Катушка Тесла своими руками: схема и принцип работы

Вопросы и ответы

Описание прибора

В большинстве случаев КТ (катушка Николы Теслы) описать сложно. По сути, это обычный резонансный трансформатор. Во время работы генерируется высокочастотный электрический ток.

Сейчас инженеры оборонного комплекса создали устройство мощностью 1 ТГц. И сейчас многие задаются вопросом, как и зачем появилась катушка Тесла, если ученый работал над созданием беспроводной передачи сигнала, к которой мы все привыкли в современной жизни.

Считалось, что если два устройства разместить на расстоянии друг от друга, то электричество от первой катушки сможет передаться второй. Единственное условие – оба должны иметь идентичные технические параметры. Более того, амбициозность Теслы позволяла ему надеяться, что таким образом можно будет создать вечный двигатель.

И если бы ему это удалось, люди смогли бы отказаться от использования атомных электростанций, тепловых электростанций и гидроэлектростанций, и проблема экологии решилась бы сама собой. Однако развитие не было продолжено. Причина этого до сих пор неизвестна.

Основные виды катушек

Сам Тесла производил только один тип трансформатора — на разряднике (SGTT).

С тех пор элементная база была значительно усовершенствована, и появилось множество различных типов катушек, по аналогии с которыми их продолжают называть катушками Тесла.

Типы катушек обычно называют от английских аббревиатур. Если имя должно быть произнесено на русском языке, английские сокращения просто произносятся русскими буквами без перевода. Ниже рассмотрены наиболее распространенные типы катушек Тесла.

SGTC (СГТЦ, Spark Gap Tesla Coil)

Трансформатор Тесла на разряднике. Самая первая и «классическая» конструкция (ее использовал сам Тесла). В качестве ключевого элемента используется искровой разрядник.

В маломощных конструкциях искровой разрядник представляет собой всего два отрезка проволоки, разнесенных друг от друга, а в мощных — сложные вращающиеся искровые разрядники. Этот тип трансформатора идеален, если вам нужен только длинный стример.

VTTC (ВТТЦ, Vacuum Tube Tesla Coil

Трансформатор Тесла на лампе. В качестве ключевого элемента используется мощная радиолампа. Такие трансформаторы могут работать непрерывно и давать толстые, «жирные» стримеры. Этот тип чаще всего используется для высокочастотных тесселяций, которые из-за характерного вида их стримеров называют «факелами”.

SSTC (ССТЦ, Solid State Tesla Coil)

Трансформатор Тесла, в котором в качестве ключевого элемента используются полупроводники. Обычно это MOSFET или IGBT транзисторы. Этот тип трансформатора может работать непрерывно. Внешний вид стримеров, создаваемых этой катушкой, может быть самым разным. Этим типом Tesla проще всего управлять (например, воспроизводить музыку).

Основные детали катушки

Хотя существует несколько типов катушек Тесла, все они имеют общие черты. Поговорим об основных деталях тесла сверху донизу.

Тороид

Тороиды обычно изготавливаются из гофрированного алюминия, хотя существует множество других технологий. Выполняет три функции:

  1. Первый — это снижение резонансной частоты — это актуально для SSTC и DRSSTC, так как силовые полупроводники плохо работают на высоких частотах.
  2. Второй — накопление энергии перед формированием стримера. Чем больше тороид, тем больше в нем накапливается энергии, и в момент прорыва воздуха тороид отдает эту энергию стримеру, тем самым увеличивая его. Чтобы воспользоваться этим явлением в Теслах с непрерывной накачкой, используется прерыватель.
  3. Третье – образование электростатического поля, отталкивающего стример от вторичной обмотки тесла. Отчасти эту функцию выполняет сама вторичная обмотка, но ей хорошо может помочь тороид. Именно из-за электростатического отталкивания стримера он не попадает на кратчайший путь к вторичной обмотке.

От применения тороидов больше всего выиграют Тесла с импульсной накачкой — SGTC, DRSSTC и Тесла с чоппером. Типичный внешний диаметр тороида составляет два вторичных диаметра.

Вторичка

Типичное соотношение между длиной обмотки Тесла и ее диаметром составляет 4:1 — 5:1. Диаметр провода для намотки Тесла обычно выбирают таким, чтобы на вторичке поместилось 800-1200 витков. Внимание, повторюсь еще раз. Не наматывайте слишком много витков на вторичку тонким проводом. Катушки на вторичке должны располагаться как можно ближе друг к другу.

Для защиты от царапин и разрывов обмоток вторичные обмотки обычно покрывают лаком. Чаще всего для этого используют эпоксидную смолу и полиуретановый лак. Лакировать нужно очень тонкими слоями. Обычно на вторичку наносится не менее 3-5 тонких слоев лака.

Наматывают вторичку на воздуховодную (белую) или, что еще хуже, канализационную (серую) трубу ПВХ. Вы можете найти эти трубы в любом хозяйственном магазине.

Защитное кольцо

Предназначен для того, чтобы стример, попав в первичную обмотку, не вывел из строя электронику. Эта деталь устанавливается на Теслу, если длина стримера больше длины вторичной обмотки. Представляет собой открытый виток медного провода (обычно чуть толще того, из которого сделана первичка). Защитное кольцо заземляется на общую землю отдельным проводом.

Первичная обмотка

Обычно изготавливаются из медных труб для кондиционирования воздуха. Он должен иметь очень малое сопротивление, чтобы через него мог проходить большой ток. Толщина трубы обычно выбирается на глаз, в подавляющем большинстве случаев выбор падает на трубу 6 мм. Также в качестве первички используются провода большего сечения.

По отношению к вторичной обмотке ее устанавливают так, чтобы она давала нужный коэффициент связи. Часто играет роль строительного элемента в тех Теслах, где первичный контур резонансный. Точка соединения первичного контура выполнена подвижной и при ее перемещении изменяется резонансная частота первичного контура.

Существуют трансформаторы Тесла без первичной обмотки. Они подают питание непосредственно на «земляной» конец вторичной обмотки. Этот метод кормления называется базовым кормлением).

Первичные обмотки обычно делают цилиндрическими, плоскими или коническими. Обычно плоская первичная обмотка используется в SGTC, коническая в SGTC и DRSSTC и цилиндрическая в SSTC, DRSSTC и VTTC.

Заземление

Очень важная часть Теслы. Очень часто задают вопрос — куда попадают стримеры? Отвечаем на этот вопрос — стримеры берутся за дело! И таким образом замыкают ток, показанный на картинке синим цветом.

Поэтому при плохом заземлении стримерам деваться будет некуда и им придется бить тесла (закорачивать ток), вместо того, чтобы рвануть в воздух. Меня спросили — нужно ли заземлять теслу? Так что ответ такой: заземление для тесла обязательно.

Теоретически для тесла вместо заземления можно использовать так называемый противовес — искусственное заземление в виде большого токопроводящего предмета. Практичных конструкций с противовесами очень мало.

Катушка Тесла (Трансформатор) самостоятельная сборка своими силами
Обратите внимание на следующее! Изготовление тесел с противовесами гораздо опаснее, чем теселей с простым грунтом, потому что вся конструкция имеет высокий потенциал по отношению к грунту. Относительно большая емкость между противовесом и окружающими предметами может негативно на них повлиять.

Устройство катушки

Минимум компонентов. Для сборки кроме первичной и вторичной обмоток нужен тор, защитное кольцо, диэлектрическая коробка и клемма. Чтобы лучше понять, как сделать катушку Тесла, нужно подготовить все необходимое. А для лучшего понимания процесса рассмотрим каждый элемент катушки отдельно:

  • Первичная обмотка закреплена внизу. Требуется заземление. Также необходимо предусмотреть разъемы для подключения проводов от источника питания.
  • Вторичная обмотка. Изготовлен из медной проволоки, покрытой эмалью. Примерное количество витков – 800. Важно, чтобы обмотка не была размотана.
  • Тороид. Задача этого элемента – снизить показатели резонансной частоты. Целью является повышение характеристик рабочего поля.
  • Изоляция. Его также называют защитным кольцом. Это разомкнутая медная цепь, устанавливаемая для случаев, когда длина вторичной обмотки меньше длины стримера.
  • Заземление. Здесь дело не только в безопасности. Отсутствие «земли» означает, что заряды летят в воздухе, а не образуют замкнутых колец.

Первичная обмотка выполнена проводом большего сечения. Металл должен иметь небольшое сопротивление.

Расчет катушки

Тем, кто собирает трансформатор Тесла своими руками в домашних условиях, не нужно ничего считать. Ниже в описании будут даны все рекомендации с учетом параметров каждого из элементов. Но если работа ведется в промышленных условиях, инженеры тщательно рассчитывают многие параметры.

Самое главное, что вам нужно знать, это то, что самое главное правильно рассчитать количество витков на обмотках. Существует зависимость между числом витков первичной и вторичной катушек.

Невозможно сделать работающее устройство, не зная индуктивности каждого из них и емкости цепей. Также рассчитываются рабочая частота трансформатора и емкость конденсатора. Для любознательных читателей есть возможность сделать это своими мыслями. Формула и схема есть на сайте.

А ниже пошаговая инструкция с указанием конкретных параметров, и достаточно просто следовать алгоритму действий. Но перед этим подготовьте все необходимое с теми же свойствами, которые указаны в описании процесса сборки.

Составные части и принцип работы

Все трансформаторы Тесла, в силу схожего принципа действия, состоят из одинаковых блоков:

  1. Источник питания.
  2. Первичный набросок.
  3. Вторичный контур.

Источник питания питает первичную цепь необходимым напряжением и типом. Первичный контур создает высокочастотные колебания, которые генерируют резонансные колебания во вторичном контуре. В результате на вторичной обмотке образуется ток высокого напряжения и частоты, стремящийся создать по воздуху электрическую цепь – образуется стример.

Выбор первичной цепи зависит от типа катушки Тесла, источника питания и размера стримера. Остановимся на полупроводниковом типе. Отличается простой схемой с доступными деталями и малым напряжением питания.

Схема для самостоятельной сборки

Эта схема имеет минимум элементов, что не облегчает нашу задачу. Ведь чтобы он работал, его надо не только смонтировать, но и настроить. Начнем с ТО.

Такой трансформатор есть в микроволновке. Это обычный силовой трансформатор с той лишь разницей, что сердечник работает в режиме, близком к насыщению.

Это означает, что, несмотря на свои небольшие размеры, он имеет эффект до 1,5 кВт. Однако у этого режима работы есть некоторые недостатки. Это большой ток холостого хода, порядка 2-4 А, и сильный нагрев даже без нагрузки, про нагрев с нагрузкой молчу. Обычное выходное напряжение для МОТА 2000-2200 вольт при токе 500-850 мА.

У всех МОТ «первичка» наматывается снизу, «вторичка» — вверху. Это сделано для хорошей изоляции обмоток.

На «вторичке», а иногда и на «первичке» намотана накальная обмотка магнетрона, около 3,6 вольта.

Также между обмотками видны две металлические перемычки. Это магнитные шунты.

Основное их предназначение — закрыть на себя часть магнитного потока, создаваемого «первичкой.

Поэтому ограничивают магнитный поток через «вторичку» и ее выходной ток на определенном уровне.

Обратите внимание на следующее! Любителей прошу отказаться от этой работы! Опасно, высокое напряжение, опасно для жизни! Хотя напряжение невелико по сравнению с обходчиком, ток, в сто раз превышающий безопасный предел в 10 мА, сведет шансы остаться в живых практически к нулю.

КАП — конденсаторы керамические высоковольтные (серии К15У1, К15У2, ТГК, КТК, К15-11, К15-14 — для высокочастотных установок!).

Фильтр высоких частот: соответственно две катушки, которые действуют как фильтры против высокочастотного напряжения.

В каждом по 140 витков лакированной медной проволоки диаметром 0,5 мм.

Бенгальский огонь, который необходим для переключения мощности и возбуждения колебаний в цепи.

Если в цепи нет свечи зажигания, ток будет, но колебаний не будет. И блок питания начинает сифонить через первичку — а это КЗ

Пока свеча зажигания закрыта, колпачки заряжаются. Как только он закрывается, начинаются вибрации. Поэтому ставят балласт в виде дросселя — при закрытой свече дроссель препятствует протеканию тока от блока питания, сам заряжается, а затем, при размыкании разрядника, заряжает колпачки с двойным зарядом злость.

Наконец дошла очередь и до самого трансформатора Теслы: Первичная обмотка состоит из 7-9 витков провода очень большого сечения.

Однако подойдет медная трубка водопроводчика. Вторичная обмотка содержит от 400 до 800 витков, тут придется подстраиваться.

Активируется первичная обмотка. На вторичке один вывод надежно заземлен, другой подключен к ТОР (молниеотвод) .

Тора можно создать из вентиляционной волны. Вот и все. Помните о безопасности и удачи в самостоятельной сборке.

Область применения

Неверно полагать, что трансформатор Тесла не имеет широкого практического применения. Применяется для зажигания газоразрядных ламп и поиска утечек в вакуумных системах. Однако основное его использование сегодня носит познавательный и эстетический характер. В таблице ниже показаны эффекты, возникающие при работе трансформатора Тесла.

В основном это связано со значительными трудностями, когда необходимо управляемым образом снять высоковольтный ток или тем более передать его на расстояние от трансформатора, так как в этом случае устройство неизбежно выходит из резонанса, а также значительно снижается добротность вторичного контура.

В чем уникальность катушки Тесла?

Главное отличие этого изобретения в том, что его изобретателю удалось добиться напряжения свыше 15 миллионов вольт на частоте в несколько сотен килогерц. Выглядит это устройство невероятно странно, пугающе, но не менее красиво: отсутствие железного сердечника, толстый внешний слой первичной обмотки и толстый внутренний слой вторичной обмотки.

Но есть и недостатки. Например, достаточно сложно сделать большой виток, обеспечивающий отличный тепловой контакт с сердечником трансформатора.

Многие пытаются повторить многочисленные уникальные эксперименты великого гения. Но для этого им нужно решить самую главную задачу — как сделать катушку Тесла в домашних условиях. Но как это сделать? Попробуем подробно описать, чтобы вы смогли сделать это с первого раза.

Что нужно для изготовления катушки Тесла?

Чтобы сделать катушку Тесла дома, на рабочем столе или даже на кухне, нам сначала нужно запастись всем необходимым.

Итак, сначала нам нужно найти или купить следующее.
Из инструментов нам понадобятся:

  • Паяльник
  • Клей-пистолет
  • Просверлите тонким сверлом
  • Рубить видел
  • Ножницы
  • Изолента
  • Маркер

Для сборки самой катушки Тесла необходимо подготовить следующее:

  • Кусок толстой полипропиленовой трубы диаметром 20 мм.
  • Медная проволока диаметром 0,08-0,3 мм.
  • Кусок толстой проволоки
  • Транзистор типа КТ31117Б или 2N2222А (можно КТ805, КТ815, КТ817)
  • Сопротивление 22 кОм (можно взять резисторы от 20 до 60 кОм)
  • Блок питания (Крона)
  • Мяч для пинг-понга
  • Кусок пищевой пленки
  • Основа, на которую будет крепиться изделие – доска или пластик
  • Провода для подключения к нашей схеме

Подготовив все необходимое, приступаем к изготовлению катушки Тесла.

Для чего нужен трансформатор Тесла?

Игрушка? Ничего подобного. По этому принципу Тесла должен был построить глобальную систему беспроводной передачи энергии с использованием энергии эфира. Для реализации такой схемы необходимы два мощных трансформатора, установленных на разных концах земли, работающих на одной резонансной частоте.

В этом случае полностью отпадает необходимость в медных линиях, электростанциях и счетах для оплаты услуг монопольных поставщиков электроэнергии, поскольку любой желающий в любой точке мира мог пользоваться электроэнергией совершенно беспрепятственно и бесплатно.

Естественно, такая система никогда не окупится, так как за электроэнергию платить не придется. А раз так, то инвесторы не торопятся вставать в очередь на реализацию патента Николы Теслы №645 576.

Читайте также: Тороидальный трансформатор: устройство и область применения

Современный взгляд и новые разработки

Несмотря на широкий интерес к созданию генератора свободной энергии, убрать с рынка классический способ получения электроэнергии до сих пор не могут. Разработчикам прошлого, выдвигавшим смелые теории о существенном удешевлении электроэнергии, не хватало технического совершенства оборудования или параметры элементов не могли дать нужного эффекта.

А благодаря научно-техническому прогрессу человечество получает все больше и больше новых изобретений, делающих воплощение генератора свободной энергии уже осязаемым. Следует отметить, что сегодня уже получены и активно эксплуатируются генераторы бесплатной энергии, работающие на силе солнца и ветра.

Но в то же время в Интернете можно найти предложения купить такие устройства, хотя в большинстве своем это муляжи, призванные обмануть несведущего человека.

И небольшой процент реально работающих генераторов свободной энергии, будь то на основе резонансных трансформаторов, катушек или постоянных магнитов, справляются только с питанием слаботочных потребителей, они не могут обеспечить электроэнергией, например, частный дом или освещение во дворе.

Генераторы свободной энергии – перспективное направление, но их практическая реализация пока не реализована.

Применение генератора

Генератор и трансформатор Тесла были разработаны изобретателем как универсальные устройства для беспроводной передачи электрической энергии. Никола Тесла неоднократно проводил опыты, подтвердившие его теорию, но, к сожалению, следы отчетов о передаче энергии также были утеряны или надежно спрятаны, как и многие другие его разработки.

Разработчики только недавно начали проектировать устройства для передачи энергии, но и то на относительно короткие расстояния (хорошим примером являются беспроводные зарядные устройства для телефонов).

В эпоху неизбежного истощения невозобновляемых природных ресурсов (углеводородного топлива) большое значение имеет разработка и проектирование устройств альтернативной энергетики, в том числе бестопливного генератора.

Генератор свободной энергии достаточной мощности можно использовать для освещения и обогрева домов. Не стоит отказываться от исследований, ссылаясь на отсутствие опыта и профильного образования. Многие важные изобретения были сделаны людьми, которые были профессионалами в совершенно разных областях.

Подобие с качелями

Для лучшего понимания накопления, большой разности потенциалов в цепи представьте качели, раскачиваемые оператором. Тот же колебательный контур, а в роли первичной катушки выступает человек. Виток — это электрический ток во второй обмотке, а шаг — разность потенциалов.

Оператор раскачивается, передает энергию. Несколько раз они сильно разгонялись и поднимались очень высоко, они сконцентрировали в себе много энергии. Тот же эффект происходит с катушкой Тесла, есть избыток энергии, происходит проникновение и виден красивый стрим.

Вы должны делать повороты в соответствии с ритмом. Резонансная частота – это количество колебаний в секунду.

Длина пути поворота определяется коэффициентом связи. Если раскачать качели, они будут быстро раскачиваться, перемещаясь точно на длину руки человека. Этот коэффициент равен единице. В нашем случае катушка Тесла с повышенным коэффициентом — это тот же трансформатор.

Человек толкает качели, но не держит их, тогда коэффициент связи мал, качели двигаются еще дальше. Чтобы раскачивать их, требуется больше времени, но это не требует силы. Коэффициент связи тем больше, чем быстрее накапливается энергия в цепи. Разность потенциалов на выходе меньше.

Добротность — противоположность трения на примере качелей. Когда трение высокое, добротность низкая. Это означает, что добротность и коэффициент одинаковы для наибольшей высоты поворота или наибольшей косы.

В трансформаторе второй обмотки катушки Тесла добротность имеет переменную величину. По двум значениям трудно договориться, оно выбрано в результате экспериментов.

Подбор материалов и деталей

Найдем и подберем детали для каждой из вышеперечисленных структурных единиц:

  1. Для питания потребуется 12–19 В постоянного тока. Для получения постоянного тока подходят машинный аккумулятор, переносное зарядное устройство или понижающий трансформатор с диодным мостом.
  2. Найдем детали первичной цепи:

— Переменный резистор R1 номиналом 50 кОм. Для удачной сборки не забудьте соединить два контакта этого резистора согласно схеме.

— Резистор R2 номиналом 75 Ом.

— Транзистор VT1 Д13007 или советский аналог с npn структурой.

— Искать радиатор охлаждения транзистора на мощных транзисторах можно не в том оборудовании. Размер напрямую влияет на качество охлаждения.

— Первичная обмотка трансформатора Тесла. Проводником может быть одиночная медная трубка или проволока диаметром 0,5–1 см. Обмотка выполняется плоской, цилиндрической или конической (рис. 2).

Вторичная цепь состоит из катушки и, при необходимости, клеммы. Намотка осуществляется проводом диаметром от 0,1 до 0,3 мм². Провод можно намотать на диэлектрическую трубу из ПВХ. Длина трубки 25–40 см, диаметр 3–5 см. Его следует обернуть, чтобы получился круг: без крестиков, пробелов. Чтобы обмотка не соскальзывала и не расплеталась, рекомендуется зафиксировать намотанные части. Число оборотов от 700 до 1000 (рис. 3).

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

Терминал — дополнительная емкость к вторичному контуру, включенная последовательно. С маленькими стримами это не нужно. Достаточно завести конец катушки вверх на 0,5-5 см.

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

Конструкция и сборка

Делаем сборку по простейшей схеме на рисунке 4.

Установите блок питания отдельно. Детали можно монтировать накладным монтажом, главное исключить замыкания между контактами.

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

Для этого обратимся к схеме. Плотно прикручиваем радиатор к корпусу транзистора.

Соберите схему на диэлектрической подложке: куске фанеры, пластиковой доске, деревянном ящике и т.п. Отделите схему от катушек диэлектрической пластиной или доской, с миниатюрным отверстием для проводов.

Фиксируем первичную обмотку, чтобы избежать падения и задевания вторичной обмотки. Посередине первичной обмотки оставляем место для вторичной катушки, учитывая, что оптимальное расстояние между ними 1 см. Каркас использовать необязательно — достаточно надежного крепления.

Устанавливаем и закрепляем вторичную обмотку. Делаем необходимые подключения в соответствии со схемой. Работу изготовленного трансформатора Тесла вы можете посмотреть на видео ниже.

Включение, проверка и регулировка

Перед включением уберите электронные устройства подальше от места проведения испытаний во избежание их повреждения. Помните об электробезопасности! Для успешного запуска выполните следующие действия по порядку:

  1. Устанавливаем переменный резистор в среднее положение. При подключении питания убедитесь в отсутствии повреждений.
  2. Визуально проверьте наличие стримера. Если он отсутствует, подводим к вторичной обмотке люминесцентную лампочку или лампу накаливания. Свечение лампы подтверждает работу «трансформатора Теслы» и наличие электромагнитного поля.
  3. Если прибор не работает, в первую очередь меняем выводы первичной катушки, и только потом проверяем транзистор на пробой.
  4. При первом включении следите за температурой транзистора, при необходимости подключайте дополнительное охлаждение.

Мощная катушка Тесла

Отличительной особенностью мощного трансформатора Тесла является большое напряжение, большие габариты устройства и способ достижения резонансных колебаний. Поговорим немного о том, как он работает и как сделать трансформатор Тесла искрового типа.

Первичная цепь работает от переменного напряжения. При включении конденсатор заряжается. Как только конденсатор заряжается до максимума, происходит пробой разрядника — узла из двух проводников с разрядником, заполненным воздухом или газом.

После пробоя из конденсатора и первичной катушки образуется последовательная цепь, называемая LC-цепью. Именно этот контур создает высокочастотные колебания, создающие резонансные колебания и огромное напряжение во вторичной цепи (рис. 6).

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

  1. увеличить диаметр витков и сечение провода в 1,1 — 2,5 раза.
  2. Добавьте тороидальный терминал.
  3. Замените источник постоянного тока на источник переменного тока с высоким коэффициентом усиления, обеспечивающим напряжение 3-5 кВ.
  4. Заменить первичную цепь согласно схеме на рисунке 6.
  5. Добавьте достоверную причину.

Искровые трансформаторы Tesla могут достигать мощности до 4,5 кВт, создавая большие стримеры. Наилучший эффект достигается при получении одинаковых частотных показателей для обоих контуров. Это можно реализовать путем расчета деталей в специальных программах — vsTesla, inca и других.

 

Оцените статью
Блог об электричестве
Adblock
detector