Твърдотелни бобини на Тесла и как работят: 9 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:51

Електричеството с високо напрежение може да бъде ОПАСНО, използвайте подходящи предпазни мерки по всяко време, когато работите с бобини Tesla или друго устройство с високо напрежение, така че играйте безопасно или не играйте.

Бобините на Тесла са трансформатор, който работи на принцип на саморезониращ осцилатор, изобретен от Никола Тесла, сръбски американски учен. Използва се главно за производство на ултра високо напрежение, но нисък ток, високочестотна променлива мощност. Бобината на Тесла се състои от две групи резонансни вериги, свързани, понякога три групи, свързани. Никола Тесла изпробва голям брой конфигурации на различни бобини. Тесла използва тези намотки за провеждане на експерименти, като електрическо осветление, рентгенови лъчи, електротерапия и радиопредаване на енергия, предаване и приемане на радиосигнали.

Наистина не е имало голям напредък в бобините на Тесла от тяхното изобретение. Освен твърдотелните компоненти намотките на Тесла не са се променили много повече от 100 години. Предимно насочени към образованието и играчките на науката, почти всеки може да си купи комплект онлайн и да изгради бобина Tesla.

Тази инструкция е за изграждане на собствена твърда бобина на Тесла, как работят те и съвети и трикове за отстраняване на проблеми по пътя.

Консумативи

Захранване от 12 волта захранването на SMP, което използвах, беше 12 волта 4 ампера.

Лепило Torus за монтиране на вторичната намотка.

Термична силиконова мазнина за монтиране на транзистора към радиатора.

Припой

Инструментите за сглобяване на комплекта, поялник и странични фрези.

Мултиметър

Осцилоскоп

Стъпка 1: Електромагнит

За да разберете бобините и трансформаторите на Tesla, трябва да разберете електромагнитите. Когато ток (Червена стрелка) се прилага към проводник, той създава магнитно поле около проводника. (Сини стрелки) За да предскажете посоката на потока на магнитните полета, използвайте правилото на дясната ръка. Поставете ръката си върху проводника с палец, насочен по посока на тока и пръстите ви ще сочат по посока на потока на магнитните полета.

Когато обвиете проводника около черен метал като стомана или желязо, магнитните полета на намотания проводник се сливат и подравняват, това се нарича електромагнит. Магнитното поле, което се движи от центъра на бобината, преминава от единия край на електромагнита около външната страна на бобината и в противоположния край обратно към центъра на бобината.

Магнитите имат северен и южен полюс, за да предскажете кой край е северният или южният полюс в намотка, отново използвате правилото на дясната ръка. Само този път с дясната си ръка върху бобината, насочете пръстите си по посока на потока на тока в навития проводник. (Червени стрелки) С десния си палец, сочещ направо по намотката, той трябва да сочи към северния край на магнита.

Стъпка 2: Как работят трансформаторите

Как променливият ток в първичната намотка създава ток във безжичната мрежа на вторичната намотка, се нарича закон на Ленц.

Уикипедия

Всички намотки в трансформатор трябва да се навиват в една и съща посока.

Намотка ще устои на промяна в магнитната; поле, така че когато се прилага променлив или пулсиращ ток към първичната намотка, тя създава колебаещо се магнитно поле в първичната намотка.

Когато флуктуиращото магнитно поле достигне вторичната намотка, тя създава противоположно магнитно поле и противоположен ток във вторичната намотка.

Можете да използвате правилото на дясната ръка на първичната намотка и вторичната, за да предскажете изхода на вторичната.

В зависимост от броя на завъртанията на първичната намотка и броя на завъртанията на вторичната намотка, напрежението се променя на по -високо или по -ниско напрежение.

Ако намирате положителното и отрицателното за проследяване на вторичната намотка; мислете за вторичната намотка като източник на захранване или батерия, от която излиза ток, и мислите за първичната като товар, при който се консумира енергия.

Бобините на Тесла са трансформатори с въздушно ядро, магнитните полета и токът работят по същия начин като трансформаторите от желязо или феритна сърцевина.

Стъпка 3: Навиване

Въпреки че не е нарисувано в схемата; по -високата вторична намотка на намотката на Тесла е вътре в по -късата първична намотка, тази настройка се нарича саморезониращ осцилатор.

Направете навиването си правилно; както първичната, така и вторичната намотка трябва да се навиват в една и съща посока. Няма значение дали навивате бобините с усукване с дясна ръка или с лява ръка, стига и двете намотки да са навити в една и съща посока.

Когато навивате вторичното, уверете се, че намотките ви не се припокриват или припокриването може да причини късо съединение във вторичното.

Намотката на кръстосаните намотки може да доведе до неправилна полярност на обратната връзка от вторичната връзка, свързана към основата на транзистора или портата на MOSFET и това може да предотврати трептенето на веригата.

Положителните и отрицателните проводници на първичните бобини се влияят от усукването в намотките. Използвайте правилото за дясна ръка върху първичната намотка. Уверете се, че северният полюс на първичната намотка сочи към върха на вторичната намотка.

Кръстосаното окабеляване на първичната намотка може да причини обратната връзка от вторичната, свързана към основата на транзистора или портата на MOSFET, да бъде с неправилна полярност и това може да предотврати трептенето на веригата.

Докато намотките се навиват в една и съща посока; неуспехът да се колебае направете за кръстосано окабеляване на първичната бобина е лесно да се поправи през повечето време, просто обърнете проводниците на първичната намотка.

Стъпка 4: Как работи твърдотелната бобина на Тесла

Основната твърда бобина на Тесла може да има само пет части.

Източник на захранване; в тази схема батерия.

Резистор; в зависимост от транзистора 1/4 вата 10 kΩ и нагоре.

NPN транзистор с радиатор, транзисторът на тези вериги има тенденция да се нагрява.

Първична намотка от 2 или повече завоя се навива в същата посока като вторичната намотка.

Вторична намотка до 1 000 оборота или повече 41 AWG се навива в същата посока като основната.

Стъпка 1. Когато за първи път се подаде захранване към основна твърда бобина на Тесла, транзисторът във веригата е отворен или изключен. Захранването преминава през резистора към базата на транзисторите, затваряйки транзистора, като го включва, позволявайки на тока да тече през първичната намотка. Промяната на тока не е мигновена, отнема кратко време токът да премине от нулев ток към максимален, това се нарича време на нарастване.

Стъпка 2. В същото време магнитното поле в бобината преминава от нула до някаква сила на полето. Докато магнитното поле се увеличава в първичната намотка, вторичната намотка се съпротивлява на промяната, като създава противоположно магнитно поле и противоположен ток във вторичната намотка.

Стъпка 3. Вторичната намотка е свързана към основата на транзистора, така че токът във вторичната намотка, (Обратна връзка) ще изтегли тока от базата на транзисторите. Това ще отвори транзистора, изключващ тока към първичната намотка. Подобно на времето на нарастване, текущата промяна не е мигновена. Отнема кратко време, докато токът и магнитното поле преминат от макс до нула, това се нарича време на падане.

След това се върнете към Стъпка 1.

Този тип верига се нарича саморегулираща се колебателна верига или резонансен осцилатор. Този тип осцилатор е ограничен по честота от времето на забавяне на веригата и транзистора или MOSFET. (Rise Time Fall Time и Plateau Time)

Стъпка 5: Ефективност

Тази верига не е много ефективна, като произвежда квадратна вълна, първичната намотка произвежда ток само във вторичната намотка по време на магнитните полета, преминаващи от нулева сила на полето до пълна сила на полето и обратно към нулева сила на полето, наречени време на нарастване и есенно време. Между времето на нарастване и времето на падане има плато със затворен или включен транзистор и отворен или изключен транзистор. Когато транзисторът е изключен, платото не използва ток, но когато транзисторът е на платото, той използва и губи ток, загрявайки транзистора.

Можете да използвате най -бързия превключващ транзистор, който можете да получите. С по -високи честоти магнитното поле може да премине повече, отколкото е плато, което прави бобината на Тесла по -ефективна. Това обаче няма да спре транзистора да се нагрее.

Чрез добавяне на 3 -волтов светодиод към базата на транзисторите, той удължава времето за възход и спад, което прави транзисторите да действат повече като триъгълна вълна, отколкото квадратна вълна.

Има още две неща, които можете да направите, за да предпазите транзистора от прегряване. Можете да използвате радиатор, за да разсеете излишната топлина. Можете да използвате транзистор с висока мощност, така че транзисторът да не е претоварен.

Стъпка 6: Бобина Mini Tesla

Взех тази 12 -волтова Mini Tesla бобина от онлайн търговец на дребно.

Комплектът включва:

1 x PVC дъска

1 х монолитен кондензатор 1nF

1 x 10 kΩ резистор

1 x 1 kΩ резистор

1 x 12V захранващ контакт

1 х радиатор

1 x транзистор BD243C

1 x Вторична намотка 333 завъртания

1 x Винт за фиксиране

2 x Led

1 х неонова лампа

Комплектът не включва:

Захранване от 12 волта захранването на SMP, което използвах, беше 12 волта 4 ампера.

Торус

Лепило за монтиране на вторичната намотка.

Термична силиконова мазнина за монтиране на транзистора към радиатора.

Припой

Стъпка 7: Тестване

След сглобяването на Mini Tesla Coil го тествах на неонова лампа, CFL (компактна флуоресцентна светлина) и флуоресцентна тръба. Ковчегът беше малък и стига да го сложа в рамките на 1/4 инча, той осветява всичко, което опитах.

Транзисторът се нагрява много, така че не докосвайте радиатора. 12 -волтовата намотка на Тесла не трябва да прави 65 -ватов транзистор много горещ, освен ако не се доближите до максималните параметри на транзисторите.

Стъпка 8: Използване на енергия

Транзисторът BD243C е NPN, 65 вата 100 волта 6 ампера 3MHz транзистор, при 12 волта той не трябва да извлича повече от 5,4 ампера, за да не надвишава 65 вата.

Когато проверих тока при стартиране, той беше 1 ампер, след като работи минута, токът спадна до 0,75 ампера. При 12 волта, което прави работната мощност 9 до 12 вата, далеч под 65 вата, за които е предназначен транзисторът.

Когато проверих времето за покачване и спускане на транзисторите, получавам триъгълна вълна, която почти винаги е в движение, което я прави много ефективна схема.

Стъпка 9: Най -високо зареждане

Най -високите натоварвания позволяват натрупването на заряд, а не просто изтичане във въздуха, което ви дава по -голяма мощност.

Без максимално натоварване зарядите се събират върху заострените върхове на жицата и изтичат във въздуха.

Най -добрите горни натоварвания са кръгли като Торус или сфери, така че да няма точки, изпускащи заряда във въздуха.

Направих горния си товар от топка, която спасих от мишка и я покрих с алуминиево фолио, не беше идеално гладко, но работеше добре. Сега мога да запаля CFL на разстояние до един инч.