Как зарядить конденсатор от теслы
Добавил пользователь Евгений Кузнецов Обновлено: 20.09.2024
Во-первых, стоит понять, что это вообще за штука и с чем её едят.
Если вы все-таки решились на сборку сего устройства, я расскажу вам об основных составляющих и принципе работы Трансформатора Тесла. Итак, поехали.
Каков же принцип работы? Все очень просто и сложно одновременно. Вообще, катушка Тесла – это в первую очередь трансформатор, повышающий напряжение. В разных видах этого устройства принцип трансформации одинаков – в первичной катушке вызываются высокочастотные колебания, а уже во вторичной обмотке возникает высокое напряжение высокой частоты. Повышается оно не только с помощью коэффициента трансформации, но и при участии резонанса. Добиваются его путем уравнивания частоты колебаний в первичной обмотке и собственной частоты вторичной катушки. При этом напряжение во вторичной обмотке возрастает в сотни раз.
Существует много видов данного устройства. Самые популярные из них:
1. SGTC (Spark Gap Tesla Coil) — классическая катушка Тесла — высокочастотные колебания в первичной обмотке вызываются электрическим пробоем в конденсаторе при его перенапряжении. Данный вид катушки опасен поражением током из конденсаторов и сложен в исполнении для новичка, поэтому на нем останавливаться не будем.
Во-первых, вам нужно намотать саму вторичную катушку. Обмоточный провод используется диаметром от 0.15 до 0.3 мм. Сразу скажу, что чем тоньше провод, тем лучше эффект. Сам провод найдете в дросселях или в силовых трансформаторах. Мотайте на трубу диаметром от 3 см (чем больше, тем лучше), сами трубы найдете в магазинах сантехники, там они очень дешевые. Для первичной обмотки используйте провод от 3 мм в диаметре, желательно в изоляции. Количество витков подбирайте экспериментально (обычно 4-5 в самый раз).
Для сборки по первой схеме нам понадобится:
Катушка: первичная и вторичная, о них я уже сказал
Транзистор: биполярный, n-p-n, его вы найдете в блоках питания компьютера, в телевизорах, или, на крайний случай, в энергосберегающих лампах, а можете и купить. Отлично подходят D13009, D13007, КТ808, КТ908. На крайний случай используйте D13003, КТ805.
Резистор: один от 1 кОм, второй на 150 Ом, мощность не важна. Конденсатор: на 25 вольт, емкость которого чем больше, тем лучше.
Питание: от 12 до 36 вольт, больше подавать не стоит, транзистор не переживет.
Итак, собираем схему, запускаем. При правильной сборке на конце вторичной катушки появится небольшой стример, газонаполненные лампы будут засвечиваться. Если ничего этого не происходит, то проверьте на работоспособность транзистор (делается это мультиметром в режиме проверки диодов, проверяется каждый из p-n переходов. Так же ищите другие ошибки, о них я сказал выше.) На верх катушки можете прицепить тороид – он станет дополнительной емкостью для вторички и в какой-то степени увеличит мощность.
Для сборки по второй схеме нам понадобится:
- Катушка: первичная и вторичная
- Дроссель: от ЛДС, на 38 Ватт, так же можно использовать первичку от силовых трансформаторов
- Транзистор: полевой, IRFP460, такой вы сможете только купить. Подойдут и другие полевые транзисторы, но уже нужно будет подбирать соответствующее питание.
- Диод: любой, на ток от 10 А
- Резистор: один на 50 кОм, другой на 2 кОм
- Конденсатор: один электролит на 100 мкФ, другой пленочный на 1 мкФ
- Стабилитрон: два на 12 вольт
- Лампа накаливания: 60 Вт
- Предохранитель: на 3 А
Итак, все собираем по схеме. Сразу скажу: сейчас техника безопасности превыше всего! Мы работаем с сетевым напряжением, поэтому старайтесь быть аккуратнее. При первом запуске включаем в цепь (до диода) последовательно лампу накаливания, и при неправильной сборке она лишь загорится в полный накал. В схему обязательно включаем стабилитроны, ибо при подскоке напряжения у вас 100% сгорит транзистор (полевики очень капризные), а стабилитроны защитят его от такой участи. С другой стороны, без них стримеры длиннее. Но зачем рисковать дорогостоящими деталями? В любом случае – дело ваше. Если у вас ничего не заработало, а лампа светится, но тускло, то вам стоит лишь поменять местами концы первичной обмотки. Если же вы слышите гудение дросселей – то у вас сгорел транзистор. При правильной сборке вы увидите длинные, красивые стримеры на конце вторички. Для увеличения мощности можете параллельно дросселям включить нагрузку (лампочку, утюг), но мощностью не больше 1000 Вт. Транзистор будет греться, это нормально.
Из своих наблюдений, при строительстве катушки, я заметил одну интересную вещь: от емкости электролитического конденсатора в какой-то степени зависит длина стримеров. Чем выше емкость, тем дольше соответственно будет заряжаться конденсатор и тем больше он отдаст тока при разряде. Длина стримеров увеличится, но катушка начнет работать в импульсном режиме: между разрядами будет проходить около 3-х секунд. Еще есть совет: никогда не цепляйте на верх катушки слишком большой тороид. Это убьет транзистор, и даже не стоит экспериментировать.
На этом я завершаю свою статью. В ней я рассказал большинство из того, что поможет новичку. Все взято из моего личного опыта. Спасибо за внимание и удачной сборки!
cityman85131122 Опубликована: 31.08.2016 0 34
Вознаградить Я собрал 0 3
Автономное энергоснабжение. Свободная и альтернативная энергия будущего. Бестопливные генераторы и "вечные двигатели" в каждый дом!
В ней, кроме всего прочего, очень подробно изложены взгляды ученого на возможность использования энергии окружающей среды, а именно – атмосферного электричества. Вот фрагмент, заслуживающий внимания:
«Электричество, образующееся естественным путем, является еще одним источником энергии, который может стать доступным. В разрядах молнии содержится огромное количество электрической энергии, которую мы могли бы использовать путем ее преобразования и аккумуляции. Несколько лет тому назад я опубликовал описание метода преобразования электричества, который представляет первую часть задачи по аккумулированию энергии разряда молнии, хотя осуществить это будет трудно. Кроме того, известно, что электрические токи постоянно циркулируют сквозь землю, и между землей и каким-либо воздушным слоем существует разность электрических напряжений, которая изменяется пропорционально высоте.
В ходе недавних экспериментов я, в этой связи, открыл два новых важных явления. Одно из них состоит в том, что в проводе, один конец которого заземлен, а другой уходит высоко вверх, возникает ток, что происходит либо благодаря вращению Земли вокруг своей оси, либо благодаря ее поступательному движению. Однако еще нет уверенности в том, что ток станет постоянно проходить по проводу до тех пор, пока электричеству не будет создана возможность просачиваться в воздух. Его истекание в большой степени облегчится, если поднятый конец провода подсоединить к терминалу с большой поверхностью и множеством острых граней и шипов. Так мы сможем получать постоянный приток электрической энергии, просто удерживая провод на высоте, но, к сожалению, количество электричества, которое может быть получено таким способом, мало.
Говоря о первой части задачи, Тесла, вероятно, имеет в виду метод, подробно описанный в патенте № 462418, полученном 3 ноября 1891 года (почти за 9 лет до публикации статьи).
В патенте описывается метод аккумулирования энергии источника в конденсаторе, который, затем, разряжается в рабочую цепь, содержащую преобразовательные устройства, которыми могут быть лампы, трансформаторы и т.п.
Работая над преобразователями высокой частоты, начиная с 1891 года, ученый разрабатывает множество видов преобразователей, а также тех или иных компонентов устройств.
24 февраля 1893 года, читая лекцию сотрудникам Института Франклина в Филадельфии, Тесла затрагивает следующий важный аспект:
Эта катушка отличалась тем, что намотана двумя параллельными проводами, которые соединены последовательно так, что конец одного провода соединялся с началом второго. Это делалось для того, чтобы увеличить разность потенциалов между двумя соседними витками. Как известно, работающая на резонансной частоте катушка (с собственной межвитковой емкостью), может накапливать энергию пропорционально квадрату напряжения между двумя соседними витками.
Поэтому такая катушка во много раз превосходит катушку с однопроводной намоткой. Поясним этот момент: пусть катушка имеет 500 витков в один слой, при этом напряжение на ее концах 500 вольт, значит разность потенциалов между двумя соседними витками 1 вольт. Теперь рассмотрим намотку в два провода, когда 500 витков получены соединением двух катушек из 250 витков каждая, по схеме из патента. Разность теперь не 1 вольт, а 250 вольт. Значит такая катушка может запасать в 62500 раз больше энергии ( 250 2 /1 2 = 62500).
Вероятно, Тесла использовал такие катушки в качестве дросселей (накопительных катушек). В патенте 568176 от 22 сентября 1896 года упоминается возможность обойтись без конденсатора, если сама первичная цепь обладает достаточной емкостью:
Рисунок из патента №568176
22 сентября 1896 года Тесла получает сразу пять патентов, которые описывают устройства, работающие примерно по аналогичному принципу, их разрядная первичная цепь везде одинакова:
Из патента №568178:
16 августа 1898 года Тесла получает семь патентов на различные контроллеры электрической цепи, задача которых – эффективная коммутация зарядной и разрядной цепей. Главная цель, которую преследовал ученый при совершенствованиях – снизить потери при размыкании и замыкании прерывателя, а также повысить, насколько это возможно, скорость коммутации и частоту.
Рисунок из патента №609245
Это следующие патенты:
Как видим, Тесла все же смог разработать контроллеры, дающие возможность получать очень высокую частоту прерываний.
В период с 1899 по 1900 годы он использует все свои практические наработки в лаборатории в Колорадо-Спрингс, где и проверяет на практике свои идеи. Рабочий дневник ученого содержит подробное описание проделанной работы.
Стандартная схема передатчика выглядит так:
Когда выключатель замкнут, зарядная катушка накапливает энергию, затем происходит размыкание, энергия, накопленная в катушке принимает форму высоковольтного импульса и устремляется в конденсатор, заряжая его, после этого вновь происходит замыкание, тогда энергия, накопленная в конденсаторе начинает совершать высокочастотные колебания в цепи разряда в то время, как зарядная катушка вновь накапливает энергию от источника. Вторичная обмотка, настроенная в резонанс, находится в несильной индуктивной связи с первичной обмоткой, чтобы свободные колебания могли проявиться с максимальной силой.
Это патент №1119732 от 1 декабря 1914 года.
Рисунок из патента №1119732
Из патента №1119732:
Становится ясно, что здесь воплощена идея Тесла, высказанная им во время выступления 24 февраля 1893 года о том, как необходимо взаимодействовать с электрическим зарядом Земли, а также способ правильной настройки, соответствующий идее. Отметим, что в патенте №787412, заявка на получение которого была подана 16 мая 1900 года, подробно описан принцип правильной настройки такой системы. Основы также описаны и в патенте №649621 от 15 мая 1900 года.
Рисунок из патента №685957
При исследование устройств и патентов Николы Тесла, Вам в работе наверняка может понадобиться оборудование Hach Lange. Например различные колориметры, спектрофотометры и много другого качественного измерительного оборудования.
Зарядное устройство переменного тока для электромобилей с протоколом J1772 по сути своей не зарядное устройство. Чтобы понять принцип работы я решил сделать свой Wallconnector с бюджетом до 10.000 руб. и разобраться как все работает. Опыты с электричеством опасны! Не повторяйте это дома, или повторяйте. решать Вам.
Чтобы успокоить Вас после кликбейтной картинки, сам коннектор по сути не зарядное устройство, а лишь реле, для подачи питания на разъем после того как разъем подсоединен к машине и машина готова заряжаться.
Чарджер (зарядное устройство) находится в машине, именно чарджер выключает контактор внутри машины по окончанию процесса зарядки, BMS (Battery management system) система, которая контролирует ячейки батареи так же находится внутри машины.
Существует целый зоопарк разъемов и типов зарядок для электромобилей. Основное отличие в постоянном и переменном токе. В случае AC зарядок Вы ограничены максимальной пропускной мощностью Вашего чарджера.
В случае DC, постоянный ток нужного напряжения направляется прямо в BMS, поэтому максимальная мощность может быть на порядок выше. Например CCS2 Combo и Supercharger V3 могут обеспечивать пропускаемую мощность при зарядке до 250кВт.
Я не устаю повторять, что я технарь, я программист, физмат в мою бухту. Возможно, моя юность прошла в растянутом шерстяном свитере, но сейчас я гордо смеюсь в лицо любому приколу об айтишниках. И ты айтишник, на тебя с обожанием смотрят женщины и с завистью мужчины. Хорошо, что ты уже за компьютером, будем в две клавиатуры хакать зарядку от Тесла.
Так, вот с батареями все не так просто. Литий штука капризная и непостоянная, особенно LiPo. По всем канонам может выдержать до 3C зарядку. Т.е. при емкости батареи в 75 кВт*ч максимальная мощность при зарядке 225 кВт. При 400В это 562,5А.
Если Вас такие цифры уже испугали, добро пожаловать в наш отряд! Да, батарея при такой зарядке бешено охлаждается, с КПД все не так просто, на деградацию никто не смотрит, важны маркетинговые цифры. Новая геометрия ячеек от Макса и новый катод должны творить чудеса. Но мне страшно сидеть в машине, которая заряжается четвертью мегавата.
Это не связано с текущим постом, но при передаче батареи для электромобиля на парковке в Москве я стал виновником взрыва 200 ячеек 18650, я знаю как горит литий на чужих крышах и капотах машин, а у меня в глазах счетчик потерь за сегодня.
В общем, зарядку для переменного тока(ее принято так называть) все-таки я сделал, хотя перед этим смотрел открытые проекты вроде OpenEVSE.
Изучил устройство Wall connector, mobile connector, мобильных зарядок сторонних производителей.
SAE J1772
Сам стандарт был принят в 2001 году, он же потом переродился в виде Combined Charging System (CCS). Ниже принципиальная схема.
Proximity pin это по сути кнопка в пистолете, который Вы вставляете в машину, Вы нажимаете кнопку, машина понимает и показывает зарядному устройству по pilot pin, что пора тоже отключить контактор, отключает контактор в зарядном устройстве к чарджеру.
Цель этого блока обеспечивать гарантированное отключение питания в случае непредвиденных обстоятельств. Зарядный пистолет должен быть обесточен, когда не находится в зарядном порту автомобиля и автомобиль не требует зарядки.
Вся магия в процессе общения Tesla с wall connector или mobile connector кроется в понимании работы pilot pin, и это очень просто.
В начальном состоянии ваше з.у. подключает к pilot pin 12V с ШИМ сигналом, по которому машина понимает какой ток максимальный для данной зарядной сети.
В моем случае это Tesla model Y чистокровный американец, ток до 48А, поэтому все компоненты я брал на честные китайские 63А, а ШИМ сигнал необходимо обеспечить в размере 80% с частотой в 1кГц.
Далее мы вставляем разъем с питанием в авто. Сопротивления на схеме j1772 выше условны, для понимания принципа работы. R3 в автомобиле на 2.7 кОм работает как делитель напряжения и у нас на pilot pin остается 9V, все дружно понимают, что машина подключилась к зарядке. Детектор в з.у. и в авто видят работу в штатном режиме.
Машина включает контактор к чарджеру и дополнительной сопротивление 1.3кОм для подтяжки pilot pin к земле. Забыл сказать, что земля для AC и GND для pilot и proximity объединены, еще и поэтому важно иметь хорошую землю на з.у., если Вы гордились тем, что Ваше китайское з.у. терпимо к плохой земле, передайте китайцам большой рахмед.
После включения в авто второго сопротивления, общее сопротивление между pilot pin и GND падает и напряжение на pilot становится 6V, можете посчитать. Детектор в чарджере от всего этого начинает понмиать, что пора и включает свой контактор.
Вот и вся суть зарядки. Обеспечить питание для pilot pin, детектор и контактор. Я взял за основу проект Jacob Dykstra.
Набросал схему в онлайн редакторе, по возможности проверил и заказал производство.
Микроконтроллер Wemos D1 на основе esp8266 c wifi и bluetoth для блюкджека и куртизанок.
Опторазвязка 4N35 играет роль драйвера, именно через нее мы питаем pilot pin 12V и обеспечиваем ШИМ сигнал.
Компаратор напряжения LM393 играет роль детектора. Настроив переменными резисторами переходные напряжения для сравнения мы получаем подтянутые ноги D8, D7 в переходных значениях 12V, 9V, 6V. Таким образом микроконтроллер понимает подключена ли машина и готова ли машина к зарядке.
Микроконтроллер включает реле, которое включает контактор в силовой части, через реле на плате проходят милиамперы.
2 недели и из солнечного Шеньженя посылка уже у меня. Никак не могу поверить, что это стоит 2$.
Силовая часть собрана в щитке на рейке. Все компоненты чистокровные китайские. Слева направо.
В качестве защиты я выбрал УЗО на 63А с проверкой целостности земли.
Решил включить в состав счетчик, чтобы проверять данные, которые указывает машина о заряде и реальное потребление, так узнаю КПД заряда.
Блок питания AC-DC на 12V.
Контактор для отключения фазы и нуля сразу с максимальным током в 63А.
С монтажом на стене.
Код Jacob'a
О плюшках и куртизанках
В проект заложена возможность применения адресной LED для индикации состояния. Использование RFID для применения ключей и личных кабинетов. Так же личный кабинет может быть через аутентификацию на сервере. Измерение силы тока позволит считать электроэнергию для распределения по лицевым счетам. Но это уже другая история.
Вывод
Я добился цели разобраться как работает J1772. Зарядное устройство работает. Есть планы как развивать этот проект. В самом начале я планировал уместиться в 10.000 руб., этого не получилось, потому что сам кабель стоит дороже.
Звучит так, будто Тесла действительно открыл что-то изумительное, понял это явление, и ожидал, что оно даст бесконечные возможности. Звучит так, будто это нечто находилось совсем в другой стороне от всего того, что было известного до этого. Даже сейчас, через сотню лет, мы только приоткрываем завесу над некоторыми из этих возможностей, особенно того, что касается задачи передачи человеческого голоса. Но у нас до сих пор нет возможности иметь доступ к энергии ни на суше, ни на море, ни в воздухе. Ясно, что Тесла ссылался на что-то, что так и не вошло в нашу жизнь.
Что же сделал Тесла? Какие мы имеем доказательства того, что Тесла действительно работал над системами, о которых мистер Вассилатос рассказывает в своей книге?
Во-первых, имеются свидетельства о том, что Тесла работал над цепями с искровыми разрядниками в попытке достичь всё больших и больших скоростей искрового разряда.
Рис.10 Механический контроллер Тесла для электрической цепи.
Рис.11 Магнитный прерыватель электрического разряда
Рис.12 Прерыватель дуги горячим воздухом
Рис.13 Электрический трансформатор Тесла
Тесла указывает, что он планирует использовать это изобретение в проектировании улучшенных катушек, которые будут применяться для передачи энергии на очень большие расстояния.
Рис. 14a Однопроводная передача энергии
Рис. 14b Однопроводная передача энергии
Одна из иллюстраций в этом патенте (Рис. 14a Однопроводная передача энергии. Рис. 14b Однопроводная передача энергии.) ясно показывает, что он сконструировал то, о чём говорил Вассилатос: конструкция содержит всего несколько витков в первичной обмотке, и использует коническую катушку в качестве вторичной обмотки. То есть, все те элементы, что описал Вассилатос.
Рис. 15 Иллюстрация Усиливающего Передатчика Тесла
Рис.16 Усиливающий Передатчик Тесла, как он описан в патенте
Приведём ещё одну цитату из патента, где Тесла говорит:
И опять, он говорит о невероятном усилении электрического движения. Это не обычное увеличение напряжения, как в обычных трансформаторах, но увеличение мощности.
Чуть выше на той же странице Тесла указывает:
Рис. 17 Иллюстрация из лекции Тесла. Февраль 1893 год
На Рис.18 приведено увеличенное изображение цепей постоянного тока. На средней картинке изображено то, что Тесла называет постоянным током из главного генератора и пропускает его через другой аппарат, который, как нам сказано в тексте, ещё больше увеличивает напряжение постоянного тока. Затем цепь заряжает конденсатор и разряжает его через искровой разрядник с магнитным прерывателем для питания ламп и других аппаратов.
Это, опубликованное в работах Теслы, прямое свидетельство того, что он работал со всеми компонентами, описанными Вассилатосом. Сказать по правде, он скрыл их в тени других возможностей, но все необходимые элементы присутствуют, и чётко описаны.
Учитывая, что Никола Тесла был изобретателем многофазной системы распределения электрической энергии, которая сейчас используется во всём мире, удивительно, что он говорит, будто не знает, что такое электричество, но что оно определённо ведёт себя как жидкость под давлением! Это понимание сути электричества, разумеется, полностью расходится с общепринятой точкой зрения.
Утверждение Тесла, что электричество ведёт себя как несжимаемая жидкость, только приводит к новому вопросу: о какой жидкости он говорит? Может ли это быть одной из зашифрованных ссылок Теслы на эфирный газ, как считает Вассилатос? Из текста в той же статье, на странице А148, есть следующие утверждения, относящиеся к этому вопросу:
Рис. 19 Разряд Радиантной Энергии
Для ответа на этот вопрос, я сошлюсь на Рис. 19, на котором изображена чёрно-белая версия цветной фотографии разряда Усиливающего Передатчика Эрика Долларда, которая помещена на обложку этой книги.
Здесь я хотел бы добавить свидетельство ещё одного очевидца относительно природы радиантной энергии и холодного электричества Теслы. В тот же день, когда Элисон Девидсон сделал эту фотографию, мы с Томом Брауном провели удивительный эксперимент. Я взял обычную лампочку накаливания, и удерживал её за цоколь правой рукой. Затем я попросил Тома подойти и прикоснуться к центральному выводу лампочки своим пальцем. Как только он сделал это, нить лампочки в наших руках вспыхнула ярким светом. Я стоял примерно в шести футах от передатчика, а Том — в восьми футах. Я не чувствовал никаких неприятных ощущений, но был сильно поражён и удивлён. До того момента я и не подозревал, насколько безопасна эта форма энергии.
Обобщённые свойства Электрорадиантного эффекта:
1. Электрорадиантный эффект производится, когда высоковольтный постоянный ток разряжается в искровом промежутке и быстро прерывается, пока не возникнет какой-либо реверсивный (обратный) ток.
2. Этот эффект значительно увеличивается, когда источником постоянного тока служит заряженный конденсатор.
3. Электрорадиантный эффект покидает провода и другие компоненты цепи перпендикулярно к течению тока.
4. Электрорадиантный эффект порождает пространственно распределённое напряжение, которое может превышать начальное напряжение на искровом разряднике в тысячи раз.
6. Электрорадиантный эффект можно полностью охарактеризовать длительностью импульса и напряжением на искровом разряднике.
8. Электроизлучающие импульсы длительностью менее 100 микросекунд абсолютно безопасны для рук и не будут вызывать шоковый удар или другой вред.
9. Электроизлучающие импульсы длительностью менее 100 наносекунд холодны и легко создают световые эффекты в вакуумных трубках.
В 1997 году я заинтересовался катушкой Тесла и решил построить свою. К сожалению, я потерял интерес к ней, прежде чем я смог её запустить. Через несколько лет я нашел свою старую катушку, немного пересчитал её и продолжил строительство. И снова я забросил ее. В 2007 году друг показал мне свою катушку, напомнив мне о моих незавершенных проектах. Я опять нашел свою старую катушку, пересчитал все и в этот раз завершил проект.
Катушка Тесла - это резонансный трансформатор. В основном это LC схемы, настроенные на одну резонансную частоту.
Высоковольтный трансформатор используется для зарядки конденсатора.
Как только конденсатор достигает достаточного уровня заряда, он разряжается на разрядник и там проскакивает искра. Происходит короткое замыкание первичной обмотки трансформатора и в ней начинаются колебания.
Поскольку ёмкость конденсатора фиксирована, схема настраивается путем изменения сопротивления первичной обмотки, изменяя точку подключения к ней. При правильной настройке, очень высокое напряжение будет в верхней части вторичной обмотки, что приведет к впечатляющим разрядам в воздухе. В отличие от традиционных трансформаторов, соотношение витков между первичной и вторичной обмотками практически не влияет на напряжение.
Этапы строительства
Спроектировать и построить катушку Тесла довольно легко. Для новичка это кажется сложной задачей (мне это тоже казалось сложным), но можно получить рабочую катушку, следуя инструкциям в этой статье и проделав небольшие расчеты. Конечно, если вы хотите очень мощную катушку, нет никакого способа кроме изучения теории и проведения множества расчетов.
Вот основные шаги, с которых следует начать:
- Выбор источника питания. Трансформаторы которые используются в неоновых вывесках, вероятно, лучше всего подойдут для начинающих, так как они относительно дешевые. Я рекомендую трансформаторы с выходным напряжением не меньше чем 4кВ.
- Изготовление разрядника. Это могут быть просто два винта, вкрученных в паре миллиметров друг от друга, но я рекомендую приложить немного больше усилий. Качество разрядника сильно влияет на производительность катушки.
- Расчет ёмкости конденсатора. Используя формулу ниже, рассчитайте резонансную емкость для трансформатора. Значение конденсатора должно быть примерно в 1,5 раза больше этого значения. Вероятно, лучшим и наиболее эффективным решение будет сборка конденсаторов. Если вы не хотите тратить деньги, можете попробовать изготовить конденсатор сами, но он может не работать, а его емкость трудно определить.
- Изготовление вторичной обмотки. Используйте 900-1000 витков эмалированной медной проволоки 0,3-0,6мм. Высота катушки обычно равна 5 её диаметрам. Водосточная труба из ПВХ, возможно, не самый лучший, но доступный материал для катушки. Полый металлический шар прицеплен к верхней части вторичной обмотки, а её нижняя часть заземлена. Для этого желательно использовать отдельное заземление, т.к. при использовании общедомового заземления есть шанс испортить другие электроприборы.
- Изготовление первичной обмотки. Первичная обмотка может быть сделана из толстого кабеля, или ещё лучше из медной трубки. Чем толще трубка, тем меньше резистивных потерь. 6 миллиметровой трубы вполне достаточно для большинства катушек. Помните, что толстые трубы намного сложнее сгибать и медь трескается при многочисленных перегибах. В зависимости от размера вторичной обмотки, от 5 до 15 витков с шагом от 3 до 5 мм должно хватить.
- Соедините все компоненты, настройте катушку, и все готово!
Перед тем как начать делать катушку Тесла настоятельно рекомендуется ознакомиться с правилами ТБ и работы с высокими напряжениями!
Также обратите внимание, что не были упомянуты схемы защиты трансформатора. Они не были использованы, и пока проблем нет. Ключевое слово здесь - пока.
Детали
Катушка делалась в основном из тех деталей, которые были в наличии.
Это были:
4кВ 35mA трансформатор от неоновой вывески.
0.3мм медная проволока.
0.33μF 275V конденсаторы.
Пришлось докупить 75мм водосточную трубу ПВХ и 5 метров 6мм медной трубки.
Вторичная обмотка
Вторичная обмотка сверху и снизу покрыта пластиковой изоляцией, для предотвращения пробоя
Вторичная обмотка была первым изготовленным компонентом. Я намотал около 900 витков провода вокруг сливной трубы высотой около 37см. Длина использованного провода была примерно 209 метров.
Индуктивности и емкости вторичной обмотки и металлической сферы (либо тороида) можно рассчитать по формулам которые можно найти на других сайтах. Имея эти данные можно рассчитать резонансную частоту вторичной обмотки:
L = [(2πf) 2 C] -1
При использовании сферы диаметром 14см, резонансная частота катушки равна примерно 452 кГц.
Металлическая сфера или тороид
Первой попыткой было изготовление металлической сферы путем обвертывания пластикового шара фольгой. Я не смог разгладить фольгу на шаре достаточно хорошо, и решил изготовит тороид. Я сделал небольшой тороид, обмотав алюминиевой лентой гофрированную трубу, свернутую в круг. Я не смог получить очень гладкий тороид, но он работает лучше, чем сфера из-за своей формы и за счет большего размера. Для поддержки тороида под него был подложен фанерный диск.
Первичная обмотка
Первичная обмотка состоит из медных трубок диаметром 6 мм, намотанных по спирали вокруг вторичной. Внутренний диаметр обмотки 17см, внешний 29см. Первичная обмотка содержит 6 витков с расстоянием 3 мм между ними. Из-за большого расстояния между первичной и вторичной обмоткой, они могут быть слабо связаны между собой.
Первичная обмотка вместе с конденсатором является LC генератором. Необходимая индуктивность может быть рассчитана по следующей формуле:
L = [(2πf) 2 C] -1
С - емкость конденсаторов, F-резонансная частота вторичной обмотки.
Но эта формула и калькуляторы основанные на ней дают лишь приблизительное значение. Правильный размер катушки должен быть подобран экспериментально, поэтому лучше сделать её слишком большой, чем слишком маленькой. Моя катушка состоит из 6 витков и подключена на 4 витке.
Конденсаторы
Сборка из 24 конденсаторов с гасящим резистором 10МОм на каждом
Так как у меня было большое количество мелких конденсаторов, я решил собрать их в один большой. Значение конденсаторов может быть рассчитано по следующей формуле:
C = I ⁄ (2πfU)
Значение конденсатора для моего трансформатора 27.8 нФ. Фактическое значение должно быть немного больше или меньше этого, так как быстрый рост напряжения в связи с резонансом может привести к поломке трансформатора и / или конденсаторов. Небольшую защиту от этого обеспечивают гасящие резисторы.
Моя сборка конденсаторов состоит из трех сборок с 24 конденсаторами в каждой. Напряжение в каждой сборке 6600 В, общая ёмкость всех сборок 41.3нФ.
Каждый конденсатор имеет свой 10 МОм гасящий резистор. Это важно, так как отдельные конденсаторы могут сохранять заряд в течение очень долгого времени после того, как питание было отключено. Как видно из рисунка ниже, номинальное напряжение конденсатора является слишком низким, даже для 4 кВ трансформатора. Чтобы хорошо и безопасно работать оно должно быть по крайней мере, 8 или 12 кВ.
Разрядник
Мой разрядник это просто два винта с металлическим шариком в середине.
Расстояние регулируется таким образом, что разрядник будет искрить только тогда, когда он является единственным подключенным к трансформатору. Увеличение расстояния между ними теоретически может увеличить длину искры, но есть риск разрушения трансформатора. Для большей катушки необходимо строить разрядник с воздушным охлаждением.
Характеристики
Колебательный контур
Трансформатор NST 4кВ 35мА
Конденсатор 3 × 24 275VAC 0.33μF
Разрядник: два шурупа и металлический шар
Первичная обмотка
Внутренний диаметр 17см
Диаметр трубки обмотки 6 мм
Расстояние между витками 3 мм
Длина трубки первичной обмотки 5м
Витки 6
Вторичная обмотка
Диаметр 7,5 см
Высота 37 см
Проволока 0.3мм
Длина провода около 209m
Витки: около 900
Читайте также: