Тесла на искровике схема

Обновлено: 06.07.2024

В этой статье я расскажу вам про свою самую большую Катушку Тесла. Первый вариант вы можете посмотреть здесь. Все знают, что Трансформатор Тесла – это изобретение Николы Теслы, такой резонансный трансформатор, производящий высокое напряжение с высокой частотой. Принцип работы трансформатора основан на амплитуде принудительных колебаний, вызываемых генератором, и поддерживаемых колебательными контурами. Его самая простая схема:

Описание элементов Теслы

Расчет параметров катушки в программе

Вторичный контур:

Длина провода = 405 м
Индуктивность = 32979 мкГн
Собств. емкость = 8.96 пф
Емкость тороида 26.10 пф
Число витков = 1067 шт

Первичный контур:

Индуктивность = 85.76 мкГн
Емкость ММС = 51000 пф

Для управления Теслой был собран пульт управления. Он включает в себя: вольтметр, регулятор оборотов двигателя, регулятор напряжения на мотах, выключатели.

Корпус трансформатора Тесла был собран из толстой фанеры и покрашен в черный цвет. На первом этаже стоят фильтры ВЧ и контакты для питания, на втором блок с ММС и разрядник на двигателе. Сверху останавливается первичка и вторичка с тором. Над первичной обмоткой установлен страйк-ринг. Питающий трансформатор стоит в отдельном корпусе. Далее всё на фото, думаю знающим в электрике людям будет всё понятно.

Работа схемы на видео

И другое видео, где висящая на стене люминесцентная лампа светится от высокочастотного электромагнитного поля.

В общем ничего сложного, зато эффект просто шикарный! Отправил на сайт Радиосхемы - nikon.

Форум по обсуждению материала SGTC ТЕСЛА НА МОТ

Приводится несколько рабочих схем электромагнитных Gauss Gun. Первая часть сборника.

Теория и практика применения суперконденсаторов в различных системах беспроводной связи IoT.

Что такое изолятор и чем он отличается от токопроводящего материала. Занимательная теория радиоэлектроники.

Микрофоны MEMS - новое качество в записи звука. Подробное описание технологии.

Трансформатор Тесла, также называемый и катушка Тесла — это устройство, изобретённое Николой Тесла и носящее его имя. Является резонансным трансформатором, производящим высокое напряжение высокой частоты, но в некоторых случаях и невысокой - 50 герц. В общем после удачной сборки Качера Бровина мне захотелось чего большего, и решил собрать Трансформатор Тесла гораздо мощнее - на искровом промежутке (SGTC). Прочитал пару статей, набрался теории и приступил к сборке необходимых деталей. Схема простая, думаю многие начинающие тесластроители собирают именно по ней.

СХЕМА

Итак разберем все элементы конструкции Теслы:

СБОРКА

Для начала необходимо собрать корпус для нашей теслы. Я сделал его из толстой фанеры. На первом этаже устанавливаем питание – два МОТа, от сердечника мотов нужно будет сделать заземление. Здесь же крепим фильтры от ВЧ. Теперь переходим на второй этаж: ставим двигатель с диском, крепим все электроды. Тут же будет и ММС (контурный конденсатор). Теперь все соединяем между собой по схеме. Сверху всей конструкции ставим вторичную катушку, на ней закрепляем ТОР, нижний вывод заземляем. Вокруг мотаем первичку в виде конуса, высотой 5 см, 6 витков. Припаиваем первичку к схеме. Над ней сделаем еще один виток и заземлим его (это будет так называемый страйк ринг). Он предотвращает попадание разряда в первичную обмотку.

Ну вот вроде бы и все. Пробуем запустить: включаем РСГ и подаем напряжение на МОТы. Не забывайте все заземлить! При правильном монтаже все должно заработать сразу.

Результат: 30 см стример, также при поднесении на пол метра светятся газоразрядные лампы.

ВИДЕО

Если будут вопросы по подбору деталей и намотке катушек - будем разбираться на форуме. Статью прислал Nikon.

Форум по обсуждению материала ТЕСЛА НА ИСКРОВОМ ПРОМЕЖУТКЕ

Теория и практика применения суперконденсаторов в различных системах беспроводной связи IoT.

Обзор электромагнитного пистолета из китайского набора для самостоятельной сборки.

Обзор ещё нескольких схем и готовых конструкций Gauss Gun с Алиэкспресс.

Обзор китайского устройства для электролиза воды - фото, видео, описание работы.

Представляем еще один HV проект - огромная катушка Тесла. После успехов с обычными высоковольтными генераторами, решено было построить что-то действительно большое. Конечно, это была DRSSTC.

Справка: QCW DRSSTC — особый тип транзисторных катушек Тесла, характеризующийся плавной накачкой: постепенным и плавным (а не резким как в обычных катушках) нарастанием напряжения и тока первичного контура.

Выбор пал на транзисторы Mitsubishi Electronic IGBT - CM300DY24HA, с номинальными параметрами: максимальный непрерывный ток - 300 A, максимум напряжения К-Э 1200 V. Тесты изготовителей tesla в США показали, что эти транзисторы способны выдерживать непрерывный импульс 4 кА (они взрываются примерно на 5 кА в результате насыщения) и могут безопасно использоваться с импульсными токами до 2 кА. Транзисторы защищены ТВС, способными рассеивать около 12 кВт, а также 5 мкФ / 1 кВ на электропитании.

Принципиальная схема DRSSTC

А это структурная схема генератора:

Технические характеристики Теслы

В первичной цепи установлен ограничитель тока на 1400 А.
Потребление энергии в сети около 20 А.
Резонансная частота составляет 42 кГц.
Предельная длина искры 3 метра.
Тесла имеет более 2 метра в высоту.
Диаметр верхнего тороида - около 1 метра.

Разумеется ни одна DRSSTC не может функционировать без хорошего резонансного конденсатора, и именно там появилась самая большая проблема - чем выше емкость, тем лучше эффект по искре, но и тоньше кошелек. Минимальное напряжение пробоя составляет 8 кВ, однако чем больше, тем лучше. После многих расчетов решено было принять параметры 600nF / 10kV, а это означает необходимость покупки 100 конденсаторов CDE942C20P15kF. Они не единственные конденсаторы подходящие для этой цели, но другие еще дороже.

Следующим шагом было проектирование механической части, расположение ключевых элементов и т. д. Первичка вызвала немало проблем. Одной из концепций была коническая обмотка, но с другой стороны, из-за гораздо лучшего распределения поля остановились на плоской. Обмотка выполнена из мягкой меди диаметром 15 мм с толщиной стенки 1 мм.

Другим важным элементом катушки Тесла является вторичная обмотка. Это классическое решение, которое заключается в использовании в качестве формы под неё канализационной трубы из ПВХ диаметром 200 мм и высотой 1 м. Катушка содержит около 2300 витков проволоки 0,4 мм. Это почти 2 кг меди и около 1,5 км кабеля. Обмотка традиционно залита лаком.

Тороиды представляют собой классическую конструкцию, изготовленную из вентиляционных гофрированных труб. Использование двух тороидов улучшает распределение электрического поля вокруг обмоток, благодаря чему искры неохотно идут внутрь. Также использовались защитные катушки в количестве 2 штуки - одна выше, другая - под первичной плоскостью. Верхняя катушка провода является временной.

Нижняя часть корпуса электроники будет покрыта сеткой, пока закрыта только лицевая сторона, чтобы иметь легкий доступ к деталям во время ввода Теслы в эксплуатацию.

Разумеется, для мощных транзисторов требуется массивный радиатор. Он также охлаждается двумя мощными 120-миллиметровыми вентиляторами. Хотя общее количество выделяемого тепла не велико - большой радиатор и кулеры нужны обязательно, как результат - во время работы радиатор практически холоден.

Следующий ключевой элемент - силовые фильтрующие конденсаторы. Поскольку устройство работает с мощным импульсом, для импульсной работы требуются высоковольтные электролиты значительной мощности и низким импедансом (low esr).

Получение постоянного напряжения 650 В DC несложно, достаточно удвоить напряжение сети 220 В.

Необходимо поставить диодный мост с напряжением выше 320 В (после выпрямления), в частности около 600 В постоянного тока, также были необходимы электролиты способные работать с таким напряжением, однако самое высокое напряжение, которое когда-либо встречалось на любом электролите, было 500 В, но и этого все еще недостаточно. Поэтому необходимо последовательно подключать два электролитических конденсатора, что означает половину емкости и потребность сразу в четырех конденсаторах.

Контроллер управляет промежуточным мостом на MOSFET. Однако на этот раз промежуточный мост питается стабилизированным напряжением 80 В, которое выдает специально сконструированный трансформатор, управляющий затворами транзисторов IGBT. Трансформация этого трансформатора составляет 4: 1: 1: 1: 1. Эта конструкция позволяет получить типичные 20V на затворах, и его применение направлено на значительное сокращение времени их перезарядки.

Молнии безумно громкие и невероятно яркие, но красота требует жертв, поэтому расходы превышают 1000 долларов.

Форум по обсуждению материала БОЛЬШАЯ САМОДЕЛЬНАЯ КАТУШКА ТЕСЛА DRSSTC

Приводится несколько рабочих схем электромагнитных Gauss Gun. Первая часть сборника.

Обзор электромагнитного пистолета из китайского набора для самостоятельной сборки.

В каком направлении течет ток - от плюса к минусу или наоборот? Занимательная теория сути электричества.

Что такое OLED, MiniLED и MicroLED телевизоры - краткий обзор и сравнение технологий.

Информация об SGTC перенесена со старого сайта и оставлена в исторических целях. Рассматривать трансформаторы Тесла нужно всесторонне и обойти SGTC никак нельзя, сам Н.Тесла изобрел и пользовался катушками именно с искровым разрядником, т.к. в его время других коммутаторов тока еще не придумали.

Spark Gap Tesla Coil или катушка (генератор, трансформатор) Тесла с искровым разрядником является наиболее простым по конструкции устройством из всех типов катушек Тесла и в тоже время самым небезопасным. Поражение электрическим током при высоком напряжении источников питания искровых генераторов может привести к смертельному исходу при случайном прикосновении к неизолированным токоведущим частям. По этой причине предупреждение:

Каждый, кто строит SGTC, делает это на свой страх и риск и под свою собственную ответственность. Информация представлена в ознакомительных целях и только передает опыт автора. Если Вы не являетесь специалистом в области электрики, электроники, радиотехники и тп. то постройкой SGTC заниматься не следует.

Для тех, кто всё же решился строить SGTC вот простейшая схема.

Рисунок 1 – Принципиальная схема простейшей SGTC

Генератор в моем исполнении выглядел как показано на рисунке 2. Фото и видео работы не сохранилось. Рабочая частота 180-200кГц. Разряд с L2 около 15см. В разряднике часто зажигалась дуга – это недостаток.

Рисунок 2 – Простейшая SGTC

Заземление нужно подключать к вторичной обмотке с нижней стороны первичной обмотки (плоской синей спирали), а не как на фото. Резистор до 1к 100Вт и вобще резистор крайне не желателен, вместо него необходим ограничивающий ток дроссель большой индуктивности. Сфера чем больше, тем лучше, обязательно нужен разрядный штырь над вершиной.

Номиналы связанных контуров L1C1 и L2C2 не обязательно должны соответствовать представленной схеме. Главное правильно выполнить расчет .

Для расчета катушек существует множество программ, например vctesla или наиболее известная WinTesla и др. Можно считать по формулам в ручную. Это весьма трудоемко, и так делал сам Н.Тесла потому что у него не было компьютера.

Расчет был выполнен от имеющейся в наличии проволки для обмотки L2 и каркаса для неё же. Н.Тесла рассчитывал всё наоборот, выбирая сперва рабочую частоту и длину волны и под неё изготавливал катушку. Формулы расчета собраны с разных сайтов в интернете.

Таблица 1 – Расчетные формулы для резонансных контуров

Есть еще множество параметров, которые можно посчитать в трансформаторе Тесла. Пока что ограничимся расчетом резонансной части. Его достаточно для постройки простейшей SGTC. Файл расчета можно скачать тут Резонансный расчет SGTC. Открываем с помощью MathCad13, подставляем свои значения.

Нужно проектировать высоковольтную катушку так, чтобы четверть-волновой резонанс и максимум напряжения стоячей волны, которая в ней возникает, приходились приблизительно на её края. Передвигать максимум напряжения в катушке можно с помощью увеличения или уменьшения дополнительной емкости Сдоп (С2) вторичного контура.

Рисунок 3 – График распределения напряжения по длине высоковольтной катушки

Следует учитывать, что наличие каркаса увеличивает емкость ВЧ катушки по сравнению с расчетной на 15..30%, каркас с канавками под провод увеличивает емкость до 40%, пропитка и обволакивание катушки лаком или клеем увеличивает емкость до 50% и выше. Так же емкость увеличивают близкорасположенные сторонние объекты, например первичная обмотка L1. По этой причине точную настройку трансформатора Тесла можно осуществить только на практике. Межвитковая емкость ВЧ катушек незначительна. Подробнее об этом можно почитать тут .

Генератор просуществовал так (рис.2) недолгое время и вскоре видоизменился. Схема с учетом доработок представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 – Принципиальная схема SGTC

Добавлен второй трансформатор питания и фильтр, защищающий трансформаторы от проникновения ВЧ из колебательного контура. В балласт добавлена вторичная обмотка от неисправного МОТа. Изменены параметры резонансного контура.

Выглядело это вот так (рис.5).

Рисунок 5 – Внешний вид SGTC после доработки

Рассмотрим кратко работу генератора. Напряжение сети 220В поступает на повышающие трансформаторы Т1 и T2 (Microwave Oven Transformer или кратко МОТ), которые чаще всего встречается в микроволновых печках. Их мощность примерно 800-900Вт при выходном напряжении 2100В. Трансформаторы увеличивают напряжение примерно в 10 раз. На выходе двух трансформаторов (рис.4) 4кВ. При этом ток одного МОТ может достигать 4А. С таким током трансформатор не способен работать долгое время, он сильно перегревается и могут перегореть обмотки. Чтобы ограничить большой, ток в цепь добавлен балластный резистор R1. Он снижает ток через МОТ, но при этом сам прилично греется. Мощность резистора 100 Ватт, номинал 1кОм. Резистор сильно нагревается уже после одной минуты работы и это главный недостаток схемы. Оптимальным вариантом является замена резистора на высоковольтный дроссель большой индуктивности (несколько Гн), которого у меня, к сожалению, не было.

Защитный от ВЧ фильтр не рассчитывался. Он состоит из дросселей на феррите от трансформаторов строчной развертки и двух конденсаторов КВИ-3, 3300пФ 11кВ. Дроссель состоит из примерно 200 витков проводом 0,5 в ПВХ изоляции. Что имелось в наличии, то и было установлено.

Провода для всех соединений деталей лучше выбрать из цельной жили диаметром не менее 1,5мм. Если после работы SGTC присутствует сильный нагрев проводов (особенно в первичном колебательном контуре), то необходимо еще увеличить их диаметр. Так же необходима их хорошая изоляция. В моей SGTC происходили КЗ между проводом от трансформатора питания и конденсатором фильтра на расстоянии около 4-5см когда провод был без изоляции (точнее в лаковом покрытии).

Контурный конденсатор С1 – это К41-1а 0,1мкФ, 6,3 кВ, не самый удачный вариант. На фото ниже сравнение двух конденсаторов.

Первый конденсатор раздулся после десятка запусков SGTC. Второй в контур не устанавливался.

Ниже картинка как делать не следует. Конденсаторная батарея из К15-5.

Рисунок 7 – К15-5 в конденсаторной батарее

К15-5 применялись в связи с отсутствием вообще каких либо конденсаторов. С ними генератор работает нестабильно. Резонанс всегда куда-то уплывает. Они греются. Соединять конденсаторы вместе тоже большой радости не вызывает.

Помимо этих в колебательный контур устанавливались конденсаторы КВИ-3. Они лучше всего подходят для небольших SGTC.

Рисунок 8 – КВИ-3 4700пФ, 11кВ

Искровой разрядник (К1 на схеме) – это просто два куска толстой проволки или два болта, разделенные небольшим воздушным промежутком. Позже болты были заменены на два небольших металлических шарика. Чем шире расстояние в разряднике, тем выше напряжение его сработки. Если не выполнены какие-либо условия (большая емкость С1, большой ток, маленькое расстояние в разряднике, не настроен резонанс и пр.), то в разряднике может просто загореться дуга от МОТ и ни каких колебаний в контуре не происходит. Число разрядов в секунду не подсчитывалось.

После того, как конденсатор С1 (или конденсаторная сборка) зарядится в разряднике происходит пробой воздуха и загорается дуга, через которую конденсатор разряжается на катушку L1. За время (а оно весьма мало), пока эта дуга горит, в первичном контуре трансформатора (L1C1) происходит большое количество колебаний определенной частоты, которые постепенно затухают. Когда С1 разрядится, дуга гаснет и конденсатор снова начинает заряжаться от источника питания. Весь цикл повторяется снова. Первичный контур передает энергию во вторичный через индуктивную связь катушек.

Катушка L1 сперва была выполнена в виде плоской спирали, а затем, для увеличения коэффициента связи между L1 и L2 она была сделана в виде конической спирали. Чем больше коэффициент связи катушек, тем большая энергия передается во вторичный контур. Во втором варианте использован фидер GSM (оплетка). Его внешняя оплетка сделана из гофрированной медной трубки диаметром 1 (или 1,25) см. Построено несколько катушек с разным углом наклона обмотки. Над L1 закреплен разорванный заземленный виток – Strike-ring. Его задача — защищать первичную обмотку от попадания высоковольтных разрядов из вторичной обмотки.

Рисунок 9 – Первичная обмотка из фидера GSM

Катушка L2 состоит из 2000 витков проводом диаметром 0,16 мм на каркасе 11см. Длина намотки 43 см. Над вершиной L2 закреплена небольшая металлическая сфера. У сферы обязательно должен быть разрядник – иголка, шуруп или что то подобное.

SGTC как и все другие генераторы рассматривалась как составная часть системы передачи электроэнергии однопроводным способом. Поэтому было намотано две высоковольтные катушки. Генератор строился одним из первых, и еще не хватало знаний о том, каким образом можно получить ток в нагрузке приемника при однопроводной передаче. По этой причине первая попытка передачи оказалась неудачной.

Рисунок 10 – Разряды с SGTC

Дело было давнее и сохранилось только несколько видео снятых при настройке катушки. В хорошо настроенной катушке разряды 40-50 см и возможно даже больше.

Видео тестовых запусков.

Затем эта SGTC эволюционировала в RSGTC (генератор с роторным искровым разрядником).

XIX век был этакой эпохой дикого Запада в экспериментальной физике электромагнетизма. Роберт Ван де Грааф, лорд Кельвин, Никола Тесла и многие другие учёные, исследователи и инженеры открывали всё новые и новые явления, а затем масштабировали производящие их установки до колоссальных размеров. Некоторые из их творений функционируют до сих пор — например, шестиметровый гигантский генератор Ван де Граафа в Бостонском музее науки, а некоторые, как широко известная башня Уорденклифф, так никогда и не появились на свет.

С течением времени и развитием науки и техники внимание учёных переключилось на другие направления, но отдельные энтузиасты продолжали собирать, изучать и совершенствовать классические разработки в области высоких напряжений, электростатики, физики плазмы — кто-то вследствие неугасающей веры в теорию эфира и бесплатную энергию, кто-то из любопытства, или для решения узкоспециальных прикладных задач, кто-то просто потому что ему это доставляло.

Размер имеет значение

Короче говоря, в один момент группа инженеров-любителей, давно и прочно погрязших в коллективном тесластроении, решила, что играть в песочнице, делая небольшие комнатные (и даже среднеразмерные уличные) катушки, им уже скучно, и решила сделать что-то особенное. На тот момент у нас уже было (как нам казалось) достаточно опыта в разработке катушек Тесла различных топологий и имеющаяся математическая модель допускала масштабирование типовой конструкции в несколько раз. По факту, единственными явно заметными ограничениями были габариты доступного помещения, мощность розетки, и финансы (хотя, чего уж там, в итоге всё упирается в финансы). Прикинув бюджет, человекочасы и прочие скучные мелочи, было решено ограничиться габаритами установки примерно в три метра высоты, с расчётной мощностью около 30-40 кВт. Для разбирающихся в вопросе:

Технология, разумеется, была выбрана именно DRSSTC, поскольку при правильном подходе и отсутствии ошибок её стоимость (а также массогабариты) оказывается значительно ниже, чем у других вариантов (искровой разрядник или радиолампа) при тех же конечных параметрах. Ну и ещё, конечно же, на ней можно играть музыку.

Модульный принцип

При первичной проектировке достаточно крупной катушки Тесла проект можно разбить на несколько модулей (первичная обмотка, вторичная обмотка, тороид, корпус, силовой инвертор, драйвер, пульт управления, вспомогательная электрика и т. п.), каждый из которых придумывается и изготавливается в отдельности, после чего они собираются вместе, последовательно настраиваются и отлаживаются в процессе, и в итоге ~~взрываются~~ начинают испускать молнии. Обычно большинство трансформаторов Тесла собираются энтузиастами в одиночку от начала до конца, но у нас, во-первых, уже имелась более-менее слаженная команда с распределением функций (проект-менеджер, проектировщик, разработчик (он же тестировщик), и несколько человек на подхвате — монтажник, слесарь и так далее), а, во-вторых, сама по себе задача стояла довольно амбициозная, и хотелось сделать её без лишних расходов, но при этом более или менее качественно, насколько это возможно для прототипной и уникальной конструкции. Поэтому каждый мог заниматься своим делом, параллельно общаясь для синхронизации модулей между собой, а я, будучи этим самым проект-менеджером, могу рассказать про каждый из модулей по отдельности, а также показать, что получилось в итоге.

Подготовка и материалообработка

После обсуждения, осмысления и различного словоблудия по теме, общий концепт был утверждён коллективным решением и я изобразил примитивный эскиз в 3ds max. Эскиз был нужен для осознания масштабов задачи, понимания основных взаимных пропорций модулей, в качестве отправной точки для проектировки и для поднятия боевого духа команды. На основе эскиза проектировщик собрал проект в Creo Elements (тогда ещё Pro/Engineer), уже с соблюдением конкретных размеров, способов соединения деталей между собой и прочими нюансами. По результатам этого проекта были созданы чертежи: деталей корпуса, основания первичной обмотки, тороида, коробки для автоматики и электрики, а также блока конденсаторов первичного контура (MMC ).

В качестве конструкционных материалов мы использовали стеклотекстолит толщиной 18 мм, обработанный методом гидроабразивной резки (ввиду его высокой конструкционной и термической устойчивости, другие методы обработки оказались нерентабельны), толстую фанеру для корпуса и алюминиево-пластиковый композит для блока автоматики (для экранировки от создаваемого катушкой мощного фронта электромагнитных помех, пагубно влияющего на её же собственные управляющие схемы), а также поликарбонат в ряде мест. Фанеру и пластик обрабатывали на ЧПУ фрезере, имевшемся во владении соседа по заводику, где наш коллектив занимался всем этим непотребством. Creo Elements позволяет создавать сразу готовые управляющие программы для ЧПУ, что очень сильно помогло в процессе — мы просто, по факту, арендовали станок и делали на нём что надо когда надо.

Первичка и вторичка

Вторичную обмотку намотали на классическом каркасе — большой оранжевой канализационной трубе из ПВХ (серьёзно, это лучший из имеющихся вариантов для катушек Тесла любых габаритов по соотношению цены, доступности и соответствия задаче). Намотанный виток к витку эмалированный провод (диаметр 1.06 мм) в один слой, покрытый затем эпоксидной смолой, превратил трубу в огромного размера индуктор, с нетерпением ожидающий своей минуты славы — вторичку гигантской катушки Тесла. Итоговые габариты трубы получились 310х1800 мм.

Первичную обмотку — тоже классика — мы намотали медной трубкой для кондиционеров, диаметром 22 мм (7/8 дюйма). Витки аккуратно ложились в пазы, вырезанные в стеклотекстолите струёй воды с абразивом под давлением в тысячи атмосфер, и вот уже два модуля, первичка и вторичка — скелет любой катушки Тесла — соединились друг с другом. Проект понемногу обретал форму и цвет.

Тороид

С тороидом, необходимым элементом любой мощной катушки Тесла, однако, всё оказалось сложнее. Изначально предполагалось также последовать проверенной дорогой и использовать алюминиевую гофру для вентиляции. На практике же обнаружилось, что это чрезвычайно одноразовое решение — гофра мгновенно мнётся от любых неосторожных движений, и при планируемых габаритах её придётся заменять при каждой транспортировке устройства.

В общем, результат оказался очень необычным внешне, относительно простым в производстве, надёжным в эксплуатации и на удивление эффективным в сравнении с другими известными вариантами исполнения этой важной части катушки Тесла. Диаметр алюминиевой трубы — 50 мм, а общий размер всей получившейся штуки, напоминающей НЛО — около двух метров в диаметре. Круги-проставки для трубок вырезали из фанеры всё на том же ЧПУ-фрезере, а центральную раму я сварил из стального уголка.

На этом, в принципе, конструкционная часть была закончена.

Силовая часть

В придумывании актуального способа соединения этих деталей между собой есть масса хитрых эмпирических ноу-хау, призванных сократить риски и максимизировать надёжность подобных конструкций, но поля этой записи слишком узки, чтобы я мог рассказать про них, если вы понимаете о чём я. Не было никаких гарантий, что получившаяся штука не взорвётся при первой же попытке её включить, но на тот момент это казалось приемлемым риском.

Автоматика и электрика

Управляющая электрика не содержала в себе ничего особенно интересного. Нужно было обеспечить плавную зарядку электролитов (чтобы они не выбивали автоматы в щитке в момент включения установки) — с этим справились автоматический пускатель (по сути, большое силовое реле) и несколько силовых резисторов.

Диодный мост на 150 ампер выпрямлял сеть (кстати, вся конструкция создавалась, конечно же, под трёхфазное питание, с чем была связана масса разных интересных открытий — раньше мы не делали ничего под три фазы, тем более такой мощности), вентиляторы обдували диодный мост и заодно радиатор силовой части, а лампочки на передней панели изображали светофор, любезно сообщая, когда можно трогать части катушки руками, когда лучше не стоит, и когда желательно оказаться от неё на максимально возможном расстоянии, чтобы не словить разряд в макушку.

Драйвер

MIDI-пульт

Пульт управления (также известный как интерраптер) представлял собой простой MIDI синтезатор с несколькими примитивными настройками, принимавший на вход миди файлы (или данные с регуляторов-крутилок) и выдававший наружу через оптический кабель управляющий сигнал для драйвера. С ним, в принципе всё было просто и понятно, потому что мы решили не тратить время на разработку того, что можно купить, и просто так и поступили — купили готовый. Он, конечно же, оказался глючным полуфабрикатом, но зато сэкономил сотни человекочасов по исследованию миди-протокола, изготовление платы, отладку микроконтроллера и отлавливание неизбежных багов. Главное, что со своей задачей он на тот момент справлялся отлично. Пульт был приобретён у американского коллеги-тесластроителя, и на тот момент это был единственный продающийся пульт с поддержкой SD карты, то есть способный воспроизводить музыку без внешнего MIDI устройства или ноутбука. Это было критичным, поскольку имелись закономерные опасения, что помехи от работы такой большой катушки намертво подвесят всю электронику в некотором радиусе от неё, а подвисание какой-нибудь миди-клавиатуры, разработчики которой в страшном сне не могли предусмотреть подобный уровень паразитных сигналов, если этам клавиатура управляет той самой катушкой Тесла, которая наводит на неё помехи, чревато неконтролируемой положительной обратной связью и, как следствие… правильно, взрывами. Взрывов мы не хотели.

Конденсаторная батарея

В качестве резонансного конденсатора мы выбрали силовые плёночные конденсаторы одного из отечественных производителей, специально разрабатывавшиеся (если верить каталогу производителя) для импульсных режимов работы. Пять штук общей ёмкостью около 1.2 мкф, и максимальным напряжением 20 киловольт, соединённые медной шиной с латунными винтами. Латунного крепежа, кстати, на весь проект ушло значительное количество — из-за огромных токов в килоамперы, в сочетании с мощным магнитным полем от первичной обмотки, и стальной оцинкованный и нержавеющий крепёж моментально разогреваются докрасна, что может в итоге приводить к незапланированным спецэффектам (да-да, взрывам). Поэтому и в ошиновке конденсаторов, и вообще во всех силовых соединениях в первичном контуре пришлось использовать только медь и латунь. Первые же тесты показали наивность попыток поставить туда что-то ферромагнитное и/или недостаточно хорошо пропускающее электрический ток.

Первичная проверка

Следующим этапом была настройка драйвера. Для этого достаточно собрать в одно целое первичный контур (конденсаторную батарею, первичку и мост), подключить к транзисторам моста драйвер и плавно начать подавать напряжение, отслеживая на осциллографе формы сигналов в различных участках схемы. Если всё сделано правильно, то в первичном контуре возникает автогенерация на расчётной частоте (в нашем случае около 50 кГц). Вторичка при этом не нужна, и никаких разрядов не возникает, но собираемых данных достаточно, чтобы настроить предиктор, OCD и заметить ошибки в монтаже или выбранных параметрах деталей. Эта часть оказалась простой и лёгкой (кстати, в таком режиме первичная обмотка вполне может работать как индукционная плита для приготовления пищи — есть прецеденты жарки яичницы на сковороде, стоящей поверх первички), и мы отправились вместе с почти родившимся детищем в один большой и полузаброшенный цех заводика, чтобы проверить наконец наше творение in vivo.

Для чего же всё это было?

Ну а дальше было немного работы над ошибками, суматошные сборы, прибытие на Елагин остров, где традиционно проходит в Питере упомянутый GEEK PICNIC, ночные тесты перед днём фестиваля нашей катушки, уже с новым трубчатым тороидом и на полную катушку (простите за намеренную тавтологию). На следующий день были час X (в течение которого около пятнадцати минут мы прыгали всей толпой вокруг не желающего запускаться шедевра, пока не обнаружили косяк монтажа — трансформатор тока был подключен не в той фазировке), Вивальди, Имперский марш и Марио на молниях, снимающие это всё квадрокоптеры с камерами, полтысячи зрителей, взиравших на происходящее кто с восхищением, кто с удивлением, кто равнодушно-непонимающе, кто через экраны своих смартфонов и планшетов, несколько запусков на бис при дневном свете, где разряд был едва заметен (зато слышно было прекрасно) и — уже после окончания фестиваля, но до закрытия парка — несколько минут работы самой большой музыкальной катушки Тесла в России в летних сумерках, которые до сих пор иногда встают у меня перед глазами.

Держать в руках пульт от такой штуки и смотреть на почти настоящие шестиметровые молнии, угрожающими тентаклями взрезающие воздух, возникающие и изменяющиеся по движению твоих пальцев — это до сих пор одно из самых моих сильных воспоминаний за девять лет работы над катушками Тесла и спецэффектами высоких напряжений. Но, увы, ничто не вечно, и возмущённый происходящим (мол, люди уходить не хотят пока вы тут развлекаетесь) охранник парка потребовал сворачивать лавочку и выкатываться, что и пришлось осуществить.

К сожалению, с тех пор у нас так и не получилось ни разу запустить эту катушку Тесла снова. Мы переработали проект силовой части, проапгрейдили драйвер, значительно продвинулись в понимании принципов работы всего этого дела, но отсутствие площадки, пригодной для проведения подобных экспериментов, увы, всё ещё является труднопреодолимым и дорогостоящим препятствием. Катушка лежит в виде составных частей у меня дома и ждёт своего часа. Когда-нибудь я снова её включу. А может и не её, а новую, ещё раза в два-три больше. Кто знает.

Это мой первый пост на Гиктаймс. В случае положительной критики планирую в дальнейшем рассказать про ряд других интересных проектов смежной тематики. Если вы заметили в тексте или оформлении нарушения каких-либо гласных или негласных правил или рекомендаций сообщества Гиктаймс, прошу указать мне на них для исправления и учёта в будущем.

Читайте также: