Необычный столик с катушкой Теслы

Схема для самостоятельной сборки

В данной схеме минимум элементов, что нисколько не облегчает нашу задачу. Ведь чтобы она работала необходимо её не только собрать, но и настроить. Начнем с МОТов.

Такой трансформатор есть в микроволновке. Представляет собой обычный силовой трансформатор с одной лишь разницей, что его сердечник работает в режиме, близком к насыщению.

Схема сборки самодельного трансформатора Тесла.

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.

МОТы на трансформатор теслу.

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.

Таким образом ограничить магнитный поток через «вторичку» и её выходной ток на некотором уровне.

Внимание! Дилетантов просим отказаться от этой работы! Опасно, высокое напряжение, смертельно для жизни! Напряжение хотя и мало по сравнению со строчником, но сила тока, в сто раз большая, чем безопасный предел 10мА сведет шансы остаться в живых практически к нулю. КАПы подразумеваются высоковольтные керамические конденсаторы (серий К15У1, К15У2, ТГК, КТК, К15-11, К15-14 —для установок высокой частоты!)

КАПы подразумеваются высоковольтные керамические конденсаторы (серий К15У1, К15У2, ТГК, КТК, К15-11, К15-14 —для установок высокой частоты!).

Фильтр от ВЧ для самодельной теслы.

Фильтр от ВЧ: соответственно две катушки, выпоняющие функцию фильтров от напряжения высокой частоты.

В каждой 140 витков медного лакированного провода 0.5 мм в диаметре.

Искровик, который 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!

Искровик для самодельного трансформатора Тесла.

Пока искровик не замкнут — капы заряжаются. Как только замыкается — начинаются колебания. Поэтому ставят балласт в виде дроселей — когда искровик замкнут дросель мешает течь току от блока питания заряжается сам, а потом, когда разрядник разомкнется, заряжает капы с удвоенной злостью.

Наконец-то очередь дошла и до самого трансформатора Теслы: первичная обмотка 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.

Готовая катушка трансформатора Тесла своими руками.

На первичную обмотку подаётся питание. У вторички один вывод надёжно заземлён, второй присоединён к ТОРУ (излучатель молний) .

Тор можно изготовить из вентиляционной гофры. На этом все. Помните о безопасности и желаем удачи в самостоятельной сборке.

Подготовка деталей

Для создания красивой мебели лучше использовать твердые сорта древесины, например, дуб, ясень, бук, клен. Из широкой доски вырезают основную деталь – столешницу. Ее можно сделать круглой, прямоугольной или придать любую интересную форму. Столешницу для большой мебели можно составить из двух половинок, если подходящей доски нет.

Изготовление столешницы

Поверхность изделия шлифуют электрорубанком или шлифовальной машинкой. В ходе шлифовки к заготовке приставляют правило и убеждаются, что она получилась достаточно ровной.

Аналогичным образом выпиливают и выравнивают четыре прямоугольных заготовки для ножек. Для удобства работы и точности все грани торцуют.

Совет! Если от заготовок случайно отколется кусок древесины (это случается при неправильной сушке), не стоит расстраиваться – эпоксидная смола поможет соединить их воедино.

Шлифовка заготовок на станке

Первый или нет? Какая разница!

Давайте попробуем как можно более объективно оценить труды Николы Теслы и понять, какую важную роль он сыграл во второй мировой промышленной революции начала XX века.

Условно можно разбить трудовую жизнь Теслы на два периода: до пожара в его лаборатории в Нью-Йорке в марте 1895 года и после.

До этого события изобретения Теслы уверенно можно назвать крайне эффективными, полезными и остроумными. Многие достоверно подтверждены патентами и статьями

Здесь очень важно попытаться представить, в каком состоянии пребывало научно-инженерное общество того времени. В XIX веке открытия Эрстеда, Ампера, Ома, Фарадея, Максвелла и других ученых привело многих к четкому осознанию, что за электромагнетизмом будущее

Огромное количество блестящих умов по всему миру было занято исследованием применения электрических и магнитных явлений. Если в одной стране один человек доходил до какого-нибудь технического открытия, то в другой точке земного шара в это же время нечто похожее вполне мог сконструировать другой. Поэтому споры о том, кто был первым, не утихают и по сей день. Хотя почему бы просто не определить, что первыми были несколько людей? Разве это умаляет их заслуги?

Фото: East News

Так многократно случалось впоследствии и с наследием Николы Теслы. Например, достоверно известно, что в 1891 году он продемонстрировал на практике применение радиосвязи с помощью передающего устройства с резонанс-трансформатором. Это подтверждает и знаменитая радиоуправляемая модель лодки Теслы. Сложно представить, но еще в конце XIX века человечество увидело дистанционное управление модели катера. Конечно, возникают споры, кто был первым — Тесла или русский физик Александр Попов, создавший радио примерно в то же время.

Также достоверно известно о факте создания Теслой в 1890-х годах «лучевых трубок», питаемых от резонансных трансформаторов его собственной конструкции и испускающих, как теперь они называются, рентгеновские лучи. До сих пор обсуждается вопрос приоритета столь выдающегося открытия, за которое Вильгельм Рентген в 1901 году получил Нобелевскую премию. Однако сам Тесла не претендовал на открытие.

Кроме того, Тесла, будучи сторонником теории существования электроэфирной среды, исследовал возможность создания каналов в эфирной среде, по которым можно было бы передавать огромные электрические импульсы. По всем признакам эта идея опередила свое время почти на полвека. Теперь подобное явление называется плазменным шнуром. Однако никаких свидетельств о каком-либо четком и обоснованном результате Теслы нет, лишь об идее и пробных экспериментах.

То же самое касается и известных домыслов о познании шаровых молний Теслой. На уровне разговоров и интервью упоминаний много. По словам самого Теслы, его не интересовало это понятное ему явление, так как оно являлось побочным атрибутом при создании мощных искровых разрядов, которыми Тесла надеялся передавать электричество без проводов. Тем не менее явление ни тогда, ни сейчас однозначно не объяснено.

12 октября 1887 года — важная дата в карьере Теслы. В этот день он опубликовал строгое научное описание сути явления вращающегося магнитного поля. Это важнейшее открытие способствовало тому, что впоследствии именно в честь Николы Теслы назвали единицу измерения магнитной индукции в международной системе единиц СИ.

Работая на Вестингауза, Тесла запатентовал множество различных применений самых разных многофазных систем переменного тока. До изобретения так называемого асинхронного двигателя переменный ток не находил широкого применения, поскольку не мог использоваться в ранее существовавших электродвигателях, работающих на постоянном токе.

Трансформатор Тесла с 3 катушками

Трехкатушечный трансформатор Тесла.

Есть несколько способов ввести электрическую энергию в четвертьволновой резонирующий спиральный резонатор. Мы можем объединить энергию по индукции. Это делается в обычных трансформаторах Тесла с первичной цепью, настроенной на четвертьволновую частоту резонатора, который в данном случае является вторичной обмоткой. Энергия также может быть напрямую направлена ​​в резонатор, подавая ее непосредственно в основание катушки. Это принцип лупы (английский термин, который можно перевести как лупа в соответствии с метафорой лупы или увеличительной оптической линзы). Две обмотки будут работать как высокочастотный трансформатор и повышающий напряжение. Третья ( Extra Coil на английском языке) будет получать энергию от своего основания (посредством медной трубки, протянутой между вторичной обмоткой и самим собой), а торический электрод будет наверху Extra Coil . Последний метод лучше всего подходит для работы с трансформатором Тесла. Никола Тесла отказался от всех экспериментов с устройством с двумя спиралями еще до переезда в Колорадо-Спрингс.

Принцип работы

Трансформатор Тесла состоит из двух обмоток – первичной (Lp) и вторичной (Ls) (их чаще называют “первичка” и “вторичка”). К первичной обмотке подводится переменное напряжение, и она создает магнитное поле. При помощи этого поля энергия из первичной обмотки передается во вторичную. В этом трансформатор тесла очень похож на самый обычный “железный” трансформатор.

Вторичная обмотка вместе с собственной паразитной (Cs) емкостью образуют колебательный контур, который накапливает переданную ему энергию. Часть времени вся энергия в колебательном контуре храниться в виде напряжения. Таким образом, чем больше энергии мы вкачаем в контур, тем больше напряжения получим.

Простая схема работы катушки тесла.

Тесла обладает тремя основными характеристиками – резонансной частотой вторичного контура, коэффициентом связи первичной и вторичной обмоток, добротностью вторичного контура.

Что такое резонансная частота колебательного контура, читателю должно быть известно. Я же подробнее остановлюсь на коэффициенте связи и добротности.

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

Аналогия с качелями

Для того, чтобы лучше понять, как колебательный контур накапливает энергию, и откуда в тесле берется такое большое напряжение, представим качели, которые раскачивает здоровенный мужик. Качели – это колебательный контур, мужик– это первичная обмотка. Скорость качели – это ток во вторичной обмотке, а высота подъема – наше долгожданное напряжение.

Мужик толкает качели, и, таким образом передает в них энергию. И вот, за несколько толчков, качели раскачались и подлетают так высоко, как это только возможно – они накопили много энергии. Тоже самое происходит и с теслой, только когда энергии становится слишком много, происходит пробой воздуха, и мы видим наши красивущий стример.

Естественно, раскачивать качели нужно не абы как, а в точном согласии с их собственными колебаниями. Количество колебаний качелей в секунду называется “резонансная частота”.

Участок траектории полета качели, на протяжении которого мужик их толкает определяет коэффициент связи. Если мужик будет постоянно держать качели своей здоровенной ручищей, то он раскачает их очень быстро, но качели смогут отклониться только на длину руки мужика. В таком случае говорят, что коэффициент связи равен единице. Наши качели с большим коэффициентом связи — это аналог обычного трансформатора.

Будет интересно Как сделать регулятор мощности на симисторе своими руками

Теперь рассмотрим ситуацию, когда мужик только немного подталкивает качели. В этом случае коэффициент связи мал, а качели отклоняются намного дальше – мужик теперь их не держит. Качели придется раскачивать дольше, но с этим справится даже очень хилый мужик, чуть-чуть толкая их каждый период колебаний. Такие качели и есть аналогом трансформатора Тесла. Чем больше коэффициент связи, тем быстрее во вторичный контур накачивается энергия, но при этом выходное напряжение теслы получается меньше.

Теперь рассмотрим добротность. Добротность – это противоположность трению в качелях. Если трение очень большое (низкая добротность), то мужик своими слабенькими толчками не сможет их раскачать. Таким образом, коэффициент связи и добротность контура должны быть согласованны для достижения максимальной высоты качелей (максимальной длинны стримера).

Так-как добротность вторичной обмотки в трансформаторе Тесла – величина не постоянная (она зависит от стримера), то согласовать эти две величины очень не просто, и поэтому просто подбирают опытным путем. Кратко о принципе работы трансформатора можно посмотреть в видеоролике.

Безлопастная турбина Теслы

Турбина Теслы из музея

Эту турбину Тесла запатентовал в 1913 году. Изобретение турбины без лопастей по сути было вынужденным, так как для изготовления турбины с лопастями не было подходящих технологий, да и аэродинамическая теория ещё не была создана, поэтому Тесла решил использовать эффект пограничного слоя, а не давление вещества на лопатки, как сейчас широко распространено в традиционных турбинах.

Устройство турбины Теслы

Часто можно встретить утверждения, что КПД его турбины может теоретически достигать 95%, но на практике на заводах Вестингауза такая турбина показала КПД в районе 20%. Хотя позже различные модификации турбины другими изобретателями доводили КПД до 40% и более.

Путь жидкости в турбине Теслы

Очень хорошо принципы работы турбины Тесла на английском языке объяснены в этом видео:

По состоянию на 2016 год турбина Теслы так и не нашла широкого коммерческого использования с момента своего изобретения. Пока что ей удалось найти узкое применение в насосах. Связано это в первую очередь с тем, что диски внутри турбины сильно деформируются во время работы и это сказывается на общей эффективности применения турбины. Хотя сейчас продолжаются технологические поиски, чтобы решить все возникающие проблемы. Сравнительно недавно вопрос о деформации дисков частично был решён с использованием новых материалов, таких как углеродное волокно.

Генератор переменного тока

Генератор переменного тока — это электрическая машина, которая является составной частью полифазной системы электроснабжения Теслы, о которой речь пойдёт ниже. Генератор создаёт переменный ток, используя механическую работу (например, генераторы, установленные на дамбах, использующие падающую на их лопасти воду).

Мы не будем объяснять принцип работы генератора. Посмотрите видео ниже, если хотите понять подробнее.

Альтернатор Теслы (другое название генератора переменного тока) превосходил все другие по той простой причине, что он был действительно эффективен на практике. Свой генератор Тесла изобрёл ещё будучи на 2 курсе и уже тогда обращался к своим преподавателям с идеей использования переменного тока, но от его идей все отмахивались, как от бредовых. Некоторые профессора даже просто смеялись над его изобретениями.

В 1882 году Тесла работает в Париже и создаёт первый рабочий прототип своего генератора.

Приехав в 1884 году в США, Тесла направился к тогда уже известному изобретателю и коммерсанту в области электричества Томасу Эдисону и устроился к нему на работу. Попутно Тесла предлагал Эдисону свои идеи по использованию переменного тока, но Эдисон считал, что он сошёл с ума, раз думает, что переменный ток можно хоть как-то использовать. Дошло даже до того, что Тесла, не поняв сарказма Эдисона, подумал, что получит большую сумму от Эдисона, если сделает несколько десятков определённых изобретений на заказ. Тесла их сделал, а Эдисон сказал, что пошутил, а Тесле рекомендовал научиться понимать американский юмор.

В 1891 году Тесла получает в США патент на первый в мире альтернатор.

Генератор переменного тока 1891 года

Патент Теслы на генератор переменного тока

Многофазный генератор Теслы мощностью 500 л.с. (около 370 кВт) на выставке Вестингауза

Основные виды катушек

Самодельная катушка тесла.

Сам Тесла изготавливал Трансформатор только одного типа – на разряднике (СГТЦ).

С тех пор элементная база сильно улучшилась, и появилось множество разных типов катушек, по аналогии их продолжают называть катушками Тесла.

Типы катушек принято называть из английских аббревиатур. Если название необходимо сказать на русском языке, английские аббревиатуры просто говорят русскими буквами без перевода. Самые распространенные типы катушек тесла рассмотрим ниже.

SGTC (СГТЦ, Spark Gap Tesla Coil)

Трансформатор тесла на разряднике. Самая первая и “классическая” конструкция (ее использовал сам Тесла). В качестве ключевого элемента использует разрядник. В маломощных конструкциях разрядник – просто два куска провода, находящихся на некотором расстоянии, а в мощных – сложные вращающиеся разрядники. Трансформаторы этого типа идеальны если вам нужна только большая длинна стримера.

VTTC (ВТТЦ, Vacuum Tube Tesla Coil

Трансформатор тесла на лампе. В качестве ключевого элемента используется мощная радиолампа. Такие трансформаторы могут работать в непрерывном режиме и выдавать толстые, “жирные” стримеры. Этот тип чаще всего используют для высокочастотных тесел, которые из-за характерного вида своих стримеров получили название “факельник”.

SSTC (ССТЦ, Solid State Tesla Coil)

Трансформатор тесла, в котором в качестве ключевого элемента используются полупроводники. Обычно это MOSFET или IGBT транзисторы. Этот тип трансформаторов может работать в непрерывном режиме. Внешний вид стримеров, создаваемых этой катушкой, может быть самый различный. Этим типом Тесел проще всего управлять (играть музыку, к примеру).

Катушка типа Solid State Tesla Coil.

DRSSTC (ДРССТЦ, ДРка, Dual Resonant Solid State Tesla Coil)

Трансформатор с двумя резонансными контурами, в котором в качестве ключей используются полупроводники, в подавляющем большинстве случаев, это IGBT транзисторы. ДРССТЦ – самый сложный в изготовлении и настройке тип трансформаторов тесла. Характерная длинна стримеров трансформатора этого типа немного меньше, чем у SGTC, а управляемость немногим хуже, чем у SSTC.

Для управления внешним видом стримеров придумали так называемый прерыватель. Изначально с помощью этого устройства останавливали катушку для того, чтобы дать возможность зарядится конденсатором и остыть разрядному терминалу, и, засчет этого, увеличить длину стримеров. Но в последнее время в прерыватели начали встраивать дополнительные функции, к примеру, научили катушки Тесла играть музыку.

Почему никто не развивает катушку Теслы

Сказать, что кто-то всерьез занимается вопросом развития технологии, нельзя. Может быть она не так привлекательна в промышленном применении, а может быть она нужна только военным. Точного ответа на этот вопрос нет, но именно военные много работают в этом направлении.

Все просто! Если как следует ”раскочегарить” катушку Теслы, она может спалить всю электронику на очень большом расстоянии. Даже простейшие макеты, которые делаются в домашних условиях, могут вывести из строя домашние бытовые приборы, что уже говорит о действительно мощных установках.

Причин, по которым катушки Тесла развиваются недостаточно эффективно много — от недостаточно востребованности до секретности и опасности.

Реальное применение катушки Теслы находят только в шоу, которые основаны на электрических спецэффектах. Считается, что их использование безопасно для человека, но при этом оно позволяет создавать красочные фиолетовые молнии, которые можно видеть буквально перед собой. Это очень эффектно и заставляет многих детей увлечься наукой.

Тесла и Тунгусский метеорит

Про Тунгусский метеорит сказано более чем много, и я сейчас не буду подробно пересказывать историю этого происшествия. Скажу только, что не все верят в метеорит, природное явление, крушение инопланетного корабля, столкновение с Землей миниатюрной черной дыры (есть и такая версия) или испытание какого-то оружия. Многие уверены, что катастрофа была связана именно с попыткой Николы Теслы передать энергию на большое расстояние.

Лично я к этой версии отношусь довольно скептически, но если ученый смог создать прибор, который мог сотворить такое, то только представьте, какой потенциал имели созданные им технологии, которые мы сейчас используем для развлечения.

Катушка Теслы несет в себе не только красоту, но и опасность.

Прямых доказательств или явных опровержений виновности Николы Теслы во взрыве в Сибири нет. Поэтому оставим версию конспирологами или простым людям для развития фантазии.

Что вызывает статическое электричество.

Основные детали катушки

Несмотря на то, что существует несколько видов катушек тесла, у всех них есть общие черты. Расскажем о основных деталях теслы сверху вниз.

Основные детали катушки трансформатора тесла.

Тороид

Тороиды обычно изготавливают из алюминиевой гофры, хотя есть множество других технологий. Выполняет три функции:

1. Первая – уменьшение резонансной частоты – это актуально для SSTC и DRSSTC, так как силовые полупроводники плохо работают на высоких частотах.
2. Вторая – накопление энергии перед образованием стримера. 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.
3. 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.

Будет интересно Как проверить тиристор на работоспособность?

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

Вторичка

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, повторюсь еще раз. 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 вторичку на воздуховодных (белых) или, что хуже, канализационных (серых) ПВХ трубах. Найти эти трубы можно в любом строительном магазине.

Защитное кольцо

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

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. Также 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.

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

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

Очень важная деталь теслы. Очень часто задают вопрос – куда же бьют стримеры? Отвечаем на этот вопрос — стримеры бьют в землю! И таким образом они 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. Меня спрашивали – обязательно ли заземлять теслу? Итак, ответ: заземление для теслы – обязательно.

Теоретически, для теслы можно вместо заземления использовать так называемый противовес – искусственное заземление в виде большего проводящего предмета. Практических конструкций с противовесами очень мало.

Внимание! Изготовление тесел с противовесами представляет намного большую опасность, чем тесел с простым заземлением, потому как вся конструкция находится под высоким относительно земли потенциалом. А относительно большая емкость между противовесом и окружающими предметами способна негативно на них повлиять