→ → Эксперименты с катушкой тесла. Старт в науке

Эксперименты с катушкой тесла. Старт в науке

Катушка Тесла представляет собой высокочастотный резонансный трансформатор без ферромагнитного сердечника, с помощью которого можно получить высокое напряжение на вторичной обмотке. Под действием высокого напряжения в воздухе происходит электрический пробой, подобно разряду молнии. Устройство изобретено Николой Теслой, и носит его имя.

По типу коммутирующего элемента первичного контура, катушки Тесла подразделяются на искровые (SGTC – Spark gap Tesla coil), транзисторные (SSTC – Solid state Tesla coil, DRSSTC – Dual resonant solid state Tesla coil). Я буду рассматривать только искровые катушки, являющиеся самыми простыми и распространенными. По способу заряда контурного конденсатора, искровые катушки делятся на 2 типа: ACSGTC – Spark gap Tesla coil, а также DCSGTC – Spark gap Tesla coil. В первом варианте, заряд конденсатора осуществляется переменным напряжением, во втором используется резонансный заряд с подведением постоянного напряжения.


Сама катушка представляет собой конструкцию из двух обмоток и тора. Вторичная обмотка цилиндрическая, наматывается на диэлектрической трубе медным обмоточным проводом, в один слой виток к витку, и имеет обычно 500-1500 витков. Оптимальное соотношение диаметра и длины обмотки равно 1:3,5 – 1:6. Для увеличения электрической и механической прочности, обмотку покрывают эпоксидным клеем или полиуретановым лаком. Обычно размеры вторичной обмотки определяют исходя из мощности источника питания, то есть высоковольтного трансформатора. Определив диаметр обмотки, из оптимального соотношения находят длину. Далее подбирают диаметр обмоточного провода, так чтобы количество витков примерно равнялось общепринятому значению. В качестве диэлектрической трубы обычно применяют канализационные пластиковые трубы, но можно изготовить и самодельную трубу, при помощи листов чертежного ватмана и эпоксидного клея. Здесь и далее речь идет о средних катушках, мощностью от 1 кВт и диаметром вторичной обмотки от 10 см.

На верхний конец трубы вторичной обмотки устанавливают полый проводящий тор, обычно выполненный из алюминиевой гофрированной трубы для отвода горячих газов. В основном диаметр трубы подбирают равным диаметру вторичной обмотки. Диаметр тора обычно составляет 0,5-0,9 от длины вторичной обмотки. Тор имеет электрическую емкость, которая определяется его геометрическими размерами, и выступает в роли конденсатора.

Первичная обмотка располагается у нижнего основания вторичной обмотки, и имеет спиральную плоскую или коническую форму. Обычно состоит из 5-20 витков толстого медного или алюминиевого провода. В обмотке протекают высокочастотные токи, вследствие чего скин-эффект может иметь значительное влияние. Из-за высокой частоты ток распределяется преимущественно в поверхностном слое проводника, тем самым уменьшается эффективная площадь поперечного сечения проводника, что приводит к увеличению активного сопротивления и уменьшению амплитуды электромагнитных колебаний. Поэтому лучшим вариантом для изготовления первичной обмотки будет полая медная трубка, или плоская широкая лента. Над первичной обмоткой по внешнему диаметру иногда устанавливают незамкнутое защитное кольцо (Strike Ring) из того же проводника, и заземляют. Кольцо предназначено для предотвращения попадания разрядов в первичную обмотку. Разрыв необходим для исключения протекания тока по кольцу, иначе магнитное поле, созданное индукционным током, будет ослаблять магнитное поле первичной и вторичной обмотки. От защитного кольца можно отказаться, если заземлить один конец первичной обмотки, при этом попадание разряда не причинит вреда компонентам катушки.

Коэффициент связи между обмотками зависит от их взаимного расположения, чем они ближе, тем больше коэффициент. Для искровых катушек типичное значение коэффициента равно K=0,1-0,3. От него зависит напряжение на вторичной обмотке, чем больше коэффициент связи, тем больше напряжение. Но увеличивать коэффициент связи выше нормы не рекомендуется, так как между обмотками начнут проскакивать разряды, повреждающие вторичную обмотку.


На схеме представлен простейший вариант катушки Тесла типа ACSGTC.
Принцип действия катушки Тесла основан на явлении резонанса двух индуктивно связанных колебательных контуров. Первичный колебательный контур состоит из конденсатора С1, первичной обмотки L1, и коммутируется разрядником, в результате чего образуется замкнутый контур. Вторичный колебательный контур образован вторичной обмоткой L2 и конденсатором С2 (тор обладающий емкостью), нижний конец обмотки обязательно заземляется. При совпадении собственной частоты первичного колебательного контура с частотой вторичного колебательного контура, происходит резкое возрастание амплитуды напряжения и тока во вторичной цепи. При достаточно высоком напряжении происходит электрический пробой воздуха в виде разряда, исходящего из тора. При этом важно понимать, что представляет собой замкнутый вторичный контур. Ток вторичного контура течет по вторичной обмотке L2 и конденсатору С2 (тор), далее по воздуху и земле (так как обмотка заземлена), замкнутый контур можно описать следующим образом: земля-обмотка-тор-разряд-земля. Таким образом, захватывающие электрические разряды представляют собой часть контурного тока. При большом сопротивлении заземления разряды, исходящие из тора будут бить прямо по вторичной обмотке, что не есть хорошо, поэтому нужно делать качественное заземление.

После того как размеры вторичной обмотки и тора определены, можно посчитать собственную частоту колебаний вторичного контура. Здесь надо учитывать, что вторичная обмотка кроме индуктивности обладает некоторой емкостью из-за немалых размеров, которую надо учитывать при расчете, емкость обмотки необходимо сложить с емкостью тора. Далее надо прикинуть параметры катушки L1и конденсатора C1первичного контура, так чтобы собственная частота первичного контура была близка к частоте вторичного контура. Емкость конденсатора первичного контура обычно составляет 25-100 нФ, исходя из этого, рассчитывают количество витков первичной обмотки, в среднем должно получиться 5-20 витков. При изготовлении обмотки необходимо увеличить количество витков, по сравнению с расчетным значением, для последующей настройки катушки в резонанс. Рассчитать все эти параметры можно по стандартным формулам из учебника физики, также в сети есть книги по расчету индуктивности различных катушек. Существуют и специальные программы калькуляторы для расчета всех параметров будущей катушки Тесла.

Настройка осуществляется путем изменения индуктивности первичной обмотки, то есть один конец обмотки подсоединен к схеме, а другой никуда не подключается. Второй контакт выполняют в виде зажима, который можно перекидывать с одного витка на другой, тем самым используется не вся обмотка, а только ее часть, соответственно меняется индуктивность, и собственная частота первичного контура. Настройку выполняют во время предварительных запусков катушки, о резонансе судят по длине выдаваемых разрядов. Существует также метод холодной настройки резонанса при помощи ВЧ генератора и осциллографа или ВЧ вольтметра, при этом катушку запускать не надо. Необходимо взять на заметку, что электрический разряд обладает емкостью, вследствие чего собственная частота вторичного контура может немного уменьшаться во время работы катушки. Заземление также может оказывать небольшое влияние на частоту вторичного контура.

Разрядник является коммутирующим элементом в первичном колебательном контуре. При электрическом пробое разрядника под действием высокого напряжения, в нем образуется дуга, которая замыкает цепь первичного контура, и в нем возникают высокочастотные затухающие колебания, в течение которых напряжение на конденсаторе С1 постепенно уменьшается. После того как дуга гаснет, контурный конденсатор С1 вновь начинает заряжаться от источника питания, при следующем пробое разрядника начинается новый цикл колебаний.

Разрядник подразделяется на два типа: статический и вращающийся. Статический разрядник представляет собой два близко расположенных электрода, расстояние между которыми регулируют так чтобы электрический пробой между ними происходил в то время, когда конденсатор С1 заряжен до наибольшего напряжения, или немного меньше максимума. Ориентировочное расстояние между электродами определяют исходя из электрической прочности воздуха, которая составляет около 3 кВ/мм при стандартных условиях окружающей среды, а также зависит от формы электродов. Для переменного сетевого напряжения, частота срабатываний статического разрядника (BPS – beats per second) составит 100Гц.

Вращающийся разрядник (RSG – Rotary spark gap) выполняется на основе электродвигателя, на вал которого насажен диск с электродами, с каждой стороны диска устанавливаются статические электроды, таким образом, при вращении диска, между статическими электродами будут пролетать все электроды диска. Расстояние между электродами делают минимальным. В таком варианте можно регулировать частоту коммутаций в широких пределах управляя электродвигателем, что дает больше возможностей по настройке и управлению катушкой. Корпус двигателя необходимо заземлить, для защиты обмотки двигателя от пробоя, при попадании высоковольтного разряда.

В качестве контурного конденсатора С1 применяют конденсаторные сборки (MMC – Multi Mini Capacitor) из последовательно и параллельно соединенных высоковольтных высокочастотных конденсаторов. Обычно применяют керамические конденсаторы типа КВИ-3, а также пленочные К78-2. В последнее время намечен переход на бумажные конденсаторы типа К75-25, которые неплохо показали себя в работе. Номинальное напряжение конденсаторной сборки для надежности должно быть в 1,5-2 раза больше амплитудного напряжения источника питания. Для защиты конденсаторов от перенапряжения (высокочастотные импульсы) устанавливают воздушный разрядник параллельно всей сборке. Разрядник может представлять собой два небольших электрода.

В качестве источника питания для зарядки конденсаторов используется высоковольтный трансформатор Т1, или несколько последовательно или параллельно соединенных трансформаторов. В основном начинающие тесластроители используют трансформатор из микроволновой печи (MOT – Microwave Oven Transformer), выходное переменное напряжение которого составляет ~2,2 кВ, мощность около 800 Вт. В зависимости от номинального напряжения контурного конденсатора, МОТы соединяют последовательно от 2 до 4 штук. Применение только одного трансформатора не целесообразно, так как из-за небольшого выходного напряжения зазор в разряднике будет очень малым, итогом будут нестабильные результаты работы катушки. Моты имеют недостатки в виде слабой электропрочности, не рассчитаны для работы в длительном режиме, сильно греются при большой нагрузке, поэтому часто выходят из строя. Более разумно использовать специальные масляные трансформаторы типа ОМ, ОМП, ОМГ, которые имеют выходное напряжение 6,3 кВ, 10 кВ, и мощность 4 кВт, 10 кВт. Можно также изготовить самодельный высоковольтный трансформатор. При работе с высоковольтными трансформаторами не следует забывать о технике безопасности, высокое напряжение опасно для жизни, корпус трансформатора необходимо заземлить. При необходимости последовательно с первичной обмоткой трансформатора можно установить автотрансформатор, для регулировки напряжения зарядки контурного конденсатора. Мощность автотрансформатора должна быть не меньше мощности трансформатора T1.

Дроссель Lд в цепи питания необходим для ограничения тока короткого замыкания трансформатора при пробое разрядника. Чаще всего дроссель находится в цепи вторичной обмотки трансформатора T1. Вследствие высокого напряжения, необходимая индуктивность дросселя может принимать большие значения от единиц до десятков Генри. В таком варианте он должен обладать достаточной электропрочностью. С таким же успехом дроссель можно установить последовательно с первичной обмоткой трансформатора, соответственно здесь не требуется высокая электропрочность, необходимая индуктивность на порядок ниже, и составляет десятки, сотни миллигенри. Диаметр обмоточного провода должен быть не меньше диаметра провода первичной обмотки трансформатора. Индуктивность дросселя рассчитывают из формулы зависимости индуктивного сопротивления от частоты переменного тока.

Фильтр низких частот (ФНЧ) предназначен для исключения проникновения высокочастотных импульсов первичного контура в цепь дросселя и вторичной обмотки трансформатора, то есть для их защиты. Фильтр может быть Г-образным или П-образным. Частоту среза фильтра выбирают на порядок меньше резонансной частоты колебательных контуров катушки, но при этом частота среза должна быть намного больше частоты срабатывания разрядника.


При резонансном заряде контурного конденсатора (тип катушки – DCSGTC), используют постоянное напряжение, в отличии от ACSGTC. Напряжение вторичной обмотки трансформатора T1 выпрямляют с помощью диодного моста и сглаживают конденсатором Св. Емкость конденсатора должна быть на порядок больше емкости контурного конденсатора С1, для уменьшения пульсаций постоянного напряжения. Величина емкости обычно составляет 1-5 мкФ, номинальное напряжение для надежности выбирают в 1,5-2 раза больше амплитудного выпрямленного напряжения. Вместо одного конденсатора можно использовать конденсаторные сборки, желательно не забывая про выравнивающие резисторы при последовательном соединении нескольких конденсаторов.

В качестве диодов моста применяют последовательно соединенные высоковольтные диодные столбы типа КЦ201 и др. Номинальный ток диодных столбов должен быть больше номинального тока вторичной обмотки трансформатора. Обратное напряжение диодных столбов зависит от схемы выпрямления, по соображениям надежности обратное напряжение диодов должно быть в 2 раза больше амплитудного значения напряжения. Возможно изготовление самодельных диодных столбов путем последовательного соединения обычных выпрямительных диодов (например 1N5408, Uобр = 1000 В, Iном = 3 А), с применением выравнивающих резисторов.
Вместо стандартной схемы выпрямления и сглаживания можно собрать удвоитель напряжения из двух диодных столбов и двух конденсаторов.

Принцип работы схемы резонансного заряда основан на явлении самоиндукции дросселя Lд, а также применения диода отсечки VDо. В момент времени, когда конденсатор C1 разряжен, через дроссель начинает течь ток, возрастая по синусоидальному закону, при этом в дросселе накапливается энергия в виде магнитного поля, а конденсатор при этом заряжается, накапливая энергию в виде электрического поля. Напряжение на конденсаторе возрастает до напряжения источника питания, при этом через дроссель течет максимальный ток, и падение напряжения на нем равно нулю. При этом ток не может прекратиться мгновенно, и продолжает течь в том же направлении из-за наличия самоиндукции дросселя. Зарядка конденсатора продолжается до удвоенного значения напряжения источника питания. Диод отсечки необходим для предотвращения перетекания энергии от конденсатора обратно в источник питания, так как между конденсатором и источником питания появляется разность потенциалов равная напряжению источника питания. На самом деле напряжение на конденсаторе не достигает удвоенного значения, из-за наличия падения напряжения на диодном столбе.

Применение резонансного заряда позволяет более эффективно и равномерно передавать энергию на первичный контур, при этом для получения одинакового результата (по длине разряда), для DCSGTC требуется меньшая мощность источника питания (трансформатор Т1), чем для ACSGTC. Разряды приобретают характерный плавный изгиб, вследствие стабильного питающего напряжения, в отличии от ACSGTC, где очередное сближение электродов в RSG может приходиться по времени на любой участок синусоидального напряжения, включая попадание на нулевое или низкое напряжение и как следствие переменная длина разряда (рваный разряд).

Ниже на картинке представлены формулы для расчета параметров катушки Тесла:

Предлагаю ознакомиться с моим опытом постройки .

1

Кочнева Л.С. (г. Пермь, МБОУ «Гимназия № 17»)

1. Пиштало В. Никола Тесла. Портрет среди масок. – М: Азбука-классика, 2010.

2. Ржонсницкий Б.Н. Никола Тесла. Жизнь замечательных людей. Серия биографий. Выпуск 12. – М: Молодая гвардия, 1959.

3. Фейгин О. Никола Тесла: Наследие великого изобретателя. – М.: Альпина нон-фикшн, 2012.

4. Тесла и его изобретения. http://www.374.ru/index.php?x=2007-11-19-20.

5. Цверава Г. К. Никола Тесла, 1856-1943. – Ленинград. Наука. 1974.

6. Википедия https://ru.wikipedia.org/wiki/?%D0?%A2?%D0?%B5?%D1?%81?%D0?%BB?%D0?%B0,_?%D0?%9D?%D0?%B8?%D0?%BA?%D0?%BE?%D0?%BB?%D0?%B0.

7. Никола Тесла: биография http://www.people.su/107683.

О сколько нам открытий чудных

Готовят просвещенья дух

И опыт, сын ошибок трудных,

И гений, парадоксов друг,

И случай, бог изобретатель...

А.С. Пушкин

Актуальность темы

Экспериментальная физика имеет огромное значение в развитии науки. Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать. Никто не будет спорить с тем, что эксперимент - это мощный импульс к пониманию сущности явлений в природе.

В наше время остро стоит вопрос о передаче энергии на расстояние, в частности передача энергии беспроводным способом. Здесь можно вспомнить идеи великого ученого Николы Тесла, который занимался этими вопросами еще в 1900х годах и добился внушительного успеха, построив свой знаменитый резонансный трансформатор - катушку Тесла. Вот и я решил разобраться в этом вопросе самостоятельно, попытавшись повторить эти эксперименты.

Цели исследовательской работы

Собрать действующие катушки Тесла по транзисторной технологии (Class-E SSTC) и по ламповой технологии (VTTC)

Пронаблюдать образование различных видов разрядов и выяснить, насколько они опасны.

Передать энергию беспроводным способом, при помощи катушки Тесла

Изучить свойства электромагнитного поля, генерируемого катушкой Тесла

Изучить практическое применение катушки Тесла

Предмет исследования

Две катушки Тесла, собранные по разным технологиям, поля и разряды, генерируемые этими катушками.

Методы исследования:

Эмпирические: наблюдение высокочастотных электрических разрядов, исследование, эксперимент.

Теоретические: конструирование катушки Тесла, анализ литературы и возможных электрических схем сборки катушки.

Этапы исследования

Теоретическая часть. Изучение литературы по проблеме исследования.

Практическая часть. Изготовление трансформаторов Тесла и проведение опытов с построенным оборудованием.

Теоретическая часть

Изобретения Николы Тесла

Никола Тесла - изобретатель в области электротехники и радиотехники, инженер, физик. Родился и вырос в Австро-Венгрии, в последующие годы в основном работал во Франции и США.

Также он известен как сторонник существования эфира: известны многочисленные его опыты и эксперименты, целью которых было показать наличие эфира как особой формы материи, поддающейся использованию в технике. Именем Н. Тесла названа единица измерения плотности магнитного потока. Современники-биографы считали Тесла «человеком, который изобрёл XX век» и «святым заступником» современного электричества. Ранние работы Тесла проложили путь современной электротехнике, его открытия раннего периода имели инновационное значение.

В феврале 1882 года Тесла придумал, как можно было бы использовать в электродвигателе явление, позже получившее название вращающегося магнитного поля. В свободное время Тесла работал над изготовлением модели асинхронного электродвигателя, а в 1883 году демонстрировал работу двигателя в мэрии Страсбурга.

В 1885 году Никола представил 24 разновидности машины Эдисона, новый коммутатор и регулятор, значительно улучшающие эксплуатационные характеристики.

В 1888-1895 годах Тесла занимался исследованиями магнитных полей и высоких частот в своей лаборатории. Эти годы были наиболее плодотворными, именно тогда он запатентовал большинство своих изобретений.

В конце 1896 года Тесла добился передачи радиосигнала на расстояние 48 км.

В Колорадо Спрингс Тесла организовал небольшую лабораторию. Для изучения гроз Тесла сконструировал специальное устройство, представляющее собой трансформатор, один конец первичной обмотки которого был заземлён, а второй соединялся с металлическим шаром на выдвигающемся вверх стержне. К вторичной обмотке подключалось чувствительное самонастраивающееся устройство, соединённое с записывающим прибором. Это устройство позволило Николе Тесле изучать изменения потенциала Земли, в том числе и эффект стоячих электромагнитных волн, вызванный грозовыми разрядами в земной атмосфере. Наблюдения навели изобретателя на мысль о возможности передачи электроэнергии без проводов на большие расстояния.

Следующий эксперимент Тесла направил на исследование возможности самостоятельного создания стоячей электромагнитной волны. На огромное основание трансформатора были намотаны витки первичной обмотки. Вторичная обмотка соединялась с 60-метровой мачтой и заканчивалась медным шаром метрового диаметра. При пропускании через первичную катушку переменного напряжения в несколько тысяч вольт во вторичной катушке возникал ток с напряжением в несколько миллионов вольт и частотой до 150 тысяч герц.

При проведении эксперимента были зафиксированы грозоподобные разряды, исходящие от металлического шара. Длина некоторых разрядов достигала почти 4,5 метров, а гром был слышен на расстоянии до 24 км.

На основании эксперимента Тесла сделал вывод о том, что устройство позволило ему генерировать стоячие волны, которые сферически распространялись от передатчика, а затем с возрастающей интенсивностью сходились в диаметрально противоположной точке земного шара, где-то около островов Амстердам и Сен-Поль в Индийском океане.

В 1917 году Тесла предложил принцип действия устройства для радиообнаружения подводных лодок.

Одним из его самых знаменитых изобретений является трансформатор (катушка) Тесла.

Трансформатор Тесла, также катушка Тесла - устройство, изобретённое Николой Тесла и носящее его имя. Является резонансным трансформатором, производящим высокое напряжение высокой частоты. Прибор был запатентован 22 сентября 1896 года как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала».

Простейший трансформатор Тесла состоит из двух катушек - первичной и вторичной, а также разрядника, конденсаторов, тороида и терминала.

Первичная катушка обычно содержит несколько витков провода большого диаметра или медной трубки, а вторичная около 1000 витков провода меньшего диаметра. Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур, в который включён нелинейный элемент - разрядник.

Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора главным образом выполняют ёмкость тороида и собственная межвитковая ёмкость самой катушки. Вторичную обмотку часто покрывают слоем эпоксидной смолы или лака для предотвращения электрического пробоя.

Таким образом, трансформатор Тесла представляет собой два связанных колебательных контура, что и определяет его замечательные свойства и является главным его отличием от обычных трансформаторов.

После достижения между электродами разрядника напряжения пробоя, в нём возникает лавинообразный электрический пробой газа. Конденсатор разряжается через разрядник на катушку. Поэтому цепь колебательного контура, состоящего из первичной катушки и конденсатора, остаётся замкнутой через разрядник, и в ней возникают высокочастотные колебания. Во вторичной цепи возникают резонансные колебания, что приводит к появлению на терминале высокого напряжения.

Во всех типах трансформаторов Тесла основной элемент трансформатора - первичный и вторичный контуры - остается неизменным. Однако одна из его частей - генератор высокочастотных колебаний может иметь различную конструкцию.

Практическая часть

Катушка Тесла (Class-E SSTC)

Резонансный трансформатор состоит из двух катушек, у которых нет общего железного сердечника, - это нужно для создания низкого коэффициента связи. На первичной обмотке находится несколько витков толстого провода. На вторичную обмотку наматывают от 500 до 1500 витков. За счет такой конструкции катушка Тесла обладает таким коэффициентом трансформации, который в 10-50 раз больше, чем отношение количества витков на вторичной обмотке к количеству витков на первичной. При этом должно соблюдаться условие возникновения резонанса между первичным и вторичным колебательными контурами. Напряжение на выходе такого трансформатора может превышать несколько миллионов Вольт. Именно это обстоятельство и обеспечивает возникновение зрелищных разрядов, длина которых может достигать сразу нескольких метров. В Интернете можно найти разные варианты изготовления источников высокой частоты и напряжения. Я выбрал одну из схем.

Установку я собирал сам на основе вышеуказанной схемы (Рис. 1). Катушка, намотанная на каркасе от пластмассовой (сантехнической) трубы с диаметром 80 мм. Первичная обмотка содержит всего 7 витков, провод диаметром 1 мм, был использован одножильный медный провод МГТФ. Вторичная обмотка содержит около 1000 витков обмоточного провода диаметром 0,15 мм. Вторичная обмотка мотается аккуратно, виток к витку. В результате получилось устройство производящее высокое напряжение при высокой частоте (рис. 2).

Большая катушка Тесла (VTTC)

Эта катушка собрана на базе генераторного пентода гу-81м по автогенераторной схеме, т.е. с самовозбуждением тока сетки лампы.

Как видно по схеме (рис. 3), лампа подключена как триод, т.е. все сетки объединены между собой. Конденсатор C1 и диод VD1 образуют однополупериодный удвоитель. Резистор R1 и конденсатор C3 нужны для регулировки режима работы лампы. Катушка L2 нужна для возбуждения тока сетки. Первичный колебательный контур образуется из конденсатора C2 и катушки L1. Вторичный колебательный контур образован катушкой L3 и ее собственной межвитковой емкостью. Первичная обмотка на каркасе диаметром 16 см содержит 40 витков с отводами от 30, 32, 34, 36 и 38 витков, для подстройки резонанса. Вторичная обмотка содержит около 900 витков на каркасе диаметром 11 см. Сверху вторичной обмотки находится тороид, - он необходим для накопления электрических зарядов.

Обе этих установки (Рис. 2 и Рис. 3) предназначены для демонстрации высокочастотных токов высокого напряжения и способов их создания. Также катушки могут быть использованы для беспроводной передачи электрического тока. В ходе работы я продемонстрирую действие и возможности изготовленных мною катушек Тесла.

Экспериментальные опыты применения катушки Тесла

С готовой катушкой Тесла можно провести ряд интересных опытов, однако необходимо соблюдать правила безопасности. Для проведения опытов должна быть очень надежная проводка, вблизи катушки не должно быть предметов, должна быть возможность аварийно обесточить оборудование.

Во время работы катушка Тесла создаёт красивые эффекты, связанные с образованием различных видов газовых разрядов. Обычно люди собирают эти катушки для того, чтобы посмотреть на эти впечатляющие, красивые явления.

Катушка Тесла может создавать несколько видов разрядов:

Спарки - это искровые разряды между катушкой, и каким либо предметом, производит характерный хлопок, из-за резкого расширения газового канала, как при природной молнии, но в меньшем масштабе.

Стримеры - тускло светящиеся тонкие разветвленные каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщепленные от них свободные электроны. Протекает от терминала катушки прямо в воздух, не уходя в землю. Стример - это видимая ионизация воздуха. Т.е. свечение ионов, которые образует высокое напряжение трансформатора.

Коронный разряд - свечение ионов воздуха в электрическом поле высокого напряжения. Создаёт красивое голубоватое свечение вокруг высоковольтных частей конструкции с сильной кривизной поверхности.

Дуговой разряд - образуется при достаточной мощности трансформатора, если к его терминалу близко поднести заземлённый предмет. Между ним и терминалом загорается дуга.

Некоторые химические вещества, нанесённые на разрядный терминал, способны менять цвет разряда. Например, натрий меняет голубоватый цвет разряда на оранжевый, бор - на зелёный, марганец - на синий, а литий - на малиновый окрас.

При помощи данных катушек можно провести ряд довольно интересных, красивых и эффектных экспериментов. Итак, начнем:

Опыт 1: Демонстрация газовых разрядов. Стример, спарк, дуговой разряд

Оборудование: катушка Тесла, толстая медная проволока.

Рис. 4 Рис. 5

При включении катушки, с терминала начинает выходить разряд, который в длину 5-7 мм

Опыт 2: Демонстрация разряда в люминесцентной лампе

Оборудование: катушка Тесла, люминесцентная лампа (лампа дневного света).

Наблюдается свечение в люминесцентной лампе на расстоянии до 1 м. от установки.

Опыт 3: Эксперимент с бумагой

Оборудование: катушка Тесла, бумага.

При внесении бумаги в разряд, стример быстро охватывает ее поверхность и через несколько секунд бумага загорается

Опыт 4: «Дерево» из плазмы

Оборудование: катушка Тесла, тонкий многожильный провод.

Разветвляем жилы у заранее зачищенного от изоляции провода, и, прикручиваем к терминалу, в результате получаем «дерево» из плазмы.

Опыт 5: Демонстрация газовых разрядов на большой катушке Тесла. Стример, спарк, дуговой разряд

При включении катушки, с терминала начинает выходить разряд, который в длину 45-50см, при поднесении предмета к тороиду - загорается дуга.

Опыт 6: Разряды в руку

Оборудование: большая катушка Тесла, рука.

При поднесении руки к стримеру разряды начинают бить в руку, не причиняя боль

Опыт 7: Демонстрация газовых разрядов из предмета, находящегося в поле катушки Тесла.

Оборудование: большая катушка Тесла, толстая медная проволока.

При внесении медной проволоки в поле катушки Тесла (с убранным терминалом), происходит появление разряда из проволоки в сторону тороида.

Опыт 8: Демонстрация разряда в шаре, наполненного разреженным газом, в поле катушки Тесла

Оборудование: большая катушка Тесла, шар наполненный разреженным газом.

При внесении шара в поле катушки Тесла загорается разряд внутри шара.

Опыт 9: Демонстрация разряда в неоновых и люминисцентных лампах.

Оборудование: большая катушка Тесла, неоновые и люминисцентные лампы.

При внесении лампы в поле катушки Тесла загорается разряд внутри неоновых и люминисцентных ламп на расстоянии до 1,5 м.

Опыт 10: Разряды из руки.

Оборудование: большая катушка Тесла, рука с напальчниками из фольги.

При внесении руки в поле катушки Тесла (с убранным терминалом), происходит появление разряда с напальчников в сторону тороида.

Заключение

Все поставленные цели выполнены. Я построил 2 катушки и на их примере доказал следующие гипотезы:

Катушка Тесла может генерировать реальные электрические разряды различных видов.

Разряды, создаваемые катушкой тесла, безопасны для человека и не могут нанести ему урон путем удара электрическим током. К выходной катушке высокого напряжения можно даже прикоснуться куском металла или рукой. Почему при прикосновении к источнику напряжения 1 000 000 В высокой частоты с человеком ничего не случается? Потому что при протекании тока высокой частоты наблюдается так называемый скин-эффект, т.е. заряды текут только по краям проводника, не трогая сердцевину.

Ток протекает по коже, и не касается внутренних органов. Именно поэтому можно безопасно касаться этих молний.

Катушка Тесла может передавать энергию без проводов путем создания электромагнитного поля.

Энергия этого поля может передаваться как на любые предметы в этом поле, от разреженных газов, до человека.

Современное применение идей Николы Тесла

Переменный ток является основным способом передачи электроэнергии на большие расстояния.

Электрогенераторы являются основными элементами в генерации электроэнергии на электростанциях турбинного типа (ГЭС, АЭС, ТЭС).

Электродвигатели переменного тока, впервые созданные Николой Тесла, используются во всех современных станках, электропоездах, электромобилях, трамваях, троллейбусах.

Радиоуправляемая робототехника получила широкое распространение не только в детских игрушках и беспроводных телевизионных и компьютерных устройствах (пульты управления), но и в военной сфере, в гражданской сфере, в вопросах военной, гражданской и внутренней, а также и внешней безопасности стран и т.п.

Беспроводные заряжающие устройства уже используются для зарядки мобильных телефонов.

Переменный ток, впервые полученный Тесла, является основным способом передачи электроэнергии на большие расстояния

Использование в развлекательных целях и шоу.

В фильмах эпизоды строятся на демонстрации трансформатора Тесла, в компьютерных играх.

В начале XX века трансформатор Тесла также нашёл популярное использование в медицине. Пациентов обрабатывали слабыми высокочастотными токами, которые протекая по тонкому слою поверхности кожи, не причиняли вреда внутренним органам, оказывая при этом «тонизирующее» и «оздоравливающее» влияние.

Он используется для поджига газоразрядных ламп и для поиска течей в вакуумных системах.

Ошибочно мнение, что катушки Тесла не имеют широкого практического применения. Основное их использование приходится на развлекательно-медийную сферу развлечений и шоу. При этом сами катушки или устройства, использующие принципы работы катушек, довольно распространены в нашей жизни, о чем свидетельствуют вышеприведенные примеры.

Библиографическая ссылка

Кошкин А.А. КАТУШКА ТЕСЛА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЕЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ // Международный школьный научный вестник. – 2018. – № 1. – С. 125-133;
URL: http://school-herald.ru/ru/article/view?id=530 (дата обращения: 30.01.2020).

Трансформатор, увеличивающий напряжение и частоту во много раз, называется трансформатором Тесла. Энергосберегающие и люминесцентные лампы, кинескопы старых телевизоров, зарядка аккумуляторов на расстоянии и многое другое создано благодаря принципу работы этого устройства. Не будем исключать его использование в развлекательных целях, ведь «трансформатор Тесла» способен создавать красивые фиолетовые разряды – стримеры, напоминающие молнию (рис. 1). В процессе работы образуется электромагнитное поле, способное воздействовать на электронные приборы и даже на организм человека, а при разрядах в воздухе происходит химический процесс с выделением озона. Чтобы сделать трансформатор Тесла своими руками, необязательно иметь широкие познания в области электроники, достаточно следовать этой статье.

Составные части и принцип работы

Все трансформаторы Тесла ввиду похожего принципа работы состоят из одинаковых блоков:

  1. Источник питания.
  2. Первичный контур.

Источник питания обеспечивает первичный контур напряжением необходимой величины и типа. Первичный контур создаёт колебания высокой частоты, генерирующие во вторичном контуре резонансные колебания. В результате на вторичной обмотке образуется ток большого напряжения и частоты, который стремится создать электрическую цепь через воздух - образуется стример.

От выбора первичного контура зависит тип катушки Тесла, источник питания и размер стримера. Остановимся на полупроводником типе. Он отличается простой схемой с доступными деталями, и маленьким питающим напряжением.

Подбор материалов и деталей

Произведём поиск и подбор деталей к каждому вышеперечисленному узлу конструкции:


После намотки изолируем вторичную катушку краской, лаком или другим диэлектриком. Это предотвратит попадание в неё стримера.

Терминал – дополнительная ёмкость вторичного контура, подключённая последовательно. При малых стримерах в нем нет необходимости. Достаточно вывести конец катушки на 0,5–5 см вверх.

После того, как собрали все необходимые детали для катушки Тесла, приступаем к сборке конструкции своими руками.

Конструкция и сборка

Сборку делаем по простейшей схеме на рисунке 4.

Отдельно устанавливаем источник питания. Детали можно собрать навесным монтажом, главное исключить замыкание между контактами.

При подключении транзистора важно не перепутать контакты (рис. 5).

Для этого сверяемся со схемой. Плотно прикручиваем радиатор к корпусу транзистора.

Собирайте схему на диэлектрической подложке: кусок фанеры, пластиковый поднос, деревянная коробка и др. Отделяем схему от катушек диэлектрической пластиной или доской, с миниатюрным отверстием для проводов.

Закрепляем первичную обмотку так, чтобы предотвратить падение и касание со вторичной обмоткой. В центре первичной обмотки оставляем место для вторичной катушки, с учётом того, что оптимальное расстояние между ними 1 см. Каркас использовать необязательно – достаточно надёжного крепления.

Устанавливаем и закрепляем вторичную обмотку. Делаем необходимые соединения согласно схеме. Посмотреть на работу изготовленного трансформатора Тесла можно на видео представленном ниже.

Включение, проверка и регулировка

Перед включением уберите электронные устройства подальше от места испытания, чтобы исключить их поломку. Помните об электробезопасности! Для успешного запуска по порядку выполняем следующие пункты:

  1. Выставляем переменный резистор в среднее положение. При подаче питания, убеждаемся в отсутствии повреждений.
  2. Визуально проверяем наличие стримера. Если он отсутствует, подносим к вторичной катушке люминесцентную лампочку или лампу накаливания. Свечение лампы подтверждает работоспособность «трансформатора Тесла» и наличие электромагнитного поля.
  3. Если устройство не работает, в первую очередь меняем местами выводы первичной катушки, а уже потом проверяем транзистор на пробой.
  4. При первом включении следите за температурой транзистора, при необходимости подключите дополнительное охлаждение.

Отличительной особенностью мощного трансформатора Тесла являются большое напряжение, большие габариты устройства и способ получения резонансных колебаний. Немного расскажем о том, как работает и как сделать трансформатор Тесла искрового типа.

Первичный контур работает на переменном напряжении. При включении, происходит заряд конденсатора. Как только конденсатор заряжается по максимуму, происходит пробой разрядника – устройства из двух проводников с искровым промежутком, наполненным воздухом или газом. После пробоя, образуется последовательная цепь из конденсатора и первичной катушки, называемая LC контуром. Именно этот контур создаёт высокочастотные колебания, которые создают во вторичной цепи резонансные колебания и огромное напряжение (рис. 6).

При наличии необходимых деталей, мощный трансформатор Тесла можно собрать своими руками даже в домашних условиях. Для этого достаточно внести изменения в маломощную схему:

  1. Увеличить диаметры катушек и сечение провода в 1,1 – 2,5 раза.
  2. Добавить терминал в форме тороида.
  3. Поменять источник постоянного напряжения на переменный с высоким повышающим коэффициентом, выдающим напряжение 3–5 кВ.
  4. Изменить первичный контур согласно схеме на рисунке 6.
  5. Добавить надёжное заземление.

Искровые трансформаторы Тесла могут достигать мощности до 4,5 кВт, следовательно, создавать стримеры больших размеров. Наилучший эффект получается при достижении одинаковых показателей частоты обоих контуров. Реализовать это можно расчётом деталей в специальных программах – vsTesla, inca и другие. Скачать одну из русскоязычных программ можно по ссылке: http://ntesla.at.ua/_fr/1/6977608.zip .

Трансформатор Тесла своими руками

Наша рабочая модель самодельного трансформатора Тесла в действии

1. Описание: катушки Тесла- это простейший трансформатор, состоящий из двух катушек без общего сердечника. Первичная обмотка (первичка) имеет несколько (3-10) витков толстого провода. Вторичная (высоковольтная) обмотка содержит намного больше витков, порядка 1000. Трансформатор Тесла обладает коэффициентом трансформации в 10-50 раз выше отношения числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной. Выходное напряжение трансформатора Тесла может достигать нескольких миллионов вольт. Это напряжение в резонансной частоте способно создавать внушительные электрические разряды в воздухе, которые могут иметь значительную длину, в зависимости от мощности конечно.

применение простейшей катушки Тесла в быту.

2. Изобретение: «Трансформатор Тесла» в том виде, который нам известен, стал итогом одного из экспериментов в Колорадо-Спрингс (США) проходивших в далёком 1899 году. Предвестником изобретения стало открытие, сделанное Николой Тесла в 1888 году явления вращающегося магнитного поля и строительство электрогенератора высокой и сверхвысокой частот. В 1891 году учёный создаёт резонансный трансформатор, позволяющий получать высокочастотное напряжение с амплитудой до нескольких миллионов вольт. В своих изысканий Никола Тесла доказал возможность создания стоячей электромагнитной волны. Само изобретение наружу кажется очень простым и незамысловатым, в действительности самое сложное в трансформаторе Тесла, — это цепь питания для первичной обмотки трансформатора.

3. Эксперимент: работая с гигантской катушкой, Тесла дошёл до строительства целой башни высотой в несколько десятков метров, которую венчала большая медная полусфера, и при включении установки возникали искровые разряды длиной до сорока метров. Молнии сопровождались громовыми раскатами, слышимыми за 24 километра. Вокруг самой башни, во время её работы, пылал огромный световой шар. Идущие по улице, люди испуганно шарахались с ужасом наблюдая, как между их ногами и землёй проскакивают искры. Лошади получали электрошоковые удары через железные подковы. На многих, в том числе значительно удалённых, металлических предметах возникали синие ореолы – «огни святого Эльма».

Башня Ворденклиф при лаборатории Николы Тесла 1901-1917- первая беспроводная телекоммуникационная башня

Человек, устроивший всю эту электрическую фантасмагорию в 1899 году из своей лаборатории в Колорадо-Спрингс, вовсе не собирался пугать людей. Его цель была иной, и она была достигнута: за двадцать пять миль от башни под аплодисменты наблюдателей разом загорелись 200 электрических лампочек. Электрический заряд был передан без всяких проводов.

4. Как сделать простейшую катушку Тесла: Берём любой источник высокого напряжения (МИНИМУМ 1.5кВ и вообще привыкайте, что теперь вольтов не существует, есть только кВ, а 1.5кВ так же мало, как 1.5В в обычной жизни) лучше брать не меньше 5 кВ, его подключаем к любому конденсатору на нужное напряжение (если ёмкость слишком большая, то нужен будет ещё и диодный мост, но для начала лучше экспериментировать с малыми емкостями).

Затем через искровой промежуток — два провода, смотанные изолентой, так что их оголённые концы смотрят в одну сторону (подгибая проволоку провода регулируем зазор, настроенный на пробой при напряжении чуть выше напряжения источника, ток-то переменный, так что в пике напряжение выше номинального), подключаете это дело к первичной обмотке катушки (для наших параметров лучше брать 5-6 витков). Для вторичной обмотки достаточно будет 150 витков (можно намотать на обычную картонную трубку) и, если Вы всё сделали правильно, то получите разряд в 1см если приблизить выводы катушки и довольно заметную корону, если их развести. Да, не забудьте один нижний вывод вторичной обмотки хорошенько заземлить.

Простейший трансформатор Тесла в работе. Для его создания понадобился высоковольтный источник питания.

Цель данной статьи- показать как своими руками можно сделать настоящую трансформатор (катушку) Тесла с нуля. Итак, начнём!

5. Требования к оборудованию: для Теслы, которую не стыдно показать, уже нужно попотеть.

а) Входное напряжение нужно МИНИМУМ 6кВ, иначе искровик стабильно работать не будет (настройка будет сбиваться).
б) Искровик должен быть из масивных кусков меди, желательна их честкая фиксация в нужном положении.
в) Мощность на входе не ниже 50Вт, но лучше 100+.
г) Конденсатор и первичная обмотка должны образовывать колебательный контур, попадающий в резонанс со вторичной обмоткой. Вторичная обмотка может иметь много кратных резонансов (например, в нашей схеме резонирует на 200, 400, 800 и 1200кГц, почему так — не знаю, но это проверено экспериментально на точном оборудовании), причём одни сильнее, а другие слабее (первый не обязательно самый сильный) и они зависят от расположения первичной обмотки. Как определить эти частоты без генератора частот не знаю — придётся использовать метод «научного тыка”, перематывая первичную обмотку и меняя ёмкость конденсатора.
д) Ещё потребуется либо относительно маленькая ёмкость конденсатора (чтобы он до большого напряжения переменным током заряжался), либо диодный мост выпрямления тока (с мостом мне как-то спокойнее — можно любую ёмкость подключать, но там нужен резистор для её разрядки, после выключения питания либо в ручную его закорачивать, а то он ОЧЕНЬ больно бьёт током).
е) Первичная обмотка должна быть хорошо заизолирована от вторичной, иначе пробьёт на неё. Вторичная обмотка также должна иметь хорошую межвитковую изоляцию, иначе из каждой царапины на лаке будет идти корона, либо вообще вся катушка будет светиться.

А теперь поговорим о том, как создать катушку, подобную той, что изображена на самом верху!

6.СХЕМА ТРАНСФОРМАТОРА ТЕСЛА

Принципиальная схема трансформатора Тесла, по которой собрана наша катушка.

Как Вы видите, в данной схеме минимум элементов, что нисколько не облегчает нашу задачу. Ведь чтобы она работала необходимо её не только собрать, но и настроить! Начнём по-порядку.

7. Принципы безопасности:

Прежде чем начинать какую либо практическую работу связанную с электричеством, очень важно для себя оценить всю его опасность и предупредить возможные риски. Помните, что смертельный ток для человека это жалкие 0,1 Ампера, а неотпускающий – переменный ток, который за счет периодических импульсов вызывает прилипание человека к источнику тока, возникает при силе от 0,025 ампер;

Помните про опасность при работе с электричеством!

При попадании под электрическое напряжение пострадавший всегда получает шок, а вот его последствия могут быть различными: от судорог пальцев конечностей и их дрожи, от неприятных ощущений нагревания и жжения до остановки дыхания и фибрилляции сердца (бессистемного сокращения) и полной его остановки. В последнем случае кровь перестает перемещаться по сосудам, отчего человек умирает. Кроме того, электрический ток является опасным для человека, поскольку при определенных значениях его силы создается эффект прилипания к оголенным проводам из-за чрезмерного стимулирования электричеством нервных волокон. Одной из причин смерти от удара током может стать механическая травма в результате непроизвольного сокращения мышц. Может наступить потеря зрения из-за воздействия на сетчатку глаза образовавшейся электрической дуги. И, если вы не обладаете должным практическим навыком работы, то потренируйтесь сначала на более простых вещах, прежде чем начинать подобный этому большой проект.

8. Схема питания трансформатора Тесла:

8.1. МОТЫ: такой трансформатор есть в микроволновке. Представляет собой обычный силовой трансформатор с одной лишь разницей, что его сердечник работает в режиме, близком к насыщению. Это означает, что несмотря на малые размеры, он имеет мощность до 1,5 кВт. Однако, есть и отрицательные стороны у такого режима работы. Это и большой ток холостого хода, около 2-4 А, и сильный нагрев даже без нагрузки, про нагрев с нагрузкой я молчу. Обычное выходное напряжение у МОТа — 2000-2200 вольт при силе тока 500-850 мА.

МОТ — силовой трансформатор.

У всех МОТов первичка намотана внизу, вторичка сверху. Делается это для хорошей изоляции обмоток. На вторичке, а иногда и на первичке намотана накальная обмотка магнетрона, около 3,6 вольт. Причём между обмотками можно заметить две металлические перемычки. Это — магнитные шунты. Основное их назначение — замкнуть на себя часть создаваемого первичкой магнитного потока и таким образом ограничить магнитный поток через вторичку и её выходной ток на некотором уровне. Делается это из-за того, что при отсутствии шунтов при коротком замыкании во вторичке (при дуге) ток через первичку многократно возрастает и ограничивается лишь её сопротивлением, которое и так очень мало.

Таким образом, шунты не дают трансу быстро перегреться при подключенной нагрузке. Хотя МОТ и греется, но в печке ставят вентилятор для его охлаждения и он не сдыхает. Если же шунты удалить, то мощность, отдаваемая трансом, повышается, но перегрев происходит гораздо быстрее. Шунты у импортных МОТов обычно хорошо залиты эпоксидкой и их не так просто удалить. Но сделать это всё-же желательно, уменьшится просадка под нагрузкой. Для уменьшения нагрева могу посоветовать погрузить МОТ в масло, но сделать это таким образом, чтобы масло в случае перегрева или даже возгорания не могло причинить вреда.

Батарея из трансформаторов МОТ для питания нашей катушки Тесла

Мы использовали батарею из четырёх МОТов, собранную аналогичным нашей схеме. Помните. что напряжение на вторичной обмотке многократно превышает сетевое и смертельно опасно, опасайтесь дуговых разрядов и не работайте без снятия напряжения!

8.2. Конденсаторный блок — Капы: Под Капами подразумеваются высоковольтные керамические конденсаторы (серий К15У1, К15У2, ТГК, КТК, К15-11, К15-14 -для установок высокой частоты!) Самое сложное в капах- это найти их.

Капы -высоковольтный конденсаторный блок

8.3. Фильтр от ВЧ: соответственно две катушки, выполняющие функцию фильтров от напряжения высокой частоты. В каждой 140 витков медного лакированного провода 0.5 мм в диаметре.

Фильтр высокой частоты и конденсаторный блок

Фильтр ВЧ и КАПы- конденсаторный блок для питания Теслы

8.4. Искровик: Искровик нужен для коммутации питания и возбуждения колебаний в контуре. Если в схеме не будет искровика, то питание будет, а колебаний нет. А еще блок питания начинает сифонить через первичку — а это короткое замыкание! Пока искровик не замкнут — капы заряжаются. Как только замыкается — начинаются колебания. Поэтому ставят балласт в виде дросселей — когда искровик замкнут дроссель мешает течь току от блока питания заряжается сам, а потом, когда разрядник разомкнется, заряжает капы с удвоенной злостью. И да, если бы в розетке было 200 кГц, разрядник естественно был бы не нужен.

Искровик для возбуждения колебаний в контуре катушки Тесла

Искровик для возбуждения колебаний в цепи питания катушки Тесла

8.5. Тор и катушка Тесла: Наконец-то очередь дошла и до самого трансформатора Тесла. Первичная обмотка катушки Тесла состоит из 7-9 витков провода очень большого сечения, впрочем подойдёт сантехническая медная трубка. Вторичная обмотка содержит от 400 до 800 витков, тут нужно подстраиваться. На первичную обмотку подаётся питание. У вторички один вывод надёжно заземлён, второй присоединён к ТОРУ (излучатель молний) . Тор, своеобразный токопроводящий бублик можно изготовить из обычной вентиляционной гофры.

Намотка катушки Тесла трудоёмкое и медитативное занятие

катушка Тесла перед сборкой

8.6. Небольшое видео про нашу самодельную катушку Тесла:

9. Практическое применение. Трансформатор использовался Теслой для генерации и распространения электрических колебаний, направленных на управление устройствами на расстоянии без проводов (радиоуправление) , беспроводной передачи данных (радио) и беспроводной передачи энергии. В начале XX века трансформатор Тесла также нашёл популярное использование в медицине. Пациентов обрабатывали слабыми высокочастотными токами, которые протекая по тонкому слою поверхности кожи не причиняли вреда внутренним органам (см. : скин-эффект, Дарсонвализация) , оказывая при этом «тонизирующее» и «оздоравливающее» влияние. Похожая на этот трансформатор схема используется в системах зажигания двигателей внутреннего сгорания, но там она низкочастотная.

В наши дни трансформатор Тесла не имеет широкого практического применения. Он изготовляется многими любителями высоковольтной техники и сопровождающих её работу эффектов. Также он иногда используется для поджига газоразрядных (в том числе неисправных) ламп и для поиска течей в вакуумных системах. Есть теория, что его использовали для создания радиопомех.

Некоторые создают аттракционы, другие светильники и фокусы. один чудак и вовсе умудрился создать новогоднюю ёлку. Цвета у него получились благодаря нанесению разных веществ на излучатель. Например если нанести раствор какой нибудь борной кислоты, то будет корона зеленая. Если марганца,то вроде ярко синяя, если лития, то малиновый. Так что, катушка Тесла в руках современного человека превратилась в игрушку и только.

Применение катушки Тесла

Это должно изображать сигнализацию. Хотя совершенно очевидно, что такая близость может оказаться фатальной для электрооборудования автомобиля =)

У меня есть своя идея по применению трансформатора Тесла, но об этом в другой раз. 🙂

________________________________________________________________________

П.С. Выражаю благодарность создателю нашей катушки Тесла,

Ларионову А.

за предоставленные материалы!

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.
В конструкции не использован МОТ трансформатор (почти во всех схемах трансформатора Теслы, именно МОТ служит источником питания), пришлось также создать отдельную схему преобразователя, но обо всем по порядку.

Основные части:
1) Блок питания
2) Преобразователь напряжения и высоковольтная цепь

Блок питания

Для питания такой схемы нужен достаточно мощный блок питания. К счастью, уже имелся готовый блок питания на 500 Ватт. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора 14 Вольт, при токе в 20 Ампер. Для запитки устройства не желательно использовать импульсные источники питания.

Диодный выпрямитель использован готовый, хотя можно собрать мост из мощных отечественных диодов серии КД2010, укрепленных на теплоотвод. Для сглаживания помех использован конденсатор на 25 Вольт 2200 микрофарад (этого хватит, поскольку на схеме преобразователя уже есть конденсатор на 4700 микрофарад и дроссель для сглаживания высокочастотных помех). Подойдут похожие трансформаторы от 300 до 600-700 Ватт.

Преобразователь и высоковольтная цепь

Увидев схему преобразователя, многие зададут себе вопрос - зачем умощнять однотактный преобразователь, если можно сделать двухтактный? Вопрос конечно к месту, если бы не одно но! Дело в том, что в интернете нигде ранее не опубликованы варианты умощнения обратноходовых преобразователей, вот и было решено совместить этот вариант и найти устройству практическое применение. В итоге был собран высококачественный преобразователь с мощностью порядка 180-200 ватт и более.
Сердцем преобразователя является генератор импульсов, построенный на ШИМ контролере серииUC3845, ранее уже были предложены версии преобразователей на этой микросхеме (), но как правило стандартная схема обладала мощностью 80 ватт на пиках, и вот после недолгих экспериментов, был разработан нижеприведенный вариант.

Предварительно сигнал от микросхемы усиливается каскадом на комплементарной паре, которая построена на отечественных транзисторах серии КТ 816/817, это необходимо, поскольку начальный уровень сигнала иногда недостаточен для срабатывания полевых транзисторов. В схеме использовались три полевика серии IRL3705, при таком мощном источнике, на транзисторах рассеивается большая мощность, поэтому их нужно укрепить на теплоотводы и дополнить кулерами от компьютерных блоков питания. Частота работы преобразователя 60 килогерц, его можно изменить играя с емкостью конденсатора 4.7нФ и подбором сопротивления резистора 6.8 кОм на схеме, уменьшая емкость и увеличивая сопротивление резистора, можно увеличить частоту преобразователя, при обратном процессе, частота работы преобразователь уменьшается.

В качестве повышающего трансформатора удобно использовать трансформатор строчной развертки от отечественных телевизоров, для получения максимальной мощности желательно использовать два строчника, высоковольтные обмотки которых, нужно соединить последовательно.

Первичная обмотка мотается на свободной стороне П-образного феррита и содержит 4-5 витков провода 3мм, для удобства намотки можно использовать несколько жил, или же многожильный провод в силиконовой или резиновой изоляции, как в данном случае. Использовать самодельные трансформаторы не желательно, поскольку они редко способны выдержать такую мощность.
Дуга на выходе высоковольтной обмотки трансформатора имеет достаточно большую силу тока, поэтому для его выпрямления использовались 4 диода серии КЦ106.

Предварительно, диоды по 2 штуки соединены параллельно, затем блоки из двух параллельно соединенных диодов соединены последовательным образом.

В накопительной части использован конденсатор на 5 киловольт с емкостью 1 микрофарад, можно использовать также блок конденсаторов, емкость и напряжение не критично и можно отклонится от указанного номинала на 10 - 15%

Искровый разрядник, или просто искровик - предназначен для разряжения емкости конденсатора на первичную обмотку катушки, его можно сделать из двух болтов, или же применить готовых вакуумный разрядник фирмы ЭПОКС с напряжением пробоя 3 – 3.5 кВ на 5 -10 ампер. Самодельный искровик из болтов удобен тем, что зазор, а следовательно и частоту разрядов можно регулировать.

Катушка намотана на каркасе от канализационной трубы с диаметром 12 см, высота 50 - 65 см, подойдут также близкие по параметрам пластмассовые трубы. ВАЖНО! Не использовать трубы из металлопластмассы. Первичная обмотка содержит всего 5 витков, провод с диаметром 3-5 мм, был использован одножильный алюминиевый провод в резиновой изоляции. Расстояние между витками 2 см.

Вторичная обмотка содержит 700-900 витков провода 0.5-0.7 мм. Вторичная обмотка мотается аккуратно, виток к витку, при ручной намотке процесс отнимает 5 часов, поэтому удобно использовать намоточный станок (хотя в моем случае катушка моталась вручную). При передышке, нужно приклеить последний виток к каркасу.

Возможности

Катушка Теслы - это демонстрационный генератор высокочастотных токов высокого напряжения. Устройство может быть использовано для беспроводной передачи электрического тока, на большие расстояния. В дальнейшем устройство будет переделано, в частности будет перемотан, точнее изменен первичный контур, если есть возможность желательно использовать медную трубу, таким образом мощность катушки резко возрастет.

Опыты с катушкой теслы

С готовой катушкой можно провести ряд интересных опытов, конечно при этом нужно соблюдать все правила безопасности.

Опыт 1. Нужен медный провод с диаметром 0.2 – 0.8 мм, который нужно намотать на каркас от широкого прозрачного скотча, или же на литровую банку. Контур содержит 15-20 витков, после чего каркас вынимаем, а витки контура закрепляем друг к другу при помощи ниток или скотча. Затем берите обычный светодиод (желательно белый или синий) и выводы светодиода припаяйте к контуру. Включите трансформатор. Контур со светодиодом отдалите от включенного трансформатора на пару метров. Можно наблюдать за свечением светодиода, без какой-либо проводной связи с источником питания. Это основной опыт, который демонстрирует возможности трансформатора Теслы.

Опыт 2. Свечение ламп дневного света на расстоянии. Это один из наиболее распространенных опытов с катушкой Теслы. Все виды подобных ламп, светятся на небольшом расстоянии от включенного трансформатора.

Правила безопасности

Трансформатор Теслы - высоковольтный генератор, нужно помнить, что на выходе устройства и в высоковольтной цепи образуется смертельно опасное напряжение (особенно на высоковольтном конденсаторе). При ведении монтажных работ, нужно заранее убедится, что контурный конденсатор полностью разряжен, использовать толстые резиновые перчатки, и не приближаться к включенному устройству. Все опыты делать вдали от цифровых устройств, высоковольтные разряды могут повредить электронику! Запомните это не качер! Играть с дугой строго запрещено! Особо опасна высоковольтная часть и высоковольтная обмотка преобразователя.

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество Примечание Магазин Мой блокнот
Преобразователь
ШИМ контроллер

UC3845

1 В блокнот
Биполярный транзистор

КТ817А

1 В блокнот
Биполярный транзистор

КТ816А

1 В блокнот
MOSFET-транзистор

IRF3205

2 В блокнот
Выпрямительный диод

UF4007

1 В блокнот
10 мкФ 3 В блокнот
4.7 нФ 1 В блокнот
Электролитический конденсатор 4700 мкФ 1 В блокнот
Резистор

6.8 кОм

1 В блокнот
Резистор

5.1 кОм

1 В блокнот
Резистор

820 Ом

1 В блокнот
Резистор

5 Ом

2 В блокнот
DR Катушка индуктивности 1

 

 
Это интересно: