установить батарею из большего количества конденсаторов с большей емкостью и номинальным напряжением. ) для повышения мощности ускорителя, что является ценным для начинающих радиолюбителей.

Сложность схемы: Простая

Магнитная пушка

Представленна конструкция миниатюрной магнитной пушки. При оптимальной настройке, она стреляет на 1.5 метра вверх и 2.5 метра по горизонтали.

Сложность схемы: Средняя

Преобразователь для пушки Гаусса (Вариант 1)

Мало кто из радиолюбителей не собирал пушку Гаусса, вот и я решился изготовить «оружие будущего». Неотъемлемой частью пушки Гаусса, является повышающий преобразователь, он должен обеспечить быстрый заряд конденсаторов и отключаться при заданном напряжении на выходе. В данной статье я покажу один из своих вариантов схемы преобразователя для пушки Гаусса.

Сложность схемы: Средняя

Соединение строчных трансформаторов

В данной статье я постараюсь описать способ создания устройства для получения сверхвысокого напряжения за счет практически одних только отечественных комплектующих, которые можно приобрести на любом рынке за гроши. Выходное напряжение выходит около сотни киловольт, которое является однозначно смертельным, но думаю мне не стоит рассказывать штатные меры предосторожности.

Сложность схемы: Простая

Индукционный нагрев

Конструкция простейшей индукционной печи

Поющая дуга (ионофон)

Подробное описание конструкции простого ионофона

Ламповая катушка Тесла на генераторном пентоде ГУ81М

Трансформатор Тесла, также катушка Тесла (англ. Tesla coil) — устройство, изобретённое Николой Тесла и носящее его имя. Является резонансным трансформатором, позволяющим получить сверхвысокое напряжение сверхвысокой частоты. Прибор был заявлен патентом США № 568176 от 22 сентября 1896 года, как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала».

Сложность схемы: Средняя

Поделки с электронным трансформатором

Электронные трансформаторы быстро завоевали свое место на рынке. Сейчас они активно применяются не только по прямому назначению. В этой статье будут рассмотрены наиболее интересные способы применения электронных трансформаторов.

Гаусс пушка своими руками

Гаусс ган или просто пушка Гаусса — мечта почти любого начинающего радиолюбителя. Сегодня будет рассмотрен вариант мощного Гаусс гана на основе очень простого, но к тому же времени очень мощного для своего размера преобразователя.

12 ДАЛЕЕ»

Как работает катушка Теслы

Катушка Теслы известна тем, что вырабатывает чрезвычайно высокое напряжение. В этом разделе мы объясним, как 10-дюймовая катушка oneTesla может достигать напряжения более четверти миллиона вольт с помощью связанных резонансных цепей. Мы будем строить из основ, чтобы дать вам подробное объяснение того, что происходит.

Содержание:

• Ток, магнитные поля и индукция
• Трансформаторы
• Резонансные цепи
• ДРССТС
• Полумост
• Бестоковое переключение
• Управление воротами
• Выпрямитель и удвоитель

Ток, магнитные поля и индукция

Начнем с основ электромагнетизма. Одно из уравнений Максвелла, закон Ампера, говорит нам, что ток, протекающий по проводу, создает вокруг него магнитное поле.

 Если мы хотим использовать это магнитное поле в наших интересах, как мы делаем в электромагните, мы наматываем провод. Магнитные поля от отдельных витков складываются в центре.

 Постоянный ток создает статическое магнитное поле. Что происходит, когда мы пропускаем переменный ток через провод? Другое уравнение Максвелла, закон индукции Фарадея, говорит нам, что магнитное поле, изменяющееся во времени, индуцирует напряжение на проводе, пропорциональное скорости изменения магнитного поля:

говорит нам, что будет резкий всплеск напряжения. Если через катушку протекает колебательный ток, он индуцирует внутри нее колеблющееся магнитное поле. Это, в свою очередь, индуцирует напряжение на катушке, которое имеет тенденцию противодействовать управляющему току. Интуитивно понятно, что магнитное поле «упорно», индуцируя напряжение, которое препятствует любому изменению поля.

Трансформаторы

Трансформатор использует закон индукции для повышения или понижения переменного напряжения. Он состоит из двух витков проволоки вокруг сердечника. Сердечник изготовлен из мягкого железа или феррита, материалов, которые легко намагничиваются и размагничиваются.

Колебательный ток в первичной обмотке создает колеблющееся магнитное поле в сердечнике. Ядро концентрирует поле, гарантируя, что большая его часть проходит через вторичное. Когда магнитное поле колеблется, оно индуцирует колебательный ток во вторичной обмотке. Напряжение на каждом витке провода одинаково, поэтому общее напряжение на катушках пропорционально количеству витков:

Поскольку энергия сохраняется, ток на стороне трансформатора с более высоким напряжением меньше в той же пропорции.

 Катушка Тесла — очень продвинутый трансформатор. Давайте кратко рассмотрим, что произошло бы, если бы это был идеальный трансформатор. Первичная обмотка имеет шесть витков, а вторичная около 1800 витков. На первичную обмотку подается напряжение 340 вольт, поэтому на вторичной обмотке будет 340 В x 300 = 102 кВ. Это много! Но не совсем четверть миллиона. Кроме того, поскольку катушка Тесла имеет воздушный сердечник, а катушки расположены относительно далеко друг от друга, лишь небольшая часть магнитного поля, создаваемого первичной обмоткой, фактически связана с вторичной обмоткой. Чтобы лучше понять, что происходит, нам нужно ввести резонансные схемы.

Резонансные контуры

Резонансный контур подобен камертону: он имеет очень сильную амплитудную характеристику на одной конкретной частоте, называемой резонансной или собственной частотой. В случае камертона зубцы сильно вибрируют при возбуждении с частотой, определяемой его размерами и свойствами материала. Резонансный контур достигает самых высоких напряжений при работе на собственной частоте, которая определяется значением его компонентов.

В резонансных цепях используются конденсаторы и катушки индуктивности, поэтому они также известны как LC-цепи. Они также известны как «резервуарные контуры» из-за присутствующих элементов накопления энергии.

Конденсаторы хранят энергию в виде электрического поля между двумя пластинами, разделенными изолятором, известным как диэлектрик. Размер конденсатора зависит от размера пластин, расстояния между ними и свойств диэлектрика. Интересно, что верхняя нагрузка на катушке Теслы действует как однопластинчатый конденсатор, а плоскость заземления, окружающая катушку, действует как противолежащая пластина. Емкость верхней нагрузки определяется ее размерами и близостью к другим объектам.

Индукторы хранят энергию в виде магнитного поля вокруг провода или в середине петли провода. Первичный индуктор в катушке oneTesla 10” состоит из шести витков провода AWG14, а вторичный — примерно из 1800 витков провода AWG36.

LC-цепь может иметь катушку индуктивности и конденсатор, соединенные последовательно или параллельно. Здесь мы используем последовательные LC-цепи, такие как:

. Рассмотрим, что происходит, когда вы не управляете схемой (предположим, что источник переменного тока на приведенном выше рисунке заменен проводом), но начинаете с заряженного конденсатора. . Конденсатор хочет разрядиться, поэтому заряд течет по цепи через катушку индуктивности к другой пластине. При этом внутри катушки индуктивности создается магнитное поле. Когда заряд на каждой пластине конденсатора равен нулю, ток прекращается. Но в этот момент индуктор имеет энергию, накопленную в магнитном поле, которое имеет тенденцию противодействовать изменениям. Магнитное поле разрушается, индуцируя непрерывный ток в том же направлении, тем самым перезаряжая конденсатор и перезапуская цикл в противоположном направлении.

Резонансная частота LC-контура или частота, с которой энергия циклически перемещается между конденсатором и катушкой индуктивности, как описано выше, составляет:

 

Возбуждение контура на его резонансной частоте добавляет энергию во время каждого цикла. Обеспечивая последовательность своевременных толчков, мы можем достичь чрезвычайно высокого напряжения! В катушке Тесла вспыхивает искра и разряжает цепь, как только напряжение становится достаточно высоким.

DRSSTC

10-дюймовая катушка oneTesla использует топологию с двойным резонансом, отсюда и название твердотельной катушки Тесла с двойным резонансом, или DRSSTC. В DRSSTC цепь, управляющая вторичной LC-цепью, представляет собой другую LC-цепь, настроенную на ту же резонансную частоту. На следующей диаграмме L _pri и L _sec являются первичной и вторичной катушками индуктивности соответственно. Они слабо связаны, связывая около одной десятой своих магнитных полей.

Есть несколько причин, по которым катушки Тесла не используют магнитный сердечник. Прежде всего, напряжения в катушке Теслы настолько высоки, что сердечник быстро насыщается, а это означает, что он больше не будет намагничиваться после определенной точки. Кроме того, большинство материалов создают сопротивление и нагреваются в магнитном поле, которое быстро переключается, как в случае с катушкой. Высокое напряжение, создаваемое катушкой, также может привести к возникновению дуги на сердечнике. Но самое главное, очень важно, чтобы первичная и вторичная катушки были слабо связаны, чтобы вторичная обмотка не нагружалась первичной.

 

 

 

 

Half-Bridge

3 Мы используем источник постоянного напряжения и прикладываем напряжение в переменных направлениях к первичной обмотке.

 Переключатели, которые мы используем для подачи постоянного напряжения в переменном направлении на первичную обмотку, представляют собой IGBT, сокращение от биполярных транзисторов с изолированным затвором. IGBT — это транзистор, способный управлять очень высокими напряжениями и токами. Это его условное обозначение:

 

Его клеммы помечены коллектором, затвором и эмиттером как пережиток электронных ламп до эпохи транзисторов. Упрощенная модель IGBT представляет собой нормально открытый ключ, который закрывается при подаче положительного напряжения на затвор (VGE). На следующей схеме полумоста S1 и S2 представляют IGBT. Они попеременно включаются и выключаются, что переключает полярность шины V /2 на первичную обмотку L и первичную обмотку C , первичную катушку индуктивности и конденсатор. 10-дюймовая катушка oneTesla питается от напряжения шины 340 В постоянного тока, которое мы получаем от выпрямленного и удвоенного линейного напряжения.

 

На плате управления мы получаем напряжение на шине из выпрямленного и удвоенного линейного напряжения. Мы подробно рассмотрим эту часть схемы позже.

с нулевым током. Переключение

Когда IGBT полностью включены (переключатели закрыты), они являются почти идеальными проводниками. Когда они полностью выключены (переключатели полностью разомкнуты), они являются почти идеальными изоляторами. Однако, когда они находятся в переходном состоянии между полностью открытым и полностью закрытым или наоборот, они ведут себя как резисторы. Напомним, что количество мощности, рассеиваемой в цепи, равно P=VI. Если мы попытаемся переключить IGBT при большом токе в цепи, то он сильно нагреется! Мы должны рассчитать время переключения IGBT на естественное пересечение нуля первичной LC-цепи. На плате oneTesla мы достигаем переключения с нулевым током, определяя первичный ток и используя логику управления, чтобы убедиться, что транзисторы переключаются в нужное время.

Управление затвором

БТИЗ далеки от идеальных переключателей. Мы хотим, чтобы они переключались быстро, чтобы свести к минимуму время, в течение которого они оказывают сопротивление и рассеивают мощность. Проблема с быстрым переключением затворов заключается в том, что они имеют значительную внутреннюю емкость, и требуется много заряда, чтобы заполнить эту емкость и достичь напряжения включения на затворе (напряжение конденсатора определяется выражением V=Q/C ).

 

Чтобы зарядить CGE как можно быстрее, мы хотим использовать короткий сильноточный импульс. ИС привода затвора предназначены именно для этого. Мы используем микросхемы UCC3732x, которые могутA для коротких импульсов. Логическая схема, предшествующая драйверам затворов, даже близко не способна обеспечить достаточный ток для быстрого включения затворов, поэтому драйверы затворов являются важными компонентами. Наконец, нам нужно изолировать драйверы затвора от IGBT с помощью трансформаторов управления затвором (GDT). Каждому IGBT для включения требуется напряжение затвора, которое должно быть приложено между его затвором и эмиттером. Это легко сделать на нижнем (нижнем) IGBT-транзисторе — его эмиттер всегда заземлен, а это означает, что его затвор нужно только довести до +15 В. С IGBT верхнего (верхнего) IGBT все не так просто, потому что его эмиттер связан с коллектором IGBT нижнего плеча, узлом, который колеблется между 0 и V _шина /2 (что в нашем случае 170В). Это означает, что нам нужно подвести затвор IGBT верхнего плеча к шине V /2 + 15 В, чтобы включить его.

 

К счастью, есть простой способ обойти это! Мы можем управлять первичной обмоткой трансформатора 1:1:1 с помощью (биполярного) управляющего сигнала, полученного от двухтактной пары UCC. В частности, мы управляем первичной обмоткой трансформатора с разницей выходов инвертирующего и неинвертирующего драйвера затвора. Это гарантирует, что в половине случаев этот сигнал будет положительным, а в половине – отрицательным. Благодаря действию трансформатора напряжение на каждой вторичной обмотке GDT гарантированно будет повторять напряжение на первичной обмотке, независимо от того, где мы соединяем концы. Это означает, что мы можем просто подключить вторичную обмотку к затвору и эмиттеру каждого IGBT и гарантировать, что V _ge всегда будет колебаться от 0 до 15 В (независимо от потенциала эмиттера).

 

Выпрямитель и удвоитель

 

Полумост в oneTesla приводится в действие удваивающим выпрямителем, как показано на схеме выше. Этот выпрямитель поочередно заряжает каждый конденсатор на чередующихся полупериодах входного переменного тока, что приводит к удвоению напряжения источника на нагрузке. В положительной части цикла верхний диод проводит и заряжает верхний конденсатор.

 

 

 

 

В отрицательной части цикла нижний диод проводит и заряжает нижний конденсатор. Напряжение на нагрузке представляет собой сумму напряжений на каждом конденсаторе.

 

 

Логика
Как упоминалось ранее, логика управления необходима для определения первичного тока и предотвращения включения и выключения IGBT, когда через них протекает ток. Давайте пройдемся по приведенной выше схеме слева направо. (Обратите внимание, что номера деталей на схеме не соответствуют номерам на плате, но мы используем их здесь только в пояснительных целях. Полную информацию см. в файлах Eagle, доступных по адресу http://onetesla.com/downloads. схема. )

Трансформатор тока снижает первичный ток до безопасного уровня для использования в логической части платы. R1 — это резистор мощностью 5 Вт, который нагружает трансформатор и ограничивает ток. D1 начинает проводить, когда сигнал превышает 5,7 В, что представляет собой напряжение на шине плюс прямое падение напряжения на диоде, что эффективно предотвращает превышение сигнала 5,7 В. D2 начинает проводить, когда сигнал составляет -0,7 В. Вместе D1 и D2 являются защитными диодами, которые ограничивают сигнал и предотвращают повреждение логических ИС, если сигнал от трансформатора тока слишком высокий. Затем G1 и G2 являются инверторами, которые выравнивают сигнал для последующих ИС.

Оптический приемник выдает 5 В или 0 В в зависимости от сигнала прерывателя. Резисторы R1, R2 и R3 образуют сеть резисторов, которая гарантирует, что катушку можно «щекотать» в работу только сигналом прерывателя при запуске, в отсутствие сигнала обратной связи. Когда катушка только запускается, сигнала обратной связи нет, но сигнал прерывателя поступает на UCC. Когда катушка работает, сигнал обратной связи доминирует в верхней части сигнального пути.

Инвертированный сигнал прерывателя и прямоугольная волна квадратичного сигнала первичного тока затем подаются на триггер D-типа, который выполняет логику, определяющую, когда драйверы затвора получают сигнал. Они включаются только при переходе через нуль, а также при наличии сигнала от прерывателя. D-триггер ведет себя согласно следующей таблице истинности:

В нашей схеме \PRE и D имеют высокий уровень. Инвертированный сигнал прерывателя, подаваемый на \CLR, устанавливает \Q в высокий уровень, когда прерыватель включен. Когда прерыватель выключается, \Q остается на высоком уровне до следующего спадающего фронта CLK (который синхронизирован с переходом через ноль первичного тока), после чего он переключается на низкий уровень.

Драйвер инвертирующего затвора включается, когда IN высокий, а EN низкий. Драйвер неинвертирующего затвора включается, когда IN имеет высокий уровень, а EN высокий уровень.

 

Прерыватель
Прерыватель oneTesla — это устройство на базе микроконтроллера, которое преобразует входящий поток MIDI-команд в поток импульсов для катушки Тесла. Эти импульсы включают или выключают всю катушку, тем самым контролируя пропускную способность и позволяя воспроизводить музыку.

MIDI-команды принимаются через входной MIDI-разъем. Согласно спецификациям MIDI, оптоизолятор 4N25 обеспечивает изоляцию, необходимую для устранения контуров заземления. Когда микроконтроллер получает команду включения ноты, он начинает выводить поток импульсов с частотой ноты. Длины этих импульсов задаются таблицей поиска в прошивке. Прерыватель использует отдельные MIDI-каналы для одновременного воспроизведения нескольких нот — для воспроизведения двух каналов программное обеспечение просто генерирует последовательности импульсов, соответствующие каждому каналу, а затем выполняет логическую функцию ИЛИ над последовательностями импульсов перед их выводом. Ограничение максимальной длительности импульса гарантирует, что результирующий поток не будет иметь слишком длинных импульсов.

Регулятор мощности линейно масштабирует ширину импульса в зависимости от положения потенциометра. Хотя это не дает линейной длины искры, оно имеет преимущество в предсказуемом масштабировании потребляемой мощности катушки, функция, которая была бы потеряна, если бы кривые масштабирования были настроены для линейного роста искры.

Так как же он делает музыку?

Звук – это волна давления. Его высота определяется частотой волны. Мы можем издавать звук разными способами: обычные динамики вибрируют мембраной, а катушки Тесла используют расширение и сжатие воздуха за счет нагрева от плазмы.

Резонансная частота вторичного устройства составляет около 230 кГц, что намного выше звукового диапазона. Мы можем использовать всплески искр на частоте 230 кГц для создания волн давления на звуковой частоте. Всплеск искр срабатывает на каждом пике звукового сигнала. Быстрое вспыхивание искр происходит быстрее, чем может разглядеть ваш глаз, поэтому оно выглядит непрерывным, но на самом деле искра формируется и гаснет с интервалами звуковой частоты. Этот метод модуляции известен как модуляция плотности импульсов (PDM) или модуляция с повторением импульсов (PRM).

Ток в первичной обмотке продолжает увеличиваться, пока работает мост. Важно сделать всплески достаточно короткими, чтобы IGBT не перегревались. В течение одного цикла ток на первичной обмотке может кратковременно достигать сотен ампер. Из-за тепловых причин максимальный рабочий цикл моста составляет примерно 10%. В программном обеспечении прерывателя есть справочная таблица частот и времен включения, которые определяются эмпирически путем изменения ширины импульса и наблюдения за искровыми характеристиками.

 

 

Как работает катушка Тесла | Теория катушки Теслы

Что такое катушка Теслы

Катушка Тесла — это удивительное устройство, которое может создавать очень высокие напряжения. Его целью является создание разрядов искусственной молнии. Возможно, вы видели их в реальной жизни, в музее или на художественной выставке. Или, может быть, вы видели его по телевизору или в кино. Мы написали этот документ для тех, кому интересно, как работает катушка Теслы. Хотя существует множество вариантов, все они представляют собой тип трансформатора.

Катушка Теслы производит молнии. Базовый трансформатор

Трансформаторы

Трансформатор — это устройство, которое может повышать или понижать напряжение. Они работают за счет магнитного соединения 2 катушек вместе. Эти катушки называются первичной катушкой и вторичной катушкой. Проще говоря, когда две катушки расположены близко друг к другу, они могут передавать энергию между собой. В типичном трансформаторе соотношение витков определяет выходное напряжение.

Не так для катушки Тесла. Вторичная катушка имеет резонансные свойства. Из-за этого он достигает гораздо более высоких напряжений. Основным свойством катушки является индуктивность. Большая площадь поверхности вторичной катушки также имеет емкость. Когда цепь имеет как индуктивность, так и емкость, говорят, что она резонансная.

Резонанс

Резонансный контур накапливает энергию. Вы можете представить это как толкание кого-то на качелях. Соответствуя их скорости, вы вкладываете энергию в их поступательный импульс. С каждым толчком они качаются все выше и выше. То же самое можно сказать и о том, как работает катушка Тесла. С каждым толчком частоты катушки напряжение становится выше.

Детали катушки Тесла

Теперь, когда мы рассмотрели основы, давайте посмотрим на типичную схему катушки Тесла. Хотя существует несколько вариаций, большинство из них имеют 3 общих основных элемента. Мы уже обсуждали 2 катушки, названные первичной и вторичной. Далее, давайте на минутку обсудим верхнюю загрузку. Верхняя нагрузка представляет собой большой тор в верхней части катушки Тесла. У него две основные цели.

Во-первых, он создает электрическое поле красивой формы. Это защищает машину от дуг и перекрытий. Искры любят образовываться там, где есть острые точки или края. Чтобы бороться с этим, большая гладкая поверхность верхней загрузки помогает предотвратить образование искр. Более того, он просто перемещает искру дальше от вторичной катушки.

Во-вторых, верхняя нагрузка представляет собой конденсатор. Размер верхней нагрузки определяет ее емкость. В результате мы корректируем это значение по нескольким электронным причинам. Во-первых, это может помочь нам снизить частоту катушки. Это может пригодиться, если мы хотим использовать низкочастотные транзисторы. В общем, все параметры катушки Тесла выбраны для повышения производительности.

Добавив точку пробоя, мы можем контролировать, где образуется искра. Хотя эта часть не является необходимой, она помогает направлять искры. Это важный аспект безопасности катушки Тесла. Если вы не укажете точку прорыва, искра будет образовываться в случайных местах на верхней нагрузке.

Типы катушек

Теперь, когда мы узнали, что такое катушка Тесла, давайте рассмотрим два основных типа. В оригинальной катушке Теслы, как и в катушках Николы Теслы, использовался искровой разрядник. Катушки с искровым разрядником десятилетиями были основным типом самодельных катушек Теслы. Твердотельные катушки — современная версия. Оба типа сегодня популярны среди любителей.

Схема катушки Теслы с искровым разрядником

Катушки Теслы с искровым разрядником

Искровой промежуток в катушке Тесла представляет собой два электрода, расположенных близко друг к другу. Вы можете думать об этом как о переключателе. Трансформатор используется для зарядки конденсатора до высокого напряжения. В конце концов, напряжение становится настолько высоким, что в промежутке образуется дуга. Это позволяет току течь в первичную цепь. Когда передача энергии завершена, дуга гаснет, и процесс повторяется.

Твердотельные катушки Тесла

Твердотельная катушка Тесла заменяет искровой разрядник современной технологией. Транзисторы, полевые МОП-транзисторы, IGBT — все это примеры современных переключателей. Эти машины, как правило, гораздо более эффективны и надежны, чем их предшественники. Не говоря уже о том, что их возможности огромны.

Твердотельные машины способны на многое. Из-за их способности использовать микроконтроллеры возможны самые разные искровые эффекты. Тем не менее, режимы катушки Тесла делятся на две основные категории.

H Мост для DRSSTC

Режим непрерывной волны

Режим CW, как следует из названия, работает со 100% рабочим циклом. Если вы посмотрите на форму волны на осциллографе, она выглядит как бесконечная синусоидальная волна. Этот режим дает в основном тихую и густую искру. Этот режим также используется для создания высококачественных звуковых сигналов. Они достигают этого, используя различные формы модуляции.

Режим прерывания

В режиме прерывания высокочастотный сигнал работает короткими импульсами. За счет сокращения этих всплесков достигаются более высокие первичные токи. Из-за этого мы можем производить очень длинные искры с меньшей входной мощностью.

Схема SSTC

Одиночные резонансные катушки

Это самый простой тип катушки. Его часто просто называют SSTC. Термин «одиночный резонанс» относится к резонансу вторичного. Твердотельный драйвер обычно подключается к первичной обмотке конденсатором. Выбранное значение конденсатора предназначено для предотвращения первичного резонанса.

Вот как работает катушка Тесла с использованием самых основных методов.

Катушки Тесла класса E

В этом типе катушки первичный конденсатор и катушка являются резонансными. Схемы класса E широко распространены в коммерческих ВЧ-усилителях. Многие ранние твердотельные катушки были основаны на этих схемах. Это хороший выбор, потому что они используют только один транзистор. Первичная и вторичная настройки немного не совпадают для достижения идеальных характеристик переключения. Это отличает его от других связанных настроенных схем. Их основная ошибка заключается в том, что изменение искровой нагрузки затрудняет их калибровку.