Elektrisk strøm er ofte magisk og mystisk. Før folk visste om elektrisitet, mange naturlige fenomener dukket opp som overnaturlige hendelser forårsaket av sinte guder. Heldigvis er folk i dag vet fysikkens lover, og de kan operere med dem i henhold til sine behov uten problemer.
En Tesla coil er en resonant krets sammensatt av to LC-kretser, induktivt koblet. Med andre ord, er det en transformator med en primær krets og sekundære kretser som kan øke elektrisk spenning for å lage gnister., Under normale forhold, air kan betraktes som en isolator. En spenning som brukes mellom to isolerte punkter ikke føre til passering av hvilken som helst elektrisk strøm. Hvis spenningen er økt, vil det elektriske feltet kan bli intens nok til å motta energi for ioniserende andre partikler. Fenomenet er forsterket med en progressiv økning i flytting av ioner. Elektrisk strøm er etablert med oppvarming av området som forårsaker ytterligere ionisering av luften. Et sterkt ionisert gassform kanal opprettet, som fungerer som en elektrisk leder, i stand til å opprettholde en elektrisk lysbue., Gnisten har en intens glød i en svært kort varighet på en sikksakk sti, med en detonating lyd. Lyn er en gnist av stor intensitet. For å utløse gnist, vil det elektriske feltet må overstige stivhet terskelen av dielektriske. For standard luft, det er ca 3 kV/mm, men det reduserer lett med fuktighet. For å produsere en gnist av 10 cm, må du levere en spenning på om lag 300.000 V (300 kV).
Lengde på gnist
Med denne svært generelle formelen, kan du måle spenning mellom to elektroder ved å måle lengden av gnister., Når en potensiell forskjell er brukt mellom to elektroder, en elektrisk felt er dannet:
E = V * d
hvor «V» – er det spenning og «d» er avstanden mellom elektrodene. For hvert materiale er det en verdi, kjent som bristepunktet, som representerer minst elektrisk felt som er nødvendig for å utløse en gnist. For å generere en gnist av 1 cm, er det nødvendig å bruke 30 kV. For å vite hvilken spenning mellom to elektroder, bare multiplisere lengden på gnist (i cm) av 30 kV, ved en temperatur på 25°C med tørr luft. Denne metoden fungerer med to runde elektroder., Verdien kan variere avhengig av trykk og luftfuktighet. Som vist i Figur 1, er det virkelig vanskelig å generere store gnister. For en gnist av 10 cm, er det behov for en spenning på 300,000 V, og for en gnist til en halv meter, må du levere om 1,500,000 V — veldig farlig.
Figur 1: grafisk fremstilling av lengden på gnist vs. spenning
Det er veldig imponerende hvordan naturen kan produsere svært store lyn millioner volt!
Hvordan fungerer det?,
Vi vet at en Tesla coil, opprettet av Nikola Tesla, er en spesiell resonans transformator med to kombinert spoler. En Tesla coil transformator opererer annerledes enn en tradisjonell transformator med et strykejern kjerne. I en konvensjonell transformator, de to spoler generere en spenning få, som avhenger av forholdet mellom antall svinger. I en Tesla coil, på den annen side, gevinsten kan være mye større, fordi det er proporsjonal til: √L2/L1.
Den riktige balansen mellom de enkelte delene gir en kobling i stand til å generere en elektromagnetisk bølge egnet til å tenne et verdien lampe., Det har en air core. Dens frekvensområdet er mellom 50 KHz til 30 MHz. Spolen overfører energi fra primært til sekundært. Den spenningen som produseres på videregående øker til all energi av den primære kretsen har blitt overført til den sekundære. Systemet er basert på en RLC-gruppen og på en sinusformet generator, som vist i Figur 2. En RLC-krets er en elektrisk krets som består av en motstand (R), en spole (L), og en kondensator (C), som er koblet i serie. Transformatoren på lufta trinn input spenning opp 100× for å skape en høy spenning., Etter et par sekunder, spenningen er høy nok til brann gnistgapet. Kondensatoren og den primære coil av den andre transformatoren deretter danne en resonant krets. Den sekundære transformator coil er knyttet til en toroid, som representerer kondensator koblet til jord. Det utgjør også en resonant krets med samme resonansfrekvens. Energien er gradvis overført fra den første kretsen til den andre, så gnistgapet slutter å gjennomføre, forlater all energi i toroid krets. Når gnistgapet slutter å gjennomføre, det tar en stund for spenningen å bygge opp nok til å skyte igjen.,
Figur 2: En RLC-krets og grafen til sin produksjon, i domenet av frekvens
eksempel på figuren består av en motstand på 10 Ω (det bestemmer Q-faktor på krets) en kondensator på 47 pF, og en spole med 20 mH. For å beregne frekvens av resonans av kretsen (i eksempelet, det er 164,155.78 Hz) du kan bruke formelen vist i boksen., Hvis RLC-krets er levert nøyaktig på sin resonans frekvens, på spole, får vi et mye høyere spenning enn det som er brukt til input. I disse forholdene, krets er, for spenningen generator, en perfekt resistiv belastning. For disse egenskapene, forstår vi at byggingen av spoler kan ikke være tilfeldig, men det må være et resultat av presise og nøyaktige beregninger og formler.
Generelle skjematisk
Figur 3 viser en generell, men fullt fungerende illustrasjon av en Tesla coil., Den spinterometer og kondensatoren (tank) kan monteres i henhold til to ulike konfigurasjoner. La oss illustrere sine komponenter. Byggingen er ikke vanskelig, men det krever forsiktighet.
Figur 3: Generell illustrasjon av Tesla coil
transformator T1 øker og løfter input spenning til om lag 10 kV. Denne komponenten er vanligvis brukt til å belyse reklame skilt med neon. Du kan ikke bruke en tradisjonell transformator., Kondensatoren C1, en Leyda er på flaske eller en høy-spenning kondensatoren er koblet i parallell til den sekundære av transformatoren. C1 kostnader og utslipp dens spenning på frekvensen av inngangsspenningen. Det er interessant å merke seg at inngangsspenning kan også være en DC-spenning (men uten den første transformer). Når forskjellen av potensialet på C1 overskrider grensene av de spinterometer, en gnist oppstår mellom terminalene og en sterk strøm flyter gjennom L1, lossing kondensatoren. Gnist stenger kretsen., L1 og L2 er de to komponentene i en transformator — L1 er den primære og L2 er sekundært. På terminalene på L2, en svært høy spenning vil være til stede. I kraft av gjeldende på spoler avhenger av kapasitet på C1. Du kan koble flere kondensatorer i parallell. Det er svært viktig at denne komponenten er egnet for de brukte spenning. På den annen side, kan du koble i serie og i parallell mange kondensatorer for å oppnå den ønskede operative spenning.
Konstruksjon
Som sagt før, transformator T1 fungerer som heis av inngangsspenningen. Vær forsiktig når du håndterer det., Som vist i Figur 4, er den primære coil L1 er laget med en tykk wire pakket rundt til plast støtte med en diameter på 25 cm. Bygging av L2 er veldig kjedelig. Du kan bruke et langt plastrør med en diameter på 12 cm. For optimal ytelse, er det en god idé å behandle støtte med en plast maling. Spolen er komponert av 2,000 slår av emaljert wire 0,4 mm (26 AWG).
Figur 4: Design og målinger av spoler
kondensatorer må være valgt og bygget med forsiktighet., Du kan ikke bruke vanlig kondensatorer. Forskjellen av potensialet er svært høy, og komponentene kan bli ødelagt. Det kan følge prosjektet på en Leyden jar-eller du kan koble sammen mange polyester kondensatorer i serie/parallell for å oppnå den maksimale mengden av kapasitet og spenning på minst 15 000 til V. kondensatorer må ikke være polarisert. Du kan bygge en svært effektiv kondensatoren ved hjelp av to aluminiumsfolie limt til en glassplate, i motsatt ansikter. Med dimensjoner 50 x 50 cm og en tykkelse på glasset på 3 mm, kan du få en kondensator av 7,378 pF., Glass har en svært høy dielektrisk konstant. Uansett, denne kondensatoren kan være mindre. Figur 5 viser ulike eksempler på høy-spenning kondensatorer.
Figur 5: Ulike eksempler på høy spenning kondensatorer
spinterometer er et veldig enkelt komponent, og er svært viktig. Det er en enhet som brukes til å generere elektrisk utladning i luft gjennom to elektroder. Det består av to sfærer., Avstanden mellom terminaler kan bli gradvis redusert frem til intensiteten av det elektriske feltet overstiger dielektrisk styrke verdien av luft og en gnist oppstår. Du kan se et eksempel på en spinterometer i Figur 6.
Figur 6: Eksempel på en spinterometer
Under bygging, betale oppmerksomhet til å isolere kritiske deler av kretsen.
Bruk
Når byggingen er ferdig, kan du snart test enheten. Vær forsiktig med noen operasjoner., Oppsettet må være utført uten elektrisk tilkobling. Gnister kan være svært smertefullt. Når enheten er slått av, kan du justere avstanden mellom de to sfærer av spinterometer å få en gnist. For å justere gnist, flytte de to kulene unna ca 5 cm fra hverandre. Deretter tilnærming elektrodene i små skritt, slår av enheten hver gang. Kraften av gnister er proporsjonal med kapasitet på kondensatoren. Når du får gnister i spinterometer, er den sekundære coil er klar til å produsere en spesiell effekt., Fra toppen, som du kan produsere store gnister, nærmer seg metallgjenstander til sfæren på spolen. Du må holde dem med en lang isolert håndtak (tre eller plast). Lengden av gnister (elektriske lysbuer) er proporsjonal med spenningen over den sekundære coil. Ikke ta noen del av kretsen med hendene. En gnist av 20 cm er et meget godt resultat.
Tuning
Tesla coil er lik en radiomottaker. Det har å lytte til den resonans frekvens for å få best mulig ytelse fra det., For å forbedre effektiviteten av enheten, foreslår vi følgende løsninger:
• kan Øke eller redusere antall omdreininger på primær-coil.
• kan Øke eller redusere antall omdreininger på videregående coil.
• Flytt deg nærmere eller lenger unna de to sfærer av spinterometer blant dem med noen millimeter (husk å slå av strømmen).
• Øke så mye som mulig kapasitet på tanken av kondensatorer.
• Endre tilkobling på ulike sirkler på den primære coil, som vist i Figur 7.
• Bruk god kvalitet på materialer og gode komponenter.,
Figur 7: Du kan forbedre koblingen av LC-krets, ved å endre verdien av induktans av primær-coil med en annen posisjon i den forbindelse.
Konklusjon
Det finnes mange løsninger for å bygge en Tesla coil. Dette er trolig den enkleste ett. Vær forsiktig mens du arbeider med disse kretser, så spenningen er svært høy. Under drift av Tesla coil, en sterk ozon lukten er igjen i luften., Til slutt, kan du bygge en mindre versjon av enheten, og deretter kan du øke kraften av Tesla coil. I Figur 8, kan du se en komplett Tesla coil. I det, kan vi skille (fra venstre til høyre):
- transformator (230 V 10 000 V)
- HV kondensator
- spinterometer
- to spoler (primær og sekundær)
Figur 8: En komplett Tesla coil