Содержание
Цель изобретения
По мнению специалистов, Тесла изобретал трансформатор для решения глобального вопроса передачи электрической энергии из одного пункта в другой без применения проводов. Для того чтобы получилась задуманная изобретателем передача энергии при помощи эфира, необходимо на двух удаленных точках иметь по одному мощному трансформатору, которые работали бы на одной частоте в резонансе.
Если проект реализовать, тогда не понадобятся гидроэлектростанции, мощные ЛЭП, наличие кабельных линий, что, конечно, противоречит монопольному владению электрической энергией разными компаниями. С проектом Николы Теслы каждый гражданин общества мог бесплатно воспользоваться электричеством в нужный момент в любом месте, где бы он ни находился. С точки зрения бизнеса эта система нерентабельна, так как она не окупится, ведь электричество становится бесплатным, именно по этой причине патент №645576 до сих пор ожидает своих инвесторов.
Никола Тесла и его идеи
Меры безопасности при изготовлении
Самое главное при изготовлении прибора Теслы — надежная изоляция обмоток друг от друга, иначе может случиться пробитие
Важно помнить, что на вторичной обмотке напряжение такое сильное, что поражение током приведет к неизбежной смерти при ее пробое. Ведь катушка Тесла продуцирует силу тока 500-850 А
А максимальное значение, при которой у человека остается шанс на выживание — всего 10 А. На вторичной обмотке лучше сделать изоляцию между слоями витков, так как глубокая царапина на проволоке может спровоцировать опасный для человека мощный разряд.
В любом случае всегда нужно помнить о безопасности при работе с электричеством.
Как сделать катушку Тесла
Вариации катушек Тесла могут быть разными. Однако в целях ознакомления с работой устройства, рассмотрим изготовление изделия небольших размеров.
Для конструирования понадобится следующий перечень:
- провод ПЭВ диаметром 0,25 и 1,2 мм;
- транзистор 2N2222A;
- сопротивление 22 кОм;
- «Крона» и разъем для нее;
- паяльник и припой;
- кусочек фанеры;
- пластиковая трубка;
- теннисный шарик;
- изолента;
- наждачка;
- ножовка;
- кусачки;
- клеевой пистолет.
Пошаговая инструкция
Рассмотрим поэтапно то, как собрать катушку:
- Подготавливаем пластиковую трубку сечением минимум 2 см.
- Отмечаем, а после отрезаем нужную длину трубки. Параметр должен быть в пределах 9-20 см.
- Обрабатываем торцы трубки наждачкой, убирая заусенцы.
- С обоих концов трубки сверлим отверстия, чтобы в них можно было продеть провод катушки.
- Запускаем в одно из отверстий край провода.
- Закрепляем проволоку клеевым пистолетом изнутри трубки.
- Производим намотку катушки виток к витку. Количество витков определяется диаметром трубки и провода и может варьироваться от 300 до 1000. Так, с проводом 0,08 мм потребуется около 300 витков.
- После завершения намотки, обрезаем провод, оставляя конец длиной 10 см.
- Продеваем проволоку в отверстие и закрепляем его клеем.
- Для фиксации катушки к основанию наносим клей на один из торцов и закрепляем деталь. В качестве основы можно использовать кусок фанеры.
- К основанию приклеиваем также транзистор, сопротивление и выключатель.
- Для изготовления второй катушки используем более толстый провод, который наматываем поверх первой катушки в количестве трех витков.
- Соединяем все элементы согласно с приведенной схемой.
- Батарейку фиксируем аналогичным способом — на клей.
- Для изготовления излучателя теннисный шарик обматываем фольгой.
- Присоединяем второй конец катушки (верхний) к шарику и фиксируем провод изолентой. Сам шарик закрепляем к трубке на клей.
- Готовое устройство имеет вид, как на фото.
Миниатюрная катушка
Катушку Тесла можно выполнить довольно маленьких размеров, которые позволяют поместить ее в кармане. В приведенной схеме введен преобразователь напряжения, позволяющий получить с 12 В 10 тыс. вольт.
Для сборки можно использовать такие элементы:
- диод 5ГЕ200АФ;
- конденсаторы 2200 пФ*5кВ;
- провод ПВ 2,5 мм;
- провод ПЭВ 0,01 мм;
- полимерная трубка сечением 15 мм.
Емкость необходимо подбирать опытным путем: от нее зависит продолжительность импульса в первичной катушке.
Первичная обмотка имеет 6 витков с диаметром наружного витка 60 мм. Вторичка изготавливается плотной намоткой и имеет 980 витков. После завершения сборки необходимо провести регулировку устройства. Для правильной работы его нужно ввести в резонанс. Как правило, действия сводятся к регулировке зазора разрядника. Процедуру проводят до тех пор, пока появится наилучшая длина дуги.
Самостоятельное изготовление катушки 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.
Включение, проверка и регулировка
Первое, что необходимо сделать – убрать подальше все электроприборы, включая мобильник, камеру, часы и т.д. Работающая катушка Тесла может вывести их из строя. Первый запуск делайте согласно следующей пошаговой инструкции:
- Выставьте переменный резистор, предусмотренный схемой, в среднее положение.
- Смотрите, чтобы не появлялись стримеры. Если этого не произошло, поднесите к прибору лампочку (обычную с нитью накала или люминесцентную).
- Свечение является показателем, что устройство работает, и все получилось.
- Если лампочка не зажглась, поменяйте полярность подсоединения первичного контура.
- Меняйте положение резистора, чтобы выбрать оптимальный режим яркости.
- Проверяйте транзистор на перегрев. При необходимости включите охладитель.
Если ни одна из мер не привела к желаемому результату, ищите проблему в конструкции. Возможно, придется изменить диаметр тороида. Но прежде всего проверьте целостность контуров. Лучше делать это при помощи тестера (ампермента, вольтметра и т.д.).
Устройство катушки Тесла
В настоящее время существует много схем, по которым изготовливают катушки Тесла. Наиболее простой трансформатор Тесла состоит и следующих элементов:
- Источник питания
- Трансформатор
- Конденсаторы
- Первичная и вторичная обмотки катушки
- Тороид
Разрядник - Заземление
Вторичная обмотка катушки
Наиболее значимым элементом в катушке Тесла является вторичная обмотка. Можно своими руками изготовить трансформатор Тесла. Сначала нам потребуется найти каркас-основу для вторичной обмотки. Для этого хорошо подойдет пластиковая канализационная труба. Соотношение длины к диаметру трубы должно быть от 4:1 до 5:1.Т.е. длина каркаса должна превышать диаметр в 4-5 раз.
На такую трубу надо намотать порядка 1000 витков проволоки. Для обмотки лучше брать медный провод в изоляции диаметром от 0,08 до 0,3 мм. Намотка должна быть аккуратной, плотной, без перехлёстов. После того, как обмотка закончена, следует покрыть её несколькими слоями лака. Это предохранит обмотку от физических повреждений и от пробоев электричества.
Первичная обмотка
Для первичной обмотки можно взять медную трубку толстого диаметра или толстый кабель. Для не слишком сильных трансформаторов Тесла подойдет медная трубка или провод диаметром 5-6 мм. Если планируется более мощная катушка, то диаметр трубы или провода для намотки увеличивают исходя из планируемой мощности.
Для первичной обмотки потребуется всего несколько витков провода или медной трубки. Обычно делают от 3-х до 10 витков. По своей форме первичную обмотку можно делать как цилиндрическую, так и в виде конуса или изготовить в одной плоскости.
Другие элементы трансформатора Тесла
Тороид создает поле статического электричества. Помогает накапливать энергию для разряда . А также применение тороида в конструкции катушки Тесла защищает вторичную обмотку. Статическое электричество, создаваемое тороидом, отталкивает ионизированные газовые каналы, возникающие на тороиде или разряднике — стримеры. Эти стримеры можно наблюдать в виде тонких светящихся нитей.
Можно вместо тороида поставить простой разрядник. Он изготавливается в виде заостренного металлического штырька. Для небольших трансформаторов Тесла хорошо подойдет шарик от пинг-понга, обмотанный фольгой. Один из концов проволоки от вторичной обмотки подсоединяют к фольге этого шарика.
Чтобы защитить от попадания стримеров на первичную обмотку можно поставить кольцо защиты. Такое защитное кольцо изготовляется из одного медного витка. Проволока должна быть потолще диаметром, чем материал первичной обмотки. А диаметр самого защитного кольца делают шире диаметра первичной обмотки катушки. Кольцо защиты надо заземлить.
Существует множество модификаций катушки Тесла. В продаже такие катушки стоят очень дорого и применяются для демонстрации дуговых разрядов, спарков (искровой разряд), коронных разрядов и светящихся ионизированных газовых каналов — стримеров. Любители своими руками изготавливают катушки Тесла. Существует множество схем и видео того, как это можно сделать в домашних условиях.
Но во всех схемах основа остается неизменной. Это сама катушка из 2-х обмоток, разрядник, источник питания и еще пара элементов. Это не сложно сделать, и каждый, кто умеет держать паяльник в руках, способен на это. А с помощью такой катушки можно удивлять друзей, показывая фокусы, зажигая лампочку без проводов в своих руках. В этой статье читайте о том, как изготовить простую катушку Тесла в домашних условиях.
Что такое катушка Теслы
Создатель прибора, физик-изобретатель Никола Тесла славился своей любовью к грандиозным демонстрациям научных открытий. Однако этот прибор он создал не для того, чтобы поразить современников. Его цель была более амбициозной. Тесла грезил о вечном двигателе.
Чтобы понять задумку ученого, разберемся с устройством прибора и принципом его работы.
Устройство и принцип работы
Катушка Теслы представляет собой «аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала», как в сентябре 1896 года презентовал его сам Никола. По своей сути — это резонансный трансформатор, который создает электрический ток высокой частоты.
Трансформатор Теслы состоит из следующих элементов:
Первичная обмотка. Представляет собой цилиндр или конус, также может быть горизонтальной плоскостью. Располагается она внизу устройства, к ней подводятся провода питания. Чтобы катушка производила стримеры (разряды молний), первичная обмотка должна быть обязательно заземлена. Главное условие — обмотка должна иметь низкое сопротивление, чтобы ток легко проходил по ней. Для первичной обмотки используют провода с большим размером сечения.
Вторичная обмотка. Для вторичной обмотки применяют медную проволоку на 800-1000 витков, покрытую эмалью
Важное условие — чтобы витки проволоки плотно прилегали друг к другу и не расплетались. Для вторичной обмотки используют провода меньшего сечения.
Тороид
Эта деталь изобретения Теслы призвана уменьшать резонансную частоту, накапливать энергию и увеличивать рабочее поле прибора. Важно, чтобы наружный диаметр тороида в два раза превосходил значение диаметра вторичной обмотки.
Кольцо защиты. Это незамкнутый виток медного провода, превышающий толщину первичной обмотки, который нужен, если длина стримера больше длины вторичной обмотки. Он служит для защиты первичной обмотки от повреждения ее стримерами. Обязательно нужно заземлить защиту кабелем к земле.
Заземление. Важная часть прибора. Если заземление будет недостаточным, стримеры будут ударять в катушку.
Источник питания. Еще одна составляющая, без которой изобретение Теслы работать не будет.
Принцип работы трансформатора основывается на существовании двух взаимосвязанных магнитных полей. Взаимодействие этих полей производит ионизирующий эффект, благодаря которому мы и видим разряды молний. Одно магнитное поле возникает, когда первичную обмотку подключают к внешнему источнику, второе — когда энергия через магнитное поле начнет передаваться ко вторичной обмотке. При этом все устройства, находящиеся в поле действия катушки, получают заряд энергии беспроводным путем. Ученый мечтал о передаче электричества на Земле таким способом, причем его изобретение позиционировалось как прототип вечного двигателя, когда энергия с одной катушки передается на другую, не ослабевая со временем.
Технические характеристики Теслы
- В первичной цепи установлен ограничитель тока на 1400 А.
- Потребление энергии в сети около 20 А.
- Резонансная частота составляет 42 кГц.
- Предельная длина искры 3 метра.
- Тесла имеет более 2 метра в высоту.
- Диаметр верхнего тороида – около 1 метра.
Разумеется ни одна DRSSTC не может функционировать без хорошего резонансного конденсатора, и именно там появилась самая большая проблема – чем выше емкость, тем лучше эффект по искре, но и тоньше кошелек. Минимальное напряжение пробоя составляет 8 кВ, однако чем больше, тем лучше. После многих расчетов решено было принять параметры 600nF / 10kV, а это означает необходимость покупки 100 конденсаторов CDE942C20P15kF. Они не единственные конденсаторы подходящие для этой цели, но другие еще дороже.
Следующим шагом было проектирование механической части, расположение ключевых элементов и т. д. Первичка вызвала немало проблем. Одной из концепций была коническая обмотка, но с другой стороны, из-за гораздо лучшего распределения поля остановились на плоской. Обмотка выполнена из мягкой меди диаметром 15 мм с толщиной стенки 1 мм.
Другим важным элементом катушки Тесла является вторичная обмотка. Это классическое решение, которое заключается в использовании в качестве формы под неё канализационной трубы из ПВХ диаметром 200 мм и высотой 1 м. Катушка содержит около 2300 витков проволоки 0,4 мм. Это почти 2 кг меди и около 1,5 км кабеля. Обмотка традиционно залита лаком.
Тороиды представляют собой классическую конструкцию, изготовленную из вентиляционных гофрированных труб. Использование двух тороидов улучшает распределение электрического поля вокруг обмоток, благодаря чему искры неохотно идут внутрь. Также использовались защитные катушки в количестве 2 штуки – одна выше, другая – под первичной плоскостью. Верхняя катушка провода является временной.
Нижняя часть корпуса электроники будет покрыта сеткой, пока закрыта только лицевая сторона, чтобы иметь легкий доступ к деталям во время ввода Теслы в эксплуатацию.
Разумеется, для мощных транзисторов требуется массивный радиатор. Он также охлаждается двумя мощными 120-миллиметровыми вентиляторами. Хотя общее количество выделяемого тепла не велико – большой радиатор и кулеры нужны обязательно, как результат – во время работы радиатор практически холоден.
Следующий ключевой элемент – силовые фильтрующие конденсаторы. Поскольку устройство работает с мощным импульсом, для импульсной работы требуются высоковольтные электролиты значительной мощности и низким импедансом (low esr).
Получение постоянного напряжения 650 В DC несложно, достаточно удвоить напряжение сети 220 В.
Необходимо поставить диодный мост с напряжением выше 320 В (после выпрямления), в частности около 600 В постоянного тока, также были необходимы электролиты способные работать с таким напряжением, однако самое высокое напряжение, которое когда-либо встречалось на любом электролите, было 500 В, но и этого все еще недостаточно. Поэтому необходимо последовательно подключать два электролитических конденсатора, что означает половину емкости и потребность сразу в четырех конденсаторах.
Контроллер управляет промежуточным мостом на MOSFET. Однако на этот раз промежуточный мост питается стабилизированным напряжением 80 В, которое выдает специально сконструированный трансформатор, управляющий затворами транзисторов IGBT. Трансформация этого трансформатора составляет 4: 1: 1: 1: 1. Эта конструкция позволяет получить типичные 20V на затворах, и его применение направлено на значительное сокращение времени их перезарядки.
Молнии безумно громкие и невероятно яркие, но красота требует жертв, поэтому расходы превышают 1000 долларов.
Обсудить статью БОЛЬШАЯ САМОДЕЛЬНАЯ КАТУШКА ТЕСЛА DRSSTC
Трансформатор, увеличивающий напряжение и частоту во много раз, называется трансформатором Тесла. Энергосберегающие и люминесцентные лампы, кинескопы старых телевизоров, зарядка аккумуляторов на расстоянии и многое другое создано благодаря принципу работы этого устройства. Не будем исключать его использование в развлекательных целях, ведь «трансформатор Тесла» способен создавать красивые фиолетовые разряды – стримеры, напоминающие молнию (рис. 1). В процессе работы образуется электромагнитное поле, способное воздействовать на электронные приборы и даже на организм человека, а при разрядах в воздухе происходит химический процесс с выделением озона. Чтобы сделать трансформатор Тесла своими руками, необязательно иметь широкие познания в области электроники, достаточно следовать этой статье.
Принцип работы
Трансформатор Тесла состоит из двух обмоток – первичной (Lp) и вторичной (Ls) (их чаще называют “первичка” и “вторичка”). К первичной обмотке подводится переменное напряжение, и она создает магнитное поле. При помощи этого поля энергия из первичной обмотки передается во вторичную. В этом трансформатор тесла очень похож на самый обычный “железный” трансформатор.
Вторичная обмотка вместе с собственной паразитной (Cs) емкостью образуют колебательный контур, который накапливает переданную ему энергию. Часть времени вся энергия в колебательном контуре храниться в виде напряжения. Таким образом, чем больше энергии мы вкачаем в контур, тем больше напряжения получим.
Простая схема работы катушки тесла.
Тесла обладает тремя основными характеристиками – резонансной частотой вторичного контура, коэффициентом связи первичной и вторичной обмоток, добротностью вторичного контура.
Что такое резонансная частота колебательного контура, читателю должно быть известно. Я же подробнее остановлюсь на коэффициенте связи и добротности.
Коэффициент связи определяет, насколько быстро энергия из первичной обмотки передается во вторичную, а добротность – насколько долго колебательный контур может сохранять энергию.
Аналогия с качелями
Для того, чтобы лучше понять, как колебательный контур накапливает энергию, и откуда в тесле берется такое большое напряжение, представим качели, которые раскачивает здоровенный мужик. Качели – это колебательный контур, мужик– это первичная обмотка. Скорость качели – это ток во вторичной обмотке, а высота подъема – наше долгожданное напряжение.
Мужик толкает качели, и, таким образом передает в них энергию. И вот, за несколько толчков, качели раскачались и подлетают так высоко, как это только возможно – они накопили много энергии. Тоже самое происходит и с теслой, только когда энергии становится слишком много, происходит пробой воздуха, и мы видим наши красивущий стример.
Естественно, раскачивать качели нужно не абы как, а в точном согласии с их собственными колебаниями. Количество колебаний качелей в секунду называется “резонансная частота”.
Участок траектории полета качели, на протяжении которого мужик их толкает определяет коэффициент связи. Если мужик будет постоянно держать качели своей здоровенной ручищей, то он раскачает их очень быстро, но качели смогут отклониться только на длину руки мужика. В таком случае говорят, что коэффициент связи равен единице. Наши качели с большим коэффициентом связи — это аналог обычного трансформатора.
Будет интересно Как сделать регулятор мощности на симисторе своими руками
Теперь рассмотрим ситуацию, когда мужик только немного подталкивает качели. В этом случае коэффициент связи мал, а качели отклоняются намного дальше – мужик теперь их не держит. Качели придется раскачивать дольше, но с этим справится даже очень хилый мужик, чуть-чуть толкая их каждый период колебаний. Такие качели и есть аналогом трансформатора Тесла. Чем больше коэффициент связи, тем быстрее во вторичный контур накачивается энергия, но при этом выходное напряжение теслы получается меньше.
Теперь рассмотрим добротность. Добротность – это противоположность трению в качелях. Если трение очень большое (низкая добротность), то мужик своими слабенькими толчками не сможет их раскачать. Таким образом, коэффициент связи и добротность контура должны быть согласованны для достижения максимальной высоты качелей (максимальной длинны стримера).
Так-как добротность вторичной обмотки в трансформаторе Тесла – величина не постоянная (она зависит от стримера), то согласовать эти две величины очень не просто, и поэтому просто подбирают опытным путем. Кратко о принципе работы трансформатора можно посмотреть в видеоролике.
Вывод
Изготовить трансформатор Теслы своими руками, применяя навыки электротехники, не так сложно, но рекомендуется делать предварительный расчет, так как может получиться большое устройство, и искры будут значительно нагревать пространство, а также создавать звук громового разряда. Надо учитывать и влияние создаваемого поля на рядом находящиеся электрические устройства.
Рекомендуется сделать простой расчет дуги, ее длины и мощности. Для этого берем расстояние между электродами (сантиметры) и делим его на коэффициент 4,25, затем полученное значение возводим в квадрат — это и будет мощностью дуги. Расстояние определяем следующим образом: берем полученную мощность и извлекаем из нее корень квадратный, затем умножаем на коэффициент 4,25. Длина дуги разряда в 150 сантиметров будет иметь мощность 1246 ватт. Обмотка мощностью в 1000 ватт дает длину разряда в 137 сантиметров.
