Ο μετασχηματιστής Tesla (η αρχή λειτουργίας της συσκευής θα συζητηθεί αργότερα) κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 1896, 22 Σεπτεμβρίου. Η συσκευή παρουσιάστηκε ως συσκευή που παράγει ηλεκτρικά ρεύματα υψηλού δυναμικού και συχνότητας. Η συσκευή εφευρέθηκε από τον Νίκολα Τέσλα και πήρε το όνομά του. Ας εξετάσουμε αυτή τη συσκευή με περισσότερες λεπτομέρειες.
Μετασχηματιστής Tesla: αρχή λειτουργίας
Η ουσία της λειτουργίας της συσκευής μπορεί να εξηγηθεί με το παράδειγμα της γνωστής αιώρησης. Όταν ταλαντεύονται υπό συνθήκες εξαναγκασμένων ταλαντώσεων, το πλάτος, που θα είναι μέγιστο, θα γίνει ανάλογο της ασκούμενης δύναμης. Κατά την αιώρηση σε ελεύθερη λειτουργία, το μέγιστο πλάτος θα αυξηθεί πολλές φορές με τις ίδιες προσπάθειες. Αυτή είναι η ουσία του μετασχηματιστή Tesla. Ένα ταλαντευόμενο δευτερεύον κύκλωμα χρησιμοποιείται ως αιώρηση στη συσκευή. Η γεννήτρια παίζει το ρόλο της εφαρμοσμένης προσπάθειας. Με τη συνοχή τους (ώθηση σε αυστηρά απαραίτητες χρονικές περιόδους), παρέχεται ένας κύριος ταλαντωτής ή ένα πρωτεύον κύκλωμα (σύμφωνα με τη συσκευή).
Περιγραφή
Ένας απλός μετασχηματιστής Tesla περιλαμβάνει δύο πηνία. Το ένα είναι πρωτογενές, το άλλο είναι δευτερεύον. Επίσης, ο συντονισμένος μετασχηματιστής Tesla αποτελείται από ένα δακτύλιο (δεν χρησιμοποιείται πάντα),πυκνωτής, απαγωγέας. Το τελευταίο - ο διακόπτης - βρίσκεται στην αγγλική έκδοση του Spark Gap. Ο μετασχηματιστής Tesla περιέχει επίσης ένα τερματικό "εξόδου".
Σπειράματα
Το Το πρωτεύον περιέχει, κατά κανόνα, ένα σύρμα μεγάλης διαμέτρου ή έναν χάλκινο σωλήνα με πολλές στροφές. Το δευτερεύον πηνίο έχει ένα μικρότερο καλώδιο. Οι στροφές του είναι περίπου 1000. Το πρωτεύον πηνίο μπορεί να έχει επίπεδο (οριζόντιο), κωνικό ή κυλινδρικό (κάθετο). Εδώ, σε αντίθεση με έναν συμβατικό μετασχηματιστή, δεν υπάρχει σιδηρομαγνητικός πυρήνας. Λόγω αυτού, η αμοιβαία επαγωγή μεταξύ των πηνίων μειώνεται σημαντικά. Μαζί με τον πυκνωτή, το πρωτεύον στοιχείο σχηματίζει ένα κύκλωμα ταλάντωσης. Περιλαμβάνει ένα διάκενο σπινθήρα - ένα μη γραμμικό στοιχείο.
Το δευτερεύον πηνίο σχηματίζει επίσης ένα ταλαντευόμενο κύκλωμα. Οι χωρητικότητες του δακτυλίου και του δικού του πηνίου (interturn) λειτουργούν ως πυκνωτής. Η δευτερεύουσα περιέλιξη συχνά καλύπτεται με ένα στρώμα βερνικιού ή εποξειδικού. Αυτό γίνεται για να αποφευχθεί η ηλεκτρική βλάβη.
Discharger
Το κύκλωμα μετασχηματιστή Tesla περιλαμβάνει δύο τεράστια ηλεκτρόδια. Αυτά τα στοιχεία πρέπει να είναι ανθεκτικά σε υψηλά ρεύματα που διαρρέουν ένα ηλεκτρικό τόξο. Το ρυθμιζόμενο διάκενο και η καλή ψύξη είναι απαραίτητα.
Terminal
Αυτό το στοιχείο μπορεί να εγκατασταθεί σε έναν συντονισμένο μετασχηματιστή Tesla σε διαφορετικά σχέδια. Το τερματικό μπορεί να είναι μια σφαίρα, μια ακονισμένη καρφίτσα ή ένας δίσκος. Έχει σχεδιαστεί για να παράγει προβλέψιμες εκκενώσεις σπινθήρα με μεγάλομήκος. Έτσι, δύο συνδεδεμένα ταλαντωτικά κυκλώματα σχηματίζουν έναν μετασχηματιστή Tesla.
Η ενέργεια από τον αιθέρα είναι ένας από τους σκοπούς της λειτουργίας της συσκευής. Ο εφευρέτης της συσκευής επιδίωξε να επιτύχει έναν αριθμό κύματος Ζ 377 ohms. Έφτιαχνε πηνία όλο και μεγαλύτερων μεγεθών. Η κανονική (πλήρης) λειτουργία του μετασχηματιστή Tesla διασφαλίζεται όταν και τα δύο κυκλώματα είναι συντονισμένα στην ίδια συχνότητα. Κατά κανόνα, στη διαδικασία προσαρμογής, το πρωτεύον προσαρμόζεται στο δευτερεύον. Αυτό επιτυγχάνεται με την αλλαγή της χωρητικότητας του πυκνωτή. Ο αριθμός των στροφών στο πρωτεύον τύλιγμα αλλάζει επίσης μέχρι να εμφανιστεί η μέγιστη τάση στην έξοδο.
Στο μέλλον, σχεδιάζεται η δημιουργία ενός απλού μετασχηματιστή Tesla. Η ενέργεια από τον αιθέρα θα λειτουργήσει για την ανθρωπότητα στο έπακρο.
Δράση
Ο μετασχηματιστής Tesla λειτουργεί σε παλμική λειτουργία. Η πρώτη φάση είναι μια φόρτιση πυκνωτή μέχρι την τάση διάσπασης του στοιχείου εκφόρτισης. Το δεύτερο είναι η δημιουργία ταλαντώσεων υψηλής συχνότητας στο πρωτεύον κύκλωμα. Ένα διάκενο σπινθήρα συνδεδεμένο παράλληλα κλείνει τον μετασχηματιστή (πηγή ισχύος), αποκλείοντάς τον από το κύκλωμα. Διαφορετικά, θα κάνει ορισμένες απώλειες. Αυτό, με τη σειρά του, θα μειώσει τον παράγοντα ποιότητας του πρωτεύοντος κυκλώματος. Όπως δείχνει η πρακτική, μια τέτοια επίδραση μειώνει σημαντικά το μήκος της εκκένωσης. Από αυτή την άποψη, σε ένα καλά κατασκευασμένο κύκλωμα, ο απαγωγέας τοποθετείται πάντα παράλληλα με την πηγή.
Χρέωση
Παράγεται από μια εξωτερική πηγή υψηλής τάσης που βασίζεται σε μετασχηματιστή ανύψωσης χαμηλής συχνότητας. Η χωρητικότητα του πυκνωτή επιλέγεται έτσι ώστε να σχηματίζει ένα συγκεκριμένο κύκλωμα μαζί με τον επαγωγέα. Η συχνότητα συντονισμού του πρέπει να είναι ίση με το κύκλωμα υψηλής τάσης.
Στην πράξη, όλα είναι κάπως διαφορετικά. Όταν πραγματοποιείται ο υπολογισμός του μετασχηματιστή Tesla, δεν λαμβάνεται υπόψη η ενέργεια που θα χρησιμοποιηθεί για την άντληση του δεύτερου κυκλώματος. Η τάση φόρτισης περιορίζεται από την τάση κατά τη διάσπαση του απαγωγέα. Μπορεί να ρυθμιστεί (αν το στοιχείο είναι αέρας). Η τάση διάσπασης διορθώνεται αλλάζοντας το σχήμα ή την απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων. Κατά κανόνα, ο δείκτης είναι στην περιοχή 2-20 kV. Το πρόσημο της τάσης δεν πρέπει να "βραχύνει" πολύ τον πυκνωτή, ο οποίος αλλάζει συνεχώς πρόσημο.
Γενιά
Αφού επιτευχθεί η τάση διάσπασης μεταξύ των ηλεκτροδίων, σχηματίζεται μια ηλεκτρική διάσπαση αερίου σαν χιονοστιβάδα στο διάκενο σπινθήρα. Ο πυκνωτής εκκενώνεται στο πηνίο. Μετά από αυτό, η τάση διάσπασης μειώνεται απότομα λόγω των υπολειπόμενων ιόντων στο αέριο (φορείς φορτίου). Ως αποτέλεσμα, το κύκλωμα του κυκλώματος ταλάντωσης, που αποτελείται από έναν πυκνωτή και ένα πρωτεύον πηνίο, παραμένει κλειστό μέσω του διακένου σπινθήρα. Παράγει κραδασμούς υψηλής συχνότητας. Σταδιακά ξεθωριάζουν, κυρίως λόγω των απωλειών στον απαγωγέα, καθώς και της διαφυγής ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας στο δευτερεύον πηνίο. Ωστόσο, οι ταλαντώσεις συνεχίζονται έως ότου το ρεύμα δημιουργήσει επαρκή αριθμό φορέων φόρτισης για να διατηρήσει μια σημαντικά χαμηλότερη τάση διάσπασης στο διάκενο σπινθήρα από το πλάτος των ταλαντώσεων του κυκλώματος LC. Στο δευτερεύον κύκλωμαεμφανίζεται συντονισμός. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα υψηλή τάση στο τερματικό.
Τροποποιήσεις
Οποιοδήποτε τύπο κυκλώματος μετασχηματιστή Tesla, το δευτερεύον και το πρωτεύον κύκλωμα παραμένουν τα ίδια. Ωστόσο, ένα από τα στοιχεία του κύριου στοιχείου μπορεί να είναι διαφορετικής σχεδίασης. Συγκεκριμένα, μιλάμε για μια γεννήτρια ταλαντώσεων υψηλής συχνότητας. Για παράδειγμα, στην τροποποίηση SGTC, αυτό το στοιχείο εκτελείται στο διάκενο σπινθήρα.
RSG
Ο μετασχηματιστής υψηλής ισχύος της Tesla ενσωματώνει έναν πιο περίπλοκο σχεδιασμό με διάκενο σπινθήρα. Ειδικότερα, αυτό ισχύει για το μοντέλο RSG. Η συντομογραφία σημαίνει Rotary Spark Gap. Μπορεί να μεταφραστεί ως εξής: περιστρεφόμενος / περιστροφικός σπινθήρας ή στατικό διάκενο με συσκευές πυρόσβεσης τόξου (πρόσθετες). Σε αυτή την περίπτωση, η συχνότητα λειτουργίας του διακένου επιλέγεται ταυτόχρονα με τη συχνότητα φόρτισης του πυκνωτή. Ο σχεδιασμός του διακένου ρότορα σπινθήρα περιλαμβάνει έναν κινητήρα (συνήθως είναι ηλεκτρικός), έναν δίσκο (περιστρεφόμενο) με ηλεκτρόδια. Οι τελευταίοι είτε κλείνουν είτε πλησιάζουν τα ζευγάρωμα για να κλείσουν.
Η επιλογή της διάταξης των επαφών και της ταχύτητας περιστροφής του άξονα βασίζεται στην απαιτούμενη συχνότητα των πακέτων ταλάντωσης. Σύμφωνα με τον τύπο ελέγχου κινητήρα, τα κενά του ρότορα σπινθήρα διακρίνονται ως ασύγχρονα και σύγχρονα. Επίσης, η χρήση ενός περιστρεφόμενου κενού σπινθήρα μειώνει σημαντικά την πιθανότητα ενός παρασιτικού τόξου μεταξύ των ηλεκτροδίων.
Σε ορισμένες περιπτώσεις, αντικαθίσταται ένα συμβατικό διάκενο σπινθήραπολυστάδιο. Για ψύξη, αυτό το εξάρτημα τοποθετείται μερικές φορές σε αέρια ή υγρά διηλεκτρικά (για παράδειγμα, σε λάδι). Ως τυπική τεχνική για την κατάσβεση του τόξου ενός στατιστικού διακένου σπινθήρα, χρησιμοποιείται ο καθαρισμός των ηλεκτροδίων με χρήση ισχυρού πίδακα αέρα. Σε ορισμένες περιπτώσεις, ο κλασικός μετασχηματιστής Tesla συμπληρώνεται με δεύτερο απαγωγέα. Ο σκοπός αυτού του στοιχείου είναι να προστατεύει τη ζώνη χαμηλής τάσης (τροφοδοσίας) από υπερτάσεις υψηλής τάσης.
Πηνίο λάμπας
Η τροποποίηση VTTC χρησιμοποιεί σωλήνες κενού. Παίζουν το ρόλο μιας γεννήτριας ταλαντώσεων RF. Κατά κανόνα, πρόκειται για αρκετά ισχυρούς λαμπτήρες τύπου GU-81. Αλλά μερικές φορές μπορείτε να βρείτε σχέδια χαμηλής κατανάλωσης. Ένα από τα χαρακτηριστικά σε αυτή την περίπτωση είναι η απουσία της ανάγκης παροχής υψηλής τάσης. Για να λάβετε σχετικά μικρές εκκενώσεις, χρειάζεστε περίπου 300-600 V. Επιπλέον, το VTTC δεν κάνει σχεδόν καθόλου θόρυβο, ο οποίος εμφανίζεται όταν ο μετασχηματιστής Tesla λειτουργεί στο διάκενο σπινθήρα. Με την ανάπτυξη των ηλεκτρονικών, κατέστη δυνατή η σημαντική απλοποίηση και μείωση του μεγέθους της συσκευής. Αντί για σχέδιο σε λαμπτήρες, άρχισε να χρησιμοποιείται ένας μετασχηματιστής Tesla σε τρανζίστορ. Συνήθως χρησιμοποιείται ένα διπολικό στοιχείο κατάλληλης ισχύος και ρεύματος.
Πώς να φτιάξετε έναν μετασχηματιστή Tesla;
Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, χρησιμοποιείται ένα διπολικό στοιχείο για την απλοποίηση του σχεδιασμού. Αναμφίβολα, είναι πολύ καλύτερο να χρησιμοποιήσετε ένα τρανζίστορ εφέ πεδίου. Αλλά το διπολικό είναι πιο εύκολο να δουλέψεις για όσους δεν έχουν αρκετά εμπειρία στη συναρμολόγηση γεννητριών. Περιέλιξη πηνίου καιο συλλέκτης πραγματοποιείται με σύρμα 0,5-0,8 χιλιοστών. Σε ένα εξάρτημα υψηλής τάσης, το σύρμα λαμβάνεται πάχους 0,15-0,3 mm. Γίνονται περίπου 1000 στροφές. Μια σπείρα τοποθετείται στο "καυτό" άκρο της περιέλιξης. Η ισχύς μπορεί να ληφθεί από έναν μετασχηματιστή 10 V, 1 A. Όταν χρησιμοποιείτε ισχύ από 24 V ή περισσότερο, το μήκος της εκκένωσης κορώνας αυξάνεται σημαντικά. Για τη γεννήτρια, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το τρανζίστορ KT805IM.
Χρήση του οργάνου
Στην έξοδο, μπορείτε να πάρετε μια τάση πολλών εκατομμυρίων βολτ. Είναι ικανό να δημιουργήσει εντυπωσιακές εκκενώσεις στον αέρα. Το τελευταίο, με τη σειρά του, μπορεί να έχει μήκος πολλών μέτρων. Αυτά τα φαινόμενα είναι πολύ ελκυστικά εξωτερικά για πολλούς ανθρώπους. Οι λάτρεις του μετασχηματιστή Tesla χρησιμοποιούνται για διακοσμητικούς σκοπούς.
Ο ίδιος ο εφευρέτης χρησιμοποίησε τη συσκευή για τη διάδοση και τη δημιουργία ταλαντώσεων, οι οποίες στοχεύουν στον ασύρματο έλεγχο συσκευών σε απόσταση (ραδιοέλεγχος), στη μετάδοση δεδομένων και ενέργειας. Στις αρχές του εικοστού αιώνα, το πηνίο Tesla άρχισε να χρησιμοποιείται στην ιατρική. Οι ασθενείς υποβλήθηκαν σε θεραπεία με ασθενή ρεύματα υψηλής συχνότητας. Αυτά, που ρέουν μέσα από ένα λεπτό επιφανειακό στρώμα του δέρματος, δεν βλάπτουν τα εσωτερικά όργανα. Παράλληλα, τα ρεύματα είχαν θεραπευτική και τονωτική δράση στον οργανισμό. Επιπλέον, ο μετασχηματιστής χρησιμοποιείται για την ανάφλεξη των λαμπτήρων εκκένωσης αερίου και για την αναζήτηση διαρροών σε συστήματα κενού. Ωστόσο, στην εποχή μας, η κύρια εφαρμογή της συσκευής θα πρέπει να θεωρείται γνωστική και αισθητική.
Εφέ
Συσχετίζονται με το σχηματισμό διαφόρων ειδών εκκενώσεων αερίων κατά τη λειτουργία της συσκευής. Πολλοί άνθρωποισυλλέξτε μετασχηματιστές Tesla για να μπορέσετε να παρακολουθήσετε τα εντυπωσιακά εφέ. Συνολικά, η συσκευή παράγει εκκενώσεις τεσσάρων τύπων. Είναι συχνά δυνατό να παρατηρήσουμε πώς οι εκκενώσεις όχι μόνο απομακρύνονται από το πηνίο, αλλά κατευθύνονται επίσης από γειωμένα αντικείμενα προς την κατεύθυνσή του. Μπορούν επίσης να έχουν λάμψεις κορώνας. Αξίζει να σημειωθεί ότι ορισμένες χημικές ενώσεις (ιονικές) όταν εφαρμόζονται στο τερματικό μπορεί να αλλάξουν το χρώμα της εκκένωσης. Για παράδειγμα, τα ιόντα νατρίου κάνουν το πορτοκαλί σπινθήρα, ενώ τα ιόντα βορίου κάνουν τον σπινθήρα πράσινο.
Streamers
Αυτά είναι αμυδρά διακλαδισμένα λεπτά κανάλια. Περιέχουν άτομα ιονισμένου αερίου και ελεύθερα ηλεκτρόνια διασπώνται από αυτά. Αυτές οι εκκενώσεις ρέουν από τον ακροδέκτη του πηνίου ή από τα πιο αιχμηρά μέρη απευθείας στον αέρα. Στον πυρήνα του, το streamer μπορεί να θεωρηθεί ορατός ιονισμός αέρα (λάμψη ιόντων), ο οποίος δημιουργείται από το πεδίο BB κοντά στον μετασχηματιστή.
Arc Discharge
Σχηματίζεται αρκετά συχνά. Για παράδειγμα, εάν ο μετασχηματιστής έχει επαρκή ισχύ, μπορεί να σχηματιστεί ένα τόξο όταν ένα γειωμένο αντικείμενο φέρει στο τερματικό. Σε ορισμένες περιπτώσεις, απαιτείται να αγγίξετε το αντικείμενο στην έξοδο και, στη συνέχεια, να ανασυρθείτε σε μια αυξανόμενη απόσταση και να τεντώσετε το τόξο. Με ανεπαρκή αξιοπιστία και ισχύ πηνίου, μια τέτοια εκφόρτιση μπορεί να βλάψει εξαρτήματα.
Spark
Αυτό το φορτίο σπινθήρα εκπέμπεται από αιχμηρά μέρη ή από τον ακροδέκτη απευθείας στο έδαφος (γειωμένο αντικείμενο). Ο σπινθήρας παρουσιάζεται με τη μορφή ταχέως μεταβαλλόμενων ή εξαφανιζόμενων φωτεινών νηματοειδών λωρίδων, έντονα διακλαδισμένων καισυχνά. Υπάρχει επίσης ένας ειδικός τύπος εκκένωσης σπινθήρα. Ονομάζεται κίνηση.
εξιτήριο κορωνοϊού
Αυτή είναι η λάμψη των ιόντων που περιέχονται στον αέρα. Πραγματοποιείται σε ηλεκτρικό πεδίο υψηλής τάσης. Το αποτέλεσμα είναι μια γαλαζωπή, ευχάριστη στο μάτι λάμψη κοντά στα BB συστατικά της δομής με σημαντική καμπυλότητα της επιφάνειας.
Λειτουργίες
Κατά τη λειτουργία του μετασχηματιστή ακούγεται ένα χαρακτηριστικό ηλεκτρικό κροτάλισμα. Αυτό το φαινόμενο οφείλεται στη διαδικασία κατά την οποία οι streamers μετατρέπονται σε κανάλια σπινθήρα. Συνοδεύεται από μια απότομη αύξηση της ποσότητας ενέργειας και της ισχύος ρεύματος. Υπάρχει ταχεία διαστολή κάθε καναλιού και απότομη αύξηση της πίεσης σε αυτά. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζονται κρουστικά κύματα στα όρια. Ο συνδυασμός τους από τα επεκτεινόμενα κανάλια σχηματίζει έναν ήχο που γίνεται αντιληπτός ως τρίξιμο.
Ανθρώπινη επίδραση
Όπως κάθε άλλη πηγή τέτοιας υψηλής τάσης, το πηνίο Tesla μπορεί να είναι θανατηφόρο. Αλλά υπάρχει διαφορετική άποψη σχετικά με ορισμένους τύπους συσκευών. Δεδομένου ότι η υψηλή τάση υψηλής συχνότητας έχει επίδραση στο δέρμα και το ρεύμα είναι σημαντικά πίσω από την τάση στη φάση και η ισχύς του ρεύματος είναι πολύ μικρή, παρά το δυναμικό, η εκκένωση στο ανθρώπινο σώμα δεν μπορεί να προκαλέσει καρδιακή ανακοπή ή άλλες σοβαρές διαταραχές στο το σώμα.
