Схемы тесла: Страница не найдена

Содержание

Загадки изобретений Николы Теслы

Скачать эту статью в PDF629.71 KB

Одной из самых ярких, интересных и неоднозначных личностей среди ученых-физиков является Никола Тесла. Почему-то его несильно жалуют на страницах школьных учебников физики, хотя без его трудов, открытий и изобретений трудно представить себе существование обыденных, казалось бы вещей, таких как, например, наличие электротока в наших розетках. Подобно Ломоносову, Никола Тесла опередил своё время и не получил заслуженного признания при жизни, впрочем, и поныне его труды не оценены по достоинству.

Никола Тесла

А началось все в 1856 году в небольшом селе Смиляны (в настоящее время находится на территории Хорватии): в семье сербского православного священника родился четвертый сын, которого окрестили Николой. Научившись читать, мальчик буквально «проглатывал» книги одну за другой, часто читая даже ночами.

Родительский дом Тесла и церковь, в которой служил его отец

Будучи студентом Пражского университета, уже на втором курсе молодой Тесла выдвигает идею индукционного генератора переменного тока. Однако университетские профессора сочли эту идею сумасбродством и бредом. Но этот отрицательный вердикт ученых мужей лишь подстегнул изобретателя, и уже в 1882 году была построена действующая модель.

Горя желанием воплотить своё детище в реальной промышленной установке, Тесла уезжает в США и прямо с корабля направляется к уже тогда знаменитому Эдисону — изобретателю угольного микрофона, электрической лампочки, фонографа и динамо-машины. Благодаря полученным патентам на эти изобретения Эдисон в то время уже успел прославиться и разбогатеть.

Эдисон выслушал молодого эмигранта, и хотя отнесся к его идее довольно прохладно, всё же предложил ему работу в своей лаборатории. Прохладное отношение к идее генератора переменного тока объяснялось просто: все изобретения и все научные разработки Эдисона базировались на использовании постоянного тока. О токе переменном он и слышать не хотел!

Но уже в октябре 1887 года, не прекращая работать на Эдисона, Никола Тесла умудрился получить патент на своё изобретение! Эдисон «почуял» опасного конкурента и публично стал его критиковать. Ученые расстались врагами. Тесла оказался на улице без работы и без денег.

Но таланту повезло! Сумев заинтересовать некоторых бизнесменов, Тесла вскоре открывает свою собственную фирму Tesla Electric Light Company, заключает контракт с фирмой миллионера Вестингхауса Westinghouse Electric и даже участвует в сооружении ГЭС на Ниагарском водопаде! Окрыленный успехом, Тесла продолжает свои исследования и в 1888 году он открывает явление вращающегося магнитного поля

, создает электрогенераторы высокой и сверхвысокой частот. В 1891 году им был построен резонансный трансформатор, позволяющий получать высокочастотное напряжение с амплитудой до нескольких миллионов вольт.

Никола Тесла в машинном зале Ниагарской ГЭС

90-е года XIX века ознаменовались непримиримой борьбой двух компаний. С одной стороны это была General Electric, отстаивающая интересы Эдисона, являющегося приверженцем использования постоянного тока. Ему оппонировала компания Westinghouse Electric, создававшая свою продукцию на основе многочисленных патентов Николы Теслы в области переменного тока.

Этот период вошел в историю промышленности, как «Период трансформаторных битв». Нанятые General Electric журналисты в прессе распространяли о переменном токе всяческие небылицы. В 1887 году в Нью-Джерси Эдисон долго выступал перед публикой, пороча своих конкурентов Теслу и Вестингхауса, а потом подсоединил к генератору производства Westinghouse Electric, вырабатывающему ток в 1000 вольт, металлическую пластину, на которую предварительно поместил с дюжину животных. Животные погибли.

4 июня 1888 года нью-йоркские власти приняли закон, устанавливающий новый вид смертной казни посредством электрического тока. Однако законники по-прежнему никак не могли прийти к единому мнению относительно того, какой вид тока предпочтительнее. Эдисон ратовал за то, чтобы был выбран электрический стул «на переменном токе». Он полагал, что нормальный человек не захочет пользоваться прибором, «выполненным по технологии электрического стула».

Ответом на эти действия стали публичные физические опыты Тесла на Всемирной выставке 1893 года в Чикаго

. Удивленная публика смотрела, как экспериментатор пропускал через себя электроток напряжением в два миллиона вольт. По идее, от экспериментатора не должно было бы остаться и уголька. К тому же в многочисленных выступлениях Эдисон заявлял, что переменный ток высокого напряжения убьёт любого, кто прикоснётся к проводам! Но Тесла как ни в чём не бывало стоял с улыбкой, держа в руках … горящие лампочки Эдисона!!!

Тесла демонстрирует светящиеся лампы

Тесла у стенда на выставке 1893 года

В конце концов, разработки Теслы и других ученых в области однофазных трансформаторов открыли дорогу строительству электростанций и линий передач однофазного тока, который стал широко использоваться в промышленности и для бытового электрического освещения.

Тесла продолжал научные изыскания с маниакальным упорством. Часть его идей воплотилась в виде многочисленных патентов на изобретения.

В лекции, состоявшейся в 1893 году во Франклиновском университете (Филадельфия, США) Тесла высказался о возможности практического применения электромагнитных волн. «Я хотел бы, сказать несколько слов о предмете, который все время у меня на уме, который затрагивает благосостояние всех нас. Я имею в виду передачу осмысленных сигналов, быть может, даже энергии на любое расстояние вовсе без проводов. С каждым днем я все больше убеждаюсь в практической осуществимости этой схемы».

Эти утверждения не были голословными. Еще в 1891 году во время экспериментов с колебаниями высокой частоты ученый создает один из самых оригинальных приборов своего времени. Тесле удалось соединить в одном приборе свойства трансформатора и явление резонанса. Так был создан знаменитый резонанс-трансформатор, сыгравший огромную роль в развитии многих отраслей электротехники, радиотехники и широко известный под названием «

трансформатора Теслы«.

При создании резонанс-трансформатора пришлось решить еще одну практическую задачу: найти изоляцию для катушек сверхвысокого напряжения. Тесла занялся вопросами теории пробоя изоляции и на основании этой теории нашел лучший способ изолировать витки катушек — погружать их в парафиновое, льняное или минеральное масло, называемое теперь трансформаторным. Позднее Тесла еще раз возвратился к разработке вопросов электрической изоляции и сделал весьма важные выводы из своей теории.

Изобретатель предлагал использовать резонанс-трансформатор с целью возбуждения излучателя, поднятого высоко над землей и способного передавать энергию высокой частоты без проводов. Выражаясь современной терминологией, речь шла об антенне! Таким образом, за несколько лет до Попова и Маркони, уже была реализована идея беспроводной связи. Забегая вперед, скажу, что в 1943 году Верховный суд США подтвердил приоритет Теслы в изобретении радио.

В сентябре 1898 года в Медисон-сквер-гардене (Нью-Йорк) проходила ежегодная электрическая выставка. В центре зала был устроен большой бассейн. На одной из стенок его сделали причал, к которому пришвартовывался небольшой, странный на первый взгляд кораблик с длинным тонким металлическим стержнем посредине и металлическими трубками, заканчивающимися электрическими лампочками на корме и на носу. У необычного экспоната собирались толпы зрителей. Сигналом с пульта управления ученый заставлял кораблик плыть с различной скоростью вперед и назад, проделывать сложные маневры, зажигал и гасил электрические лампы на носу и корме ее.

Дистанционно управляемый кораблик Теслы

Радиосигналы с пульта принимались антенной, установленной на кораблике, и затем передавались внутрь его, где некие устройства послушно выполняли все распоряжения Теслы. То есть, говоря современным языком, это была первая радиоуправляемая модель. В ее корпусе помимо приёмника радиосигналов и электродвигателя были электрические схемы,  расшифровывающие сигналы с пульта и в зависимости от характера сигнала, включающие тот или иной режим работы двигателя, лампочек.

И это всего лишь через год после получения Маркони патента на радиоприёмник!

«Это мое изобретение может оказаться полезным во многих отношениях. Такие суда или транспортные средства могут быть использованы для установления коммуникаций в недоступных областях с целью их изучения или осуществления различных научных, технических и торговых задач», — было написано в описании патента, полученным Теслой на это изобретение. Однако, Теслу не интересовало радио, как средство связи, его полностью увлекла идея передачи энергии в любую точку планеты без проводов.

В 1899 году в горном районе Колорадо при финансовой поддержке друзей, Тесла организовал научную лабораторию. Там, находясь на высоте двух тысяч метров над уровнем моря, он занялся изучением грозовых разрядов и установлением наличия электрического заряда земли. Им была создана оригинальная конструкция «усиливающего передатчика», напоминающего трансформатор и позволяющего получать напряжения до нескольких миллионов вольт при частоте до 150 тысяч периодов в секунду. К этому передатчику была подключена 60-метровая мачта. Включение передатчика вызывало в атмосфере грозовые разряды с молниями длиной до 135 футов.

 

Лаборатория в Колорадо-Спрингс (вид снаружи и изнутри)

В одном из экспериментов Тесла прикрепил некий прибор к железной балке на чердаке здания, в котором находилась его лаборатория. Через некоторое время стены домов в нескольких милях от лаборатории начали вибрировать, и люди в панике выбежали на улицу. Из-за огромных молний, часто возникавших над мачтой, местные жители окрестили ученого «безумным изобретателем». И когда начались странные вибрации домов, люди сразу же заподозрили в этом Теслу. Была вызвана полиция и репортеры. Тесла успел выключить и уничтожить свой прибор, вовремя осознав, что он может стать причиной серьёзного бедствия. «Я мог бы обрушить Бруклинский мост за час», – признавался он впоследствии.

Эксперименты пришлось прекратить. К тому же Тесла получил финансовую поддержку Джона Пирпонта Моргана – одного из миллионеров того времени, который заинтересовался его разработками. На выделенные деньги в Нью-Йорке на острове Лонг-Айленд была построена лаборатория по передаче сигналов в Европу и рядом с ней воздвигнута башня высотой 57 метров со стальной шахтой, углублённой в землю на 36 метров. Эту башню венчал 55 тонный металлический купол диаметром 20 метров. Научный проект получил название Wardenclyffe. Тесла лелеял мечту помимо передачи сигналов всерьез заняться осуществлением передачи энергии на расстояние.

 

Лаборатория  Wardenclyffe в Нью-Йорке

Но система радиосвязи, разработанная Маркони, оказалась дешевле, чем грандиозный Wardenclyffe, и проект пришлось свернуть. По словам Теслы, к тому времени он уже почти закончил разрабатывать свой передатчик и нуждался лишь в эффектном проведении показательных испытаний.

В связи с этим, нельзя не упомянуть о теории, согласно которой причиной взрыва над Подкаменной Тунгуской в России в 1905 году (т. н. Тунгусский метеорит) были испытания передатчика энергии, созданного Теслой. Более подробно об этом описывается в статье В. Полякова «Тунгусская катастрофа — дело рук человеческих?» . Башня Wardenclyffe простояла до 1915 года. Началась 1-я Мировая война и по решению федерального правительства она была взорвана во избежание использования ее в целях шпионажа. Долгое время Тесла не мог примириться с мыслью об этом.

Научная общественность, в конце концов, решила признать заслуги Теслы и его огромный вклад в физику. Не был забыт и его давний соперник. Присуждение Нобелевской премии за 1915 год вызвало всеобщее недоумение: она должна была быть поделена между двумя людьми, резко различными как по своим личным качествам, так и по результатам своих трудов: Тесла и Эдисон — вот два лауреата Нобелевской премии, объявленные осенью 1915 года. Но Тесла отказался от премии, хотя в это время он уже очень нуждался в деньгах, так как все его средства были вложены в несостоявшийся проект Wardenclyffe. Отказ был вызван двумя причинами: он принципиально не хотел делить это признание его заслуг с Эдисоном.

Шло время, Тесла постарел, но не оставил своей мечты о передаче энергии без проводов. В 1931 году при поддержке компаний Pierce-Arrow Co. и General Electric, Тесла снял бензиновый двигатель с нового автомобиля фирмы Pierce-Arrow и заменил его стандартным электромотором переменного тока мощностью в 80 л.с. (1800 об/мин) без каких бы то ни было традиционно известных внешних источников питания.

Как сообщали очевидцы, в местном радио магазине он купил 12 электронных ламп, немного проводов, горстку разномастных резисторов, и собрал все это хозяйство в коробочку длиной 60 см, шириной 30 см и высотой 15 см с парой стержней длинной 7,5 см торчащих снаружи. Укрепив коробочку сзади за сиденьем водителя он выдвинул стержни и возвестил «Теперь у нас есть энергия». После этого он ездил на машине неделю, гоняя ее на скоростях до 150 км/ч.

На все вопросы: откуда же получает энергию электродвигатель. Тесла отвечал: «Из эфира вокруг всех нас». Не поверив его словам, обыватели распустили слухи о том, что ученый, так или иначе, в союзе с темными силами. Теслу это рассердило, он убрал таинственную коробку с автомобиля и возвратился в свою лабораторию в Нью-Йорке. Тайна источника энергии и поныне осталась нераскрытой.

Последние годы жизни Теслы также окутаны тайной. Известно, что он занимался исследованиями в американской военной корпорации RCA. Какого рода это были исследования? Известно точно, что он руководил проектом N.Terbo (такой была девичья фамилия его матери). В других источниках упоминается о проекте «Радуга».

Великий ученый умер в 1943 году почти не оставив после себя записей, дневников и результатов исследований.

В отношении научного наследия Теслы далеко не все понятно. Некоторые его друзья и биографы утверждали, что Тесла уничтожил большую часть своих записей в начале 2-й Мировой войны, поняв, что человечество не готово использовать его открытия и они, использованные как мощнейшее оружие, могут принести больше вреда, чем пользы. Часть современников Теслы, работавших с ним в его последние годы, утверждает, что архив физика был конфискован спецслужбами сразу же после его смерти.

Как бы то ни было, но факт остается фактом: результаты фантастических исследований Теслы пропали. Фантастическими их называют не зря, достаточно вспомнить, что в рамках проекта «Радуга» был проведен печально известный Филадельфийский эксперимент. На эсминец ВМФ США «Элдридж» было установлено оборудование для генерации защитного поля, позволяющего сделать корабль невидимым для радаров. Но произошло что-то непонятное: корабль стал невидимым не только для радаров, но и для человеческого глаза.

Есть сообщения очевидцев, о том, что «Элдридж» моментально переместился в пространстве с одного побережья Америки на другое. Также сообщают, что часть экипажа погибла, часть бесследно исчезла, а оставшиеся в живых провели остаток своей жизни в психбольницах. Результаты эксперимента засекретили. Что там было на самом деле – не знает никто. Автора фантасмагории, способного разъяснить случившееся, уже не было в живых. В проекте принимал участие и Альберт Эйнштейн, но он,  как говорят, тоже уничтожил свои последние труды.

Эсминец «Элдридж»

Насколько далеко продвинулись разработки Теслы в области беспроводной передачи энергии, мы можем только гадать. Но только представьте, до чего красивой была его идея, и как бы изменился мир в случае её реализации! Одна только возможность отказаться от использования двигателей внутреннего сгорания в автотранспорте чего стоит! Это решило бы большинство экологических проблем в современных городах.

Но пока загадки великого Теслы не разгаданы …

Дмитрий Жуванов.

Если эта статья оказалась полезной для вас, пожалуйста, поделитесь ею с вашими друзьями и коллегами.

Из-за дефицита чипов Tesla задумалась о покупке полупроводниковой фабрики

В условиях нехватки полупроводниковых компонентов участники рынка готовы идти на беспрецедентные меры. Автопроизводители пытаются заручиться поддержкой правительственных структур, многие клиенты контрактных производителей проплачивают заказы на несколько кварталов вперёд. Tesla, как сообщают источники, в традиционном для себя стиле задумалась о покупке собственного производства чипов.

Источник изображения: AP

Сейчас Tesla использует не только серийные полупроводниковые компоненты, но и разрабатывает собственные. Процессоры для ускорения нейронных сетей по её заказу выпускает компания Samsung Electronics, текущее поколение чипов использует 14-нм техпроцесс, но слухи приписывают компаниям намерения сотрудничать в сфере выпуска 5-нм процессоров.

Как сообщает Financial Times со ссылкой на знакомые с ситуацией источники, сейчас Tesla изучает вопрос резервирования под свои нужды части производственных мощностей контрактных компаний в США, Южной Корее или США, а также рассматривает вопрос о целесообразности покупки профильного предприятия по выпуску полупроводниковых компонентов для собственных нужд. Последняя идея пока находится на предварительном этапе, и многие эксперты убеждены, что Tesla в итоге от неё откажется. Во-первых, предприятие по производству чипов может стоить до $20 млрд. Во-вторых, им ещё нужно грамотно управлять, чтобы оправдать покупку и текущее финансирование его деятельности.

Samsung, который сейчас является контрактным производителем для Tesla, допустил мысль о пересмотре схемы взаимоотношений с отдельными заказчиками. В условиях нынешнего дефицита многие автопроизводители предпочитают напрямую договариваться с контрактными производителями чипов, даже если их непосредственными клиентами являются разработчики. Компания Cisco, выпускающая телекоммуникационное оборудование, не скрывает, что договорилась с подрядчиками о резервировании части производственных мощностей под свои нужды. Для контрактных производителей подобные договорённости сопряжены с угрозой потери гибкости в управлении бизнесом, но новое время диктует свои правила, которые приходится придумывать на ходу.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

схема катушки, спайка и включение

Сегодня мы узнаем, как сделать катушку Тесла своими руками. Возможно, вы знаете об этом устройстве из компьютерных игр, кино, или шоу с применением эффектов этой мини катушки. Если убрать всю мистику, связанную с катушками Тесла и оставить лишь научные факты, то мы получим просто высоковольтный резонансный трансформатор, работающий без сердечника в домашних условиях. Чтобы не умереть со скуки от сухой теории, давайте перейдём сразу к практике.

Шаг 1: Схема

Схема катушки Тесла очень проста и нам нужно всего несколько компонентов:

Также нам понадобится рамка для вторичной катушки, это может быть любой диэлектрический цилиндр диаметром примерно 5 см и длиной 20 см. В моем проекте я использовал трубку ПВХ.

Шаг 2: Катушки

Давайте начнём с самой сложной части — вторичной катушки. Для её изготовления нужно намотать от 500 до 1500 витков, моя была примерно на 1000 витков. Закрепите начало провода и начните наматывать, вам не нужно считать точное количество витков — просто умножьте диаметр провода на количество витков, которое вы собираетесь сделать — это и будет длина вашей обмотки. Когда закончите обмотку, закрепите конец провода скотчем, или лучше парой капель лака.

Первичная будет намного проще — я наклеил бумажную пленку липкой стороной наружу (для возможности передвигать её) и намотал на неё 10 витков обычного повода, покрытого ПВХ.

Шаг 3: Спайка

Следующим шагом будет спайка. Делайте всё по схеме. Макетную плату использовать не обязательно. Будьте аккуратны при припаивании потенциометра — 9 из 10 не работают из-за того, что его припаяли неправильно! Соедините первичную и вторичную катушку, последняя имела специальную изоляцию, которую я перед спаиванием снял.

Шаг 4: Включение

Итак, когда всё готово, поверните потенциометр в среднее положение и положите рядом с трансформатором Тесла лампочку. Подайте питание и медленно крутите потенциометр. Катушка очень слаба, поэтому вам не стоит опасаться удара током — ваша кожа защитит вас. Тем не менее, будьте аккуратны и не ложите электронику (смартфоны, ноутбуки и т.д.) рядом с работающим трансформатором. Помните, что высоковольтные искры — это плазма, а она очень горячая, так что её нельзя трогать. Если катушка Тесла не работает, попробуйте перевернуть провода на первичной катушке, это обычно помогает. Также вы можете попытаться добавить или убрать пару витков из нее.

Шаг 5: Итог

Давайте поговорим о том, как можно улучшить наше устройство.

Первое, что можно сделать — увеличить вольтаж, при использовании этой схемы, я не рекомендую выходить за пределы 25V. Вторым шагом можно поиграть с первичной катушкой. Логика проста: меньше витков — больше ток, что равносильно большей мощности. Я остановился на 5 витках, также можно подвигать первичную катушку относительно вторичной.

Однолинейные схемы типовых ящиков ЯУ 5000

— Main Menu —ГлавнаяО компанииУслуги- Электромонтажные работы до 10 кВ- — Внутренние электромонтажные работы до 10 кВ- — Наружные электромонтажные работы до 10 кВ- — Электромонтаж коттеджей, квартир- Электролаборатория- — Проверка состояния элементов заземляющих устройств- — Замеры переходных сопротивлений между заземлителями и заземляющими проводниками- — Измерение удельного сопротивления земли- — Измерение сопротивления изоляции- — Измерение петли «фаза — нуль»- — Проверка автоматических выключателей- — Измерение сопротивления обмоток, соединений постоянному току- Монтаж систем вентиляции- Монтаж систем отопления и водоснабжения- Светодиодное освещение- — Бытовое освещение- — Административное освещение- — Освещение для образовательных учреждений- — Светильники для ЖКХ- — Мощные светодиодные лампы- — Светильники для промышленных помещений- — — Светодиодный консольный магистральный светильник- — Прожекторы- Вентиляторы промышленные- — Вентиляторы радиальные- — — Вентиляторы низкого давления ВЦ 4-75- — — Вентилятор среднего давления ВЦП 6-46- — — Вентиляторы среднего давления ВЦ 14-46- — — Вентилятор среднего давления ВЦ 5 35, ВЦ 5 45- — — Вентилятор высокого давления ВР 12-26- — Вентиляторы осевые- — — Вентиляторы осевые низкого давления ВО 06-290- — — Вентиляторы осевые низкого давления ВО 06-300- — — Вентиляторы осевые низкого давления ВРО 14-300- — Вентиляторы крышные- — — Вентиляторы крышные ВКР- — — Вентиляторы крышные ВКО- — Тягодутьевые для обычных сред- — — Вентиляторы ВД-2,5 — ВД-3,5- — — Дымососы Д 2,5; Д 2,7 Д 3,5 (ДН 3,5)- — Канальные радиальные вентиляторы- — — Вентиляторы канальные ВК -11- — — Вентиляторы канальные ВК -П- — Прайс на вентиляторы- Электрощитовое оборудование- — Оборудование для трансформаторных подстанций- — — Комплектные трансформаторные подстанции- — — — Тупиковые трансформаторные подстанции- — — — Проходные трансформаторные подстанции- — — Камеры сборные КСО 298- — — Камеры сборные КСО 366- — — Камеры сборные серии КСО 386- — — Панели распределительных щитов серии ЩО 70- — — Конденсаторные установки серии УКМ- — Вводно-распределительные устройства- — — Вводно-распределительные устройства серии ВРУ 1, ВРУ1А- — — Вводно-распеделительные устройства серии ВРУ 8- — — Пункты распределения энергии ВРУ 8-ПР- — — Шкафы распределения серии ШР 11- — — Щиты этажные серии ВРУ8-Э- — — Щиты квартирные серии ВРУ8-ЩК- — — Щитки осветительные серии ОЩВ- — Устройства управления электродвигателями- — — Ящики управления серии ЯУ5000- — — Блоки и панели управления серии БМ5030- — — Устройства серии ЩАП, ЩАВР- — — Ящики трансформаторные ЯТП- — — Ящики вводные силовые серии ЯВ, ЯВГ- — — Щиты автоматизации- Энергоаудит- — Контроль качества- — — Отклонение частоты- — — Отклонение напряжения- — — Колебание напряжения- — — Несинусоидальность напряжения- — — — Освещение как источник искажения КНС- — — — Суммирование помех- — — Несимметрия напряжения- — — Провал напряжения- — — Импульсное напряжение- — — Приборы контроля и анализа качества электрической энергии- — Тарифы в Республике Марий Эл в 2015 г. — — Приборный парк- Частотные преобразователи- — Частотные преобразователи Delta- — Прайс на частотные преобразователиЭнергоэффективностьЭнергетикаКонтакты

Устройства автоматического включения резерва — ЩАП, ШАВР, БАВР. Полезная информация.

Доброго времени суток, Уважаемый читатель. В данной статье мы узнаем, что такое щит автоматического переключения ЩАП, шкаф автоматического включения резерва ШАВР, блоки автоматического включения резерва БАВР в шкафах ГРЩ.

Все эти названия объединяет одно условие, а именно переключения с неисправного источника питания на исправный, и наоборот.

Перечислю основные сферы применения устройства автоматического переключения ввода:

  • Переключение на другой, резервный, источник питания, например, от аккумулятора или второй независимой сети, цепей освещения. Это может быть рабочее или аварийное освещение, которое крайне необходимо в тёмное время суток в случае исчезновения напряжения на основном вводе. Аварийное освещение является обязательным в помещениях, где потенциально возможно присутствие большого количества людей. В случае аварии на линии система автоматически переходит в аварийный режим, и сама подключается к независимому источнику, которым может быть так же и генератор.
  • Переключение резервного источника питания всего силового оборудования. В квартирах такие сети устанавливаются крайне редко, а вот в собственных домах, коттеджах и более крупных объектах реализовать данную систему автоматического ввода на основе щита ЩАП или ШАВР вполне реально.
  • В системах пожарной безопасности. При возникновении пожара возможны отключения основных источников питания, если в схеме имеются потребители нагрузки, отвечающие за пожарную безопасность, нужно обязательно устанавливать щит автоматического ввода резерва, питающий насосы или же другое пожарное оборудование.
  • В системах снабжения электроэнергией лифтов и других грузоподъёмных механизмов. Остановка которых может привезти к негативным последствиям.
  • Переход на независимый источник энергии отопительных систем, для безостановочного процесса обогрева жилых помещений, трубопроводов и прочего в зимнее время суток.

Разберем виды устройств автоматического включения резерва.

ЩАП

Щит автоматического переключения ЩАП – наиболее распространенное, и в тоже время, наиболее простое в исполнении устройство переключения резерва. Как правило, реализовано по схеме АВР «2в1», что означает два ввода, один выход. В ЩАП один ввод является основным, второй резервным. Алгоритм самый простейший: при пропадании напряжения на основном вводе происходит переключение на резервный ввод. При восстановлении напряжения на основном вводе происходит обратное переключение с резервного ввода на основной.

Контроль напряжения, а именно контроль наличия напряжения пофазно, отсутствия одной из фаз, перекоса фаз, нарушения порядка чередования фаз осуществляется реле контроля фаз, которое запитывается от основного ввода. При любом отклонении от нормального вышеперечисленных условий происходит переключение на основной ввод.


На рисунке выше представлена простейшая схема ЩАП. Щит состоит из:

·        двух аппаратов защиты, автоматические выключатели на каждом вводе;

·        реверсивного контактора, при помощи переключения которого осуществляется непосредственно переход с одного ввода на другой;

·        реле контроля фаз, которое ведет контроль состояния сети.

ЩАП может быть однофазным и трехфазным, изготавливается до номинала 250А. Как правило, изготавливается навесного исполнения. Степень защиты корпуса ЩАП зависит от требований проекта.


ШАВР

ШАВР по целевому назначению это тот же ЩАП. Но, наряду со свойствами обычного ЩАП имеет более широкий функционал. ШАВР, как правило, изготавливается на номинал 160А и выше, и имеет напольное исполнение. Может реализовываться по схеме «2в1», «3в1», «4в1», «2в2», «3в2», «4в2». Полагаю имеет смысл разобрать данные схеме для понимания:

«2в1» — типовая схема: два ввода(первый основной, второй резервный), один выход. Как правило, до 630А исполнение по типу ЩАП: исполняющий механизм реверсивный контактор. Свыше 630А исполняющим механизмом уже являются непосредственно автоматические выключатели с применением мотор-приводов, которые позволяют автоматически переключать с одного ввода на другой.

«3в1» и «4в1» похожие схемы. Алгоритм работы схож со схемой «2в1», отличия только в количестве вводов. Алгоритм работы, например схемы «3в1»: Пропадает напряжение на основном 1-ом вводе, включается резервный 2-ой ввод, пропадает напряжение и на 2-ом вводе, включается резервный 3-й ввод(например дизель-генератор).


«2в2» — схема с двумя вводами и двумя выводами с применением секционного аппарата управления. В данной схеме оба ввода являются рабочими, каждый из которых запитывает свою секцию в нормальном рабочем режиме. При пропадании напряжения на одном из вводов, включается секционный аппарат, и обе секции нагрузки питаются от оставшегося рабочего ввода.


Схемы «3в2» и «4в2» по аналогии со схемой «2в2». Отличаются только наличием дополнительных источников питания, например дизель-генератора.



БАВР

Блок автоматического включения резерва БАВР есть ничто иное, как управляющий механизм устройства переключения резерва. Данный блок имеется в ЩАП и ШАВР. Но принято его обозначать его как отдельный узел, когда он управляет переключением вводов в составе устройства ГРЩ, ЩО70 и т.п. Выделяется в отдельный блок, ввиду того, что вводные аппараты и переключающие устройства являются частью комплексного НКУ.

Управляющее устройство щитов и шкафов переключения вводов могут исполняться по релейной схеме, с применением логического реле или свободного программируемого контроллера. Простейшее исполнение применяется в схеме «2в1» — устанавливается реле контроля фаз, и возможно реле времени, если требуется большое время задержки включения. Схемы «3в1» и «2в2» могут реализовываться на релейной схеме, с применением промежуточных реле. Применение логического реле или контроллера рекомендуется при всех схемах АВР, в которых исполнительным механизмом являются автоматические выключатели с мотор-приводами. Обусловлена данная рекомендация усложнением электрической схемой управления, наличием большого кол-ва контактов управления, надежностью системы и гибкостью настройки переключения.

Наш завод имеет обширный опыт изготовления всех вышеперечисленных устройств автоматического переключения резерва.

Наряду с изготовлением ЩАП с реле контроля фаз, мы имеем богатый опыт изготовления шкафов переключения резерва на базе всех сертифицированных в Российской Федерации логических реле производства Schneider Electric (Zelio Logic), ABB(ATS021 и ATS022), КЭАЗ (Optisave) и многих других.

Так же, по требованию проекта мы можем изготовить устройство переключения резерва с применением свободно программируемых контроллеров Schneider Electric (Modicon), ABB (ATS500) и т. п.

Резюмируя, мы можем изготовить любое устройство переключения резерва, будь то типовой ЩАП, или Блок АВР в составе РУНН на номинал 6300А с применением на вводах воздушных автоматических выключателей и контроллером АВР любого сертифицированного в РФ производителя.

Если Заказчик озвучивает при звонке, например: «…мне нужен ШАВР на три ввода, два выхода, 300кВт». Мы разработаем схему в нескольких вариантах: АВР на контакторах и на автоматах, АВР на релейной схеме, на логическом реле или на контроллере. Предоставим электрические схемы всех вариантов. Вам останется выбрать вариант, исходя из заявленных требований и бюджета.

Статья написана нашим ведущим технико-коммерческим инженером – Русланом Зиганшиным.

Применение катушки тесла. Трансформатор Тесла из Китая Эксперименты с катушками тесла схемы

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

О сколько нам открытий чудныхГотовят просвещенья духИ опыт, сын ошибок трудных,И гений, парадоксов друг,И случай, бог изобретатель…

А.С. Пушкин

Введение

Актуальность темы

Экспериментальная физика имеет огромное значение в развитии науки. Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать. Никто не будет спорить с тем, что эксперимент — это мощный импульс к пониманию сущности явлений в природе.

В наше время остро стоит вопрос о передаче энергии на расстояние, в частности передача энергии беспроводным способом. Здесь можно вспомнить идеи великого ученого Николы Тесла, который занимался этими вопросами еще в 1900х годах и добился внушительного успеха, построив свой знаменитый резонансный трансформатор — катушку Тесла. Вот и я решил разобраться в этом вопросе самостоятельно, попытавшись повторить эти эксперименты.

Цели исследовательской работы

Собрать действующие катушки Тесла по транзисторной технологии (Class-E SSTC) и по ламповой технологии (VTTC)

Пронаблюдать образование различных видов разрядов и выяснить, насколько они опасны.

Передать энергию беспроводным способом, при помощи катушки Тесла

Изучить свойства электромагнитного поля, генерируемого катушкой Тесла

Изучить практическое применение катушки Тесла

Предмет исследования:

Две катушки Тесла, собранные по разным технологиям, поля и разряды, генерируемые этими катушками.

Методы исследования:

Эмпирические: наблюдение высокочастотных электрических разрядов, исследование, эксперимент.

Теоретические: конструирование катушки Тесла, анализ литературы и возможных электрических схем сборки катушки.

Этапы исследования:

Теоретическая часть. Изучение литературы по проблеме исследования.

Практическая часть. Изготовление трансформаторов Тесла и проведение опытов с построенным оборудованием.

Теоретическая часть

Изобретения Николы Тесла

Никола Тесла — изобретатель в области электротехники и радиотехники, инженер, физик. Родился и вырос в Австро-Венгрии, в последующие годы в основном работал во Франции и США.

Также он известен как сторонник существования эфира: известны многочисленные его опыты и эксперименты, целью которых было показать наличие эфира как особой формы материи, поддающейся использованию в технике. Именем Н. Тесла названа единица измерения плотности магнитного потока. Современники-биографы считали Тесла «человеком, который изобрёл XX век» и «святым заступником» современного электричества. Ранние работы Тесла проложили путь современной электротехнике, его открытия раннего периода имели инновационное значение.

В феврале 1882 года Тесла придумал, как можно было бы использовать в электродвигателе явление, позже получившее название вращающегося магнитного поля. В свободное время Тесла работал над изготовлением модели асинхронного электродвигателя, а в 1883 году демонстрировал работу двигателя в мэрии Страсбурга.

В 1885 году Никола представил 24 разновидности машины Эдисона, новый коммутатор и регулятор, значительно улучшающие эксплуатационные характеристики.

В 1888—1895 годах Тесла занимался исследованиями магнитных полей и высоких частот в своей лаборатории. Эти годы были наиболее плодотворными, именно тогда он запатентовал большинство своих изобретений.

В конце 1896 года Тесла добился передачи радиосигнала на расстояние 48 км.

В Колорадо Спрингс Тесла организовал небольшую лабораторию. Для изучения гроз Тесла сконструировал специальное устройство, представляющее собой трансформатор, один конец первичной обмотки которого был заземлён, а второй соединялся с металлическим шаром на выдвигающемся вверх стержне. К вторичной обмотке подключалось чувствительное самонастраивающееся устройство, соединённое с записывающим прибором. Это устройство позволило Николе Тесле изучать изменения потенциала Земли, в том числе и эффект стоячих электромагнитных волн, вызванный грозовыми разрядами в земной атмосфере. Наблюдения навели изобретателя на мысль о возможности передачи электроэнергии без проводов на большие расстояния.

Следующий эксперимент Тесла направил на исследование возможности самостоятельного создания стоячей электромагнитной волны. На огромное основание трансформатора были намотаны витки первичной обмотки. Вторичная обмотка соединялась с 60-метровой мачтой и заканчивалась медным шаром метрового диаметра. При пропускании через первичную катушку переменного напряжения в несколько тысяч вольт во вторичной катушке возникал ток с напряжением в несколько миллионов вольт и частотой до 150 тысяч герц.

При проведении эксперимента были зафиксированы грозоподобные разряды, исходящие от металлического шара. Длина некоторых разрядов достигала почти 4,5 метров, а гром был слышен на расстоянии до 24 км.

На основании эксперимента Тесла сделал вывод о том, что устройство позволило ему генерировать стоячие волны, которые сферически распространялись от передатчика, а затем с возрастающей интенсивностью сходились в диаметрально противоположной точке земного шара, где-то около островов Амстердам и Сен-Поль в Индийском океане.

В 1917 году Тесла предложил принцип действия устройства для радиообнаружения подводных лодок.

Одним из его самых знаменитых изобретений является трансформатор (катушка) Тесла.

Трансформатор Тесла, также катушка Тесла — устройство, изобретённое Николой Тесла и носящее его имя. Является резонансным трансформатором, производящим высокое напряжение высокой частоты. Прибор был запатентован 22 сентября 1896 года как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала».

Простейший трансформатор Тесла состоит из двух катушек — первичной и вторичной, а также разрядника, конденсаторов, тороида и терминала.

Первичная катушка обычно содержит несколько витков провода большого диаметра или медной трубки, а вторичная около 1000 витков провода меньшего диаметра. Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур, в который включён нелинейный элемент — разрядник.

Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора главным образом выполняют ёмкость тороида и собственная межвитковая ёмкость самой катушки. Вторичную обмотку часто покрывают слоем эпоксидной смолы или лака для предотвращения электрического пробоя.

Таким образом, трансформатор Тесла представляет собой два связанных колебательных контура, что и определяет его замечательные свойства и является главным его отличием от обычных трансформаторов.

После достижения между электродами разрядника напряжения пробоя, в нём возникает лавинообразный электрический пробой газа. Конденсатор разряжается через разрядник на катушку. Поэтому цепь колебательного контура, состоящего из первичной катушки и конденсатора, остаётся замкнутой через разрядник, и в ней возникают высокочастотные колебания. Во вторичной цепи возникают резонансные колебания, что приводит к появлению на терминале высокого напряжения.

Во всех типах трансформаторов Тесла основной элемент трансформатора — первичный и вторичный контуры — остается неизменным. Однако одна из его частей — генератор высокочастотных колебаний может иметь различную конструкцию.

Практическая часть.

Катушка Тесла (Class-ESSTC )

Резонансный трансформатор состоит из двух катушек, у которых нет общего железного сердечника, — это нужно для создания низкого коэффициента связи. На первичной обмотке находится несколько витков толстого провода. На вторичную обмотку наматывают от 500 до 1500 витков. За счет такой конструкции катушка Тесла обладает таким коэффициентом трансформации, который в 10-50 раз больше, чем отношение количества витков на вторичной обмотке к количеству витков на первичной. При этом должно соблюдаться условие возникновения резонанса между первичным и вторичным колебательными контурами. Напряжение на выходе такого трансформатора может превышать несколько миллионов Вольт. Именно это обстоятельство и обеспечивает возникновение зрелищных разрядов, длина которых может достигать сразу нескольких метров. В Интернете можно найти разные варианты изготовления источников высокой частоты и напряжения. Я выбрал одну из схем.

Установку я собирал сам на основе вышеуказанной схемы (Рис.1). Катушка, намотанная на каркасе от пластмассовой (сантехнической) трубы с диаметром 80 мм. Первичная обмотка содержит всего 7 витков, провод диаметром 1 мм, был использован одножильный медный провод МГТФ. Вторичная обмотка содержит около 1000 витков обмоточного провода диаметром 0,15 мм. Вторичная обмотка мотается аккуратно, виток к витку. В результате получилось устройство производящее высокое напряжение при высокой частоте. (Рис.2)

Большая катушка Тесла (VTTC )

Эта катушка собрана на базе генераторного пентода гу-81м по автогенераторной схеме, т.е. с самовозбуждением тока сетки лампы.

Как видно по схеме (Рис.3), лампа подключена как триод, т.е. все сетки объединены между собой. Конденсатор C1 и диод VD1 образуют однополупериодный удвоитель. Резистор R1 и конденсатор C3 нужны для регулировки режима работы лампы. Катушка L2 нужна для возбуждения тока сетки. Первичный колебательный контур образуется из конденсатора C2 и катушки L1. Вторичный колебательный контур образован катушкой L3 и ее собственной межвитковой емкостью. Первичная обмотка на каркасе диаметром 16 см содержит 40 витков с отводами от 30, 32, 34, 36 и 38 витков, для подстройки резонанса. Вторичная обмотка содержит около 900 витков на каркасе диаметром 11см. Сверху вторичной обмотки находится тороид, — он необходим для накопления электрических зарядов.

Обе этих установки (Рис.2 и Рис.3) предназначены для демонстрации высокочастотных токов высокого напряжения и способов их создания. Также катушки могут быть использованы для беспроводной передачи электрического тока. В ходе работы я продемонстрирую действие и возможности изготовленных мною катушек Тесла.

Экспериментальные опыты применения катушки Тесла

С готовой катушкой Тесла можно провести ряд интересных опытов, однако необходимо соблюдать правила безопасности. Для проведения опытов должна быть очень надежная проводка, вблизи катушки не должно быть предметов, должна быть возможность аварийно обесточить оборудование.

Во время работы катушка Тесла создаёт красивые эффекты, связанные с образованием различных видов газовых разрядов. Обычно люди собирают эти катушки для того, чтобы посмотреть на эти впечатляющие, красивые явления.

Катушка Тесла может создавать несколько видов разрядов:

-Спарки — это искровые разряды между катушкой, и каким либо предметом, производит характерный хлопок, из-за резкого расширения газового канала, как при природной молнии, но в меньшем масштабе.

-Стримеры — тускло светящиеся тонкие разветвленные каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщепленные от них свободные электроны. Протекает от терминала катушки прямо в воздух, не уходя в землю. Стример — это видимая ионизация воздуха. Т.е. свечение ионов, которые образует высокое напряжение трансформатора.

-Коронный разряд — свечение ионов воздуха в электрическом поле высокого напряжения. Создаёт красивое голубоватое свечение вокруг высоковольтных частей конструкции с сильной кривизной поверхности.

-Дуговой разряд — образуется при достаточной мощности трансформатора, если к его терминалу близко поднести заземлённый предмет. Между ним и терминалом загорается дуга.

Некоторые химические вещества, нанесённые на разрядный терминал, способны менять цвет разряда. Например, натрий меняет голубоватый цвет разряда на оранжевый, бор — на зелёный, марганец — на синий, а литий — на малиновый окрас.

При помощи данных катушек можно провести ряд довольно интересных, красивых и эффектных экспериментов. Итак, начнем:

Опыт 1: Демонстрация газовых разрядов. Стример, спарк, дуговой разряд

Оборудование : катушка Тесла, толстая медная проволока.

Рис.4 и Рис.5

При включении катушки, с терминала начинает выходить разряд, который в длину 5-7мм

Опыт 2: Демонстрация разряда в люминесцентной лампе

Оборудование : катушка Тесла, люминесцентная лампа (лампа дневного света).

Рис.6 Рис.7

Наблюдается свечение в люминесцентной лампе на расстоянии до 1 м. от установки.

Опыт 3: Эксперимент с бумагой

Оборудование : катушка Тесла, бумага.

Рис.8 Рис.9

При внесении бумаги в разряд, стример быстро охватывает ее поверхность и через несколько секунд бумага загорается

Опыт 4: «Дерево» из плазмы

Оборудование : катушка Тесла, тонкий многожильный провод.

Разветвляем жилы у заранее зачищенного от изоляции провода, и, прикручиваем к терминалу, в результате получаем «дерево» из плазмы.

Опыт 5: Демонстрация газовых разрядов на большой катушке Тесла. Стример, спарк, дуговой разряд

Оборудование

Рис.11 Рис.12 Рис.13

При включении катушки, с терминала начинает выходить разряд, который в длину 45-50см, при поднесении предмета к тороиду — загорается дуга

Опыт 6: Разряды в руку

Оборудование : большая катушка Тесла, рука.

Рис.14 Рис.15

При поднесении руки к стримеру разряды начинают бить в руку, не причиняя боль

Опыт 7: Демонстрация газовых разрядов из предмета, находящегося в поле катушки Тесла.

Оборудование : большая катушка Тесла, толстая медная проволока.

Рис.16 Рис.17

Рис.18 Рис.19

При внесении медной проволоки в поле катушки Тесла (с убранным терминалом), происходит появление разряда из проволоки в сторону тороида.

Опыт 8: Демонстрация разряда в шаре, наполненного разреженным газом, в поле катушки Тесла

Оборудование : большая катушка Тесла, шар наполненный разреженным газом.

Рис.20 Рис.21

Рис.22 Рис.23

При внесении шара в поле катушки Тесла загорается разряд внутри шара.

Опыт 9: Демонстрация разряда в неоновых и люминисцентных лампах.

Оборудование : большая катушка Тесла, неоновые и люминисцентные лампы.

Рис.24 Рис.25

При внесении лампы в поле катушки Тесла загорается разряд внутри неоновых и люминисцентных ламп на расстоянии до 1,5 м..

Опыт 10: Разряды из руки

Оборудование : большая катушка Тесла, рука с напальчниками из фольги.

Рис.26 Рис.27 Рис.28

При внесении руки в поле катушки Тесла (с убранным терминалом), происходит появление разряда с напальчников в сторону тороида.

Заключение

Все поставленные цели выполнены. Я построил 2 катушки и на их примере доказал следующие гипотезы:

Катушка Тесла может генерировать реальные электрические разряды различных видов.

Разряды, создаваемые катушкой тесла, безопасны для человека и не могут нанести ему урон путем удара электрическим током. К выходной катушке высокого напряжения можно даже прикоснуться куском металла или рукой. Почему при прикосновении к источнику напряжения 1 000 000 В высокой частоты с человеком ничего не случается? Потому что при протекании тока высокой частоты наблюдается так называемый скин-эффект, т.е. заряды текут только по краям проводника, не трогая сердцевину.

Ток протекает по коже, и не касается внутренних органов. Именно поэтому можно безопасно касаться этих молний.

Катушка Тесла может передавать энергию без проводов путем создания электромагнитного поля.

Энергия этого поля может передаваться как на любые предметы в этом поле, от разреженных газов, до человека.

Современное применение идей Николы Тесла:

Переменный ток является основным способом передачи электроэнергии на большие расстояния.

Электрогенераторы являются основными элементами в генерации электроэнергии на электростанциях турбинного типа (ГЭС, АЭС, ТЭС).

Электродвигатели переменного тока, впервые созданные Николой Тесла, используются во всех современных станках, электропоездах, электромобилях, трамваях, троллейбусах.

Радиоуправляемая робототехника получила широкое распространение не только в детских игрушках и беспроводных телевизионных и компьютерных устройствах (пульты управления), но и в военной сфере, в гражданской сфере, в вопросах военной, гражданской и внутренней, а также и внешней безопасности стран и т. п.

Беспроводные заряжающие устройства уже используются для зарядки мобильных телефонов.

Переменный ток, впервые полученный Тесла, является основным способом передачи электроэнергии на большие расстояния

Использование в развлекательных целях и шоу.

В фильмах эпизоды строятся на демонстрации трансформатора Тесла, в компьютерных играх.

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, оказывая при этом «тонизирующее» и «оздоравливающее» влияние.

Он используется для поджига газоразрядных ламп и для поиска течей в вакуумных системах.

Ошибочно мнение, что катушки Тесла не имеют широкого практического применения. Основное их использование приходится на развлекательно-медийную сферу развлечений и шоу. При этом сами катушки или устройства, использующие принципы работы катушек, довольно распространены в нашей жизни, о чем свидетельствуют вышеприведенные примеры.

Литература

    Пиштало В. Никола Тесла. Портрет среди масок. — М: Азбука-классика, 2010

    Ржонсницкий Б. Н. Никола Тесла. Жизнь замечательных людей. Серия биографий. Выпуск 12. — М: Молодая гвардия, 1959.

    Фейгин О. Никола Тесла: Наследие великого изобретателя. — М.: Альпина нон-фикшн, 2012.

    Тесла и его изобретения. http://www.374.ru/index.php?x=2007-11-19-20

    Цверава Г. К. Никола Тесла, 1856-1943. — Ленинград. Наука. 1974.

    Википедия https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D1%81%D0%BB%D0%B0,_%D0%9D%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D0%B0

7. Никола Тесла: биография http://www.people.su/107683

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 стать

и- 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!

Трансформатор (катушка) Тесла (Tesla Coil, TC) — это повышающий высокочастотный резонансный трансформатор — два колебательных контура, настроенных на одинаковую резонансную частоту. 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.

С точки зрения электротехники в нашем примитивном понимании, трансформатор Теслы — это первичная и вторичная обмотка, простейшая схема, которая обеспечивает питание первичной обмотки на резонансной частоте вторичной обмотки, но выходное напряжение возрастает в сотни раз. В это сложно поверить, но каждый может убедиться в этом сам.

Как работает трансформатор тесла

Катушка Тесла названа так в честь ее изобретателя Николы Тесла (около 1891 года). 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. Аппарат для получения токов высокой частоты и высокого потенциала был запатентован Теслой в 1896 году.

Не смотря на то, что существует несколько видов катушек тесла, у всех них есть общие черты.

Трансформатор Тесла – прекрасная игрушка для тех, кто хочет сделать что-то эдакое. Это устройство не перестает поражать окружающих мощью своих огромных разрядов. Более того, сам процесс конструирования трансформатора очень увлекателен – не часто так много физических эффектов сочетаются в одной несложной конструкции.

Несмотря на то, что сама по себе “Тесла” очень проста, многие из тех, кто пытаются ее сконструировать не понимают как работает трансформатор Тесла.

Принцип действия трансформатора Тесла похож на работу обычного . Трансформатор Тела 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.


колебания напряжения в трансформаторе Тесла

Тесла обладает тремя основными характеристиками:

  1. резонансной частотой вторичного контура,
  2. коэффициентом связи первичной и вторичной обмоток,
  3. добротностью вторичного контура.

Коэффициент связи определяет насколько быстро энергия из первичной обмотки передается во вторичную, а добротность – насколько долго колебательный контур может сохранять энергию.

Основные детали и конструкции трансформатора Тесла


Конструкция трансформатора тесла

Тороид

Тороид – выполняет три функции.

Первая – уменьшение резонансной частоты – это актуально для SSTC и DRSSTC, так как силовые полупроводники плохо работают на высоких частотах.

Вторая – накопление энергии перед образованием стримера.

Стример — это, по сути дела, видимая ионизация воздуха (свечение ионов), создаваемая ВВ-полем трансформатора.

Чем больше тороид, тем больше в нем накоплено энергии и, в момент, когда воздух пробивается, тороид отдает эту энергию в стример, таким образом, увеличивая его. Для того, чтобы извлечь выгоду из этого явления в теслах с непрерывной накачкой энергии, используют прерыватель.

Третья – формирование электростатического поля, которое отталкивает стример от вторичной обмотки теслы. От части, эту функцию выполняет сама вторичная обмотка, но тороид может ей хорошо помочь. Именно по причине электростатического отталкивания стримера, он не бьет по кратчайшему пути во вторичку.

От использования тороидоа больше всего выиграют теслы с импульсной накачкой – SGTC, DRSSTC и теслы с прерывателями. Типичный внешний диаметр тороида – два диаметра вторички.

Тороиды обычно изготавливают из алюминиевой гофры, хотя есть множество других технологий,

Вторичная обмотка – основная деталь Теслы

Типичное отношение длинны обмотки теслы к ее диаметру намотки 4:1 – 5:1.

Диаметр провода для намотки теслы обычно выбирают так, чтобы на вторичке помещалось 800-1200 витков.

ВНИМАНИЕ!

Не стоит мотать слишком много витков на вторичке тонким проводом. Витки на вторичке нужно распологать как можно плотнее друг к другу.

Для защиты от царапин и от разлезания витков, вторичные обмотки обычно покрывают лаками. Чаще всего для этого применяются эпоксидная смола и полиуретановый лак. Лакировать стоит очень тонкими слоями. Обычно, на вторичку, наносят минимум 3-5 тонких слоев лака.

Мотают вторичную обмотку на воздуховодных (белых) или, что хуже, канализационных (серых) ПВХ трубах. Найти эти трубы можно в любом строительном магазине.

Защитное кольцо

Защитное кольцо – предназначено для того, чтобы стример, попав в первичную обмотку не вывел электронику из строя. Эта деталь устанавливается на теслу, если длинна стримера больше длинны вторичной обмотки. Представляет собой незамкнутый виток медного провода (чаще всего, немного толще, чем тот из которого изготавливается первичная обмотка трансформатора тесла). Защитное кольцо заземляется на общее заземление отдельным проводом.

Первичная обмотка

Первичная обмотка – обычно изготавливается из медной трубы для кондиционеров. Должна обладать очень маленьким сопротивлением для того, чтобы по ней можно было пропускать большой ток. Толщину трубки обычно выбирают на глаз, в подавляющем большинстве случаев, выбор падает на 6 мм трубку. Так-же в качестве первички используют провода большего сечения.

Относительно вторичной обмотки устанавливается так, чтобы обеспечить нужный коэффициент связи.

Часто играет роль построечного элемента в тех теслах, где первичный контур является резонансным. Точку подключения к первичке делают подвижной и ее перемещением изменяют резонансную частоту первичного контура.

Первичные обмотки обычно делают цилиндрическими, плоскими или коническим. Обычно, плоские первички используются в SGTC, конические- в SGTC и DRSSTC, а цилиндрические — в SSTC, DRSSTC и VTTC.


Заземление

Заземление – как не странно, тоже очень важная деталь теслы. Очень часто задаются вопросом – куда же бьют стримеры? — стримеры бьют в землю!

Стримеры замыкают ток, показанный на картинке синим цветом

Таким образом, если заземление будет плохое, стримерам будет некуда деваться и им придется бить в теслу (замыкать свой ток), вместо того, чтобы извергаться в воздух.

Поэтому задавая вопрос обязательно ли заземлять теслу?

Заземление для теслы – обязательно.

Существуют трансформаторы Тесла без первичной обмотки. У них питание подается прямо на “земляной” конец вторички. Такой метод питания называется “бэйзфид” (basefeed).

Иногда, в качестве источника бэйзфидного питания используется другой трансформатор Тесла, такой метод питания называют “магниферным” (Magnifier).

Существуют так называемые биполярные теслы, они отличаются тем, что разряд происходит не в в воздух, а между двумя концами вторичной обмотки. Таким образом, путь тока легко может замкнуться и заземление не нужно.

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

  1. 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.
  2. 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”.
  3. 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.
  4. 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).

Виды эффектов от катушки Тесла

  • Дуговой разряд – возникает во многих случаях. Он характерен ламповым трансформаторам.
    Коронный разряд является свечением воздушных ионов в электрическом поле повышенного напряжения, образует голубоватое красивое свечение вокруг элементов устройства с высоким напряжением, а также имеющим большую кривизну поверхности.
  • Спарк по-другому называют искровым разрядом. Он протекает от терминала на землю, либо на заземленный предмет, в виде пучка ярких разветвленных полосок, быстро исчезающих или меняющихся.
  • Стримеры – это тонкие слабо светящиеся разветвляющиеся каналы, содержащие ионизированные атомы газа и свободные электроны. Они не уходят в землю, а протекают в воздух. Стримером называют ионизацию воздуха, образуемую полем трансформатора высокого напряжения.

Действие катушки Тесла сопровождается треском электрического тока. Стримеры могут превращаться в искровые каналы. Это сопровождается большим увеличением тока и энергии. Канал стримера быстро расширяется, давление резко повышается, поэтому образуется ударная волна. Совокупность таких волн подобен треску искр.

Практическое применение трансформатор тесла

Величина напряжения на выходе трансформатора Тесла иногда достигает миллионов вольт, что формирует значительные воздушные электрические разряды длиной в несколько метров. Поэтому такие эффекты применяют в качестве создания показательных шоу.

Катушка Тесла нашла практическое применение в медицине в начале прошлого века. Больных обрабатывали маломощными токами высокой частоты. Такие токи протекают по поверхности кожи, оказывают оздоравливающее и тонизирующее влияние, не причиняя при этом никакого вреда организму человека. Однако мощные токи высокой частоты оказывают негативное влияние.

Трансформатор Тесла применяется в военной технике для оперативного уничтожения электронной техники в здании, на корабле, танке. При этом на короткий промежуток времени создается мощный импульс электромагнитных волн. В результате в радиусе нескольких десятков метров сгорают транзисторы, микросхемы и другие электронные компоненты. Это устройство действует абсолютно бесшумно. Существуют такие данные, что частота тока при функционировании такого устройства может достигать 1 ТГц.

Иногда на практике такой трансформатор применяется для розжига газоразрядных ламп, а также поиска течи в вакууме.

Эффекты катушки Тесла иногда используют в съемках фильмов, компьютерных играх.

В настоящее время катушка Тесла не нашла широкого применения на практике в быту.

Новое в трансформаторах тесла

В настоящее время остаются актуальными вопросы, которыми занимался ученый Тесла. Рассмотрение этих проблемных вопросов дает возможность студентам и инженерам институтов взглянуть на проблемы науки более широко, структурировать и обобщать материал, отказаться от шаблонных мыслей. Взгляды Тесла актуальны сегодня не только в технике и науке, но и для работ в новых изобретениях, применения новых технологий на производстве. Наше будущее даст объяснение явлениям и эффектам, открытым Теслой. Он заложил для третьего тысячелетия основы новейшей цивилизации.

схема трансформатора тесла на транзисторе

Схема трансформатора тесла выглядит невероятно просто и состоит из:

  1. первичной катушки, выполненной из провода сечением не менее 6 мм², около 5-7 витков;
  2. вторичной катушки, намотанной на диэлектрик, это провод диаметром до 0,3 мм, 700-1000 витков;
  3. разрядника;
  4. конденсатора;
  5. излучателя искрового свечения.

Главное отличие трансформатора Теслы от всех остальных приборов — в нем не применяются ферросплавы в качестве сердечника, а мощность прибора, независимо от мощности источника питания, ограничена только электрической прочностью воздуха. Суть и принцип действия прибора в создании колебательного контура, который может реализовываться несколькими методами:

  1. Генератор колебаний частоты, построенный на основе разрядника, искрового промежутка.
  2. Генератор колебания на лампах.
  3. На транзисторах.

Видео: Стоячие волны в Трансформаторе Тесла, резонанс, коэффициент трансформации

Видео: Трансформатор ТЕСЛА своими руками

Видео: Трансформатор Тесла

Пошаговое объяснение процесса сборки и запуска одного из самых мощных трансформаторов Тесла в России. Конструктор: Блотнер Борис

«Человек, который изобрёл 20 век!» — так Теслу называют современные биографы, и делают они это без каких-либо преувеличений. Свою известность он получил благодаря прогрессивным взглядам и умению доказывать их состоятельность. Тесла проводил опаснейшие эксперименты во имя науки, и в определённых кругах считается фигурой, связанной с мистикой. В последнем случае, скорее всего, мы имеем дело с домыслами, но что известно точно, так это то, что изобретения Николы Теслы способствовали прогрессу во всём мире.

Наследие Николы Теслы

Сначала рассмотрим важные с научной точки зрения изобретения, но редко встречающиеся в повседневной жизни современного человека.

Речь пойдёт об одном из самых известных и зрелищных изобретений Николы. Катушка Теслы является разновидностью резонансной трансформаторной схемы. Использовалось это приспособление для производства высокого напряжения высокой частоты .


Катушка Теслы была одним из инструментов изучения природы электрического тока и возможностей его использования

Тесла задействовал катушки во время проведения инновационных экспериментов в области:

  • электрического освещения;
  • фосфоресценции;
  • рентгеновской генерации;
  • высокочастотного переменного тока;
  • электротерапии;
  • радиотехники;
  • передачи электрической энергии без проводов.

Кстати, Никола Тесла был одним из тех людей, кто предсказал появление Интернета и современных гаджетов.

Катушка Теслы является ранним предшественником (наряду с индукционной катушкой) более современного устройства, называемого трансформатором обратного хода. Он обеспечивает напряжение, необходимое для питания электронно-лучевой трубки телевизоров и компьютерных мониторов. Версии этой катушки широко используются сегодня в радио, телевидении и другом электронном оборудовании.

В всей красе катушку можно увидеть в научных музеях или на специальных шоу.

Катушка Теслы в действии – это всегда зрелище:

Эта конструкция, известная также как Башня Теслы, была построена с целью осуществления беспроводной телекоммуникации и демонстрации возможности передачи электроэнергии без проводов .

По задумке Теслы Башня Ворденклиф должна была стать шагом к созданию Всемирной беспроводной системы . В его планах было установить несколько десятков приемо-передающих станций по всему миру. Таким образом, отпала бы необходимость использования высоковольтных линий электропередач. То есть фактически мы получили бы одну всемирную электростанцию. К слову, Тесле удавалось передавать электричество «по воздуху» от одной катушке к другой, так что его амбиции были небезосновательны.

Сегодня Ворденклиф – закрытый объект

Проект Ворденклиф требовал больших капиталовложений и на начальных этапах получил поддержку влиятельных инвесторов. Однако, когда работа над строительством башни была практически завершена, Тесла лишился финансирования и оказался на гране банкротства. А всё потому, что Ворденклиф могла быть предпосылкой к бесплатным поставкам электричества по всему миру, а это могло разорить некоторых инвесторов, чей бизнес был завязан на продаже электроэнергии.

Любители различных теорий заговоров связывают падение Тунгусского метеорита в Сибири и эксперименты Теслы с Башней.

Рентгеновские лучи

Вильгельм Рентген 8 ноября 1895 года официально открыл излучение, названное в честь его. Но фактически это явление первым наблюдал Никола Тесла. Ещё в 1887 году он начал проводить исследования с использованием вакуумных трубок. В ходе экспериментов Тесла фиксировал «особые лучи», способные «просвечивать» предметы . Поначалу учёный не предавал особого значения этому явлению, учитывая, что длительное воздействие рентгеновских лучей опасно для человека.


Никола Тесла первым обратил внимание на опасность рентгеновского излучения

Однако Тесла продолжал исследования в этом направлении и даже провел несколько экспериментов до открытия Вильгема Рентгена, включая фотографирование костей его руки.

К сожалению, в марте 1895 года в лаборатории Теслы произошёл пожар, и записи об этих исследованиях были утрачены. После открытия Рентгена, Никола, используя устройство с вакуумными трубками, сделал снимок своей ноги и отправил коллеге вместе с поздравлениями. Рентген похвалил Теслу за качественную фотографию.


Тот самый снимок ноги в ботинке

Вопреки расхожему мнению, Вильгем Рентген не был знаком с работами Теслы и к своему открытию пришёл самостоятельно, чего не скажешь о Гульельмо Маркони…

Радио и дистанционное управление

Инженеры разных стран работали над технологией радиосвязи, при этом исследования были независимыми друг от друга. Самый яркий пример: советский физик Александр Попов и итальянский инженер Гульельмо Маркони, которые в своих странах считаются изобретателями радио. Однако Маркони получил большую мировую известность, впервые установив радиосвязь между двумя материками (1901 г.) и получив патент на изобретение (1905 г.). Поэтому считается, что он в развитие радиосвязи внёс наибольший вклад. Но причём тут Тесла?

Радиоволны сегодня повсюду

Как выяснилось, первым природу радиосигналов выявил именно он и в 1897 году запатентовал передатчик и приёмник . Маркони взял за основу технологию Теслы и совершил свою знаменитую демонстрацию в 1901 году. Уже в 1904 году Патентное бюро лишает патента на радио Николу, а через год присуждает его Маркони. Судя по всему, тут не обошлось без финансового влияния Томаса Эдисона и Эндрю Карнеги, которые были в конфронтации с Теслой.

В 1943 году, уже после смерти Николы Теслы, Верховный суд США разобрался в ситуации и признал более значительный вклад этого учёного в качестве изобретателя радиотехнологий.

Отмотаем немного назад. В 1898 году на электротехнической выставке в Мэдисон-Сквер-Гарден Тесла продемонстрировал изобретение, которое он назвал «телеавтоматикой». Фактически это была модель лодки, перемещением которой можно управлять дистанционно через пульт.

Так выглядела радиоуправляемая лодка Теслы

Никола Тесла на деле показал возможности использования технологии передачи радиоволн. Сегодня дистанционное управление сплошь и рядом, начиная от телевизионного пульта и заканчивая полётами беспилотников.

Асинхронный двигатель и электромобиль Теслы

В 1888 году Тесла получил патент на электрическую машину, в которой под воздействием переменного тока создаётся вращение.

Не будем вдаваться в технические особенности работы асинхронного двигателя – те, кому это интересно, могут ознакомиться с соответствующим материалом на Википедии . О чём нужно знать, так это о том, что двигатель имеет простую конструкцию, не требует высоких затрат на изготовление и надёжен в эксплуатации.

Тесла намеревался использовать своё изобретение как альтернативу двигателям внутреннего сгорания . Но так уж случилось, что в этот период никто в подобных инновациях не был заинтересован, да и финансовое положение самого учёного не позволяло ему особо разгуляться.

Интересный факт! В Силиконовой долине великому изобретателю установлен памятник. Символично, что он раздаёт бесплатный Wi-Fi.

Нельзя не упомянуть и об окутанном тайной электромобиле Теслы . Именно из-за сомнительности этой истории не будем выводить её отдельным пунктом. Тем более, что тут не обошлось без электродвигателя.

1931 год, Нью-Йорк. Никола Тесла провёл демонстрацию работы автомобиля, в котором якобы вместо двигателя внутреннего сгорания был установлен двигатель переменного тока мощностью 80 л.с. Учёный колесил на нём около недели, разгоняясь до 150 км/ч. А загвоздка в следующем: двигатель работал без видимого источника питания , да и на подзарядку машина якобы никогда не ставилась. Единственное, к чему мотор был подключён, это коробочка, собранная из лампочек и транзисторов, которые Тесла купил в ближайшем магазине радиоэлектроники.


Для демонстрации был использован автомобиль Pierce Arrow1931 года

На все расспросы Никола отвечал, что энергия берётся из эфира. Газетные скептики начали обвинять его чуть ли не в чёрной магии, и раздосадованный гений, забрав свою коробочку, вообще отказался что-либо комментировать и объяснять.

Подобное событие в биографии Теслы действительно имеет место, но всё же эксперты ставят под сомнение, что он нашёл способ получать энергию для авто из «воздуха». Во-первых, в записях учёного нет и намёка на двигатель, работавший от эфира, а во-вторых, есть предположения, что Никола таким образом одурачил общественность, чтобы привлечь внимание к самой идее электрических автомобилей. А непосредственно для передвижения данного прототипа мог использоваться либо скрытый аккумулятор, либо ДВС с модернизированной системой выхлопа.

Как бы там ни было, сегодня существует компания, в каком-то смысле реализующая эту идею Теслы. Названа она именем изобретателя.

Переменный ток

Так или иначе, перечисленные выше изобретения Николы Теслы связанны с переменным током – типом эклектического тока, способного изменять направление и величину в определённые промежутки времени. Подробнее об отличиях постоянного тока от переменного можете почитать в учебнике по физике.

В нашем случае нужно знать, что при передаче переменного тока от станции к потребителю энергопотери значительно ниже, да и трансформировать его гораздо проще. Таким образом, переменный ток можно назвать более практичным в плане распространения . На этом и настаивал Тесла.

Томас Эдисон как сторонник постоянного тока и как человек, зарабатывающий на этом деньги, всячески очернял идею использования переменного тока. Он говорил об опасности этого решения и даже убивал животных переменным током. Но справедливость восторжествовала, и сегодня по проводам вашего города проходит переменный ток.

Эпилог

Изначально задумывалось, что в этой статье будут кратко освещены важнейшие изобретения Николы Теслы. Но в ходе её написания выяснилось, что весь гений этого человека невозможно раскрыть в двух словах. Тесла действительно имел прогрессивные взгляды и удивлял мир своими открытиями. К сожалению, у него не всегда получалось доносить до общественности значимость его идей, особенно в условиях давления со стороны недоброжелателей.

Резонансный генератор, катушка или трансформатор Теслы — гениальное изобретение великого хорватского изобретателя, физика и инженера. В статье будет рассмотрен один из простых вариантов реализации проекта — трансформатор Тесла.
В конструкции не использован МОТ трансформатор (почти во всех схемах трансформатора Теслы, именно МОТ служит источником питания), пришлось также создать отдельную схему преобразователя, но обо всем по порядку.

Основные части:
1) Блок питания
2) Преобразователь напряжения и высоковольтная цепь

Блок питания

Для питания такой схемы нужен достаточно мощный блок питания. К счастью, уже имелся готовый блок питания на 500 Ватт. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора 14 Вольт, при токе в 20 Ампер. Для запитки устройства не желательно использовать импульсные источники питания.

Диодный выпрямитель использован готовый, хотя можно собрать мост из мощных отечественных диодов серии КД2010, укрепленных на теплоотвод. Для сглаживания помех использован конденсатор на 25 Вольт 2200 микрофарад (этого хватит, поскольку на схеме преобразователя уже есть конденсатор на 4700 микрофарад и дроссель для сглаживания высокочастотных помех). Подойдут похожие трансформаторы от 300 до 600-700 Ватт.

Преобразователь и высоковольтная цепь

Увидев схему преобразователя, многие зададут себе вопрос — зачем умощнять однотактный преобразователь, если можно сделать двухтактный? Вопрос конечно к месту, если бы не одно но! Дело в том, что в интернете нигде ранее не опубликованы варианты умощнения обратноходовых преобразователей, вот и было решено совместить этот вариант и найти устройству практическое применение. В итоге был собран высококачественный преобразователь с мощностью порядка 180-200 ватт и более.
Сердцем преобразователя является генератор импульсов, построенный на ШИМ контролере серииUC3845, ранее уже были предложены версии преобразователей на этой микросхеме (), но как правило стандартная схема обладала мощностью 80 ватт на пиках, и вот после недолгих экспериментов, был разработан нижеприведенный вариант.

Предварительно сигнал от микросхемы усиливается каскадом на комплементарной паре, которая построена на отечественных транзисторах серии КТ 816/817, это необходимо, поскольку начальный уровень сигнала иногда недостаточен для срабатывания полевых транзисторов. В схеме использовались три полевика серии IRL3705, при таком мощном источнике, на транзисторах рассеивается большая мощность, поэтому их нужно укрепить на теплоотводы и дополнить кулерами от компьютерных блоков питания. Частота работы преобразователя 60 килогерц, его можно изменить играя с емкостью конденсатора 4.7нФ и подбором сопротивления резистора 6.8 кОм на схеме, уменьшая емкость и увеличивая сопротивление резистора, можно увеличить частоту преобразователя, при обратном процессе, частота работы преобразователь уменьшается.

В качестве повышающего трансформатора удобно использовать трансформатор строчной развертки от отечественных телевизоров, для получения максимальной мощности желательно использовать два строчника, высоковольтные обмотки которых, нужно соединить последовательно.

Первичная обмотка мотается на свободной стороне П-образного феррита и содержит 4-5 витков провода 3мм, для удобства намотки можно использовать несколько жил, или же многожильный провод в силиконовой или резиновой изоляции, как в данном случае. Использовать самодельные трансформаторы не желательно, поскольку они редко способны выдержать такую мощность.
Дуга на выходе высоковольтной обмотки трансформатора имеет достаточно большую силу тока, поэтому для его выпрямления использовались 4 диода серии КЦ106.

Предварительно, диоды по 2 штуки соединены параллельно, затем блоки из двух параллельно соединенных диодов соединены последовательным образом.

В накопительной части использован конденсатор на 5 киловольт с емкостью 1 микрофарад, можно использовать также блок конденсаторов, емкость и напряжение не критично и можно отклонится от указанного номинала на 10 — 15%

Искровый разрядник, или просто искровик — предназначен для разряжения емкости конденсатора на первичную обмотку катушки, его можно сделать из двух болтов, или же применить готовых вакуумный разрядник фирмы ЭПОКС с напряжением пробоя 3 – 3.5 кВ на 5 -10 ампер. Самодельный искровик из болтов удобен тем, что зазор, а следовательно и частоту разрядов можно регулировать.

Катушка намотана на каркасе от канализационной трубы с диаметром 12 см, высота 50 — 65 см, подойдут также близкие по параметрам пластмассовые трубы. ВАЖНО! Не использовать трубы из металлопластмассы. Первичная обмотка содержит всего 5 витков, провод с диаметром 3-5 мм, был использован одножильный алюминиевый провод в резиновой изоляции. Расстояние между витками 2 см.

Вторичная обмотка содержит 700-900 витков провода 0.5-0.7 мм. Вторичная обмотка мотается аккуратно, виток к витку, при ручной намотке процесс отнимает 5 часов, поэтому удобно использовать намоточный станок (хотя в моем случае катушка моталась вручную). При передышке, нужно приклеить последний виток к каркасу.

Возможности

Катушка Теслы — это демонстрационный генератор высокочастотных токов высокого напряжения. Устройство может быть использовано для беспроводной передачи электрического тока, на большие расстояния. В дальнейшем устройство будет переделано, в частности будет перемотан, точнее изменен первичный контур, если есть возможность желательно использовать медную трубу, таким образом мощность катушки резко возрастет.

Опыты с катушкой теслы

С готовой катушкой можно провести ряд интересных опытов, конечно при этом нужно соблюдать все правила безопасности.

Опыт 1. Нужен медный провод с диаметром 0.2 – 0.8 мм, который нужно намотать на каркас от широкого прозрачного скотча, или же на литровую банку. Контур содержит 15-20 витков, после чего каркас вынимаем, а витки контура закрепляем друг к другу при помощи ниток или скотча. Затем берите обычный светодиод (желательно белый или синий) и выводы светодиода припаяйте к контуру. Включите трансформатор. Контур со светодиодом отдалите от включенного трансформатора на пару метров. Можно наблюдать за свечением светодиода, без какой-либо проводной связи с источником питания. Это основной опыт, который демонстрирует возможности трансформатора Теслы.

Опыт 2. Свечение ламп дневного света на расстоянии. Это один из наиболее распространенных опытов с катушкой Теслы. Все виды подобных ламп, светятся на небольшом расстоянии от включенного трансформатора.

Правила безопасности

Трансформатор Теслы — высоковольтный генератор, нужно помнить, что на выходе устройства и в высоковольтной цепи образуется смертельно опасное напряжение (особенно на высоковольтном конденсаторе). При ведении монтажных работ, нужно заранее убедится, что контурный конденсатор полностью разряжен, использовать толстые резиновые перчатки, и не приближаться к включенному устройству. Все опыты делать вдали от цифровых устройств, высоковольтные разряды могут повредить электронику! Запомните это не качер! Играть с дугой строго запрещено! Особо опасна высоковольтная часть и высоковольтная обмотка преобразователя.

Список радиоэлементов
Обозначение Тип Номинал Количество Примечание Магазин Мой блокнот
Преобразователь
ШИМ контроллер

UC3845

1 В блокнот
Биполярный транзистор

КТ817А

1 В блокнот
Биполярный транзистор

КТ816А

1 В блокнот
MOSFET-транзистор

IRF3205

2 В блокнот
Выпрямительный диод

UF4007

1 В блокнот
10 мкФ 3 В блокнот
4.7 нФ 1 В блокнот
Электролитический конденсатор 4700 мкФ 1 В блокнот
Резистор

6.8 кОм

1 В блокнот
Резистор

5.1 кОм

1 В блокнот
Резистор

820 Ом

1 В блокнот
Резистор

5 Ом

2 В блокнот
DR Катушка индуктивности 1

Резонансный трансформатор Тесла — больше не секрет

Знакомство с трансформатором Н. Тесла.

Новомодный феномен резонансного трансформатора Николы Тесла возник не давно, а Интернет забит фотографиями и интригующими видеосъемками молний и коронарных разрядов.

Вспомним, что трансформатор первоначально был предназначен не для показательного выступления в цирке, а для передачи радиосигналов на далекие расстояния. В связи с этим предлагаю ознакомиться с его принципом работы и найти ему практическое применение.

Трансформатор Тесла состоит из двух основных частей, см. рис.1а;

1. Генерирующей части, состоящей из высоковольтного источника питания, накопительного конденсатора С1, разрядника и катушки связи L1. Частота генерации зависит от напряжения питания, емкости конденсатора С1, характеризующее время разряда, а так же промежутком между электродами разрядника;

2. Резонансной катушки индуктивности L2, заземления и сферы, см. рис. 1а.

Если вглядеться в схему этого трансформатора внимательнее, то мы увидим известную схему последовательного колебательного контура, состоящего из катушки индуктивности L2 с открытой емкостью С, образованной между сферой и землей. Это открытый колебательный контур, который был открыт Дж. К. Максвеллом.

Обратимся к классической теории принципа действия открытого колебательного контура:

Как известно колебательный контур состоит из катушки индуктивности и конденсатора. Исследуем простейший колебательный контур, катушка которого состоит из одного витка, а конденсатор представляет собой две рядом расположенные металлические пластины. Подадим в разрыв индуктивности контура 1 переменное напряжение от генератора, см. рис.2а. В витке потечет переменный ток и создаст вокруг проводника магнитное поле. Это сможет подтвердить магнитный индикатор в виде витка, нагруженного лампочкой. Для того, что бы получить открытый колебательный контур, раздвинем пластины конденсатора. Мы наблюдаем, что лампа индикатора магнитного поля продолжает гореть. Чтобы лучше понять, что происходит в данном опыте, смотри рис. 2а. По витку контура 1 течёт ток проводимости, который вокруг себя создает магнитное поле Н, а между пластинами конденсатора – равный ему, так называемый, ток смещения. Несмотря на то, что между пластинами конденсатора нет тока проводимости, опыт показывает, что ток смещения создаёт такое же магнитное поле, как и ток проводимости. Первым, кто об этом догадался, был великий английский физик Дж. К. Максвелл.

В 60-х годах 19-го столетия, формулируя систему уравнений для описания электромагнитных явлений, Дж. К. Максвелл столкнулся с тем, что уравнение для магнитного поля постоянного тока и уравнение сохранения электрических зарядов переменных полей (уравнение непрерывности) несовместимы. Чтобы устранить противоречие, Максвелл, не имея на то никаких экспериментальных данных, постулировал, что магнитное поле порождается не только движением зарядов, но и изменением электрического поля, подобно тому, как электрическое поле порождается не только зарядами, но и изменением магнитного поля. Величину где — электрическая индукция, которую он добавил к плотности тока проводимости, Максвелл назвал током смещения. У электромагнитной индукции появился магнитоэлектрический аналог, а уравнения поля обрели замечательную симметрию. Так, умозрительно был открыт один из фундаментальнейших законов природы, следствием которого является существование электромагнитных волн. В последствии Г.Герц опираясь на эту теорию доказал, что электромагнитное поле излучаемое электрическим вибратором равно полю излучаемое емкостным излучателем.

Раз так, убедимся еще раз, что происходит, когда закрытый колебательный контур превращается в открытый и как можно обнаружить электрическое поле Е ? Для этого рядом с колебательным контуром поместим индикатор электрического поля, это вибратор, в разрыв которого включена лампа накаливания, она пока не горит. Постепенно раскрываем контур, и мы наблюдаем, что лампа индикатора электрического поля загорается, рис. 2б. Электрическое поле теперь не сосредоточено между пластинами конденсатора, его силовые линии идут от одной пластины к другой через открытое пространство. Таким образом, мы имеем экспериментальное подтверждение утверждения Дж. К. Максвелла, что емкостной излучатель порождает электромагнитную волну. Никола Тесла обратил на этот факт внимание, что при помощи совсем не больших излучателей можно создать достаточно эффективный прибор для излучения электромагнитной волны. Так родился резонансный трансформатор Н. Тесла. Проверим и этот факт, для чего вновь рассмотрим назначение деталей трансформатора.

И так, сфера и заземление выполняют роль пластин открытого конденсатора. Геометрические размеры сферы и технические данные катушки индуктивности определяют частоту последовательного резонанса, которая должна совпадать с частотой генерации разрядника.

Иными словами, режим последовательного резонанса позволяет трансформатору Тесла достигать таких величин напряжений, что на поверхности сферы появляется коронарный разряд и даже молнии. Весь фокус состоит в том, что коэффициент трансформации резонансного трансформатора выше соотношения витков катушек L1/L2 и значительно выше, чем в трансформаторах с ферро сердечниками. Здесь индуктивность L2, сфера и заземление, представляют из себя открытый резонансный колебательный контур. Именно по этому трансформатор Тесла называется резонансным.

Рассмотрим работу трансформатора Тесла, как последовательный колебательный контур:

— Этот контур необходимо рассматривать как обычный LC – элемент, рис. 1а.б, а так же рис. 2а, где включены последовательно индуктивность L, открытый конденсатор С и сопротивление среды Rср. Угол сдвига фаз в последовательном колебательном контуре между напряжением и током равен нулю (φ=0), если ХL = — Хс, т.е. изменения тока и напряжения в нем происходят синфазно. Это явление называется резонансом напряжений (последовательным резонансом). Следует отметить, что при понижении частоты от резонанса, ток в контуре уменьшается, а резонанс тока несет емкостной характер. При дальнейшей расстройке контура и понижении тока на 0,707, его фаза смещается на 45 градусов. При расстройке контура вверх по частоте, он приобретает индуктивный характер. Это явление часто используют в фазоинверторах.

Если мы рассмотрим схему изображенную на рис. 3, то мы сможем предоставить простые расчеты, из которых видно, что напряжение на пластинах излучателя вычисляется исходя из добротности контура Q, которая реально может находиться в пределах 20 – 50 и много выше.

Где полоса пропускания определяется добротностью контура:

Δf=fo/Q;

Тогда напряжение на пластинах излучателя будет выглядеть согласно следующей формуле:

U2= Q * U1.

В таблице 1 расчетные данные приведены для частоты 7.0 МГц не случайно, это дает возможность любому желающему коротковолновику провести радиолюбительский эксперимент в эфире. Здесь входное напряжение U1 условно взято за 100 Вольт, а добротность за 26.

Таблица 1.

f ( МГц)

L (мкГн)

ХL (Ом)

C (пФ)

— Xc (Ом)

Δf (кГц)

Q

U 1/U 2 (В.)

7

30,4

1360

17

1340

270

26

100/2600

Напряжение U2 согласно расчетам составляет 2600В, что подтверждается практической работой трансформатора Тесла. Данное утверждение приемлемо в тех случаях, когда отсутствует изменение частоты или сопротивления нагрузки данного контура. В трансформаторе Н. Тесла оба фактора постоянны.

Полоса пропускания трансформатора Тесла зависит от нагрузки, т.е., чем выше связь открытого конденсатора С (сфера-земля) со средой, тем больше нагружен контур, тем шире его полоса пропускания. Тоже происходит с контуром, нагруженным активной нагрузкой. Таким образом, площадь пластин излучателя антенны определяет его емкость С и соответственно диктует ширину полосы пропускания. Тем не менее, здесь нужно понимать, что чрезмерное увеличение полосы пропускания за счет увеличения объема излучателей приведет к снижению добротности контура и соответственно приведет к уменьшению эффективности резонансного трансформатора и всего устройства в целом.

Подводя итог, мы приходим к выводу, что излучает не индуктивность трансформатора Тесла L2, а элементы открытого конденсатора (сфера-земля рис. 1а.) являющегося частью резонансной системы. Это емкостной излучатель с двумя полюсами, который создает вокруг себя мощное и концентрированное электромагнитное излучение. Трансформатор Тесла обладает особенностью накопления энергии, что характерно только последовательному LC – контуру, где суммарное выходное напряжение значительно превосходит входное, что наглядно видно из результатов таблицы. Данное свойство давно практикуют в промышленных радиоустройствах для повышения напряжения в устройствах с большим входным сопротивлением.

Таким образом, мы можем сделать следующий вывод:

Трансформатор Теслаэто высокодобротный последовательный колебательный контур, где сфера является открытым элементом, осуществляющим связь со средой. Индуктивность L является лишь закрытым элементом и резонансным трансформатором напряжения не участвующим в излучении.

Далее в тексте, будет удобно называть емкостной излучатель диполем Тесла. Это вполне справедливо, ведь «диполь» означает di(s) дважды +polos полюс, что исключительно применимо к двухполюсным конструкциям, каковым и является резонансный трансформатор Николы Тесла с емкостной двухполюсной нагрузкой.

Внимательно изучив цели построения резонансного трансформатора Николы Тесла, невольно приходишь к выводу, что он был предназначен для передачи энергии на расстояние, но эксперимент был прерван, а потомкам остается догадываться о истинной цели этого чуда, конца 19 и начала 20 века. Не случайно Никола Тесла в своих записях оставил следующее изречение: — «Пусть будущее рассудит и оценит каждого по его трудам и достижениям. Настоящее принадлежит им, будущее, ради которого я работаю, принадлежит мне».

Резонансные элементы любого контура можно изменять в разных пределах и как с ними поступишь, так они и поведут себя. Можно увеличить индуктивность в этой конструкции и получить на поверхности сферы стримеры, коронарные разряды и даже молнии. Можно увеличить емкость и в режиме резонанса напряжений добиться максимальной отдачи сбалансированного электромагнитного поля. И все же Тесла был прав, когда отказался от металлического сердечника внутри повышающей катушки, ведь он вносил потери в том месте, где зарождалась электромагнитная волна.

Автор статьи повторил конструкцию трансформатора Тесла на частоте 7МГц. Параметры индуктивности и емкости сильно разнились, но результаты экспериментов привели к единственно правильному условию, когда ХL= -Хс стали соответствовать табличным данным (табл.1). Интересно то, что если уменьшать излучающую емкость, то для получения резонанса приходится увеличивать индуктивность. При этом, на краях излучателя и других неровностях, появляются стримеры (от англ. Streamer). Streamer, это тускло видимая, ионизация воздуха (свечение ионов), создаваемая полем диполя. Это и есть резонансный трансформатор Тесла, каким мы его привыкли видеть на просторах Интернета.

Проверка принципа действия диполя Тесла на практике.

Для проведения экспериментов с трансформатором Тесла над конструкцией не пришлось долго думать, здесь помог радиолюбительский опыт. В качестве излучателей вместо сферы и земли были взяты две гофрированные алюминиевые (вентиляционные) трубы диаметром 120мм и длиной по 250 мм. Удобство применения заключалось в том, что их можно растягивать или сжимать как витки катушки, тем самым, меняя емкость контура в целом и соответственно соотношение L/С. «Трубы – емкости» располагались горизонтально на бамбуковой палке с расстоянием 100мм. Катушка индуктивности L2 (30 мкГн) проводом 2 мм, была вынесена ниже оси цилиндров на 50 см. с тем, что бы не создавать вихревых токов в сфере излучателей. Еще лучше будет, если катушку вынести за один из излучателей, располагая ее на одной оси с ними, где эл. магнитное поле минимально и имеет форму «пустой воронки». Катушка связи L1 (1 виток, 2мм), обеспечивала связь с трансивером мощностью 40 вт. Образованный, этими элементами колебательный контур был настроен в режиме последовательного резонанса, где было соблюдено правило, а именно ХL = -Хс. Катушкой L1, соответственно было настроено согласование импровизированного диполя Тесла с фидером 50 Ом. Фидер длиной 5 метров для чистоты эксперимента был обеспечен с обоих сторон ферритовыми фильтрами.

Для сравнения испытывалось три антенны:

  1. диполь Тесла (L= 0.7м, КСВ=1,1),
  2. разрезной укороченный диполь Герца (L = 2х0,7м, удлинительная катушка, фидер 5 метров защищенный ферритовыми фильтрами КСВ=1,0),
  3. горизонтальный полуволновой диполь Герца (L = 19,3м, фидер защищен ферритовыми фильтрами КСВ=1,05).

На расстоянии 3 км. в черте города был включен передатчик с постоянной несущей сигнала.

Диполь Тесла (7 МГц) и укороченный диполь с удлиняющей катушкой, по очереди размещались возле кирпичного здания на расстоянии всего 2 метра, и на момент эксперимента находились в равных условиях на высоте (10-11м).

В режиме приема диполь Тесла превосходил укороченный диполь Герца на 2-3 балла (12-20 дБ) по шкале S-метра трансивера и более.

За тем вывешивался, за ранее настроенный, полуволновый диполь Герца. Высота подвеса 10-11 м. на расстоянии от стен в 15-20м.

По усилению диполь Тесла уступал полуволновому диполю Герца примерно на 1 балл (6-8дБ). Диаграммы направленности всех антенн совпадали. Стоит отметить, что полуволновый диполь был размещен не в идеальных условиях, а практика построения диполя Тесла требует новых навыков. Все антенны находились внутри двора (четыре здания), как в экранированном котле.

Общие выводы.

Рассматриваемый диполь Тесла на практике работает почти как полноценный полуволновый диполь Герца, он подчиняется принципам двойственности, что не идет в разрез с теорией антенн. Не смотря на свои сверх — малые размеры (0,01- 0,02λ), диполь Тесла осуществляет связь с пространством в виде емкостных пластин, сферы, цилиндров и пр.. Напряжение и ток в момент последовательного резонанса синфазны. Соответственно создают в пространстве, вокруг излучателя, синфазное поле Е и поле Н, что приводит к размышлению о том, что поле диполя Тесла в пределах излучателей уже сформировано и имеет «мини-сферу». Следует вспомнить, что у диполя Герца сферой считается то место, где поле Е и поле Н находятся в фазе, а именно на расстоянии 2-3 длины волны. Таким образом, диполь Тесла имеет все основания для практических экспериментов в радиолюбительской службе в диапазонах коротких, средних и особенно длинных волн. Думаю, что любителям длинноволновой связи (137кГц) стоит обратить на этот эксперимент особое внимание. Здесь имеется огромный потенциал проявить свою смекалку в усовершенствовании емкостного излучателя и подтвердить высказывание Г. Герца в том, что уровень излучения емкостного излучателя равен уровню излучения электрического диполя.

Примечание: Диполь Тесла относится к емкостным излучателям, не путать с полуволновым диполем Герца. Принципы их действия разнятся как, «водоплавающие от наземных», как катер от автомобиля, — мотор один, а движители разные.

UA9LBG. Сушко С.А.


Комментарии

Отзывы читателей — Скажите свое мнение!

Оставьте свое мнение


Отзывы читателей — Скажите свое мнение!

120. Катушки Тесла | UCLA Physics & Astronomy

Катушка Тесла — это высокочастотный трансформатор очень высокого напряжения. Принцип работы и схема описаны ниже. Наша меньшая катушка Тесла излучает достаточно радиочастоты, чтобы осветить люминесцентную лампу в футе от нас. Вы можете нарисовать дугу в одну ногу на своем теле, используя металлический стержень; частота настолько высока, что ионы в вашем теле не успевают переместиться достаточно далеко, чтобы нанести ущерб.

Гигантская катушка Тесла генерирует четырехфутовый разряд, который освещает люминесцентные лампы на расстоянии многих футов и обычно пугает любого, кто находится поблизости.Люди с кардиостимуляторами должны перейти в дальний конец комнаты.

Работа цепи Тесла

Предварительный повышающий трансформатор повышает линейное напряжение до десяти или двадцати тысяч вольт. (Для этой цели в гигантской катушке Тесла используется трансформатор с неоновой вывеской.) Это напряжение возникает на искровом промежутке F с частотой 60 Гц, вызывая настроенную цепь, состоящую из конденсатора C и первичной обмотки Тесла (несколько витков) на 1- 3 МГц. Вторичная обмотка Тесла (много витков) имеет собственную резонансную частоту, определяемую ее индуктивностью и внутренней распределенной емкостью между ее обмотками.Первичный LC-контур настроен на эту резонансную частоту для максимальной связи.

Захватывающая демонстрация небольшой катушки Тесла — это держать люминесцентную лампу в одной руке и металлический стержень в другой. Когда вы рисуете дугу металлическим стержнем из катушки Тесла, ток проходит через ваше тело и зажигает лампочку. Напряжение более 1 миллиона вольт; почему это не шокирует и не убивает вас? На этот счет существует ряд гипотез: а. Скин-эффект — ток распространяется во внешнем мертвом слое кожи.б. Нервные цепи человека не реагируют на высокие частоты, такие как 1 МГц, возможно, по указанной выше причине; Ионы натрия и калия не успевают далеко продвинуться в нервных клетках. c. Импеданс катушки Тесла очень высок, и поэтому она индуцирует очень малые токи у людей.

Расчет глубины кожи с использованием проводимости морской воды, sigma = 4 mhos / m, дает глубину 0,25 см, поэтому этот эффект не играет большой роли в защите вас, по крайней мере, от болевого раздражения на поверхности кожи.Ответ, вероятно, — комбинация эффектов b и c сверху. Ток, проходящий через тело, слишком мал, чтобы генерировать достаточно тепла, чтобы травмировать человека, а высокая частота не стимулирует болевые нервы и не вызывает сокращение мышц.

Наша гигантская катушка Тесла ужалит вас, если вы попадете на ее контур до земли. Создатели катушек Тесла утверждают, что «мягкость» конкретной катушки Тесла зависит от чистоты разделения 60 Гц и высокой частоты в искровом промежутке.

Хорошее описание того, как на самом деле работает схема катушки Тесла, находится здесь.

Tesla тестирует схемы для немецкого энергетического рынка.

ФРАНКФУРТ (Рейтер) — Илон Маск, похоже, открывает новый фронт в европейской битве за превосходство электромобилей: мощность за рулем.

ФОТО ФАЙЛА: Логотип Tesla можно увидеть в филиале в Берне, Швейцария, 25 марта 2020 г. REUTERS / Arnd Wiegmann

Tesla TSLA Маска.O недавно приобрела лицензию, которая позволит автомобилестроителю торговать электроэнергией в Западной Европе, и компания также опрашивает клиентов в Германии на предмет возможного использования электроэнергии Tesla в их автомобилях.

Такие шаги, по словам консультантов и руководителей энергетической отрасли, могут подготовить почву для компании — возможно, с одним или несколькими партнерами — для того, чтобы взять на себя устоявшиеся коммунальные предприятия в Германии, крупнейшем энергетическом рынке Европы и сердце автомобильной промышленности.

Tesla отказалась комментировать свои планы на энергетический рынок.

Энергетика и торговля могут помочь Tesla снизить эксплуатационные расходы на ее автомобили в то время, когда конкурирующие автопроизводители, в том числе немецкий BMW BMWG.DE, Audi NSUG.DE, Porsche [PSCH.UL] и Mercedes DAIGn.DE, выпускают новые автомобили. электрические модели.

Это может также усилить конкуренцию с такими коммунальными предприятиями, как Vattenfall [VATN.UL] и EnBW EBKG.DE, которые тоже инвестируют в услуги электрической мобильности, но которые, как и его аналоги, RWE RWEG.DE и E.ON EONGn.DE, перегружены со стоимостью свертывания ископаемого топлива и атомных электростанций.

Tesla уже продает солнечные панели и аккумуляторную систему хранения Powerwall для домов, но теперь, похоже, она рассматривает возможность продажи электроэнергии напрямую потребителям и использования домашних систем хранения для обслуживания сети.

В июне компания стала участником парижской биржи электроэнергии EPEX Spot, платформы, используемой для торговли большей частью внутридневной трансграничной электроэнергии из Западной Европы.

Месяц спустя он опросил немецких потребителей об их интересе к энергетическим услугам.

«Что побудило бы вас отказаться от существующего поставщика энергии?», — говорится в исследовании, согласно копии, увиденной Reuters.

«Купили бы вы фотоэлектрическую систему Tesla и домашнее хранилище (Tesla Powerwall), если бы вы могли перейти на специально разработанный тариф на электроэнергию Tesla?», — добавили в нем.

Tesla также спросила потенциальных потребителей энергии, позволят ли они компании контролировать, когда автомобили будут заряжаться.

Это может позволить совпадать с тарифами на электроэнергию по низким тарифам в непиковые часы, говорят консультанты и руководители отрасли.

Это также может открыть для Tesla возможность использовать энергию, запасаемую потребителями, чтобы помочь сбалансировать электрическую сеть, что становится все более важной услугой в Германии, поскольку она становится все более зависимой от непостоянной энергии ветра и солнца.

Компании, предлагающие аналогичные услуги в Германии, включают принадлежащую Shell RDSa.L sonnen, оператор виртуальной электростанции Next Kraftwerke и агрегатор электроэнергии Lichtblick.

ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГИЯ

Интерес Tesla к возобновляемым источникам энергии был одним из факторов, которые побудили компанию выбрать землю Бранденбург вокруг Берлина в качестве места для строительства нового завода, сообщил Reuters человек, знакомый с обсуждениями компании.

В первой половине этого года около 65% электроэнергии в сети Бранденбурга было произведено из возобновляемых источников, в основном ветра. Но, как и в других районах на севере страны, он часто тратит энергию, потому что сети Германии ограничены в том, сколько зеленой энергии они могут транспортировать на большие расстояния.

Gigafactory 4 Tesla в Бранденбурге потребует 100 мегаватт (МВт) мощности и до 400 МВт, если также будет запущено производство аккумуляторных элементов, по словам оператора сети передачи 50Hertz.

Tesla еще далека от накопления достаточного количества аккумуляторных батарей для обеспечения частотного регулирования в масштабе энергосистемы, говорят такие специалисты, как коммунальное предприятие Axpo. Но за последние месяцы компания сделала несколько шагов по расширению своей энергетической деятельности.

По сообщению газеты Telegraph, в мае компания подала заявку на получение лицензии на поставку электроэнергии в Великобритании. Он также использует платформу для вывода пользователей своей солнечной системы и аккумуляторной батареи Powerwall на рынок электроэнергии в Австралии.

«Следующий и очевидный шаг для Tesla — это начать производство, особенно возобновляемой энергии», — сказал консультант Бертольд Ханнес, имеющий 30-летний опыт консультирования по вопросам энергетики.

«Tesla могла бы использовать свои собственные объекты, например, крыши заводов или места зарядных станций, и в качестве альтернативы или дополнительно она могла бы участвовать в солнечных станциях или ветряных парках», — сказал он.

Германия была пионером на рынке солнечной энергии и находится в процессе создания политической основы, которая упростит децентрализованное производство и поставку электроэнергии.

«Долгосрочный план Tesla определенно включает более широкое решение проблемы энергетической отрасли, хотя сомнительно, достаточно ли она инвестирует в данный момент в эту область», — сказал бывший член руководства Tesla, отказавшийся называть свое имя.

Томас Дезер, портфельный менеджер Union Investment, сказал, что маловероятно, что Tesla войдет в немецкий бизнес по распределению электроэнергии самостоятельно — «но она могла бы сделать это с компетентным партнером из энергетической отрасли».

Отчетность Веры Экерт, Кристофа Стейтца, Тома Кекенхоффа и Эдварда Тейлора; Написано Эдвардом Тейлором; Редакция Кармел Кримминз и Марк Поттер

Объединение систем с Powerwall | Поддержка Tesla

Powerwall и Solar

Интеграция Powerwall и Solar — лучший способ максимизировать ценность вашей системы, позволяя использовать солнечную энергию днем ​​и ночью.Powerwall можно интегрировать с новой или существующей солнечной системой.

Поскольку Powerwall 2 представляет собой решение с подключением по переменному току, оно совместимо со всеми типами инверторов. Для обеспечения надежной работы во время перебоев в подаче электроэнергии требуется по крайней мере один Powerwall на каждые 7,6 кВт переменного тока солнечной энергии, включенной в резервную цепь.

Powerwall и сеть

Если Powerwall установлен без солнечной энергии, он может заряжаться от сети, если используется только резервное копирование или управление по времени, чтобы поддержать вас во время отключений сети и помочь вам сэкономить деньги на счетах за электроэнергию.Когда Powerwall установлен с солнечной батареей, он не сможет заряжаться от сети.

Powerwall и генераторы

Powerwall можно добавить в систему с резервным генератором, подключенным к внешнему автоматическому переключателю (ATS) или ручному переключателю (MTS).

Powerwall устанавливается между счетчиком коммунальных услуг и передаточным переключателем и может заряжаться от солнечной энергии во время работы сети. Однако Powerwall и генератор не интегрированы напрямую, что означает, что Powerwall не заряжается от генератора.

В случае сбоя Powerwall немедленно реагирует и обеспечивает резервное питание до того, как генератор сможет обнаружить сбой. Генератор включается только при низком заряде Powerwall или если нагрузка превышает максимальную мощность Powerwall.

Когда электроснабжение восстановится, генератор выключится, и Powerwall снова сможет заряжаться от солнечной энергии. Если Powerwall установлен с MTS, ручное управление переключателем необходимо для питания дома с генератором.

Powerwall и зарядка для электромобилей

Powerwall может передавать накопленную солнечную энергию вашему электромобилю через вашу домашнюю электрическую панель.Однако прямого соединения между Powerwall и вашим зарядным оборудованием нет.

Powerwall и другие системы

Powerwall в настоящее время не работает с существующими аккумуляторными системами или другими возобновляемыми источниками энергии, такими как ветер или гидро.

Простейшая схема катушки Тесла с использованием транзистора

Gadgetronicx> Электроника> Принципиальные и электрические схемы> Схемы для хобби> Простейшая схема катушки Тесла с использованием транзистора