Простейшая катушка тесла. Отличное видео с объяснением принципов работы трансформатора Теслы

Катушка тесла

Разряды с провода на терминале

Трансформа́тор Те́сла - единственное из изобретений Николы Тесла , носящих его имя сегодня. Это классический резонансный трансформатор , производящий высокое напряжение при высокой частоте. Оно использовалось Теслой в нескольких размерах и вариациях для его экспериментов. «Трансформатор Тесла» также известен под названием «катушка Теслы» (англ. Tesla coil ). В России часто используют следующие сокращения: ТС (от Tesla coil ), КТ (катушка Тесла), просто тесла и даже ласкательно - катька. Прибор был заявлен патентом № 568176 от 22 сентября 1896 года, как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала».

Описание конструкции

Схема простейшего трансформатора Теслы

В элементарной форме трансформатор Теслы состоит из двух катушек , первичной и вторичной, и обвязки, состоящей из разрядника (прерывателя, часто встречается английский вариант Spark Gap), конденсатора , тороида (используется не всегда) и терминала (на схеме показан как «выход»).

Первичная катушка построена из 5-30 (для VTTC - катушки Теслы на лампе - число витков может достигать 60) витков провода большого диаметра или медной трубки, а вторичная из многих витков провода меньшего диаметра. Первичная катушка может быть плоской (горизонтальной), конической или цилиндрической (вертикальной). В отличие от многих других трансформаторов , здесь нет никакого ферромагнитного сердечника. Таким образом, взаимоиндукция между двумя катушками гораздо меньше, чем у обычных трансформаторов с ферромагнитным сердечником. У данного трансформатора также практически отсутствует магнитный гистерезис , явления задержки изменения магнитной индукции относительно изменения тока и другие недостатки, вносимые присутствием в поле трансформатора ферромагнетика.

Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур , в который включён нелинейный элемент - разрядник (искровой промежуток). Разрядник, в простейшем случае, обыкновенный газовый; выполненный обычно из массивных электродов (иногда с радиаторами), что сделано для большей износостойкости при протекании больших токов через электрическую дугу между ними.

Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора выполняет ёмкостная связь между тороидом, оконечным устройством, витками самой катушки и другими электропроводящими элементами контура с Землей. Оконечное устройство (терминал) может быть выполнено в виде диска, заточенного штыря или сферы. Терминал предназначен для получения предсказуемых искровых разрядов большой длины. Геометрия и взаимное положение частей трансформатора Теслы сильно влияет на его работоспособность, что аналогично проблематике проектирования любых высоковольтных и высокочастотных устройств.

Функционирование

Трансформатор Теслы рассматриваемой простейшей конструкции, показанной на схеме, работает в импульсном режиме. Первая фаза - это заряд конденсатора до напряжения пробоя разрядника. Вторая фаза - генерация высокочастотных колебаний.

Заряд

Заряд конденсатора производится внешним источником высокого напряжения, защищённым дросселями и построенным обычно на базе повышающего низкочастотного трансформатора. Так как часть электрической энергии, накопленной в конденсаторе, уйдёт на генерацию высокочастотных колебаний, то ёмкость и максимальное напряжение на конденсаторе пытаются максимизировать. Напряжение заряда ограничено напряжением пробоя разрядника, которое (в случае воздушного разрядника) можно регулировать, изменяя расстояние между электродами или их форму. Типовое максимальное напряжение заряда конденсатора - 2-20 киловольт. Знак напряжения для заряда обычно не важен, так как в высокочастотных колебательных контурах электролитические конденсаторы не применяются. Более того, во многих конструкциях знак заряда меняется с частотой бытовой сети электроснабжения ( или Гц).

Генерация

После достижения между электродами разрядника напряжения пробоя в нём возникает лавинообразный электрический пробой газа. Конденсатор разряжается через разрядник на катушку. После разряда конденсатора напряжение пробоя разрядника резко уменьшается из-за оставшихся в газе носителей заряда. Практически, цепь колебательного контура первичной катушки остаётся замкнутой через разрядник, до тех пор, пока ток создаёт достаточное количество носителей заряда для поддержания напряжения пробоя существенно меньшего, чем амплитуда напряжения колебаний в LC контуре. Колебания постепенно затухают, в основном из-за потерь в разряднике и ухода электромагнитной энергии на вторичную катушку. Во вторичной цепи возникают резонансные колебания, что приводит к появлению на терминале высоковольтного высокочастотного напряжения !

В качестве генератора ВЧ напряжения, в современных трансформаторах Теслы используют ламповые (VTTC - Vacuum Tube Tesla Coil) и транзисторные (SSTC - Solid State Tesla Coil, DRSSTC - Dual Resonance SSTC) генераторы. Это даёт возможность уменьшить габариты установки, повысить управляемость, снизить уровень шума и избавиться от искрового промежутка. Также существует разновидность трансформаторов Теслы, питаемая постоянным током. В аббревиатурах названий таких катушек присутствуют буквы DC, например DC DRSSTC. В отдельную категорию также относят магниферные катушки Теслы.

Многие разработчики в качестве прерывателя (разрядника) используют управляемые электронные компоненты, такие как транзисторы, модули на MOSFET транзисторах, электронные лампы , тиристоры .

Использование трансформатора Теслы

Разряд трансформатора Теслы

Разряд с конца провода

Выходное напряжение трансформатора Теслы может достигать нескольких миллионов вольт . Это напряжение в резонансной частоте способно создавать внушительные электрические разряды в воздухе, которые могут иметь многометровую длину. Эти явления очаровывают людей по разным причинам, поэтому трансформатор Теслы используется как декоративное изделие.

Трансформатор использовался Теслой для генерации и распространения электрических колебаний, направленных на управление устройствами на расстоянии без проводов (радиоуправление), беспроводной передачи данных (радио) и беспроводной передачи энергии . В начале XX века трансформатор Теслы также нашёл популярное использование в медицине . Пациентов обрабатывали слабыми высокочастотными токами, которые протекая по тонкому слою поверхности кожи не причиняют вреда внутренним органам (см. Скин-эффект), оказывая при этом тонизирующее и оздоравливающее влияние. Последние исследования механизма воздействия мощных ВЧ токов на живой организм показали негативность их влияния.

В наши дни трансформатор Теслы не имеет широкого практического применения. Он изготовляется многими любителями высоковольтной техники и сопровождающих её работу эффектов. Также он иногда используется для поджига газоразрядных ламп и для поиска течей в вакуумных системах.

Трансформатор Теслы используется военными для быстрого уничтожения всей электроники в здании,танке,корабле.Создается на доли секунды мощный электромагнитный импульс в радиусе нескольких десятков метров.В результате перегорают все микросхемы и транзисторы,полупроводниковая электроника.Данное устройство работает совершенно бесшумно.В прессе появилось сообщение, что частота тока при этом достигает 1 Терагерц.

Эффекты, наблюдаемые при работе трансформатора Теслы

Во время работы катушка Теслы создаёт красивые эффекты, связанные с образованием различных видов газовых разрядов . Многие люди собирают трансформаторы Теслы ради того, чтобы посмотреть на эти впечатляющие, красивые явления. В целом катушка Теслы производит 4 вида разрядов:

1. Стримеры (от англ. Streamer ) - тускло светящиеся тонкие разветвлённые каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщеплённые от них свободные электроны. Протекает от терминала (или от наиболее острых, искривлённых ВВ-частей) катушки прямо в воздух, не уходя в землю, так как заряд равномерно стекает с поверхности разряда через воздух в землю. Стример - это, по сути дела, видимая ионизация воздуха (свечение ионов), создаваемая ВВ-полем трансформатора.
2. Спарк (от англ. Spark ) - это искровой разряд . Идёт с терминала (или с наиболее острых, искривлённых ВВ частей) непосредственно в землю или в заземлённый предмет. Представляет собой пучок ярких, быстро исчезающих или сменяющих друг друга нитевидных, часто сильно разветвлённых полосок - искровых каналов. Также имеет место быть особый вид искрового разряда - скользящий искровой разряд.
3. Коронный разряд - свечение ионов воздуха в электрическом поле высокого напряжения. Создаёт красивое голубоватое свечение вокруг ВВ-частей конструкции с сильной кривизной поверхности.
4. Дуговой разряд - образуется во многих случаях. Например, при достаточной мощности трансформатора, если к его терминалу близко поднести заземлённый предмет, между ним и терминалом может загореться дуга (иногда нужно непосредственно прикоснуться предметом к терминалу и потом растянуть дугу, отводя предмет на большее расстояние). Особенно это свойственно ламповым катушкам Теслы. Если катушка недостаточно мощна и надёжна, то спровоцированный дуговой разряд может повредить её компоненты.

Часто можно наблюдать (особенно вблизи мощных катушек), как разряды идут не только от самой катушки (её терминала и т. д.), но и в её сторону от заземлённых предметов. Также на таких предметах может возникать и коронный разряд . Редко можно наблюдать также тлеющий разряд . Интересно заметить, что разные химические вещества, нанесённые на разрядный терминал, способны менять цвет разряда. Например, натрий меняет обычный окрас спарка на оранжевый, а бром - на зелёный.

Работа резонансного трансформатора сопровождается характерным электрическим треском. Появление этого явления связано с превращением стримеров в искровые каналы (см. статью искровой разряд), который сопровождается резким возрастанием силы тока и количества энергии, выделяющегося в них. Каждый канал быстро расширяется, в нём скачкообразно повышается давление, в результате чего на его границах возникает ударная волна. Совокупность ударных волн от расширяющихся искровых каналов порождает звук, воспринимаемый как «треск» искры.

Неизвестные эффекты трансформатора Теслы

Многие люди считают, что катушки Теслы - это особенные артефакты с исключительными свойствами. Существует мнение, что трансформатор Теслы может быть генератором свободной энергии и является вечным двигателем, исходя из того, что сам Тесла считал, что его генератор берёт энергию из эфира (особой невидимой материи в которой распространяются электромагнитные волны) через искровой промежуток. Иногда можно услышать, что с помощью «Катушки Теслы» можно создать антигравитацию и эффективно передавать электроэнергию на большие расстояния без проводов. Данные свойства пока никак не проверены и не подтверждены наукой. Однако, сам Тесла говорил о том, что такие способности скоро будут доступны человечеству с помощью его изобретений. Но впоследствии посчитал, что люди не готовы к этому.

Также очень распространён тезис о том, что разряды, испускаемые трансформаторами Теслы, полностью безопасны, и их можно трогать руками. Это не совсем так. В медицине также используют «катушки Теслы» для оздоровления кожи. Это лечение имеет положительные плоды и благотворно действует на кожу, но конструкция медицинских трансформаторов сильно разнится с конструкцией обычных. Лечебные генераторы отличает очень высокая частота выходного тока, при которой толщина скин-слоя (см. Скин-эффект) безопасно мала, и крайне малая мощность. А толщина скин-слоя для среднестатистической катушки Теслы составляет от 1 мм до 5 мм и её мощности хватит для того, чтобы разогреть этот слой кожи, нарушить естественные химические процессы. При долгом воздействии подобных токов могут развиться серьёзные хронические заболевания, злокачественные опухоли и другие негативные последствия. Кроме того, надо отметить, что нахождение в ВЧ ВВ поле катушки (даже без непосредственного контакта с током) может негативно влиять на здоровье. Важно отметить, что нервная система человека не воспринимает высокочастотный ток и боль не чувствуется, но тем не менее это может положить начало губительным для человека процессам. Также существует опасность отравления газами, образующимися во время работы трансформатора в закрытом помещении без притока свежего воздуха. Плюс ко всему, можно обжечься, так как температуры разряда обычно достаточно для небольшого ожога (а иногда и для большого), и если человек всё же захочет «поймать» разряд, то это следует делать через какой-нибудь проводник (например, металлический прут). В этом случае непосредственного контакта горячего разряда с кожей не будет, и ток сначала потечет через проводник и только потом через тело.

Трансформатор Теслы в культуре

В фильме Джима Джармуша «Кофе и сигареты » один из эпизодов строится на демонстрации трансформатора Теслы. По сюжету, Джек Уайт , гитарист и вокалист группы «The White Stripes » рассказывает Мег Уайт, барабанщице группы о том, что земля является проводником акустического резонанса (теория электромагнитного резонанса - идея, которая занимала ум Теслы многие годы), а затем «Джек демонстрирует Мэг машину Теслы».

В игре Command & Conquer: Red Alert советская сторона может строить оборонительное сооружение в виде башни со спиралевидным проводом, которая поражает противника мощными электрическими разрядами. Еще в игре присутствуют танки и пехотинцы, использующие эту технологию. Tesla coil (в одном из переводов - башня Тесла ) является в игре исключительно точным, мощным и дальнобойным оружием, однако потребляет относительно высокое количество энергии. Для увеличения мощности и дальности поражения можно "заряжать" башни. Для этого отдайте приказ Воину Тесла (это пехотинец) подойти и постоять рядом с башней. Когда воин дойдет до места, он начнет зарядку башни. При этом анимация будет как при атаке, но молнии из его рук будут желтого цвета.

С течением времени и развитием науки и техники внимание учёных переключилось на другие направления, но отдельные энтузиасты продолжали собирать, изучать и совершенствовать классические разработки в области высоких напряжений, электростатики, физики плазмы - кто-то вследствие неугасающей веры в теорию эфира и бесплатную энергию, кто-то из любопытства, или для решения узкоспециальных прикладных задач, кто-то просто потому что ему это доставляло.

В последнее время, примерно с конца 90-х годов, эта отрасль инженерных задач переживает ренессанс, связанный с интересом шоу-бизнеса и индустрии развлечений к притягивающим внимание разрядам катушек Тесла , усилившийся в последнее десятилетие после изобретения DRSSTC , которая на настоящий момент представляет собой наиболее технически совершенный вид катушки Тесла, использующий вместо классического искрового разрядника силовые транзисторы, что позволяет быстро - в течение нескольких периодов колебаний - менять частоту появления разряда (BPS) и, как следствие, воспроизводить музыку непосредственно при помощи появляющихся молний. Один из примеров - известная серийная модель OneTesla, которая, при всей непродуманности предлагаемого авторами конструктора, вполне работоспособна при определённом приложении рук.

На настоящий момент трансформаторы Тесла и родственные им устройства (лестницы Иакова, генераторы Маркса и Кокрофта-Уолтона, плазменные колонны, генераторы Ван де Граафа и т. д.) разных размеров и зрелищности используются на постоянной основе в ряде организованных вокруг них шоу-проектов в США (Arc Attack), России (TeslaFX), Великобритании (Lords of Lightning), Китае (увы, иероглифам не обучен) и других странах, периодически светятся в шоу-бизнесе (спецэффекты в Гарри Поттере, Ученике Чародея, концерты Металлики и пр.), а также присутствуют в качестве экспоната в каждом уважающем себя музее науки.

Размер имеет значение

Итоговые технические характеристики

• Технология: DRSSTC
• Общая высота: 3.3 метра
• Общая масса: ~130 кг
• Питание: 3ф 380 В
• Резонансная частота: ~50 кГц
• Габариты вторичной обмотки: 310х1800 мм, провод 1.06 мм
• Топология силовой части: полный мост, транзисторы CM600DU-24NFH
• Пиковая потребляемая мощность: ~35 кВт
• Пиковая мощность в контуре: ~2 МВт
• Пиковый ток в контуре: 3800 А
• Ёмкость первичного контура: 1.2 мкФ
• Ёмкость электролитов инвертора: 18000 мкФ, 900 вольт
• Максимальная зарегистрированная длина разряда: 6 метров

Технология, разумеется, была выбрана именно DRSSTC, поскольку при правильном подходе и отсутствии ошибок её стоимость (а также массогабариты) оказывается значительно ниже, чем у других вариантов (искровой разрядник или радиолампа) при тех же конечных параметрах. Ну и ещё, конечно же, на ней можно играть музыку.

Модульный принцип

Подготовка и материалообработка

В качестве конструкционных материалов мы использовали стеклотекстолит толщиной 18 мм, обработанный методом гидроабразивной резки (ввиду его высокой конструкционной и термической устойчивости, другие методы обработки оказались нерентабельны), толстую фанеру для корпуса и алюминиево-пластиковый композит для блока автоматики (для экранировки от создаваемого катушкой мощного фронта электромагнитных помех, пагубно влияющего на её же собственные управляющие схемы), а также поликарбонат в ряде мест. Фанеру и пластик обрабатывали на ЧПУ фрезере, имевшемся во владении соседа по заводику, где наш коллектив занимался всем этим непотребством. Creo Elements позволяет создавать сразу готовые управляющие программы для ЧПУ, что очень сильно помогло в процессе - мы просто, по факту, арендовали станок и делали на нём что надо когда надо.

Первичка и вторичка

Первичную обмотку - тоже классика - мы намотали медной трубкой для кондиционеров, диаметром 22 мм (7/8 дюйма). Витки аккуратно ложились в пазы, вырезанные в стеклотекстолите струёй воды с абразивом под давлением в тысячи атмосфер, и вот уже два модуля, первичка и вторичка - скелет любой катушки Тесла - соединились друг с другом. Проект понемногу обретал форму и цвет.

Тороид

Поэтому, после некоторого исследования вопроса, я украл идею наткнулся на один любопытный вариант в Сети, а проектировщик смоделировал его с учётом наших масштабов и выдал проект для сборки. Дело в том, что основное требование к тороиду катушки Тесла - это его «гладкость» с точки зрения электромагнитных полей, поскольку любые заострения или неровности представляют собой точки формирования коронного разряда, который вызывает пробой воздуха раньше, чем достигается максимальная мощность, а, кроме того, забирают на себя часть полезной длины молнии. Но здесь есть один нюанс, связанный с тем, что силовые линии поля как бы обтягивают тороид эквипотенциальными зонами, вследствие чего его можно собрать из составных частей, которые, будучи сложены вместе правильным образом, образуют при работе катушки Тесла поле достаточно гладкое, чтобы предотвратить появление разряда там, где не надо.

В общем, результат оказался очень необычным внешне, относительно простым в производстве, надёжным в эксплуатации и на удивление эффективным в сравнении с другими известными вариантами исполнения этой важной части катушки Тесла. Диаметр алюминиевой трубы - 50 мм, а общий размер всей получившейся штуки, напоминающей НЛО - около двух метров в диаметре. Круги-проставки для трубок вырезали из фанеры всё на том же ЧПУ-фрезере, а центральную раму я сварил из стального уголка.

На этом, в принципе, конструкционная часть была закончена.

Силовая часть

Стоимость одного модуля, даже б/у, может быть сравнительно велика (от единиц до сотен тысяч рублей), так что мы решили перестраховаться и поставить с запасом по импульсному току два модуля CM600DU-24NFH (600 ампер непрерывного тока, 1200 вольт, два транзистора в полумостовом включении) по схеме «полный мост» (как известно, полный мост делается из двух полумостов - К. О.), или просто «мост». Посаженные на соответствующий их габаритам радиатор через пару чайных ложек термопасты КПТ-8, они были соединены медными шинами и снабжены необходимым обвесом - силовыми электролитическими и плёночными конденсаторами.

В придумывании актуального способа соединения этих деталей между собой есть масса хитрых эмпирических ноу-хау, призванных сократить риски и максимизировать надёжность подобных конструкций, но поля этой записи слишком узки, чтобы я мог рассказать про них, если вы понимаете о чём я. Не было никаких гарантий, что получившаяся штука не взорвётся при первой же попытке её включить, но на тот момент это казалось приемлемым риском.

Автоматика и электрика

Диодный мост на 150 ампер выпрямлял сеть (кстати, вся конструкция создавалась, конечно же, под трёхфазное питание, с чем была связана масса разных интересных открытий - раньше мы не делали ничего под три фазы, тем более такой мощности), вентиляторы обдували диодный мост и заодно радиатор силовой части, а лампочки на передней панели изображали светофор, любезно сообщая, когда можно трогать части катушки руками, когда лучше не стоит, и когда желательно оказаться от неё на максимально возможном расстоянии, чтобы не словить разряд в макушку.

Поскольку продавался пульт в виде распаянной и прошитой платы с россыпью выносных деталек, нам пришлось разработать к ней корпус, куда встали бы сама плата, питание, четыре энкодера, четыре кнопки, дисплей и многочисленные разъёмы (четыре оптопередатчика, MIDI вход, USB вход, слот для SD карты). По ходу дела обнаружилась масса разного рода недоработок автора, в частности, отсутствие какого-либо контроля питания (питать от «Кроны»? Литий-ион? не, не слышал), что пришлось исправлять и доделывать, чтобы этим можно было пользоваться по назначению. Получившаяся в итоге химера, несмотря на ряд отвратительных глюков при некоторых неудачных условиях, успешно справляется с основной задачей и по сей день. Фотографии его у меня как-то не нашлось, но его можно заметить на одном из кадров ниже, в параграфе «первичная проверка» - чёрная коробочка рядом с силовым кабелем в правой части снимка. Ещё есть кадр из видео от автора схемы и прошивки - вот он.

Конденсаторная батарея

Первичная проверка

Проверка оказалась быстрой, яркой и немного предсказуемой: выдав несколько четырёхметровых разрядов, катушка Тесла сказала «вы мне надоели, я ухожу» и прекратила работать с громким хлопком где-то внутри корпуса. Последующее исследование этого феномена показало, что в процессе подбора оптимальной частоты мы ошиблись на один виток первичной обмотки, и возникшего рассогласования при переключении транзисторов оказалось достаточно, чтобы они, как это говорят на профессиональном тесластроительном арго, насиланили, то есть пришли в полную негодность ввиду перехода содержащегося в них кремния в газообразное состояние (как в том анекдоте, что транзисторы работают, мол, на волшебном дыме - когда он выходит, они работать перестают). Запасной комплект транзисторов остался в лаборатории, и остаток отведённого времени мы вяло переругивались друг с другом и запускали другие взятые с собой катушки Тесла в рамках репетиции к фестивалю GEEK PICNIC (под который был приурочен релиз проекта).

Катушка тесла наверняка знакома многим по компьютерным играм или художественным фильмам. Если кто и не знает, что это проясним, это специальное приспособление , которое создает высокое напряжение высокой частоты. Если говорить проще, то благодаря катушке тесла можно держать искру в руках, зажигать лампочку без проводов и так далее.

Перед тем, как приступить к изготовлению нашей катушки, предлагаем посмотреть видеоролик

Нам понадобится:
- 200 м медного провода диаметром от 0.1 до 0.3 мм;
- провод диаметром 1 мм;
- 15-30 см пластиковой канализационной трубы диаметром от 4 до 7 см;
- 3-5 см канализационной трубы диаметром от 7 до 10 см
- транзистор D13007;
- радиатор для транзистора;
- переменный резистор на 50 кОм;
- постоянный резистор на 75 Ом и 0.25 вт.;
- источник питания на 12-18 вольт и ток 0.5 на ампера;
- паяльник, припой и канифоль.

Длинный кусок трубы необходим для вторичной обмотки, а короткий для первичной. Если найти трубу такого диаметра не удается, то можно заменить ее обычным скотчем, как это делает автор. Медный провод можно достать из старых трансформаторов или же просто приобрести на рынке.

С материалами разобрались, можно приступить к сборке. Сборку, по словам автора видео, лучше начинать не с первичной, а со вторичной катушки, то есть длинной трубы. Для этого берем трубу, которая отныне будет каркасом и закрепляем на ней проволоку.

Теперь нужно намотать примерно 1000 витков, обращая на то, чтобы не было перехлестов, больших расстояний между витками. Автор утверждает, что это сделать не так сложно, как может показаться с первого взгляда, и при желании можно закончить работу за час-полтора.

Когда обмотка вторичного каркаса окончена советуется покрыть ее лаком или просто обклеить скотчем, чтобы конструкция не испортилась со временем.

Теперь можно приступить к первичной обмотке. Делается она обычным проводом диаметром 1 мм. Провод можно использовать абсолютно любой. Обмотать нужно примерно 5-7 витков.

Крепим транзистор D13007 на радиаторе, затем припаиваем провод, идущий от вторичной обмотки к одному контакту транзистора.

На тот же контакт припаиваем постоянный резистор.

На втором конце постоянного резистора припаиваем переменный резистор.

Теперь берем первичную обмотку, засовываем вторичную в нее и припаиваем два провода, которые идут с нее на переменный резистор и резистор D13007.

Подключаем плюсовой и минусовой провода к тем же резисторам и подключаем нашу катушку тесла к источнику. Если желаемого эффекта не наблюдается, то нужно всего лишь поменять местами провода, идущие от первичной обмотки.

Трансформатор Тесла своими руками

Наша рабочая модель самодельного трансформатора Тесла в действии

1. Описание: катушки Тесла- это простейший трансформатор, состоящий из двух катушек без общего сердечника. Первичная обмотка (первичка) имеет несколько (3-10) витков толстого провода. Вторичная (высоковольтная) обмотка содержит намного больше витков, порядка 1000. Трансформатор Тесла обладает коэффициентом трансформации в 10-50 раз выше отношения числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной. Выходное напряжение трансформатора Тесла может достигать нескольких миллионов вольт. Это напряжение в резонансной частоте способно создавать внушительные электрические разряды в воздухе, которые могут иметь значительную длину, в зависимости от мощности конечно.

применение простейшей катушки Тесла в быту.

2. Изобретение: «Трансформатор Тесла» в том виде, который нам известен, стал итогом одного из экспериментов в Колорадо-Спрингс (США) проходивших в далёком 1899 году. Предвестником изобретения стало открытие, сделанное Николой Тесла в 1888 году явления вращающегося магнитного поля и строительство электрогенератора высокой и сверхвысокой частот. В 1891 году учёный создаёт резонансный трансформатор, позволяющий получать высокочастотное напряжение с амплитудой до нескольких миллионов вольт. В своих изысканий Никола Тесла доказал возможность создания стоячей электромагнитной волны. Само изобретение наружу кажется очень простым и незамысловатым, в действительности самое сложное в трансформаторе Тесла, — это цепь питания для первичной обмотки трансформатора.

3. Эксперимент: работая с гигантской катушкой, Тесла дошёл до строительства целой башни высотой в несколько десятков метров, которую венчала большая медная полусфера, и при включении установки возникали искровые разряды длиной до сорока метров. Молнии сопровождались громовыми раскатами, слышимыми за 24 километра. Вокруг самой башни, во время её работы, пылал огромный световой шар. Идущие по улице, люди испуганно шарахались с ужасом наблюдая, как между их ногами и землёй проскакивают искры. Лошади получали электрошоковые удары через железные подковы. На многих, в том числе значительно удалённых, металлических предметах возникали синие ореолы – «огни святого Эльма».

Башня Ворденклиф при лаборатории Николы Тесла 1901-1917- первая беспроводная телекоммуникационная башня

Человек, устроивший всю эту электрическую фантасмагорию в 1899 году из своей лаборатории в Колорадо-Спрингс, вовсе не собирался пугать людей. Его цель была иной, и она была достигнута: за двадцать пять миль от башни под аплодисменты наблюдателей разом загорелись 200 электрических лампочек. Электрический заряд был передан без всяких проводов.

4. Как сделать простейшую катушку Тесла: Берём любой источник высокого напряжения (МИНИМУМ 1.5кВ и вообще привыкайте, что теперь вольтов не существует, есть только кВ, а 1.5кВ так же мало, как 1.5В в обычной жизни) лучше брать не меньше 5 кВ, его подключаем к любому конденсатору на нужное напряжение (если ёмкость слишком большая, то нужен будет ещё и диодный мост, но для начала лучше экспериментировать с малыми емкостями).

Затем через искровой промежуток — два провода, смотанные изолентой, так что их оголённые концы смотрят в одну сторону (подгибая проволоку провода регулируем зазор, настроенный на пробой при напряжении чуть выше напряжения источника, ток-то переменный, так что в пике напряжение выше номинального), подключаете это дело к первичной обмотке катушки (для наших параметров лучше брать 5-6 витков). Для вторичной обмотки достаточно будет 150 витков (можно намотать на обычную картонную трубку) и, если Вы всё сделали правильно, то получите разряд в 1см если приблизить выводы катушки и довольно заметную корону, если их развести. Да, не забудьте один нижний вывод вторичной обмотки хорошенько заземлить.

Простейший трансформатор Тесла в работе. Для его создания понадобился высоковольтный источник питания.

Цель данной статьи- показать как своими руками можно сделать настоящую трансформатор (катушку) Тесла с нуля. Итак, начнём!

5. Требования к оборудованию: для Теслы, которую не стыдно показать, уже нужно попотеть.

а) Входное напряжение нужно МИНИМУМ 6кВ, иначе искровик стабильно работать не будет (настройка будет сбиваться).
б) Искровик должен быть из масивных кусков меди, желательна их честкая фиксация в нужном положении.
в) Мощность на входе не ниже 50Вт, но лучше 100+.
г) Конденсатор и первичная обмотка должны образовывать колебательный контур, попадающий в резонанс со вторичной обмоткой. Вторичная обмотка может иметь много кратных резонансов (например, в нашей схеме резонирует на 200, 400, 800 и 1200кГц, почему так — не знаю, но это проверено экспериментально на точном оборудовании), причём одни сильнее, а другие слабее (первый не обязательно самый сильный) и они зависят от расположения первичной обмотки. Как определить эти частоты без генератора частот не знаю — придётся использовать метод «научного тыка”, перематывая первичную обмотку и меняя ёмкость конденсатора.
д) Ещё потребуется либо относительно маленькая ёмкость конденсатора (чтобы он до большого напряжения переменным током заряжался), либо диодный мост выпрямления тока (с мостом мне как-то спокойнее — можно любую ёмкость подключать, но там нужен резистор для её разрядки, после выключения питания либо в ручную его закорачивать, а то он ОЧЕНЬ больно бьёт током).
е) Первичная обмотка должна быть хорошо заизолирована от вторичной, иначе пробьёт на неё. Вторичная обмотка также должна иметь хорошую межвитковую изоляцию, иначе из каждой царапины на лаке будет идти корона, либо вообще вся катушка будет светиться.

А теперь поговорим о том, как создать катушку, подобную той, что изображена на самом верху!

6.СХЕМА ТРАНСФОРМАТОРА ТЕСЛА

Принципиальная схема трансформатора Тесла, по которой собрана наша катушка.

Как Вы видите, в данной схеме минимум элементов, что нисколько не облегчает нашу задачу. Ведь чтобы она работала необходимо её не только собрать, но и настроить! Начнём по-порядку.

7. Принципы безопасности:

Прежде чем начинать какую либо практическую работу связанную с электричеством, очень важно для себя оценить всю его опасность и предупредить возможные риски. Помните, что смертельный ток для человека это жалкие 0,1 Ампера, а неотпускающий – переменный ток, который за счет периодических импульсов вызывает прилипание человека к источнику тока, возникает при силе от 0,025 ампер;

Помните про опасность при работе с электричеством!

При попадании под электрическое напряжение пострадавший всегда получает шок, а вот его последствия могут быть различными: от судорог пальцев конечностей и их дрожи, от неприятных ощущений нагревания и жжения до остановки дыхания и фибрилляции сердца (бессистемного сокращения) и полной его остановки. В последнем случае кровь перестает перемещаться по сосудам, отчего человек умирает. Кроме того, электрический ток является опасным для человека, поскольку при определенных значениях его силы создается эффект прилипания к оголенным проводам из-за чрезмерного стимулирования электричеством нервных волокон. Одной из причин смерти от удара током может стать механическая травма в результате непроизвольного сокращения мышц. Может наступить потеря зрения из-за воздействия на сетчатку глаза образовавшейся электрической дуги. И, если вы не обладаете должным практическим навыком работы, то потренируйтесь сначала на более простых вещах, прежде чем начинать подобный этому большой проект.

8. Схема питания трансформатора Тесла:

8.1. МОТЫ: такой трансформатор есть в микроволновке. Представляет собой обычный силовой трансформатор с одной лишь разницей, что его сердечник работает в режиме, близком к насыщению. Это означает, что несмотря на малые размеры, он имеет мощность до 1,5 кВт. Однако, есть и отрицательные стороны у такого режима работы. Это и большой ток холостого хода, около 2-4 А, и сильный нагрев даже без нагрузки, про нагрев с нагрузкой я молчу. Обычное выходное напряжение у МОТа — 2000-2200 вольт при силе тока 500-850 мА.

МОТ — силовой трансформатор.

У всех МОТов первичка намотана внизу, вторичка сверху. Делается это для хорошей изоляции обмоток. На вторичке, а иногда и на первичке намотана накальная обмотка магнетрона, около 3,6 вольт. Причём между обмотками можно заметить две металлические перемычки. Это — магнитные шунты. Основное их назначение — замкнуть на себя часть создаваемого первичкой магнитного потока и таким образом ограничить магнитный поток через вторичку и её выходной ток на некотором уровне. Делается это из-за того, что при отсутствии шунтов при коротком замыкании во вторичке (при дуге) ток через первичку многократно возрастает и ограничивается лишь её сопротивлением, которое и так очень мало.

Таким образом, шунты не дают трансу быстро перегреться при подключенной нагрузке. Хотя МОТ и греется, но в печке ставят вентилятор для его охлаждения и он не сдыхает. Если же шунты удалить, то мощность, отдаваемая трансом, повышается, но перегрев происходит гораздо быстрее. Шунты у импортных МОТов обычно хорошо залиты эпоксидкой и их не так просто удалить. Но сделать это всё-же желательно, уменьшится просадка под нагрузкой. Для уменьшения нагрева могу посоветовать погрузить МОТ в масло, но сделать это таким образом, чтобы масло в случае перегрева или даже возгорания не могло причинить вреда.

Батарея из трансформаторов МОТ для питания нашей катушки Тесла

Мы использовали батарею из четырёх МОТов, собранную аналогичным нашей схеме. Помните. что напряжение на вторичной обмотке многократно превышает сетевое и смертельно опасно, опасайтесь дуговых разрядов и не работайте без снятия напряжения!

8.2. Конденсаторный блок — Капы: Под Капами подразумеваются высоковольтные керамические конденсаторы (серий К15У1, К15У2, ТГК, КТК, К15-11, К15-14 -для установок высокой частоты!) Самое сложное в капах- это найти их.

Капы -высоковольтный конденсаторный блок

8.3. Фильтр от ВЧ: соответственно две катушки, выполняющие функцию фильтров от напряжения высокой частоты. В каждой 140 витков медного лакированного провода 0.5 мм в диаметре.

Фильтр высокой частоты и конденсаторный блок

Фильтр ВЧ и КАПы- конденсаторный блок для питания Теслы

8.4. Искровик: Искровик нужен для коммутации питания и возбуждения колебаний в контуре. Если в схеме не будет искровика, то питание будет, а колебаний нет. А еще блок питания начинает сифонить через первичку — а это короткое замыкание! Пока искровик не замкнут — капы заряжаются. Как только замыкается — начинаются колебания. Поэтому ставят балласт в виде дросселей — когда искровик замкнут дроссель мешает течь току от блока питания заряжается сам, а потом, когда разрядник разомкнется, заряжает капы с удвоенной злостью. И да, если бы в розетке было 200 кГц, разрядник естественно был бы не нужен.

Искровик для возбуждения колебаний в контуре катушки Тесла

Искровик для возбуждения колебаний в цепи питания катушки Тесла

8.5. Тор и катушка Тесла: Наконец-то очередь дошла и до самого трансформатора Тесла. Первичная обмотка катушки Тесла состоит из 7-9 витков провода очень большого сечения, впрочем подойдёт сантехническая медная трубка. Вторичная обмотка содержит от 400 до 800 витков, тут нужно подстраиваться. На первичную обмотку подаётся питание. У вторички один вывод надёжно заземлён, второй присоединён к ТОРУ (излучатель молний) . Тор, своеобразный токопроводящий бублик можно изготовить из обычной вентиляционной гофры.

Намотка катушки Тесла трудоёмкое и медитативное занятие

катушка Тесла перед сборкой

8.6. Небольшое видео про нашу самодельную катушку Тесла:

9. Практическое применение. Трансформатор использовался Теслой для генерации и распространения электрических колебаний, направленных на управление устройствами на расстоянии без проводов (радиоуправление) , беспроводной передачи данных (радио) и беспроводной передачи энергии. В начале XX века трансформатор Тесла также нашёл популярное использование в медицине. Пациентов обрабатывали слабыми высокочастотными токами, которые протекая по тонкому слою поверхности кожи не причиняли вреда внутренним органам (см. : скин-эффект, Дарсонвализация) , оказывая при этом «тонизирующее» и «оздоравливающее» влияние. Похожая на этот трансформатор схема используется в системах зажигания двигателей внутреннего сгорания, но там она низкочастотная.

В наши дни трансформатор Тесла не имеет широкого практического применения. Он изготовляется многими любителями высоковольтной техники и сопровождающих её работу эффектов. Также он иногда используется для поджига газоразрядных (в том числе неисправных) ламп и для поиска течей в вакуумных системах. Есть теория, что его использовали для создания радиопомех.

Некоторые создают аттракционы, другие светильники и фокусы. один чудак и вовсе умудрился создать новогоднюю ёлку. Цвета у него получились благодаря нанесению разных веществ на излучатель. Например если нанести раствор какой нибудь борной кислоты, то будет корона зеленая. Если марганца,то вроде ярко синяя, если лития, то малиновый. Так что, катушка Тесла в руках современного человека превратилась в игрушку и только.

Применение катушки Тесла

Это должно изображать сигнализацию. Хотя совершенно очевидно, что такая близость может оказаться фатальной для электрооборудования автомобиля =)

У меня есть своя идея по применению трансформатора Тесла, но об этом в другой раз. 🙂

________________________________________________________________________

П.С. Выражаю благодарность создателю нашей катушки Тесла,

Ларионову А.

за предоставленные материалы!

Катушка Тесла – это резонансный трансформатор, который создает высокое напряжение высокой частоты. Изобретен Теслой в 1896 году. Работа этого устройства вызывает очень красивые эффекты, подобные управляемой молнии, а их размеры и сила зависят от питаемого напряжения и электрической схемы.

В домашних условиях сделать катушку Тесла несложно, при этом эффекты ее очень красивые. Готовые и мощные такие приборы продаются в этом китайском магазине .

Не используя провода, с помощью предлагаемого высокочастотного трансформатора можно поддерживать свечение газонаполненных ламп (к примеру лампы дневного света). Кроме того, на конце обмотки формируется красивая высоковольтная искра, к которой можно прикасаться руками. Вследствие того, что входное напряжение на представленном генераторе будет невысоким, он относительно безопасен.

Техника безопасности при работе представленной схемы катушки Тесла

Помните, что нельзя включать это устройство около телефонов, компьютеров и других электронных аппаратов, так как они могут выйти из строя под действием его излучения.

Простая схема генератора Теслы

Для сборки схемы необходимы:

1. Медный эмалированный провод толщиной 0,1-0,3 мм, длиной 200 м.

2. Пластиковая труба диаметром 4-7 cм, длиной 15 см для каркаса вторичной обмотки.

3. Пластиковая труба диаметром 7-10 cм, длиной 3-5 см для каркаса первичной обмотки.

4. Радиодетали: транзистор D13007 и охлаждающий радиатор для него; переменный резистор на 50 кОм; постоянный резистор на 75 Ом и 0,25 вт; блок питания напряжением на выходе 12-18 вольт и током 0,5 ампера;
5. Паяльник, оловянный припой и канифоль.

Подобрав нужные детали, начните с намотки катушки. Наматывать следует на каркас виток к витку без перехлёстов и заметных пробелов, примерно 1000 витков, но не менее 600. После этого нужно обеспечить изоляцию и закрепить намотку, лучше всего для этого использовать лак, которым покрыть обмотку в несколько слоёв.

Для первичной обмотки (L1) используется более толстый провод диаметром 0,6 мм и более, обмотка 5-12 витков, каркас для неё подбирается хотя бы на 5мм толще вторичной обмотки.

Далее соберите схему, как на рисунке выше. Транзистор подойдет любой NPN, можно и PNP, но в этом случае необходимо поменять полярность питания, автор схемы использовал BUT11AF, из отечественных, которые ничем не уступают, хорошо подходят КТ819, КТ805.
Для питания качера – любой блок питания 12-30В с током от 0,3 А.

Параметры авторской обмотки Тесла

Вторичная – 700 витков проводом толщиной 0,15 мм на каркасе 4 см.
Первичная – 5 витков проводом 1,5мм на каркасе 5 см.
Питание – 12-24 В с током до 1 А.

Видео канала “How-todo”.