Heute wird der Tesla-Transformator als Hochfrequenz-Hochspannungs-Resonanztransformator bezeichnet, und im Netzwerk finden sich viele Beispiele für auffällige Implementierungen dieses ungewöhnlichen Geräts. Eine Spule ohne ferromagnetischen Kern, bestehend aus vielen dünnen Drahtwindungen, die mit einem Torus gekrönt sind, sendet einen echten Blitz aus und beeindruckt die verblüfften Betrachter. Aber erinnert sich jeder daran, wie und warum dieses erstaunliche Gerät ursprünglich geschaffen wurde?
Die Geschichte dieser Erfindung beginnt am Ende des 19. Jahrhunderts, als sich der brillante experimentelle Wissenschaftler Nikola Tesla, der in den USA arbeitet, nur die Aufgabe stellte, zu lernen, wie man elektrische Energie über große Entfernungen ohne Kabel überträgt.
Es ist kaum möglich, das genaue Jahr anzugeben, in dem genau diese Idee dem Wissenschaftler kam, aber es ist bekannt, dass Nikola Tesla am 20. Mai 1891 einen ausführlichen Vortrag an der Columbia University hielt, in dem er seine Ideen den Mitarbeitern des American Institute of Electrical Engineers vorstellte und etwas illustrierte. visuelle Experimente zeigen.
Ziel der ersten Demonstrationen war es, einen neuen Weg zur Lichtgewinnung durch Verwendung von Hochfrequenz- und Hochspannungsströmen aufzuzeigen und die Merkmale dieser Ströme aufzuzeigen. Aus Gründen der Fairness stellen wir fest, dass moderne energiesparende Leuchtstofflampen genau nach dem von Tesla vorgeschlagenen Prinzip arbeiten, um Licht zu erhalten.
Die endgültige Theorie bezüglich der drahtlosen Übertragung elektrischer Energie entwickelte sich allmählich. Der Wissenschaftler verbrachte mehrere Jahre seines Lebens damit, seine Technologie zu perfektionieren, viel zu experimentieren und jedes Element der Schaltung sorgfältig zu verbessern. Er entwickelte Leistungsschalter, erfand langlebige Hochspannungskondensatoren, erfand und modifizierte Schaltungssteuerungen Ich konnte meinen Plan nicht in dem Ausmaß verwirklichen, wie ich es wollte.
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Die Theorie hat uns jedoch erreicht. Es stehen Tagebücher, Artikel, Patente und Vorträge von Nikola Tesla zur Verfügung, in denen Sie die ersten Details zu dieser Technologie finden. Das Funktionsprinzip eines Resonanztransformators kann beispielsweise durch Lesen der Patente Nr. 787412 oder Nr. 649621 von Nikola Tesla ermittelt werden, die bereits heute im Netzwerk verfügbar sind.
Wenn Sie versuchen, kurz zu verstehen, wie der Tesla-Transformator funktioniert, seine Struktur und sein Funktionsprinzip berücksichtigen, ist nichts kompliziert.
Die Sekundärwicklung des Transformators besteht aus einem isolierten Draht (z. B. aus Emaille-Draht), der in einer Schicht auf einen hohlen zylindrischen Rahmen gelegt wird. Das Verhältnis der Rahmenhöhe zu seinem Durchmesser wird üblicherweise von 6 bis 1 bis 4 bis 1 angenommen.
Nach dem Wickeln wird die Sekundärwicklung mit Epoxidharz oder Lack beschichtet. Die Primärwicklung besteht aus einem Draht mit relativ großem Querschnitt, enthält normalerweise 2 bis 10 Windungen und passt in die Form einer flachen Spirale oder ist wie eine Sekundärspirale gewickelt - auf einen zylindrischen Rahmen mit einem Durchmesser, der etwas größer als der der Sekundärspirale ist.
Die Höhe der Primärwicklung überschreitet in der Regel 1/5 der Höhe der Sekundärwicklung nicht. Ein Toroid ist mit dem oberen Anschluss der Sekundärwicklung verbunden und sein unterer Anschluss ist geerdet. Als nächstes werden wir alles genauer betrachten.
Zum Beispiel: Die Sekundärwicklung ist mit einem Emaildraht PETV-2 mit einem Durchmesser von 0,5 mm auf einen Rahmen mit einem Durchmesser von 110 mm gewickelt und enthält 1200 Windungen, daher beträgt ihre Höhe etwa 62 cm und die Länge des Drahtes etwa 417 Meter. Lassen Sie die Primärwicklung 5 Windungen eines dicken Kupferrohrs enthalten, das über einen Durchmesser von 23 cm gewickelt ist und eine Höhe von 12 cm hat.
Als nächstes wird ein Toroid hergestellt. Idealerweise sollte seine Kapazität so sein, dass die Resonanzfrequenz des Sekundärkreises (geerdete Sekundärspule zusammen mit dem Toroid und der Umgebung) der Länge des Sekundärwicklungsdrahtes entspricht, so dass diese Länge einem Viertel der Wellenlänge entspricht (in unserem Beispiel beträgt die Frequenz 180 kHz). …
Für eine genaue Berechnung kann ein spezielles Programm zur Berechnung von Tesla-Spulen, beispielsweise VcTesla oder Inka, hilfreich sein. Für die Primärwicklung wird ein Hochspannungskondensator ausgewählt, dessen Kapazität zusammen mit der Induktivität der Primärwicklung einen Schwingkreis bilden würde, dessen Eigenfrequenz gleich der Resonanzfrequenz des Sekundärkreises wäre. Normalerweise nehmen sie einen Kondensator mit enger Kapazität, und die Abstimmung erfolgt durch Auswahl der Windungen der Primärwicklung.
Das Wesen des Tesla-Transformators in seiner kanonischen Form ist wie folgt: Der Kondensator des Primärkreises wird von einer geeigneten Hochspannungsquelle geladen, dann über einen Schalter mit der Primärwicklung verbunden und dies wird viele Male pro Sekunde wiederholt.
Infolge jedes Schaltzyklus treten im Primärkreis gedämpfte Schwingungen auf. Die Primärspule ist jedoch eine Induktivität für den Sekundärkreis, daher werden im Sekundärkreis jeweils elektromagnetische Schwingungen angeregt.
Da der Sekundärkreis auf Resonanz mit den Primärschwingungen abgestimmt ist, tritt an der Sekundärwicklung eine Spannungsresonanz auf, was bedeutet, dass das Transformationsverhältnis (das Verhältnis der Windungen der Primärwicklung und der Windungen der von ihm abgedeckten Sekundärwicklung) ebenfalls mit Q multipliziert werden muss - dem Qualitätsfaktor des Sekundärkreises, dann dem Wert des realen Verhältnisses Die Spannung an der Sekundärwicklung entspricht der Spannung an der Primärwicklung.
Und da die Länge des Sekundärwicklungsdrahtes gleich einem Viertel der Wellenlänge der darin induzierten Schwingungen ist, befindet sich auf dem Toroid der Spannungs-Gegenknoten (und am Erdungspunkt - dem aktuellen Gegenknoten), und dort kann der effektivste Durchschlag stattfinden.
Zur Stromversorgung des Primärkreises werden verschiedene Schaltkreise verwendet, von einer statischen Funkenstrecke (Funkenstrecke), die von MOTs gespeist wird (MOT ist ein Hochspannungstransformator aus einem Mikrowellenofen), bis zu Resonanztransistorschaltungen auf programmierbaren Steuerungen, die mit gleichgerichteter Netzspannung betrieben werden, aber das Wesentliche bleibt gleich.
Hier sind die häufigsten Arten von Tesla-Spulen, je nachdem, wie Sie sie antreiben:
SGTC (SGTTS, Spark Gap Tesla Coil) - Tesla-Transformator auf der Funkenstrecke. Dies ist ein klassisches Design, ein ähnliches Schema wurde ursprünglich von Tesla selbst verwendet. Hier wird ein Ableiter als Schaltelement verwendet. Bei Konstruktionen mit geringer Leistung besteht der Ableiter aus zwei dicken Drahtstücken, die in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet sind, während bei leistungsstärkeren Konstruktionen komplexe rotierende Ableiter mit Motoren verwendet werden. Transformatoren dieses Typs werden hergestellt, wenn nur eine lange Streamerlänge erforderlich ist und die Effizienz nicht wichtig ist.
VTTC (VTTC, Vakuumröhren-Tesla-Spule) - Tesla-Transformator auf einer elektronischen Röhre. Als Schaltelement wird hier eine leistungsstarke Funkröhre, beispielsweise GU-81, eingesetzt. Solche Transformatoren können kontinuierlich arbeiten und ziemlich dicke Entladungen erzeugen. Diese Art der Stromversorgung wird am häufigsten zum Bau von Hochfrequenzspulen verwendet, die aufgrund des typischen Aussehens ihrer Streamer als "Brenner" bezeichnet werden.
SSTC (SSTC, Solid State Tesla Coil) ist ein Tesla-Transformator, bei dem Halbleiter als Schlüsselelement verwendet werden. Normalerweise sind dies IGBT- oder MOSFET-Transistoren. Dieser Transformatortyp kann im Dauerbetrieb betrieben werden. Das Erscheinungsbild von Streamern, die von einer solchen Spule erzeugt werden, kann sehr unterschiedlich sein. Diese Art von Tesla-Transformatoren ist einfacher zu steuern, zum Beispiel können Sie Musik darauf abspielen.
DRSSTC (DRSSTC, Dual Resonant Solid State Tesla Coil) ist ein Tesla-Transformator mit zwei Resonanzkreisen. Hier werden Halbleiter wie bei SSTC als Schalter verwendet. DRSSTTS ist der am schwierigsten zu steuernde und zu konfigurierende Typ von Tesla-Transformatoren.
Um einen effizienteren und effektiveren Betrieb des Tesla-Transformators zu erzielen, werden die DRSSTC-Topologie-Schaltkreise verwendet, wenn im Primärkreis selbst eine starke Resonanz erzielt wird, und im Sekundärkreis ein helleres Bild, längere und dickere Blitzschläge (Streamer).
Tesla selbst versuchte so gut er konnte, eine solche Funktionsweise seines Transformators zu erreichen, und die Grundlagen dieser Idee sind im Patent Nr. 568176 zu sehen, in dem Ladedrosseln verwendet werden. Tesla entwickelte dann die Schaltung genau auf diesem Weg, dh er versuchte, die Primärschaltung so effizient wie möglich zu nutzen und darin zu erzeugen Resonanz. Über diese Experimente des Wissenschaftlers können Sie in seinem Tagebuch lesen (die Notizen des Wissenschaftlers zu den Experimenten in Colorado Springs, die er von 1899 bis 1900 durchführte, wurden bereits in gedruckter Form veröffentlicht).
Wenn man über die praktische Anwendung des Tesla-Transformators spricht, sollte man sich nicht nur auf die Bewunderung für die ästhetische Natur der erhaltenen Entladungen beschränken und das Gerät als dekorativ behandeln. Die Spannung an der Sekundärwicklung des Transformators kann Millionen von Volt erreichen, es ist schließlich eine effiziente Quelle für Hochspannung.
Tesla selbst entwickelte sein System zur Übertragung von Elektrizität über große Entfernungen ohne Kabel unter Verwendung der Leitfähigkeit der oberen Luftschichten der Atmosphäre. Es wurde angenommen, dass ein Empfangstransformator ähnlicher Bauart vorhanden ist, der die akzeptierte Hochspannung auf einen für den Verbraucher akzeptablen Wert senken würde. Dies können Sie durch Lesen des Tesla-Patents Nr. 649621 herausfinden.
Die Art der Wechselwirkung des Tesla-Transformators mit der Umgebung verdient besondere Aufmerksamkeit. Der Sekundärkreis ist ein offener Stromkreis, und das System ist thermodynamisch keineswegs isoliert, es ist nicht einmal geschlossen, es ist ein offenes System. Moderne Forschung in dieser Richtung wird von vielen Forschern durchgeführt, und der Punkt auf diesem Weg ist noch nicht festgelegt.
Verfasser: Andrey Povny
