Danas se Teslin transformator naziva visokofrekventnim visokonaponskim rezonantnim transformatorom, a mnogi primjeri upečatljivih implementacija ovog neobičnog uređaja mogu se naći na mreži. Zavojnica bez feromagnetske jezgre, koja se sastoji od mnogih okreta tanke žice, obložene torusom, emitira pravu munje, impresionirajući zadivljene gledatelje. No sjećaju li se svi kako i zašto je ovaj nevjerojatan uređaj prvotno stvoren?
Povijest ovog izuma započinje krajem 19. stoljeća, kada je sjajni eksperimentalni znanstvenik Nikola Tesla, koji radi u Sjedinjenim Državama, samo sebi postavio zadatak naučiti prenositi električnu energiju na velike udaljenosti bez žica.
Teško je navesti točnu godinu kada je ta ideja došla kod znanstvenika, ali poznato je da je Nikola Tesla 20. svibnja 1891. održao detaljno predavanje na Sveučilištu Columbia, gdje je svoje ideje iznio osoblju Američkog instituta inženjera elektrotehnike i nešto ilustrirao. prikazujući vizualne eksperimente.
Svrha prvih demonstracija bila je pokazati novi način dobivanja svjetlosti pomoću visokih frekvencija i visokonaponskih struja za to, a također i otkriti značajke ovih struja. Radi pravednosti, napominjemo da suvremene fluorescentne žarulje koje štede energiju rade upravo po principu koji je Tesla predložio za dobivanje svjetlosti.
Posljednja teorija o bežičnom prijenosu električne energije nastajala je postupno, znanstvenik je proveo nekoliko godina svog života usavršavajući svoju tehnologiju, mnogo eksperimentirajući i mukotrpno poboljšavajući svaki element kruga, razvio je prekidače, izumio izdržljive visokonaponske kondenzatore, izumio i modificirao upravljačke sklopove, ali tako Nisam mogao ostvariti svoj plan u mjeri u kojoj sam htio.
Promotivni video:
Međutim, teorija je došla do nas. Dostupni su dnevnici, članci, patenti i predavanja Nikole Tesle u kojima možete pronaći početne detalje o ovoj tehnologiji. Princip rada rezonantnog transformatora možete pronaći čitanjem, na primjer, patenata Nikole Tesle # 787412 ili # 649621, koji su već dostupni na mreži.
Ako pokušate ukratko shvatiti kako radi Teslin transformator, razmotrite njegovu strukturu i princip rada, tada nema ništa teško.
Sekundarno navijanje transformatora izrađeno je od izolirane žice (na primjer, od emajlirane žice), koja je postavljena da se okrene u jednom sloju na šupljem cilindričnom okviru, odnos visine okvira i njegovog promjera obično se uzima od 6 do 1 do 4 do 1.
Nakon namatanja, sekundarno namotavanje se premaže epoksidom ili lakom. Primarno navijanje je napravljeno od žice relativno velikog presjeka, obično sadrži od 2 do 10 okreta, a uklapa se u oblik ravne spirale ili je namotano kao sekundarno - na cilindrični okvir promjera malo većeg od sekundarnog.
Visina primarnog namota u pravilu ne prelazi 1/5 visine sekundarnog. Na gornji terminal sekundarnog namota povezan je toroid, a donji terminal uzemljen. Dalje ćemo razmotriti sve detaljnije.
Na primjer: sekundarno navijanje namotano je na okvir promjera 110 mm, emajliranom žicom PETV-2 promjera 0,5 mm i sadrži 1200 okretaja, dakle njegova visina je jednaka oko 62 cm, a duljina žice oko 417 metara. Neka primarni namot sadrži 5 navoja debele bakrene cijevi, namotane promjerom 23 cm, a visine je 12 cm.
Zatim se pravi toroid. U idealnom slučaju njegova kapaciteta trebala bi biti takva da bi rezonantna frekvencija sekundarnog kruga (uzemljena sekundarna zavojnica zajedno s toroidom i okolinom) odgovarala duljini žice sekundarnog namota tako da bi ta duljina bila jednaka četvrtini valne duljine (za naš primjer, frekvencija je 180 kHz) …
Za točan izračun može biti koristan poseban program za izračun Teslina zavojnica, na primjer VcTesla ili inca. Za primarni namot odabran je visokonaponski kondenzator, čija bi kapaciteta zajedno s induktivnošću primarnog namota tvorila oscilacijski krug, čija bi prirodna frekvencija bila jednaka rezonantnoj frekvenciji sekundarnog kruga. Obično uzimaju kondenzator blizu kapaciteta, a podešavanje se vrši odabirom navoja primarnog namota.
Suština Teslinog transformatora u kanoničkom obliku je sljedeća: kondenzator primarnog kruga puni se iz pogodnog izvora visokog napona, zatim se on povezuje prekidačem s primarnim namotom, a to se ponavlja više puta u sekundi.
Kao rezultat svakog ciklusa prebacivanja, u primarnom krugu nastaju prigušene oscilacije. Ali primarni svitak je induktor za sekundarni krug, pa se u sekundarnom krugu aktiviraju elektromagnetske oscilacije.
Budući da je sekundarni krug podešen na rezonancu s primarnim oscilacijama, tada se na sekundarnom namotu pojavljuje naponska rezonancija, što znači da se omjer transformacije (omjer zavoja primarnog namota i zavoja sekundarnog namota obuhvaćenog njime) također mora pomnožiti s Q - faktorom kvalitete sekundarnog kruga, tada je vrijednost stvarnog omjera napon na sekundarnom namotu do napona na primarnom.
A budući da je duljina žice sekundarnog namota jednaka četvrtini valne duljine oscilacija izazvanih u njoj, tada je na toroidu smještena naponska antinoda (i na mjestu uzemljenja - trenutna antinoda), i upravo tamo se može dogoditi najučinkovitiji slom.
Za napajanje primarnog kruga koriste se različiti sklopovi, od statičkog razmaka iskre (iskrišta) koji pokreću MOT (MOT je visokonaponski transformator iz mikrovalne pećnice) do rezonantnih tranzistorskih krugova na programirljivim regulatorima koji se napajaju ispravljenim mrežnim naponom, ali suština ostaje ista.
Evo najčešćih tipova Teslina zavojnica, ovisno o tome kako ih vozite:
SGTC (SGTTS, Spark Gap Tesla Coil) - Teslin transformator na žaruljici. Ovo je klasični dizajn, sličnu shemu izvorno je koristio sam Tesla. Ovdje se koristi jedan odvodnik kao preklopni element. Kod dizajna male snage, odvodnik se sastoji od dva komada debele žice raspoređenih na određenoj udaljenosti, dok se kod snažnijih izvedbi koriste složeni rotirajući odvodnici koji koriste motore. Transformatori ove vrste izrađuju se ako je potrebna samo velika duljina struje, a učinkovitost nije bitna.
VTTC (VTTC, vakuumska cijev Tesla zavojnica) - Teslin transformator na elektroničkoj cijevi. Ovdje se koristi kao prekidački element moćna radio cijev, na primjer GU-81. Takvi transformatori mogu raditi neprekidno i stvarati prilično guste praznine. Ova vrsta napajanja najčešće se koristi za izgradnju visokofrekventnih zavojnica koje se zbog tipičnog izgleda njihovih streamera naziva "bakljama".
SSTC (SSTC, Solid State Tesla Coil) je Teslin transformator u kojem se kao ključni element koriste poluvodiči. Obično su to IGBT ili MOSFET tranzistori. Ova vrsta transformatora može raditi u kontinuiranom načinu rada. Izgled streamera stvorenih takvom zavojnicom može biti vrlo različit. Ovu vrstu Teslin transformatora lakše je kontrolirati, na primjer, na njima možete reproducirati glazbu.
DRSSTC (DRSSTC, dvostruko rezonantni čvrsti Tesla zavojnica) je Teslin transformator s dva rezonantna kruga, ovdje se poluvodiči koriste kao prekidači, kao u SSTC. DRSSTTS je najteži tip Teslin transformatora za upravljanje i konfiguriranje.
Da bi se postigao što učinkovitiji i učinkovitiji rad Teslinog transformatora, koriste se topološki krugovi DRSSTC, kada se u samom primarnom krugu postiže snažna rezonanca, a u sekundarnom, svjetlija slika, duža i gušća munja (strugači).
Sam Tesla pokušao je najbolje što je mogao postići upravo takav način rada svog transformatora, a početci ove ideje mogu se vidjeti u patentu br. 568176, gdje se koriste prigušnice za punjenje, Tesla je zatim razvio strujni krug tim putem, odnosno nastojao je iskoristiti primarni krug što je efikasnije stvarajući u njemu rezonancija. O tim eksperimentima znanstvenika možete čitati u njegovom dnevniku (bilješke znanstvenika o eksperimentima u Colorado Springsu, koje je provodio od 1899. do 1900., već su objavljene u tiskanom obliku).
Govoreći o praktičnoj primjeni Teslinog transformatora, ne treba se ograničavati samo na divljenje estetskoj prirodi dobivenih pražnjenja, a uređaj tretiramo kao dekorativni. Napon na sekundarnom namotu transformatora može doseći milijune volti, on je, na kraju krajeva, učinkovit izvor pretjerano visokog napona.
Sam Tesla razvio je svoj sustav za prijenos električne energije na velikim daljinama bez žica, koristeći vodljivost gornjih zračnih slojeva atmosfere. Pretpostavljeno je da postoji prijemni transformator sličnog dizajna, koji bi snizio prihvaćeni visoki napon na prihvatljivu vrijednost za potrošača, o tome možete saznati čitajući Teslin patent br. 649621.
Priroda interakcije Teslinog transformatora i okoline zaslužuje posebnu pozornost. Sekundarni krug je otvoreni krug, a sustav termodinamički ni na koji način nije izoliran, čak nije ni zatvoren, već je otvoren sustav. Moderna istraživanja u ovom smjeru provode mnogi istraživači, a točka na tom putu još nije postavljena.
Autor: Andrey Povny