Как настроить катушку тесла в резонанс
Обновлено: 03.07.2024
Приветствую всех участников данного форума.
Искренне надеюсь что для чайников в электрике, таких как я, тут не будет преследований. :blush:
Долго рассказывать почему и как я решил оказаться тут.
Дело в том, что волею судеб, я ознакомился с некоторыми работами Тесла, на предмет, не схем которые он патентовал или иобретал, а на предмет того что именно он сам лично искал и что хотел найти.
Во многих научных и практичных случаях использования электрических импульсов или колебаний - как, например, в системах передачи данных на расстояния - очень важно увеличить как можно больше импульсы или колебания тока, которые генерируются в схемах передатчика и приемника, особенно в последнем.
ключевыми словами из сказанного для меня являются -
передачи данных
и
передатчика и приемника, особенно в последнем
и в данном контексте для меня стало очевидным, что Тесла говорит о каскаде резонансов, порождаемых рядом катушек. об этакой цепной реакции резонансов.
сейчас многие в мире пытаются снять энергию с полей качера, используя самые разные электро-схемы, включающие в себя различные катушки начиная от катушек Родина или вилок Авраменко, и заканчивая катушками же Тесла, но все эти эксперименты направлены на поиски свободной энергии в лучшем случае с беспроводной передачей оной.
я же увидел в размышлениях и изобретениях Тесла совершенно чёткую взаимосвязь дающее понимание того что именно он искал.
Называл он это "эфиром" или ещё как то ещё, совершенно не суть на самом деле. вопрос тут в самом принципиальном подходе самого автора изобретений, а именно возбуждения НЕЧТО (называемого Тесла эфиром) для передачи или приёма ДАННЫХ, то есть поиск неких информационных каналов, что первично, и уже вторично энергий.
Исходя из этого заключения я сделал вывод что для "охлаждением эфира", (как это называл сам Тесла), две или более катушек были использованы - Первая - как передатчик, а Вторые как приёмники, которые в свою очередь и следует раскачать далее, а не пытаться с них что либо снять. то есть устроить этакок каскадное КВЧ резонансное явление, которое и "охладит" то, что Тесла называл эфиром.
Что же делать в "охлаждённом" состоянии с этой субстанцией, уже другой вопрос. но сам принцип каскадных резонансов в задумке Тесла очевиден, и для начала я считаю что следует выкинуть, хотя бы на время, идеи о свободных энергиях ионосферы или чего там ещё, и попробовать создать устройство которое будет отвечать параметрам задуманного Тесла.
Искренне надеюсь что я доступно поделился.
к сожалению я сам не обладаю электротехническими навыками, чтобы создать подобное устройство, но я искренне надеюсь что я смог донести понимание вопроса до местных умельцев, кто умеет держать паяльник в руках.
С Уважением.
Дмитрий.
Это сложное устройство из генератора, индуктора и ВВ ( Высоко Вольтного) резонатора. В классическом варианте генератор представляет собой источник высокого напряжения в несколько тысяч во льт, что достаточно для получения искры в воздушной среде в несколько миллиметров. Генератор через балластный дроссель заряжает конденсатор и при достижении на нем определенного напряжение происходит срабатывание разрядника и через искру энергия в виде короткого, но мощного по току импульса переходит на индуктор. Индуктор находится у основания ВВ резонатора и обычно представляет собой катушку намотанную поверх ВВ резонатора через воздушный зазор у самого основания ВВ резонатора. Индуктор мотается толстым проводом, обычно 2.5-4мм2 меди, в экспериментальных случаях без изоляции, чтобы не перематывая индуктор, а используя крокодильчик можно было бы точно подбирать количество витков. ВВ катушка мотается тонким проводом, например, 0.3мм и например на каркасе диаметром 50 мм мы будем иметь примерно 500-1000 витков провода. Витки ВВ катушки подбираются и рассчитываются. Практический обычно выясняют резонансную частоту ВВ намотки, это делают, например, по осциллографу, после подачи разрядов на индуктор. Щуп осциллографа не подключают к ВВ катушки, он будет хорошо чувствовать поле на расстоянии метр от нее по воздуху. Способов определения резонансной частоты много. Важно мотать ВВ катушку в противоположную сторону по отношению к индуктору, при этом что в какую не важно. Например, если индуктор намотан по часовой стрелке, то ВВ резонатор будет мотаться против часовой стрелки. Важна длинна намотки. В классическом варианте длинна намотки должна составлять четверть длинны электромагнитной волны соответствующей резонансной частоте. Например, если выяснилось, что собственная резонансная частота ВВ катушки 1МГц то длинна волны l=c/f (скорость света деленная на частоту) будет l=(3*10^8)/(1*10^6)=300 метров. Ну а четверть это 300/4=75 метров. Таким образом для ВВ катушки с собственной резонансной частотой 1МГц длинна провода должна быть 75 метров.
Далее по схеме, ВВ катушка естественно должна быть заземлена нижним концом, а с верхним концом могут быть варианты. Для настройки обычно конец провода оставляют открытым и торчащим в воздухе. При правильной настройке на конце будет наблюдаться плазменный разряд рассеиваемый в воздухе, длинна его может быть от миллиметров до сантиметров в зависимости от мощности. Но постольку поскольку такой разряд не самоцель на конец обычно устанавливают некоторую воздушную накопительную емкость, типа однопроводного воздушного конденсатора, обычно в виде металлического шара. Тут тоже нельзя ничего делать на абум и просто так. Чем больше емкость тем сильнее надо отматывать ВВ катушку от исходной длинны. При небольшой емкости длину ВВ намотки обычно уменьшают не более чем на 10% от исходной.
Еще раз вернемся к собственной резонансной частоте ВВ катушки. Важно понимать, что ВВ катушка вовсе не является обычной катушкой индуктивности и из-за большого количества витков и длинны намотки в четверть длинны волны (в некоторых случаях и более) ВВ катушка превращается в резонатор. При этом это многопараметровый резонатор и резонансная частота зависит не только от длинны намотки, но и от диаметра намотки и важно чтобы два этих фактора состыковывались. Частоту здесь задают и емкостные межвитковые связи и последовательный LC резонанс с емкостью на макушке и емкость образованная между катушкой и землей и длинна намотки. В целом обычно частота четвертьволновых ВВ резонаторов завязана на диаметрах. Обычно резонаторы намотанные на трубах 100 мм имеют резонансную частоту в пределах 150-450 кГц, резонаторы намотанные на трубах 50 мм имеют резонансы в районе 450-1000 кГц. Частоту ВВ резонатора можно определить даже одним осциллографом за счет приема радиоволнового фона вот по такой схеме.
Для выявления резонансной частоты активный щуп осциллографа подключают к нижнему концу катушки и наблюдают осциллограмму с разверткой 1-10 мкс/дел и на предельном уровне чувствительности. На экране должна появиться размытая синусойда, по которой можно с точностью 10-20% определить резонансную частоту. Эффект обычно хорошо проявляется при большом уровне радиоволнового шума исходящего от бытовой аппаратуры, импульсных блоков питания и при обилии радиостанций в диапазонах СВ и ДВ.
Обобщим. Включаем генератор высокого напряжения с потенциалом около 5 кВ и мощностью 10-100 Вт, далее через дроссель 0.1-1 Гн заряжаем конденсатор. При заряде конденсатора до напряжения пробоя разрядника возникает короткий, но мощный импульс тока длительностью от единиц до десятков наносекунд с током в десятки и сотни ампер (до тысяч ампер), проходящий через индуктор. Индуктор возбуждает в четвертьволновом ВВ резонаторе стоячую электромагнитную волну. У основания резонатора ток колеблется с частотой 1 МГц, но напряжение очень мало, на конце резонатора возникает пучность высокого (от единиц до десятков киловольт) переменного напряжения, которое колеблется с частотой около 1 МГц в безтоковом режиме. При правильно намотанном ВВ резонаторе всего один возбуждающий импульс может привести к десяткам и сотням плавно затухающим свободным колебаниям, чем больше добротность резонатора, тем больше колебаний в нем будет. Таким образом ВВ резонатор, как и вообще любой резонатор является аккумулятором колебательной энергии на собственной резонансной частоте. Однако, чтобы достичь сверхъединичного эффекта простого искрения на индуктор не достаточно, необходим процесс синхронизации и многое другое.
Формулы для расчета выглядят так
Белая искра с емкости трансформатора тесла в заземляющий кабель
Белая искра с емкости трансформатора тесла в заземляющий кабель. Цвет искры зависит от силы тока. При большом токе искра белая, при маленьком токе фиолетовая. Емкость способствует возникновению большого разрядного тока, чего нету на чисто четвертьволновой тесле без емкости, там искра уже фиолетовая. Помимо этого эта тесла разогнана короткими пачками импульсов звуковой частоты. Индуктор возбуждается однополярными импульсами полученными на контуре с частотой в 3 раза выше, чем частота вв резонатора, но импульсы идут с частотой четвертьволнового резонатора, здесь 450 кГц
DRSSTC (Dual Resonant Solid State Tesla Coil) относительно сложный тип Катушки Тесла. Углубляться в принцип действия ее я сильно не буду, в простейшем исполнении, с искровым разрядником SGTC (Spark Gap Tesla Coil) это резонансный трансформатор на воздушном сердечнике сделанный буквально из нескольких деталей. Все остальные типы это усложнения использующие в основе те же принципы, но дающие крутые возможности, такие как проигрывание музыки, изменение формы разряда, большее время работы, компактность, и т.д.
Общий вид. Высота 60 см.
Первичная обмотка 5 витков 6 мм медной трубы под небольшим углом.
Вторичная обмотка около 1000 витков проводом 0.3 мм на трубе 11х30 см
Для удобства электронику можно разделить на несколько блоков.
1. Драйвер.
Занимается обработкой сигналов с прерывателя и обратной связи (направления тока в первичной обмотке). В драйвер так же встраивают разнообразные функции типа защиты по току в первичной обмотке, защиты от низкого напряжения и прочее. Самые навороченные версии делаются на основе МК.
Всю плату драйвера обязательно необходимо экранировать, засунуть в металлический заземленный корпус, например.
Трансформатор тока на схеме (ТТ) это трансформатор обратной связи OC. С его помощью драйвер понимает в каком направлении течет ток в первичной обмотке, и в какую сторону ее нужно толкать. С него же идет сигнал на компаратор LM311. Представляет собой 1000 витков провода на ферритовом кольце. Через него продевается один виток первичной обмотки (как показано на схеме силовой части ниже) Одним витком считается одно прохождение провода через центр сердечника, как кольцо на пальце. Что бы не мотать 1000 витков можно сделать 2 трансформатора по 32 витка, от одного из них продеть виток через другой трансформатор.
Иногда тесла может не запускается, при условии что все остальное собрано правильно, если фазировка этого трансформатора не правильная, нужно просто перевернуть ТТ и надеть его на провод первички другой стороной.
Резистор на AD8561 настраивает смещение фазы, так что бы транзисторы силовой переключались в нуле тока. Здесь должны быть осциллограммы, но у меня нет осциллографа, по этому я все сделал на авось и молился что бы оно работало. Неправильно настроенное переключение приводит к нагреву ключей, а если совсем не повезет может даже взорвать.
Резистором на LM311 можно регулировать максимальную величину тока в первичной обмотке (защита по току или OCD). Если он будет превышен, драйвер отключит теслу, избежав взрыва транзисторов. Настраивается так что бы при разрядах в воздух OCD не срабатывала.
Резистор на DS1233-5+ настраивает защиту от пониженного напряжения на драйвере. При первой сборке его нужно выставить в среднее положение, и аккуратно крутить при настройке (при срабатывание защиты загорится светодиод) иначе, в крайнем положении, может сгореть стабилитрон. Так же стоит учесть, что при работе теслы напряжение на драйвере просядет, не нужно настраивать впритык.
2. Прерыватель.
Это генератор П-образных импульсов, которые через драйвер управляют транзисторами силовой части. Именно прерыватель позволяет играть музыку. Он может быть очень простой на NE555, но что бы развлекаться по полной нужны более сложные схемы.
В моей конструкции используется покупной Bluetooth прерыватель от BSVi. Управляется с телефона, через специальное приложение.
Длительность импульса до 90 мкс. Максимальный Коэффициент заполнения 0.05.
Не уверен что стоит публиковать схему и прошивку его старого прерывателя, разрешение я не спрашивал, но он есть в открытом доступе, называется i1 BSVi. Хорошо работает, можно воспроизводить музыку с MIDI клавиатуры или USB через специальный адапрет.
Похвастаюсь своим i1, но сейчас уже им не пользуюсь. Проводной прерыватель, имеет ряд недостатков в отличие от Bluetooth, но тоже работает.
3. Силовая.
Часть которая раскачивает первичную обмотку. Здесь используются мощные MOSFET транзисторы способные выдерживать большие импульсные токи. В средних КТ, вроде моей, это сотни ампер, в больших тысячи ампер.
Все транзисторы FGH60N60SMD, на керамических прокладках (можно и обычные резиновые использовать) на одном радиаторе. В DRSSTC ключи практически не греются, и такой радиатор, как у меня, избыточен.
В основном греются ММС, конденсатор питания и конденсаторы делителя силовой.
Питается прямо от сети через диодный мост и конденсатор на 400 вольт 680 мкФ. При первых запусках и настройке лучше подключать через ЛАТР, чтобы уменьшить вероятность взрывов.
Стабилитроны 1.5КЕ400СА ставятся на каждый транзистор, как можно ближе к ключам, они напаяны прямо на ноги, на плате их нет.
Через конденсаторный делитель (красные штуки на фото), центральной точкой которого является один конец первичной обмотки, протекает сотни ампер, поэтому их лучше ставить побольше, что бы общее сечение проводников было достаточным.
Связь между силовой и драйвером осуществляется через GDT (Gate Drive Transformer). Просто несколько витков скрученных между собой проводов на ферритовом сердечнике. В моем случае 6 витков на синем тороидальном сердечнике EPCOS сечением 58 мм^2 работают нормально. Здесь, опять же, должны быть осциллограммы хорошего GDT и плохого, но посмотреть их мне нечем. Очень важно соблюдать фазировку вторичных обмоток. Они должны быть в противофазе. Иначе при включении оба ключа откроются и тупо замкнут на себя питание.
Количество витков GDT определяется по формуле:
N – количество витков, штук.
V – максимальное напряжение которое будет присутствовать на GDT на протяжении времени t, В
t – время на которое будет подано напряжение V, сек
B – индукция насыщения сердечника, Тл
Ae – сечение сердечника, м^2
Еще не намотанный GDT. Я использовал в качестве первичной обмотки медный экран, внутри витая пара.
Важно хорошо изолировать первичную обмотку и вторичные, они могут пробивать. Как-то я не мог понять почему горит драйвер, оказалось по этому.
Заземляется тесла на среднюю точку конденсаторного делителя (на схеме драйвера он есть). Для корпуса драйвера я сделал отдельный делитель, возможно это лишнее, все должно работать и с одним общим делителем, но сделал как сделал.
В моей конструкции есть страйкринг (большое кольцо над витками первичной обмотки), он заземлен вместе с нижним концом вторичной обмотки (Важно! Кольцо страйка не должно быть замкнуто, иначе оно создает КЗ виток, первичка его будет греть) Если разряд пробивает на него, то вторичка замыкается сама на себя и ничего не взрывается.
В теории тесла должна переживать и удар в первичную обмотку, т.к. установлены два конденсатора С2 и С3 емкостью 100н 2Х, через них сливаются наводки на силовую часть. Но я решил не рисковать, да и эстетически мне нравится так.
Пара слов о бусинке. Необходима она для уменьшения наводок на драйвер. Просто маленькое ферритовое кольцо через которое продевается один виток (сразу оба провода) от первичной обмотки GDT.
Для того что бы при включении в сеть не летели искры (зарядный ток конденсатора выпрямителя достаточно большой) сделана плавная зарядка через резистор. Резистор не нужен особо мощный, пара ватт подойдет, а вот реле лучше поставить помощнее.
Тороид 9.5 Х 30 см. Сделан ротационной вытяжкой. Сейчас, к сожалению, такой купить достаточно сложно. Подойдет любая металлическая фиговина, но нужно стараться избегать острых краев, с них будет прошивать. Можно сделать из вентиляционной алюминиевой/стальной гофры.
Терминал не маловажная часть. Должен быть максимально острый, и с его длинной можно поиграть. Без терминала запускать DRSSTC нельзя. При условии, что у вас гладкий тор, как у меня. Так то с какой-нибудь кастрюли разряд будет нормально и сам стрелять
Большие наглядности. Корпус, платы, и оргстеклянные элементы резались на ЧПУ фрезере MOSKI 1310.
Вы можете написать сейчас и зарегистрироваться позже. Если у вас есть аккаунт, авторизуйтесь, чтобы опубликовать от имени своего аккаунта.
Примечание: Ваш пост будет проверен модератором, прежде чем станет видимым.
Последние посетители 0 пользователей онлайн
Собирал я тут автоматический регулятор скорости вращения, настроение пропало и забросил не проверив. Сейчас тут достал, и решил проверить, работает ли оно. Выяснилось, что оно не работает - на секунду примерно включается двигатель и останавливается. Прочитал про номинал R6 - 18к (на моей схеме он R17)1:1 как в оригинале, где подаётся 36В. В моём же случае 14В, значит нужно менять его номинал, в этом причина ?
Гуру, доктор Ватсон, а можно поподробней, " это как "Нагрузил меандром"? Подали квадрат 20К с фронтом 25в\мкС.?
Ну это чисто теория. Чтобы все это реализовать нужны какие то знания и опыт. В первую очередь чтобы получить более менее линейную характеристику изменения сопротивления от температуры нужно запитывать терморезистор от прецезионного источника тока. При запитки через резистор получается совсем не линейная зависимость которую потом процессором придется апроксимировать чтобы получить правильные значения . Всякие смещения тоже нужно правильно делать. Про встроенные в микроконтроллер операционики что то не слышал. Ставьте обычные, но лучше прецезионные. Стоят они копейки Микрокап да уже давно не поддерживается. Но это не страшно. Он до сих пор востребован так как базовые принципа всегда актуальны. Важный плюс у ноего обширная собственная библиотека плюс в нете можно найти дополнительные. Вот пример грамотной реализации вашей задачи. Компоненты вполне доступны и цены вполне гуманные. Плюс в Микрокапе есть доступные модели. Здесь можно компенсировать все лишнее и усилить до нужного. На выходе получите линейное изменение напряжения от температуры в нужном диапазоне. Это сильно облегчит задачу микроконтроллеру ref200_1.pdf
Однако, интересное решение для ЭСW-04. (одна сторона на шарнире, с фиксацией закрытого состояния - одним штырём (и "половинки" всегда вместе - не потеряются)). Но таки опишите свой (вопрос ко всем заинересованым) случай когда не понадобилось отцеплять провода от выключателя, при его демонтаже. Мой единственный за всю практику случай - когда понадобилось подкрасить лицевуху. Для ремонта выключателя, конечно можно не отпаивать, но провода как правило довольно мощные/жёсткие и всегда короткие, ремонтировать с такими ограничениями весьма неудобно, да и ремонт не всегда целесообразен ( даже если менять подломившуюся клавишу, то клавишу надо где то взять, а это "где то" - другой рабочий (новый) выключатель). С уважением, Сергей
Вникание и анализ чужого кода, алгоритма или схемы по трудозатратам равносилен написанию собственного, а то и превышает оное. Тем более, если сама задача не особо интересна проверяющему. Если вы рассчитываете, что кто - то здесь будет с энтузиазмом водить вас за руку по всем этапам проекта, то зря. Пару - тройку по нюансам получить можно, это максимум.
Читайте также: