Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Схемы подключения | Принципиальные схемы | Электроснабжение
Розетки и выключатели | Автоматы защиты | Кабель и провод | Монтаж электропроводки Ремонт электротехники | Молодому электрику

Электрик Инфо » Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты » Что такое трансформатор Тесла
Количество просмотров: 59424
Комментарии к статье: 8


Что такое трансформатор Тесла


Сегодня трансформатором Тесла называют высокочастотный высоковольтный резонансный трансформатор, и в сети можно найти множество примеров ярких реализаций этого необычного устройства. Катушка без ферромагнитного сердечника, состоящая из множества витков тонкого провода, увенчанная тором, испускает настоящие молнии, впечатляя изумленных зрителей. Но все ли помнят, как и для чего создавался изначально этот удивительный прибор?

Что такое трансформатор Тесла

История данного изобретения начинается с конца 19 века, когда гениальный ученый-экспериментатор Никола Тесла, работая в США, только поставил перед собой задачу научиться передавать электрическую энергию на большие расстояния без проводов.

Указать конкретный год, когда именно пришла к ученому эта идея, вряд ли можно точно, однако известно, что 20 мая 1891 года Никола Тесла выступил с подробной лекцией в Колумбийском университете, где представил сотрудникам Американского института электроинженеров свои идеи, и кое-что проиллюстрировал, показав наглядные эксперименты.

Целью первых демонстраций было — показать новый способ получения света посредством использования для этого токов высокой частоты и высокого напряжения, а также раскрыть особенности этих токов. Справедливости ради отметим, что современные энергосберегающие люминесцентные лампы работают именно на принципе, который как раз и предложил для получения света Тесла.

Никола Тесла в лаборатории

Окончательная теория относительно именно беспроводной передачи электрической энергии вырисовывалась постепенно, ученый потратил несколько лет жизни, доводя до ума свою технологию, много экспериментируя и совершенствуя кропотливо каждый элемент схемы, он разрабатывал прерыватели, изобретал стойкие высоковольтные конденсаторы, придумывал и модифицировал контроллеры цепей, но так и не смог воплотить свой замысел в жизнь в том масштабе, в каком хотел.

изобретения Николы Тесла

Однако теория до нас дошла. Доступны дневники, статьи, патенты и лекции Николы Тесла, в которых можно найти исходные подробности относительно данной технологии. Принцип действия резонансного трансформатора можно узнать, прочитав например патенты Николы Тесла №787412 или №649621, уже доступные сегодня в сети.

Устройство трнсформатора Тесла

Если попробовать кратко разобраться в том, как же работает трансформатор Тесла, рассмотреть его устройство и принцип действия, то в этом нет ничего сложного.

Вторичная обмотка трансформатора изготавливается из провода в изоляции (например из эмальпровода), который укладывается виток к витку в один слой на полый цилиндрический каркас, отношение высоты каркаса к его диаметру обычно берут равным от 6 к 1 до 4 к 1.

После намотки вторичную обмотку покрывают эпоксидной смолой или лаком. Первичная обмотка изготавливается из провода относительно большого сечения, она содержит обычно от 2 до 10 витков, и укладывается в форму плоской спирали, либо наматывается подобно вторичной — на цилиндрический каркас диаметром несколько большим, чем у вторичной.

Высота первичной обмотки, как правило, не превышает 1/5 высоты вторичной. К верхнему выводу вторичной обмотки подключают тороид, а нижний ее вывод заземляют. Далее рассмотрим все более подробно.

Например: вторичная обмотка навита на каркас диаметром 110 мм, эмальпроводом ПЭТВ-2 диаметром 0,5 мм, и содержит 1200 витков, таким образом высота ее получается равной примерно 62 см, а длина провода составляет около 417 метров. Пусть первичная обмотка содержит 5 витков толстой медной трубки, навитых на диаметр 23 см, и имеет высоту 12 см.

Пример расчета в программе

Далее изготавливают тороид. Его емкость в идеале должна быть такой, чтобы резонансной частоте вторичного контура (заземленная вторичная катушка вместе с тороидом и окружающей средой) соответствовала бы длина провода вторичной обмотки так, что эта длина равнялась бы четверти длины волны (для нашего примера частота получается равной 180 кГц).

Для точного расчета полезной может стать специальная программа для рассчета катушек Тесла, например VcTesla или inca. К первичной обмотке подбирается высоковольтный конденсатор, емкость которого вместе с индуктивностью первичной обмотки образовывала бы колебательный контур, собственная частота которого была бы равна резонансной частоте вторичного контура. Обычно берут близкий по емкости конденсатор, а настройку осуществляют подбором витков первичной обмотки.

Суть работы трансформатора Тесла в каноническом виде заключается в следующем: конденсатор первичного контура заряжается от подходящего источника высокого напряжения, затем он соединяется коммутатором с первичной обмоткой, и так повторяется много раз в секунду.

В результате каждого цикла коммутации возникают затухающие колебания в первичном контуре. Но первичная катушка является для вторичного контура индуктором, поэтому электромагнитные колебания возбуждаются соответственно и во вторичном контуре.

Поскольку вторичный контур настроен в резонанс с первичными колебаниями, то на вторичной обмотке возникает резонанс напряжений, а значит коэффициент трансформации (соотношение витков первичной обмотки и охваченных ею витков вторичной обмотки) нужно умножить еще и на Q – добротность вторичного контура, тогда получится значение реального соотношения напряжения на вторичной обмотке к напряжению на первичной. 

А так как длина провода вторичной обмотки равна четверти длины волны индуцируемых в ней колебаний, то именно на тороиде будет находиться пучность напряжения (а в точке заземления — пучность тока), и именно там может иметь место максимально эффектный пробой.

Для питания первичной цепи используют разные схемы, от статичного искрового промежутка (разрядника) с питанием от МОТов (МОТ — высоковольтный трансформатор от микроволновой печи) до резонансных транзисторных схем на программируемых контроллерах с питанием выпрямленным сетевым напряжением, однако суть от этого не меняется.

Вот самые распространенные типы катушек Тесла в зависимости от способа управления ими:

SGTC (СГТЦ, Spark Gap Tesla Coil) – трансформатор Тесла на искровом промежутке. Это классическая конструкция, подобную схему изначально применял сам Тесла. В качестве коммутирующего элемента здесь используется разрядник. В конструкциях малой мощности разрядник представляет собой два куска толстого провода, расположенных на некотором расстоянии, а в более мощных применяются сложные вращающиеся разрядники с использованием двигателей. Трансформаторы этого типа изготавливают если требуется лишь большая длинна стримера, и не важна эффективность.

VTTC (ВТТЦ, Vacuum Tube Tesla Coil) – трансформатор Тесла на электронной лампе. В качестве коммутирующего элемента здесь используется мощная радиолампа, например ГУ-81. Такие трансформаторы могут работать в непрерывном режиме и производить довольно толстые разряды. Данный тип питания чаще всего используют для построения высокочастотных катушек, которые из-за типичного вида своих стримеров получили название “факельники”.

SSTC (ССТЦ, Solid State Tesla Coil) – трансформатор Тесла, в котором в качестве ключевого элемента применяются полупроводники. Обычно это IGBT или MOSFET транзисторы. Данный тип трансформаторов может работать в непрерывном режиме. Внешний вид стримеров, создаваемых такой катушкой может быть самым разным. Этим типом трансформаторов Тесла проще управлять, например можно играть на них музыку.

DRSSTC (ДРССТЦ, Dual Resonant Solid State Tesla Coil) – трансформатор Тесла с двумя резонансными контурами, здесь в качестве ключей используются, как и в SSTC, полупроводники. ДРССТЦ – наиболее сложный в управлении и настройке тип трансформаторов Тесла.

Для получения более эффективной и эффектной работы трансформатора Тесла применяют именно схемы топологии DRSSTC, когда мощный резонанс достигается и в самом первичном контуре, а во вторичном соответственно — более яркая картина, более длинные и толстые молнии (стримеры).

Сам Тесла как мог пытался добиться именно такого режима работы своего трансформатора, и зачатки этой идеи можно увидеть в патенте № 568176, где применяются зарядные дроссели, Тесла потом развивал схему именно по этому пути, то есть стремился максимально эффективно использовать первичную цепь, создавая в ней резонанс. Об этих экспериментах ученого можно прочитать в его дневнике (в печатном виде уже изданы записи ученого об экспериментах в Колорадо-Спрингс, которые он проводил с 1899 по 1900 год).

Говоря о практическом применении трансформатора Тесла не стоит ограничиваться лишь восхищением эстетическим характером получаемых разрядов, и относиться к устройству как к декоративному. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора может достигать миллионов вольт, это в конце концов - эффективный источник сверхвысокого напряжения.

Башня Ворденклиф

Сам Тесла разрабатывал свою систему для передачи электроэнергии на большие расстояния без проводов, используя проводимость верхних воздушных слоев атмосферы. Предполагалось наличие и приемного трансформатора аналогичной конструкции, который бы понижал принятое высокое напряжение до приемлемого для потребителя значения, об этом можно узнать, прочитав патент Тесла №649621.

Особого внимания заслуживает характер взаимодействия трансформатора Тесла с окружающей средой. Вторичный контур является открытым контуром, и система термодинамически отнюдь не является изолированной, она даже не закрытая, это - открытая система. Современные исследования в этом направлении ведутся многими исследователями, и точка на этом пути еще не поставлена.

Андрей Повный

Популярные публикации:

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика 

О сайте Электрик Инфо и авторах статей



Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Резонансный метод беспроводной передачи электрической энергии Николы Тесла
  • Как определить число витков обмоток трансформатора
  • Способы беспроводной передачи электроэнергии
  • Трансформаторы и автотрансформаторы - в чем различие и особенность
  • Как своими руками сделать индикатор подключения электроприборов к сети 220В
  • Метод электромагнитной индукции при беспроводной передаче энергии
  • Передача электроэнергии по одному проводу - выдумка или реальность?
  • Применение катушек индуктивности
  • Как узнать мощность и ток трансформатора по его внешнему виду
  • Плазменные лампы - как устроены и работают
  • Категория: Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты

    Трансформаторы, Никола Тесла, Андрей Повный – все статьи

      Комментарии:

    #1 написал: Виктор Дзюба |

    Здравствуйте! Может не по теме . Рядом с дачей проходит ЛЭП и мне сказали что можно использовать ее свободную  энергию для освещения , если это так , то как сделать , что бы получить электричество хотя бы для питания светодиодных ламп . Спасибо . 

      Комментарии:

    #2 написал: sergeyer |

    Виктор Дзюба,
    где то слышал, что если под лэп установить катушку то в ней наведется эдс. Не знаю может правда может нет. Попробуйте, поэсперементируйте.

      Комментарии:

    #3 написал: Михаил |

    Виктор, это не будет свободная энергия. Свободная энергия получается не от ЛЭП.

      Комментарии:

    #4 написал: Пётр |

    Когда то по телику показывали как чабаны в степи подносили на определённое растояние деревянную палку с проводом к высоковольтной лзп и регулируя растояние от токопровода даже умудрялись смотреть телевизор.

      Комментарии:

    #5 написал: Михаил Иванов |

    Трансформатор Тесла состоит из двух соосных воздушных катушек с разным числом витков. Источником первичного высокочастотного напряжения является демпфированный искровой генератор ( принцип искрового промежутка ), питаемый, например, от высоковольтного трансформатора. На вторичной обмотке обычно достигается напряжение от сотен киловольт до мегавольт (МВ) в зависимости от конструкции трансформатора, его устройства, настройки и источника первичного напряжения. Вторичное напряжение указанной величины проявляется отчетливыми оптическими явлениями в виде запотевания, разрядов, а также флуоресценцией находящихся рядом (даже полностью отключенных) люминесцентных ламп и т.п. Тесла намеревался использовать трансформатор для передачи электроэнергии на большие расстояния. Из-за трудностей с обратным преобразованием высокочастотной энергии, сложности ее маршрутизации, низкой эффективности передачи и больших потерь на излучение, сильных помех всего радиоспектра и т. д. эта передача не используется в промышленности. Однако довольно популярно его использование в виде спецэффекта — например, на некоторых концертах. Вторичная обмотка состоит из большого количества витков, намотанных тонким изолированным проводником на токопроводящем сердечнике (например, на трубе из поливинилхлорида). Нижний конец заземляется, верхний используется для повышения КПД, дополнительная емкость - тороидальная (в любительских условиях также применяется полистироловый венец, завернутый в фольгу). Внизу на вторичную обмотку намотаны несколько витков толстой толстой проволоки первичной обмотки (с достаточным зазором от пробоя). Эта маломощная обмотка подключена к источнику высокочастотного тока. В результате вокруг первичной обмотки образуется переменное магнитное поле, индуцирующее высокое напряжение во вторичной обмотке. Это напряжение умножается на резонанс. Существует несколько типов блоков питания, различающихся по напряжению питания, мощности, сложности, КПД и цене. 

      Комментарии:

    #6 написал: Николай |

    Никола Тесла был блестящим изобретателем, возможности которого исследуются до сих пор. Великий ум Теслы предвидел возможность получения электроэнергии из геотермальных, ветровых и солнечных источников. Есть несколько сайтов, посвященных его творчеству. Тесла действительно был человеком, который отодвинул свою эпоху в будущее.

      Комментарии:

    #7 написал: Михаил Фрумкин |

    Катушки Теслы были изобретением Николы Теслы в середине-конце 1800-х годов. Они вообще НЕ производят статического электричества, но на самом деле являются резонирующими трансформаторами с воздушным сердечником. Обычно они состоят из того, что обычно называют баковым контуром. Это вход переменного тока, который заряжает конденсатор. Когда напряжение достигает своего пика, искровой разрядник замыкает цепь, в результате чего энергия конденсатора сбрасывается в катушку, известную как первичная катушка. Это заставляет ток "звонить" через катушку вперед и назад. Этот контур настроен так, что его частота близка к резонансной частоте вторичного контура. Это вызывает индукцию тока в большую катушку, известную как вторичная катушка . Цепь состоит из катушки, заземленной на одном конце, и разрядного конденсатора на конце, который обычно представляет собой тороид. Этот конденсатор имеет только 1 пластину, а другая сторона конденсатора является землей ! Конечным результатом являются огромные искры, летящие по воздуху.

      Комментарии:

    #8 написал: Сергей |

    Трансформатор Тесла - это устройство, которое преобразует обычное электричество в высокочастотный переменный ток. Оно было изобретено Николой Теслой в конце 19 века и используется до сих пор для проведения экспериментов с электричеством. Трансформаторы Тесла могут создавать красивые световые эффекты, такие как молнии и дуги, а также использоваться для передачи радиоволн на большие расстояния.

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Электрик Инфо на Яндекс Дзен

     

    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки
    Андрей Повный - все статьи автора



    Copyright © 2009-2024 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.