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Cos'è Tesla Transformer
Oggi, il trasformatore Tesla è chiamato trasformatore risonante ad alta tensione ad alta frequenza e nella rete puoi trovare molti esempi di implementazioni vivide di questo insolito dispositivo. Una bobina senza nucleo ferromagnetico, composta da molte spire di filo sottile, incoronata da un toro, emette un vero fulmine, impressionando gli spettatori stupiti. Ma tutti ricordano come e perché questo fantastico dispositivo è stato originariamente creato?
La storia di questa invenzione inizia alla fine del 19 ° secolo, quando un brillante scienziato sperimentale Nikola Teslamentre lavorava negli Stati Uniti, si è solo impegnato a imparare a trasmettere energia elettrica su lunghe distanze senza fili.
Difficilmente è possibile individuare l'anno specifico in cui questa idea venne sicuramente allo scienziato, ma è noto che il 20 maggio 1891, Nikola Tesla tenne una conferenza dettagliata alla Columbia University, dove presentò le sue idee allo staff dell'American Institute of Electrical Engineers e illustrò mostrando esperimenti visivi.
Lo scopo delle prime dimostrazioni era quello di mostrare un nuovo modo di ottenere luce usando per questo le correnti ad alta frequenza e alta tensione, oltre a rivelare le caratteristiche di queste correnti. In tutta onestà, notiamo che le moderne lampade fluorescenti a risparmio energetico funzionano secondo il principio che è stato appena proposto per la luce di Tesla.
Teoria finale riguardante esattamente trasmissione di energia elettrica senza fili si profilò gradualmente, lo scienziato passò diversi anni a ricordare la sua tecnologia, sperimentando molto e migliorando minuziosamente ogni elemento del circuito, sviluppò interruttori, inventò condensatori ad alta tensione resistenti, inventò e modificò controller di circuito, ma non riuscì a realizzare il suo piano sulla scala in cui voleva.
Tuttavia, la teoria ci ha raggiunto. Sono disponibili diari, articoli, brevetti e lezioni di Nikola Tesla, in cui è possibile trovare i dettagli iniziali su questa tecnologia. Il principio di funzionamento di un trasformatore risonante può essere trovato leggendo, ad esempio, i brevetti n. 787412 o 649621 di Nikola Tesla, già disponibili oggi sulla rete.
Se provi a capire brevemente come funziona il trasformatore Tesla, considera la sua struttura e il principio di funzionamento, quindi non c'è nulla di complicato.
L'avvolgimento secondario del trasformatore è fatto di filo isolato (ad esempio da un filo di smalto), che viene posato intorno a tondo in un singolo strato su un telaio cilindrico cavo, il rapporto tra l'altezza del telaio e il suo diametro viene solitamente preso da 6 a 1 a 4 a 1.
Dopo l'avvolgimento, l'avvolgimento secondario viene rivestito con resina epossidica o vernice. L'avvolgimento primario è costituito da un filo di sezione relativamente grande, di solito contiene da 2 a 10 giri, si adatta alla forma di una spirale piatta o è avvolto come uno secondario - su un telaio cilindrico con un diametro leggermente più grande di quello di quello secondario.
L'altezza dell'avvolgimento primario, di regola, non supera 1/5 dell'altezza del secondario. Un toroide è collegato al terminale superiore dell'avvolgimento secondario e il suo terminale inferiore è collegato a terra. Quindi, considera tutto in modo più dettagliato.
Ad esempio: l'avvolgimento secondario è avvolto su un telaio con un diametro di 110 mm, filo smaltato PETV-2 con un diametro di 0,5 mm e contiene 1200 giri, quindi la sua altezza è di circa 62 cm e la lunghezza del filo è di circa 417 metri. Lascia che l'avvolgimento primario contenga 5 spire di uno spesso tubo di rame, avvolto intorno a un diametro di 23 cm e abbia un'altezza di 12 cm.
Quindi, crea un toroide. Idealmente, la sua capacità dovrebbe essere tale che la frequenza di risonanza del circuito secondario (bobina secondaria messa a terra insieme al toroide e al mezzo circostante) corrisponda alla lunghezza del filo di avvolgimento secondario in modo che questa lunghezza sia uguale a un quarto della lunghezza d'onda (per il nostro esempio, la frequenza è uguale a 180 kHz) .
Per un calcolo accurato, può essere utile un programma speciale per il calcolo delle bobine di Tesla, ad esempio VcTesla o inca.Un condensatore ad alta tensione è selezionato per l'avvolgimento primario, la cui capacità, insieme all'induttanza dell'avvolgimento primario, formerebbe un circuito oscillatorio, la cui frequenza naturale sarebbe uguale alla frequenza di risonanza del circuito secondario. Tipicamente, viene preso un condensatore vicino in capacità e l'accordatura viene effettuata selezionando i giri dell'avvolgimento primario.
L'essenza del trasformatore di Tesla in forma canonica è la seguente: il condensatore del circuito primario viene caricato da una sorgente ad alta tensione adatta, quindi è collegato dall'interruttore all'avvolgimento primario e quindi viene ripetuto più volte al secondo.
Come risultato di ciascun ciclo di commutazione, si verificano oscillazioni smorzate nel circuito primario. Ma la bobina primaria è un induttore per il circuito secondario; pertanto, le onde elettromagnetiche sono eccitate nel circuito secondario, rispettivamente.
Poiché il circuito secondario è sintonizzato sulla risonanza con le oscillazioni primarie, una risonanza di tensione sorge sull'avvolgimento secondario e quindi il coefficiente di trasformazione (il rapporto tra le curve dell'avvolgimento primario e gli avvolgimenti secondari coperti da esso) deve essere moltiplicato per Q - il fattore di qualità del circuito secondario, quindi il rapporto reale tensione sull'avvolgimento secondario alla tensione sul primario.
E poiché la lunghezza del filo di avvolgimento secondario è uguale a un quarto della lunghezza d'onda delle oscillazioni indotte in esso, è sul toroide che ci sarà un antinodo di tensione (e al punto di terra - l'antinodo corrente), ed è qui che può avvenire la rottura più efficace.
Diversi circuiti vengono utilizzati per alimentare il circuito primario, da uno spark gap statico (spark gap) alimentato da MOT (ILO - un trasformatore ad alta tensione da un forno a microonde) a circuiti a transistor risonanti su controller programmabili alimentati da una tensione di rete rettificata, tuttavia, l'essenza di questo non cambia.
Ecco i tipi più comuni di bobine Tesla, a seconda di come le controlli:
SGTC (SSTC, Spark Gap Tesla Coil) - Trasformatore di Tesla nello spinterometro. Questo è un design classico, uno schema simile è stato originariamente utilizzato dallo stesso Tesla. Come elemento di commutazione, qui viene utilizzato uno spinterometro. Nelle costruzioni a bassa potenza, lo scaricatore è costituito da due pezzi di filo spesso situati ad una certa distanza, mentre in quelli più potenti, vengono utilizzati scaricatori rotanti complessi che utilizzano motori. Trasformatori di questo tipo vengono realizzati se è richiesto solo uno streamer lungo e l'efficienza non è importante.
VTTC (WTC, bobina per vuoto Tesla) - Trasformatore Tesla su una lampada elettronica. Un potente tubo radio, ad esempio GU-81, viene utilizzato qui come elemento di commutazione. Tali trasformatori possono funzionare in modo continuo e produrre scariche abbastanza spesse. Questo tipo di alimentazione viene spesso utilizzato per costruire bobine ad alta frequenza, che, a causa dell'aspetto tipico dei loro streamer, sono chiamate "torce".
SSTC (SSTC, bobina a stato solido Tesla) - Trasformatore di Tesla, in cui i semiconduttori sono utilizzati come elemento chiave. Di solito Transistor IGBT o MOSFET. Questo tipo di trasformatore può funzionare in modo continuo. L'aspetto degli streamer creati da una tale bobina può essere molto diverso. Questo tipo di trasformatore Tesla è più facile da controllare, ad esempio è possibile riprodurre musica su di essi.
DRSSTC (DRSTC, bobina di Tesla a stato solido a doppia risonanza) - Trasformatore Tesla con due circuiti risonanti, qui, come chiavi in SSTC, vengono utilizzati semiconduttori. ДРССТЦ - il tipo più difficile di trasformatori Tesla nel controllo e nella messa a punto.
Per ottenere un funzionamento più efficiente ed efficace del trasformatore di Tesla, vengono utilizzati schemi di topologia DRSSTC, quando si ottiene una potente risonanza nel circuito primario stesso e nel secondario, rispettivamente, un quadro più luminoso, lampi più lunghi e più spessi (streamer).
Lo stesso Tesla cercò nel miglior modo possibile di ottenere una tale modalità di funzionamento del suo trasformatore, e gli inizi di questa idea possono essere visti nel brevetto n. 568176, dove vengono utilizzati i reattori di carica, quindi Tesla sviluppò il circuito lungo questo percorso, cioè cercò di utilizzare il circuito primario nel modo più efficiente possibile, creando risonanza. Puoi leggere gli esperimenti dello scienziato nel suo diario (le note dello scienziato sugli esperimenti a Colorado Springs, che ha condotto dal 1899 al 1900, sono già state pubblicate in forma stampata).
Parlando dell'applicazione pratica del trasformatore di Tesla, non bisogna limitarsi all'ammirazione per la natura estetica degli scarichi ricevuti e considerare il dispositivo come decorativo. La tensione sull'avvolgimento secondario del trasformatore può raggiungere milioni di volt, che alla fine è un'efficace fonte di altissima tensione.
Lo stesso Tesla sviluppò il suo sistema per trasmettere elettricità su lunghe distanze senza fili, usando la conduttività degli strati d'aria superiori dell'atmosfera. Si presumeva che esistesse un trasformatore ricevente di un design simile, che avrebbe abbassato l'alta tensione accettata a un valore accettabile per il consumatore, è possibile scoprirlo leggendo il brevetto di Tesla n. 649621.
Di particolare nota è la natura dell'interazione del trasformatore Tesla con l'ambiente. Il circuito secondario è un circuito aperto e il sistema non è termodinamicamente isolato, non è nemmeno chiuso, è un sistema aperto. La ricerca moderna in questa direzione è condotta da molti ricercatori e non è stato ancora fissato un punto su questa strada.
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