Схема теслы с прерыванием
Обновлено: 05.07.2024
КАТУШКА ТЕСЛА SSTC
Представляем очередную мощную полупроводниковую катушку Тесла, которая как и предыдущий вариант была подсмотрена в буржунете. Катушки Тесла, как мы знаем, являются устройствами, используемыми для генерации высокого напряжения. В случае SSTC это напряжение около 80 - 100 кВ.
Структура SSTC (электронная катушка Тесла) отличается от классических катушек (SGTC) использованием электронного инвертора вместо генератора на основе искрового промежутка. Это обеспечивает гораздо более компактную конструкцию и устраняет необходимость в высоком напряжении на первичной стороне (схема питается от прямого и отфильтрованного сетевого напряжения). В результате нет необходимости использовать дорогие и труднодоступные высоковольтные трансформаторы и конденсаторы.
Работа катушки основана на использовании явления электрического резонанса. Резонансный контур расположен на вторичной стороне, созданной индуктивностью многослойной однослойной воздушной катушки, и рассеянной емкостью, создаваемой как обмотками, так и емкостью тора, верхней клеммы катушки и даже самого коронного разряда. Чтобы катушка работала, вторичный резонансный контур должен быть «накачан» сильным сигналом с частотой, идеально синхронизированной с возникающим в нем резонансом. Здесь источником этого сигнала является электронный инвертор.
Схема высоковольтного генератора SSTC
Что касается данной конструкции, это типичная схема, использующая мост с транзистором. Ниже приведены принципиальные схемы мощной Теслы SSTC (блок питания, контроллер и мост). Функции напряжений БП:
- 15 В используется для питания драйверов.
- 5 В для 74HC14 - эта микросхема имеет ограниченное рабочее напряжение.
- 12 В предназначено для питания вентиляторов охлаждения и NE555.
Принцип работы довольно прост. Антенна принимает электрическое поле резонатора, получая сигнал с формой волны, всегда соответствующей резонансу на вторичной стороне. Этот сигнал сначала «обрезается» до соответствующего уровня с помощью диодного ограничителя, а затем формируется цепью 74HC14 в прямоугольную волну. Используя эту обратную связь, катушка невосприимчива к отстройке - обычно емкость во вторичной цепи зависит от окружающей среды, и даже приближение руки к резонатору может вызвать значительное изменение резонансной частоты. Если сигнал управления поступает на контур от генератора постоянной частоты, это приведет к потере разряда, а часто даже к сгоранию транзисторов в мосту. Данное схемное решение полностью устраняет такие проблемы.
Сформированный сигнал управляет парой драйверов MOSFET, которые в свою очередь управляют мостовыми транзисторами через трансформатор.
Участок схемы, использующий м/с NE555, является так называемым прерывателем. Он нужен для включения / выключения работы катушки регулируемыми интервалами. Это позволяет изменять поведение разрядов и разгружает электронику, давая ей время остыть, а в случае более продвинутого прерывателя даже модулировать разряды так, чтобы они воспроизводили звук. Другая функция прерывателя - генерировать импульс, который вызывает одиночное переключение моста при включении катушки. Этот импульс вызывает колебания в резонаторе, позволяя катушке начать работать.
Сам мост является типичным H-мостом на МОП-транзисторах. Он питается от сетевого напряжения, которое фильтруется одним твердотельным конденсатором 2200 мкФ 400 В. В качестве устройства плавного пуска использован сильноточный термистор NTC.
Транзисторы в мосту защищены набором диодов. Стабилитроны на затворе также должны защищать полевые ключи. Диоды MBR2545 и 15ETX06 используются для блокировки и замены встроенных транзисторных диодов внешними сверхбыстрыми диодами. Поскольку внешние диоды работают в десятки раз быстрее, это уменьшает явление перекрестных замыканий и потерь на переключение. Наличие этих диодов имеет важное значение, так как они отвечают за защиту от скачков напряжения, возникающих при переключении. Эти импульсы замыкаются на шину питания, где поглощаются конденсаторами С1 и С2, затем накопленная в них энергия берется мостом и, таким образом, восстанавливается.
Антипараллельный дискретный диод во много раз быстрее, чем ключевой диод, поэтому с ним таких проблем не возникает, диод Шоттки на стоке и блокирует протекание тока через диод MOSFET, предотвращая его включение. Это является необходимым дополнением, поскольку несмотря на то, что более быстрые и более медленные диоды различаются по времени отключения, они закрываются почти так же быстро - во время, ограниченное главным образом паразитными факторами, такими как индуктивность соединений.
В общем SSTC - это особый случай высоковольтного генератора, который не следует рассматривать как обычный инвертор, работающий на ферритовом стержне. Здесь у нас есть резонансная вторичная система, на которую динамически настраиваем часть мощности.
Вторичная цепь LC активно налагает синусоидальную форму волны тока на первичной обмотке, которую пытаемся синхронизировать, чтобы минимизировать потери на переключение. Если ключи переключаются не синхронно с ходом резонатора, это заставляет ток течь через него, вызывая перенапряжения и повышенные потери. Поэтому крайне важно минимизировать время простоя - ключи должны переключаться как можно ближе к нулевому току, в то время как большое простойное время переключает их «жестко» и увеличивает время, в течение которого диоды должны проводить ток, индуцированный вторичной цепью.
К сожалению, на практике (по крайней мере, на таком простом контроллере) всегда будут небольшие перенапряжения, приводящие к переключению диодов с антипараллельными ключами. Проблема в том, что диоды, встроенные в МОП-транзисторы, очень медленные, их отключение занимает много времени. Это приводит к перекрестным замыканиям, потому что диоды не могут выйти из проводимости, а тут уже включится противоположный ключ, что очевидно, очень вредное явление. В обычном инверторе это просто увеличивает время простоя - при блокировке ключа генерируется только короткое замыкание, после которого достаточно дождаться выключения диодов. Здесь же этого сделать нельзя, поскольку после закрытия ключей резонатор все же заставляет ток течь.
Установлены ключи попарно на старые процессорные кулеры, чтобы обеспечить надежное охлаждение. Когда вентиляторы включены, заметного увеличения температуры радиаторов не происходит.
Конденсаторы, соединенные последовательно с первичной обмоткой, предотвращают прохождение постоянного тока, которое может повредить ключи.
- Затворные резисторы R1..R4 вместе с параллельными диодами выполняют две важные функции. Первое - это предотвращение перекрестных коротких замыканий - резистор замедляет зарядку затвора, задерживая активность транзистора, а диод обеспечивает быструю разрядку затвора и закрытие ключа. Это исключает риск возникновения ситуации, когда верхнее и нижнее плечо одновременно открыты.
- Вторая функция - подавление паразитных колебаний - индуктивность обмотки GDT и емкость затвора создают систему LC, которая может возбуждаться во время переключения. Такие колебания могут выводить транзистор из состояния насыщения, что приводит к большим потерям и создает риск его повреждения.
Здесь следует упомянуть, что значение резисторов на затворах транзистора зависит от конкретной их модели. Некоторые типичные значения известны, но их следует определять индивидуально с помощью экспериментов и измерений с помощью осциллографа, чтобы установить наиболее оптимальное время простоя.
Резонатор был намотан на трубу из ПВХ диаметром 110 мм (канализационная) с помощью провода диаметром 0,18 мм; длина самой намотки 45 см. Эти значения довольно велики, так что при желании вы можете легко использовать гораздо меньший резонатор.
Тор изготовлен из алюминиевой гибкой трубки (также стандартная) 80 мм и имеет внешний диаметр 280 мм, что дает ёмкость около 12 пФ. Резонансная частота вторичного контура составляет около 100 кГц.
Первичная обмотка была сделана на трубе из ПВХ диаметром 160 мм, с центром вокруг резонатора. Это обеспечивает хорошую механическую поддержку обмоток. Оригинальный вариант насчитывает 13 витков 2,5 мм2.
Антенна сделана из медного провода 0,8 мм, 4 катушки по 20 мм внизу и около 60 мм основания, она помещена под резонатор вместе со всей электроникой в открытом корпусе. Когда она торчала наверх результат был намного хуже. В схеме транзисторы IRFP 460, диоды Шотки SBL3060, S40D45 и MUR860, потому что были под рукой, все остальное по схеме. GDT на данный момент работает на сердечнике 3E5, но можно и 3E25 диаметром 25 мм. Резисторы 12R вместо 27R.
Как видите, мощное электрическое поле катушки Тесла способно эффективно зажигать газоразрядные лампы, на фото светится трубчатая люминесцентная лампа. Максимальное расстояние, с которого она может засветиться, почти в три раза больше, чем показано на фотографии.
И ещё несколько разрядов на фотографиях:
Разряды имеют около 20-25 сантиметров.
Внимание: человек практически не чувствует поражения таким электрическим током поскольку он не стимулирует нервные окончания, это также означает, что даже относительно сильный удар не влияет на частоту сердечных сокращений мышц, как это происходит при постоянном или переменном напряжении 50 Гц. Тем не менее, несмотря на это и учитывая тот факт, что имеется опасный ток (для SSTC это миллиамперы, но для DRRSTC или SGTC ток может достигать мгновенных значений, рассчитанных в амперах), высокая мощность (малый ток, хотя и умноженный на десятки кВ), которую излучает катушка накачки - ткани человека подвергаются воздействию и это может привести к обширному термическому повреждению. Причём первой страдает нервная система!
Кроме того, следует учитывать, что прерыватель добавляет к излучению низкочастотную форму волны (например 10 - 50 Гц), а вот она уже может быть опасной. Всё это приводит к дополнительному риску, так как человек, который не знает об этом, может сознательно продлить касание, ошибочно думая, что если не чувствуется ток электричества, он в безопасности. Конечно, часто люди, которые касались разрядов от небольших катушек, не чувствовали негативных последствий (или, скорее, они были слишком малы, чтобы быть очевидными), но также есть случаи, когда игры с DRSSTC заканчивались парастазами и другими заболеваниями. Так что будьте осторожны с ВВ всегда!
Схема теслы с прерыванием
Материал посвящён, как любителям мощных искровых разрядов, так и искателям свободной энергии, которые используют для своих экспериментов трансформатор Тесла (ТТ). А рассматривать мы будем сердце этого трансформатора — электронный прерыватель, с помощью которого и достигаются необходимые напряжения и мощности. Такой прерыватель впервые был описан Теслой в патенте №787,412 и работал при помощи двух механических барабанов. С момента его опубликования прошло более 100 лет; за это время изменились технологии и весь технологический уклад. Поэтому мы перейдём от механики к современной электронике, применим последние схемотехнические решения в виде ФАПЧ, и посмотрим, что из этого получится :)
Устройство выполнено на четырёх цифровых микросхемах серии 74HCXX, двух драйверах выходного сигнала и двух стабилизаторах напряжения. Прерыватель может работать с различными ТТ в рабочем диапазоне: 250 кГц .. 1 МГц (для других резонансных частот нужно будет изменить некоторые частото и времязадающие элементы). ФАПЧ отслеживает все изменения параметров ТТ и автоматически под них подстраивает прерыватель. Схема вырабатывает пачки импульсов и синхронизированный с ними низкочатотный сигнал (для второго ТТ), который может сдвигаться относительно пачки на любую фазу. Кроме того, в пачке регулируется число импульсов и их скважность.
- DD1 — 74HC7046
- DD2, DD3 — 74HC393 (1564ИЕ19)
- DD4 — 74HC74 (1564ТМ2)
- DA1 — LM7805 (КР142ЕН5А)
- DA2 — LM7812 (КР142ЕН8Б)
- DA3 — IR2109 (IR2104, IR2108)
- DA4 — TC4420
- VD1, VD2, VD16 — UF4007 (UF4006)
- VD3 — любой яркий светодиод на 1.5 .. 2V
- VD4-VD15 — 1N4148 (любой маломощный ультрафаст)
- SA2 — DS-06B, SWD1-6 (любой DIP-переключатель на 6 секций)
- SA3 — DS-04B, SWD1-4 (любой DIP-переключатель на 4 секции)
Счётчик DD3 отвечает за число импульсов в пачке. С помощью различных комбинаций переключателя SA3 мы можем получить от 1-го до 15-ти импульсов в пачке. Для экспериментов может быть интересен режим, когда все переключатели разомкнуты. В этом случае, на выходе X2 импульсы будут отсутствовать. Времязадающая цепочка C8R11R12 совместно с триггером DD4.2 задаёт скважность импульсов в пачке, а его выход подключён к драйверу выходного сигнала DA4. На его выходе (X2) мы получаем пачки импульсов, с частотой внутри пачки — F1 и частотой между пачками — F2.
Триггер DD4.1 синхронизирует работу этих счётчиков сбрасывая запрет на поступление импульсов от ГУН к DD3 в самом начале пачки.
За исключением DD1 все цифровые микросхемы могут быть заменены на аналогичные серии КР1564 (см. выше). Вместо 74HC7046 можно применить 74HC4046, но тогда в схеме будет отсутствовать детектор захвата фазы. В этом случае цепочку индикатора детектора — R7, VD3, и сопровождающий конденсатор C6 нужно будет убрать. Драйвер выходного сигнала на TC4420 можно заменить на TC4429, но тогда вход этого драйвера (2-ю ножку), через резистор R14 нужно будет подсоеденить к инверсному выходу триггера DD4.2 (к ножке 8). Драйвер полумоста IR2109 меняется на аналогичные IR2104 или IR2108. В этом случае 3-ю ножку этих микросхем нужно соединить с +12V.
На схеме не показаны выводы питания микросхем. Они стандартные. Для 16-ти выводных корпусов: 8 — минус питания (общий), 16 — плюс, для 14-ти выводных: 7 — минус питания (общий), 14 — плюс. Все минусы нужно соединить и подключить к общему проводу и к Gnd стабилизатора DA1. Все плюсовые выводы — к его Out (или +5V). Также, 5 вывод микросхемы DD1 (на схеме не показан) необходимо соединить с минусом питания. Аналогично, 4 и 10 выводы микросхемы DD4 нужно присоединить к плюсу.
Выводы частотозадающих цепочек желательно сделать покороче. Это касается выводов 6, 7, 11 и 12 микросхемы DD1.
Вариант печатной платы приведен ниже:
Вариантов подключения ТТ может быть очень много, поэтому ниже приведём пример лишь одного из них. В качестве ключа VT1 хорошо работают IRFP360, IRFP460, FCH47N60. Для полумоста VT2-VT3 подойдут и более низковольтные, например, IRFP260. Защитный диод VD5 — любой мощный высоковольтный ультрафаст, например, FR607. А вот к диоду VD6, который служит для увеличения добротности ТТ1, нужно подойти более тщательно. Хорошо себя зарекомендовали HFA30PB60, но также хорошо работают несколько параллельно соединённых SF56.
Особое внимание стоит обратить на токовый трансформатор Tr, который отвечает за синхронизацию ФАПЧ. Для этого он должен преобразовать пучность тока, образующуюся на нижнем конце ТТ1, в напряжение, которое затем подаётся на вход X1 прерывателя.
Мотается трансформатор в произвольном порядке; здесь важен принцип — получить максимальное напряжение на его вторичной обмотке **. Он представляет собой ферритовое кольцо, на которое нужно намотать как можно больше витков, но так, чтобы внутри него осталось место для провода с ТТ1. Это кольцо должно просто надеваться на провод идущий с ТТ1 на землю. Например, у меня хорошо работало кольцо диаметром 10мм, высотой 8мм, с числом витков — 50. Марка феррита здесь не имеет значения.
Других данных, например, по намотке ТТ, мы здесь приводить не будем, т.к. в зависимости от задач они могут иметь совершенно разные значения.
Описанный прерыватель хорошо подходит для искателей свободной энергии. Но применение схемы может быть и другим. Например, для так называмых «поющих Тесел» используется только первый ТТ, а аудиовход можно подать на 9-ю ножку DD1 через последовательно соединённые резистор 10..20кОм и конденсатор 100n.
Ещё один вариант управления двумя трансформаторами можно посмотреть здесь. В этой схеме, в качестве ТТ1, можно применить низкочастотный трансформатор, например, ТВС.
Катушка Тесла своими руками: простая инструкция по изготовлению от специалиста!
Нельзя сказать, что изготовление катушки Тесла своими руками – простая задача. Необходимо знать ее устройство, принцип действия. Подбор материалов также важен, как и правильность расчетов. Однако, даже не имея образования инженера-электротехника, собрать прибор можно, если действовать согласно инструкции, приведенной ниже. Перед началом работ ознакомьтесь с теоретической частью, чтобы понимать, что и зачем вы делаете. В остальном процедура не составит труда.
Описание прибора
Предполагалось, что если разместить два устройства на удалении друг от друга, электричество от первой катушки можно передать на другую. Единственное условие – обе должны иметь идентичные технические параметры. Более того, амбициозность Тесла позволяла ему надеяться, что таким образом можно создать вечный двигатель. И если бы у него все получилось, люди смогли бы отказаться от использования АЭС, ТЭС и ГЭС, а проблема экологии разрешилась сама собой. Тем не менее, продолжения разработка не получила. Причина тому до сих пор неизвестна.
Принцип работы
Большинство ошибок, допускаемых любителями при сборке, связано с непониманием принципа работы устройства. Стараясь имитировать, считая прибор простым трансформатором, они забывают о необходимости ясно представлять, как на самом деле она должна действовать КТ. Предусмотрено две обмотки. Одна именуется первичной, другая вторичной. К первой (разрядник) подводятся провода, идущие к внешнему источнику питания. Вокруг создается электромагнитное поле. Когда колебательный контур наберет достаточно мощности, заряд по воздуху передается на вторую обмотку.
Частично переданная энергия преобразуется в напряжение. Причем есть закономерная взаимосвязь между этой величиной и временем, за которое образуется колебательный контур. Показатели прямо пропорциональны. Наличие двух колебательных контуров и является принципиальным отличием катушки Тесла от простого трансформатора. Причем результат работы первой заключается в появлении видимых стримеров – разрядов молнии искусственного происхождения. В результате происходит ионизация водорода, содержащегося в воздухе, как и во время сильной грозы.
Устройство катушки
Составляющих минимум. Для сборки помимо первичной и вторичной обмотки потребуется тороид, защитное кольцо, диэлектрический короб и терминал. Чтобы лучше разобраться, как сделать катушку Тесла, необходимо подготовить все необходимое. А для большего понимания процесса рассмотрим каждый элемент катушки отдельно:
- Первичная обмотка крепится внизу. Заземление обязательно. Также нужно предусмотреть разъемы для крепления проводов от источника питания.
- Вторичная обмотка. Изготавливают из медной проволоки, покрытой эмалью. Примерное количество витков – 800. Важно, чтобы обмотка не расплеталась.
- Тороид. Задача данного элемента – снизить рабочие показатели резонансной частоты. Цель – увеличить характеристики рабочего поля.
- Изолятор. Его еще называют защитным кольцом. Это разомкнутый медный контур, устанавливаемый для случаев, когда длина вторичной обмотки меньше чем у стримера.
- Заземление. Здесь дело не только в безопасности. Отсутствие «земли» приводит к тому, что заряды уходят в воздух, а не образуют замкнутые кольца.
Первичная обмотка изготавливается из проволоки большего сечения. Металл должен иметь малое сопротивление.
Расчет катушки
Тем, кто собирает трансформатор Тесла своими руками в домашних условиях, рассчитывать ничего не придется. Ниже в описании будут приведены все рекомендации с учетом параметров каждого из элементов. Но если работы ведутся в промышленных условиях, инженеры тщательно просчитывать множество параметров. Главное, что нужно знать – главное правильно рассчитать число витков обмоток. Есть взаимосвязь между количеством оборотов первичное и вторичной катушки.
Невозможно создать рабочее устройство, не зная индуктивности каждой из них и емкости контуров. Также просчитывается рабочая частота трансформатора и емкость конденсатора. Для любознательных читателей есть возможность сделать это своим умом. Формула и схема есть на сайте. А ниже приведена пошаговая инструкция с указанием конкретных параметров, и достаточно просто следовать алгоритму действий. Но перед этим подготовьте все необходимое с теми же характеристиками, которые указаны в описании процесса сборки.
Самостоятельное изготовление катушки Тесла по схеме
При монтаже трансформатора Тесла схема реализуется следующим образом:
- Берем ПВХ-трубу, и отрезаем кусок длиной 300 миллиметров.
- Наматываем на трубку медную проволоку. Если она не имеет эмалированного покрытия, после окончания работы обмотку покрывают лаком. Витки плотно прижаты друг к ругу, а концы продеты сквозь отверстия в трубе и выведены на 20 мм. каждый. Контакты делают сверху.
- Основанием послужит конструкция из ДСП. Диэлектрическая платформа должна быть устойчивой. Поэтому лучше сделать ее шире, чем диаметр элементов, размещаемых на опоре.
- Первичная обмотка – это обычно три с половиной витка. Материал – медная трубка. Важно прочно закрепить деталь на опоре. Используя трубку малого диаметра можно делать больше витков. Диаметр контура должен быть больше, чем у первичной катушки приблизительно на 30 мм.
- Тороиды бывают разные. Одни используют всю тот же медный профиль круглого сечения. Другие мастера берут алюминиевую гофру. В последнем случае для крепления используют железную перекладину, монтируемую в местах вывода контактов вторичного контура.
- Один конец первичной цепи заземляют. Если такой возможности нет, устанавливают защитное кольцо из материала, не проводящего электричество. Можно использовать фрагмент пластиковой трубы.
На завершающем этапе транзистор соединяют согласно схеме. Конструкция оснащается радиатором или кулером. Теперь можно подключать элемент питания. Обычно используют обычную крону.
Подбор материалов и деталей
Чтобы работа катушки Николя Тесла была эффективной, необходимо побеспокоиться о качестве примененных материалов. Проволока и медная трубка должны быть цельными. Счаливание, пайка приведут к тому, что устройство будет работать некорректно. Наличие эмалированного покрытия на проводе крайне желательно. Если он используется вторично, скорее всего оно повреждено. Заранее приобретите лак, который нанесите на вторичную обмотку. Основание может быть изготовлено не только из ДСП, а штатив не только из ПВХ. Главное, чтобы они не проводили электричество.
Если говорить конкретней, то выбор материалов и узлов предполагает следующие условия:
- Источник питания должен выдавать от 12 до 19 Вольт. Подходит автомобильный или мотоциклетный аккумулятор. Можно использовать зарядку от ноутбука. Также пользуются понижающим трансформатором, если он оснащен диодным мостом для преобразования переменного тока в постоянный.
- Площадь сечения проволоки, используемой для сборки вторичной катушки, – от 0,1 до 0,3 квадратных миллиметров. Количество оборотов от 700 до тысячи.
- Терминал – это дополнительная емкость на вторичном контуре. Если стримеры отсутствуют, необходимости в нем не возникает. Тогда выводят конец контура на 0,5-5,0 см. вверх.
Вместо лака можно использовать краску. Желательно, чтобы лакокрасочное покрытие было жаростойким. Помните, что устройство склонно к перегреванию. Оголенные провода – причина появления неконтролируемых зарядов, способных убить человека, а приборы, находящиеся в комнате, и подключенные к электросети, попросту сгорят.
Сборка катушки Николя Тесла по инструкции
Сразу изготовьте все необходимое. Намотайте проволоку на трубу, покройте лаком, дайте просохнуть. Изготовьте первичную обмотку, диэлектрическое основание, защитное кольцо. Затем приступайте к монтажу. Установите первичную катушку на основу. Наденьте и закрепите первичный контур. Смонтируйте остальные элементы. Подсоединять источник питания лучше через выключатель. Причем делается это в последнюю очередь, когда катушка Теска полностью собрана. Пользуйтесь принципиальной схемой.
Электромеханическая катушка Тесла
Пару лет назад ко мне в СПб приехал C0NTEMPLATOR, он был в восторге от стоявшей у меня тогда полумостовой DRSSTC и выразил желание заиметь подобное чудо себе на дачу для развлечения гостей. В общем-то эта просьба успела постепенно забыться, но одним погожим сентябрьским днем мне нечего было делать и хотелось чего-то эпичного.
И я решил собрать SGTC (Spark Gap Tesla Coil), потому как 1)цена компонентов стремится к нулю 2)постройка и отладка проста и весела 3)вероятность ошибки — минимальна и почти ничем не грозит. Тем более что не одной нормальной катушки на разряднике я до этого так и не собрал.
Я не буду описывать принципы работы резонансного трансформатора и копипастить описание генератора на искровом промежутке для того, чтобы статья казалась умнее и больше. Только матчасть, только хардкор!
Часть первая — корпус
Скажу сразу — шасси у меня уже было от одного из старых, так и не законченных проектов. Самый распространенный вариант — взять две советские круглые табуретки и разломать их, хе-хе. Далее по желанию скрепить седалища табуреток саморезами и какой-то матерью. По середине доской высотой 350мм, шириной в диаметр, толщиной 15-20мм и тремя четырьмя досками по окружности, дабы предать конструкции жесткость. Для монтажа стоит использовать уголки например и саморезы.
Можно взять не табуретки, а кошерный толстый электротехнический текстолит, которым выполняется монтаж панелей в электрошкафах, но он может встать вам в копеечку, если вы конечно не купите его за бутылку у электрика Васи.
Крепления для первичной обмотки можно выполнить при помощи деревянного бруска 22х75, вспомнив уроки труда в школе, хе-хе.
(да-да, веса линий для слабаков, фиг его знает, почему оно так конвертировалось, но вроде читабельно).
Часть вторая. Монтаж первички.
Саму обмотку лучше делать из медной шины шириной 1.5х25мм, метров 8 можно купить за вполне вменяемые деньги.
1) Изготавливаем 6 штук креплений
2) Сажаем их на эпоксидку (ну или на столярный клей там например) на верхнюю табуретку 3) берем шину, с одной стороны сверлим отверстие, пайкой закрепляем кусок медного провода длинной эдак 400мм, сечением от 25 квадратов.
3) Укладываем шину в 8 витков, начиная с центра, выведя провод из начала через отверстие в верхнем седалище бывшей табуретки в то место, где у нас будет мотор с диском.
4) Поверх ту-же эпоксидку клеим деревянный брусок толщиной 10мм и ширной и 22мм толщиной для окончательной фиксации шины.
5) Сверху планки, что прикреплена на двух саморезах, крепим стяжками\проволокой\чем придется не замкнутый круг из медной трубки.
6) Proffit!
Часть третья. Вторичная обмотка.
Берем провод ПЭВ, диаметром 0.5мм, берем канализационную трубу, диаметром 16 мм(оранжевая такая), мотаем виток к витку до достижения высоты намотки в 400мм, покрываем получившееся безобразие эпоксидкой в несколько слоев. Можно использовать провод ПЭЛШО в шелковой изоляции (если сможете его найти, лол), добротность катушки снизится из-за увеличения расстояния между витками, но возрастет электрическая прочность, его проще покрывать эпоксидкой и после покрытия катушка прикольно-чОрно-готишно выглядит. Все это звучит легко, но без токарного станка с маленькими оборотами и желательно плавным пуском долго и гемморно.
В качестве станка вы можете использовать своего товарища и швабру, дыа.
Сверху вставляем стандартную заглушку(алярм! Вы же не отпилили расширение трубы для установки заглушки?), в заглушке делаем дырку (не отверстие, а имено дырку! Паяльником, да-да), в нее крепим через шайбы шпильку M6, снизу подключаем верхний конец провуда к шпильке, потом переварачиваем катушку и заливаем внутрь трубы эдак поллитра эпоксидки, гы.
Снизу припаиваем намоточный провуд к провуду в силиконовой изоляции длинной эдак 300мм, крепим через два отверстия, изолируем, proffit.
Мсье ее еще и покрасил алкидной эмалью из баллончика. Потому что мог. Как оказалось, это было, кхм, лишним, но об этом позднее.
Часть четвертая. Электромонтаж.
Классная, мегапонятная схема этого высокотехнологичного девайса.
Самая главная часть катушки, это, гы, задающий генератор, помеченный на схеме как F2 Он выполнен по последнему слову техники начала 20 века. Конструкционно он представляет собой асинхронный двигатель 2750 об/мин, на валу которого закреплен текстолитовый диск диаметром ок 130мм, толщиной 8мм. на расстоянии 10 мм от края диска просверлены 12 отверстий, в которые вставленны латунные шпильки, закрепленные болтами с двух сторон.
Ахтунг! Алярм! Аттеншн! Доверьте изготовление диска дяде-токарю, в противном случае у вас есть неиллюзорный шанс получить гайкой в лоб. Или диском. Или еще чем. C двух сторон от диска — два медных электрода. Конструкционно — просто два прутка, обжатые в шины, шины — на болтах через изоляторы в центральную доску, дабы ослабив болты можно было изменять расстояние разрядника. Расстояние — чем меньше тем лучше. Но чтоб не било. Идеально — меньше миллиметра. Двигатель подключен через кондер напрямую в сеть.
Далее — MMC (дословно расшифровывается как «много маленьких конденсаторов»), C1 на схеме. Но настоящие пацаны юзают большие конденсаторы и их немного, да-да.
Лично я использовал 6 шт к75-25, 10кВ, 10нФ. Краткое лирическое отступление — в контуре C1 — L1, коммутируемом разрядником, в импульсе гуляют килоамперные токи, по этому отложи свои проводки, юзернейм. Коммутация должна быть соответствующая — максимально короткие соединения, пайка шин кастрюльным паяльником, болтовые соединения, провода от 25 квадратов и больше. А остальное уже можно как прийдется, но в пределах разумного.
Питание. Тут все просто — ломаем мамкину микроволновку, хабарим у соседей и ломаем еще одну. Ну или честно покупаем два ВВ трансформатора из них. Два трансформатора монтируем на общей, желательно стальной или не очень станине, главное — связать электрически магнитопроводы, на которые выведен холодный конец вторичной обмотки трансформаторов. Получившуюся среднюю точку — через делитель на пленочных конденсаторах в 10-50нФ кидаем на фазу и ноль сети, это спасет МОТы от последствий ударов разрядов в корпус. Здоровый сетевой дроссель L4 на 6-8 Гн нафиг не нужен если вы не питаете катушку выпрямленным удвоенным напряжением, так как прибавляет к разряду мало, изготавливается долго и гемморно (виток-к-витку, прокладки из фторопласта\масляной бумаги между слоями), мотать много.
Фильтровые дроссели и емкости. Дабы всякие обратные выбросы не лезли в нежную вторичную обмотку трансформаторов, пришлось изготовить два дросселя по 500-600 витков каждый на оправе из трубки 50мм. Внутрь трубки напихал битого феррита. Также перед и после ферритов желательно повесить два конденсатора по 1000пФ, каких-нибудь дисковых КВИ-3
Фильтра на отличненько влезли в тумбу, где им и самое место.
Часть пятая. Пусконаладка
Конструкция практически готова, остается только изготовить торроид. Я мог бы конечно выложить чертежи фирменного торроида имени Зерга, но боюсь он придет ко мне в дом и убьет мою собаку(хоть у меня и нет собаки, но вдруг притащит!). Так что например его можно изготовить из вент.трубы диаметром 150мм и притянуть его сверху металлическим диском через шпильку на верх вторички.
В результате получается вот такая, местами даже симпатичная конструкция. Нижний отвод со вторичной катушки в силиконовом проводе пропускаем под витками первички и припаиваем к разрядному кольцу из медной трубки. От этого кольца спускаем провод заземления, который нужно повесить на хорошую, годную землю.
Второй шиной от конденсаторов нужно поискать тот виток вторичной обмотки, при подключении которого разряды мощнее, я просто подключил к 6 витку и припоял так, понадеявшись на расчеты.
И так включаем мотор вращающегося разрядника, проверяем отсутствие дребезга и вибрации, включаем питание.
Если все хорошо, то девайс выдаст годные, длинной в пару метров, разряды с очень специфическим и громким шумом. Если нет — проверьте фазировку трансформаторов, возможно они включены в противофазе.
По идее нужно было облагородить блок трансформаторов, сделать автоматику на реле времени для включения разрядника, а только затем уже подачи напряжения, но на тот момент у меня не нашлось нормальных реле (эта штука кушает от 2 до 4 кВт за милую душу), да и было лень.
В последствии девайс мною был перевезен в МСК, презентован, а оттуда уже на дачу к товарищу, где был заново собран и запущен.
Правда в последствии или сырой погоды или фигового покрытия вторичной обмотки или всего вместе она прогорела к чертям собачьим и недавно мне пришлось вновь вылетать, дабы перемотать катушку, а старая была торжественно разбита к чертям собачьим (на самом деле нет, просто снимать эпоксидку при помощи ударов доской — очень фиговая идея, лол)
Девайс с новой катушкой по прежнему успешно работает и радует товарища, который правда пихает на торроид всякоэ, но иногда прикольно получается.
Сборка Трансформатора-катушки тесла (sstc)
в изучение любой науки нужна практика. В моем случае это радиотехника. Единожды в живую увидев катушку, я захотел сделать что то подобное. Также её создание даст мне немного практических и теоретических знаний радиотехники.
Тороид
Тороид– выполняет три функции.
- уменьшение резонансной частоты
- накопление энергии перед образованием стримера. Чем больше тороид, тем больше в нем накоплено энергии и, в момент, когда воздух пробивается, тороид отдает эту энергию в стример, таким образом, увеличивая его.
- формирование электростатического поля, которое отталкивает стример от вторичной обмотки теслы. От части, эту функцию выполняет сама вторичная обмотка, но тороид может ей хорошо помочь. Именно по причине электростатического отталкивания стримера, он не бьет по кратчайшему пути во вторичку.
Я буду делать его Из воздуховода от ВАЗов. По причине дешевизны, простоты, и неплохого внешнего вида
вторичный контур
вторичный контур - это вторая катушка имеющая около 1000 витков. Имеет главную роль в конструкции
Решено матать на трубе 110мм. Проводом 0.16 – 0.3
первичный контур
первичный контур - он и будет раскачивать вторичку. От него зависит в большей степени мощность.
я буду делать его цилиндрическим (по причине высокого коэффициента связи) на какой нибудь трубе 130-150 диаметра
Сборка Драйвера
Собран будет на UCC27425 и будет управлять через трансформатор развязки(GDT) силовой частью, также будет отвечать за подстройку частоты.
- разработка и изготовление платы
- сборка деталей и пайка платы
- изготовление GDT
- изготовление TT
- отладка и настройка
сборка силовой части
силовая часть -часть в которой будет формироваться импульс уже высокой мощности (220V 1-4A) и идти на первичную обмотку
Устройства для получения импульсов высоких напряжений переменного тока: катушка Румкорфа и трансформатор Тесла
В начале XIX века ученые начали создавать приборы для получения высоких напряжений переменного тока. Генрих Герц в своих экспериментах пользовался приборами, уже имевшимися к тому времени в физической экспериментальной науке и в электротехнике.
Это были весьма характерные приборы, в которых использовались известные в физике явления, и прежде всего самоиндукция — возникновение в катушках с железным сердечником наведенной электродвижущей силы в момент резкого нарастания или быстрого разрывания протекающего по виткам электрического тока.
В 30-х годах XIX в. появились первые электрические машины, основанные на пересечении магнитных силовых линий вращающимися витками обмотки. Первыми такими машинами (1832 г.) были генераторы И. Пиксии, А. Йедлика, Б. Якоби, Д. Генри.
Очень важным событием в физике и зарождающейся электротехнике было появление индукционных машин, которые, по сути дела, являлись трансформаторами высокого напряжения.
Это были электромагниты с двумя обмотками. Ток в первой обмотке прерывался периодически тем или иным способом, при этом во второй обмотке возникал индуцированный ток (точнее, ЭДС самодиндукции). Первые "трансформаторы", нашедшие практическое применение, имели разомкнутую магнитную систему. Они относятся к 70 - 80?-м годам XIX в., и их появление связано с именем П. Яблочкова, И. Усагина, Л. Голяра, Э. Гиббса и др.
В 1837 г. появляются индукционные машины, или "катушки", созданные французским профессором Антуаном Массоном. Эти машины работали с быстрым прерыванием тока. Использовался прерыватель в форме зубчатого колеса, которое во время вращения касалось через равные интервалы металлической щетки. Прерывание тока порождало ЭДС самоиндукции, и на выходе машины появлялись импульсы высокого напряжения и достаточно большой частоты. Эту машину Массон применял для медицинских целей.
Индукционная катушка Румкорфа
В 1848 г. известный мастер физических приборов Генрих Румкорф (имевший в Париже мастерскую по производству аппаратов для физических опытов) заметил, что напряжение в машине Массона можно значительно увеличить, если обмотку сделать с большим количеством витков и сильно увеличить частоту прерываний.
В 1852 г. он сконструировал катушку с двумя обмотками: одна — с толстым проводом и небольшим числом витков, вторая — с тонким проводом и очень большим числом витков. Первичная обмотка питалась от батареи через прерыватель вибрационного магнитного типа, при этом во вторичной наводилось напряжение большой величины. Такая катушка стала называться "индукционной" и получила имя ее создателя Румкорфа.
Это был весьма полезный физический прибор, необходимый при проведении опытов, а впоследствии ставший неотъемлемой частью первых радиосистем и рентгеновских аппаратов. Парижская академия наук высоко оценила заслугу Румкорфа и наградила его большой денежной премией имени Вольта.
Несколько раньше (в 1838 г.) американский инженер Чарльз Пейдж, также занимавшийся совершенствованием индукционных катушек, добился хороших результатов — его устройства давали достаточно высокие напряжения. Однако в Европе о работах Пейджа ничего не было известно, и исследования здесь шли самостоятельным путем.
Катушка Румкорфа (60-е годы XIX в.)
Если первые модели индукционных катушек давали напряжение, вызывавшее искры длиной около 2 см, то в 1859 г. Л. Ритчи получал искры длиной до 35 см, а Румкорф вскоре построил индукционную катушку с длиной искр до 50 см.
Индукционная катушка Румкорфа почти без каких-либо принципиальных изменений дошла до наших дней. Изменялись лишь размеры катушек, изоляция и т. д. Наибольшие изменения коснулись конструкции и принципов действия прерывателей тока в первичной цепи индукционной катушки.
Прерыватели катушки Румкорфа
Одним из первых типов прерывателей, использованных в катушках Румкорфа, был так называемый "молоточек Вагнера", или "молоточек Нефа". Этот весьма интересный прибор появился приблизительно в 40-х годах XIX в. и представлял собой электромагнит, питаемый от батареи через подвижный ферромагнитный лепесток с контактами.
При включении прибора лепесток притягивался к сердечнику электромагнита, контакт разрывал цепь питания электромагнита, после чего лепесток отходил от сердечника в первоначальное положение. Далее процесс повторялся с частотой, определяемой размерами деталей системы, жесткостью и массой лепестка и рядом других факторов.
Прибор Вагнера-Нефа впоследствии превратился в электрический звонок и представлял собой одну из первых электромеханических колебательных систем, ставшую прообразом многих электро- и радиоприборов ранней радиотехники. Кроме того, этот прибор позволял преобразовывать постоянный ток от батареи в прерывистый ток.
Примененный в катушке Румкорфа электромеханический прерыватель Вагнера-Нефа приводился в действие магнитными силами притяжения сердечника самой катушки. Он составлял с ней конструктивно одно целое. Недостатком прерывателя Вагнера-Нефа была его маломощность, т. е. неспособность прерывать большие токи, при которых контакты обгорали; кроме того, эти прерыватели не могли обеспечить высокую частоту прерывания тока.
Для разрыва больших токов в мощных индукционных катушках Румкорфа были сконструированы прерыватели иных типов. Они были основаны на разных физических принципах.
Принцип действия одной конструкции состоял в том, что металлический, достаточно толстый стержень перемещался возвратно-поступательно в вертикальной плоскости, погружаясь в чашку со ртутью. Механический привод преобразовывал вращательное движение (от руки или посредством часового механизма или электромотора) в линейное возвратно-поступательное, поэтому частота прерываний могла изменяться в широких пределах.
В одной из ранних конструкций такого прерывателя, предложенной Ж. Фуко, привод осуществлялся с помощью электромагнита, как в молоточке Вагнера-Нефа, а твердые контакты были заменены ртутными.
К концу XIX в. наибольшее распространение получили конструкции фирм "Дюкрете" и "Мак-Коль". Эти прерыватели обеспечивали частоту прерываний порядка 1000-2000 в минуту и допускали приведение их в действие вручную. В последнем случае можно было получить однократные разряды катушки Румкорфа.
Другой тип прерывателей работал по струйному принципу и назывался иногда турбинным. Эти прерыватели действовали следующим образом.
Небольшая высокооборотная турбинка накачивала ртуть из резервуара в верхнюю часть турбины, откуда ртуть под действием центробежной силы выбрасывалась через сопло в виде вращающейся струи. На стенках прерывателя имелись электроды, расположенные через равные интервалы, которые задевала ртутная струя при ее движении. Так происходили замыкание и размыкание достаточно сильных токов.
Нашел применение и еще один тип прерывателей — электролитический, основанный на явлении, открытом русским профессором Н. П. Слугиновым в 1884 г. Принцип действия прерывателя состоял в том, что при пропускании тока через сернокислый электролит между свинцовым массивным и платиновым электродами на платиновом (положительном) электроде, который представлял собой тонкую изолированную стеклом про волоку с острым концом, возникали пузырьки газа, периодически препятствующие протеканию тока, и ток прерывался.
Электролитические прерыватели давали частоту прерываний до 500 - 800 в секунду. Освоение переменных токов в электротехнике в начале XX в. ввело в арсенал физики и уже зародившейся радиоэлектроники новые возможности.
Машины переменного тока стали применяться для питания катушек Румкорфа переменным синусоидальным током, что позволяло более широко использовать явление резонанса во вторичной обмотке, а в дальнейшем и в качестве источников токов высокой частоты, которые можно было непосредственно использовать для излучения.
Трансформатор Тесла
Одним из первых ученых, заинтересовавшихся свойствами токов высокой частоты и высокого напряжения, был Никола Тесла, внесший очень серьезный вклад в развитие всей электротехнической науки. Этому талантливому ученому и изобретателю принадлежит множество практически полезных и оригинальных нововведений.
После изобретения радио он первый сконструировал модель управляемого по радио судна, разработал газосветные лампы, сконструировал индукторную высокочастотную электрическую машину и др. Количество его патентов достигает 800. По словам американского радиотехника Эдвина Армстронга, одного только открытия многофазных токов и индукторного двигателя было бы вполне достаточно, чтобы навеки обессмертить имя Теслы.
Никола Тесла много лет вынашивал идею беспроводной передачи энергии на расстояние методом возбуждения Земли как большого колебательного контура. Он увлек этой мыслью многие умы, разработал источники высокочастотной электромагнитной энергии и ее излучатели.
Создание Теслой прибора, сыгравшего очень большую роль в развитии самых различных отраслей электротехники и получившего название "резонанс-трансформатор", или "трансформатор Теслы", относится к 1891 г.
Резонанс-трансформатор Теслы (90-е годы XIX в.). Схема включения в генераторе электромагнитных волн
От высоковольтной индукционной катушки Румкорфа происходит разряд на лейденскую банку. Последняя заряжается до высокого напряжения и затем разряжается через первичную обмотку резонанс-трансформатора. При этом на его вторичной обмотке, настроенной в резонанс с первичной, возникает очень высокое напряжение. Тесла получал высокие напряжения (около 100 кВ) с частотой около 150 кГц. Эти напряжения вызывали пробой в воздухе в форме кистевого разряда длиной до нескольких метров.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Читайте также: