Принцип действия катушки тесла кратко

Обновлено: 18.05.2024

Никола Тесла великий сербский ученый, среди изобретений которого важнейшим можно считать переменный ток. Именно концепция переменного тока в итоге позволила развить энергетическую отрасль промышленности и электризовать большую часть Земли. Но ученый мечтал совсем не о этом. Одной из основных идей гения была передача энергии на расстояние без проводниковых линий. Катушка Тесла – основа данной концепции. Попробуем в подробностях разобрать что такое катушка Тесла и принцип работы катушки Тесла.

Что это такое?

Катушка представляет собой трансформатор. Целью устройства является повышение параметров тока до огромных высот (вплоть до миллионов вольт). Основная цель: повысить до максимума частоту переменного тока. В идеале, в точке приема энергии должна находится такая же обратная катушка, которая вступит в резонанс с устройством, что позволит передать энергию на расстояние.

Разберем подробности того, как работает катушка Тесла. Для начала колебания: не сразу ясно, что колеблется в катушке. Постоянный ток, который использовал в своих изобретениях Эдисон дорог в производстве. Такая энергия имеет один, ярко выраженный вектор движения. Переменный ток постоянно меняет параметры электричества: напряжения и силы тока. Это и называется колебаниями электрического тока.

Интересно, что совпадают основные законы колебания электрического тока и механического маятника. В частности, для электричества так же существует эффект резонанса. При совпадении частот двух электрополей амплитуда колебаний становится больше. По задумке Тесло после вступления катушек в резонанс в приемнике должен был появиться электрический ток.

В реальности приемник так и не был изобретен. Катушка Теса используется в качестве пособия, на ней можно увидеть стрим: проще говоря электрическую дугу, проскользнувший разряд, искусственную молнию и для изучения беспроводной передачи электричества.

Принцип работы классической катушки Тесла

Классическое устройство катушки Тесла состоит из следующих элементов:

Первичная обмотка, которая состоит из большого количества витков, порядка 800-1200 шт, провода малого диаметра.
Вторичная обмотка. Это провод сравнительно большого диаметра. Катушка включает в себя меньшее количество витков.
Конденсатор. Это накопитель заряда, который требуется для запуска первичной работы катушки.
Разрядник. Два металлических шарика, которые находятся на небольшом расстоянии друг от друга.
Сфера для распространения магнитного поля.

Первичная обмотка находится внутри вторичной. Разделителем служит обычная ПВХ труба. Разберем поэтапную работу катушки:

При подключении к сети в конденсаторе накапливается заряд.
Накопление заряда вызывает рост разности потенциалов между шариками разрядника. В итоге, как только напряжение достигает определенного значения, происходит стрим, то есть появляется электрическая дуга, которая соединяет между собой две части сети. Стрим в конструкции играет роль ключа-соединителя, который открывается при условии подходящих параметров напряжения.
Ток начинает течь первичной обмотке, создавая переменное магнитное поля. В свою очередь это переменное магнитное поле создает электричество во вторичной обмотке: явление индукции в действии.
В свою очередь ток вторичной обмотки создает магнитное поле, создающее индукционный ток в сфере. Ток в сфере вновь вызывает переменное магнитное поле, которое расходится в пространстве.
Если поднести к такой катушке электролампу, то она будет светится без всяческих проводов и источников электроэнергии. Собственно, источником в данном случае служит катушка.

Вот такая схема работы катушки Тесла.

Принцип работы транзисторной катушки Тесла

В транзисторной катушке нет конденсатора и разрядника. Их заменяют два резистора и транзистор. Процесс работы такой катушки выглядит следующим образом:

В нулевой момент происходит подключение к источнику. В результате происходит прохождение тока через резисторы.
Электрический ток открывает транзистор, попадая на первичную обмотку. В результате первичная обмотка генерирует переменное магнитное поле.
Магнитное поле вызывает индукционный ток во вторичной обмотке. Ток из вторичной обмотки движется навстречу току из источника. В итоге сопротивление второго резистора достигает больших высот, что разрывает транзистор.
Из-за разрыва связи ток из вторичной обмотки перестает поступать во второй резистор.
Цикл повторяется.

Вот простой и понятный принцип работы катушки Тесла.

Историческая загадка катушки

Если рассматривать катушку Тесло с исторической точки зрения, становится не ясно, почему ученый не развил идею до конца. Ведь это готовый способ передачи энергии на расстоянии без проводов, что существенно уменьшает потери на монтаж сетей, расходники, столбы и изоляцию.

При этом можно было бы забыть о перерывах с электроснабжением, энергию легко и просто получилось бы доставить в любую точку планеты. Как показывает историческая реальность, ученого интересовало совсем другое применение собственного изобретения. Ученый пытался доказать существование эфира, некой субстанции, которая пронизывает все мироздание.

Согласно теории Тесло эта среда упруга, что делает возможным распространение электромагнитных волн. Одной из утопичных идей ученого была выработка энергии из эфира напрямую. Тесла предлагал установить две катушки на полюсах, что в теории должно было создать огромное магнитное поле по всей Земле.

Так электричество могло бы попасть в любую точку планеты. Катушку ученый придумать успел, а вот создавать приемники для них не стал, занимаясь разработкой получения энергии из эфира.

Противостояние Тесла и Эйнштейна

Долгое время теория эфира имела превалирующее значение в физике. Однако ни разу ни один ученый не смог придумать математическую модель, описывающую поведение этой среды. Тесло умер слишком рано и не успел доказать или опровергнуть свою теорию, задумка с индукционной катушкой так же не была доведена до конца.

После на научном горизонте зажегся огонь другого гения. Альберт Эйнштейн получил Нобелевскую премию за изучение преломления световых лучей, а не за теорию относительности. Но именно вторая отлично описывала все, уже имеющиеся теории. Математическая модель, предложенная гением объясняла сам принцип распространения электромагнитных волн, тогда как философские рассуждения об эфире не имели широкого научного подтверждения.

Так идея гения физики канула в небытие, а принцип работы индуктивной катушки до сих пор не изучен до конца.

Современное использование катушки Тесла

Наиболее широкое распространение получила демонстрационная версия, которая позволяет увидеть электрическую дугу красивого фиолетового цвета и зажечь лампу без проводов. Однако принцип катушки Тесла все же иногда используется:

В системах зажигания двигателя внутреннего сгорания. Там используется тот же принцип трансформации энергии в электрическую дугу. Вот только зажигание работает на низких частотах, тогда как катушка Тесло на высоких.
Для обнаружения пробоин в вакуумных системах.
Для подачи энергии в люминесцентные и неоновые лампы. Хотя последнее чаще используется как трюк.

Как видно, изобретение до сих пор не разработано до конца. Патент все еще дожидается инвестора. Но вполне вероятно, что инвестора не будет никогда.

О том, что физик Никола Тесла был гениальным изобретателем и значительно опередил свое время, слышали многие. К сожалению, по ряду причин большинство его изобретений так и не увидели свет. Но одно из самых неоднозначных – катушка Тесла, сохранилось до наших времен и нашло применение в медицине, военной отрасли и световых шоу.

Описание прибора

Если очень коротко, то катушка Тесла (КТ) – это резонансный трансформатор, создающий высокочастотный ток. Есть информация, что в своих экспериментах военные довели катушку до мощности в 1 Тгц.

Огромная катушка Тесла

Тут стоит затронуть такой вопрос – зачем Тесла ее изобрел? Согласно записям ученый работал над технологией беспроводной передачи электроэнергии. Вопрос крайне актуальный для всего человечества. В теории с помощью эфира две мощные КТ, размещенные в паре километров друг от друга, смогут передавать электричество. Для этого они должны быть настроены на одинаковую частоту. Также есть мнение, что КТ может стать своего рода вечным двигателем.

Внедрение данной технологии сделает все имеющиеся сегодня АЭС, ТЭС, ГЭС и прочие просто ненужными. Человечеству не придется сжигать твердые ископаемые, подвергаться риску радиационного заражения, перекрывать русла рек. Но ответ на вопрос, почему никто не развивает данную технологию, остается за конспирологами.

Настольная катушка Тесла, продающаяся сегодня в качестве сувенира

Принцип работы

Сегодня многие домашние электрики пытаются собрать КТ, при этом не всегда понимая принцип работы трансформатора Тесла, из-за чего терпят фиаско. На самом деле КТ недалеко ушла от обычного трансформатора.

Есть две обмотки – первичная и вторичная. Когда к первичной обмотке подводят переменное напряжение от внешнего источника, вокруг нее создается магнитное поле или, как его еще называют, колебательный контур. Когда заряд пробьет разрядник, через магнитное поле энергия начнет перетекать к вторичной обмотке, где будет образовываться второй колебательный контур. Часть накапливаемой в контуре энергии будет представлена напряжением. Ее величина будет прямо пропорциональна времени образования контура.

Таким образом, в КТ имеется два связанных между собой колебательных контура, что и является определяющей характеристикой при сравнении с обычными трансформаторами. Их взаимодействие создает ионизирующий эффект, из-за чего мы видим стримеры (разряды молний).

Устройство катушки

Трансформатор Тесла, схема которого будет представлена ниже, состоит из двух катушек, тороида, защитного кольца и, конечно, заземления.

Эскиз настольной КТ

Необходимо рассмотреть каждый элемент в отдельности:

первичная катушка располагается в самом низу. К ней подводится питание. Она обязательно заземляется. Делается из металла с малым сопротивлением;
вторичная катушка. Для обмотки используют эмалированную медную проволоку примерно на 800 витков. Таким образом витки не расплетутся и не поцарапаются;
тороид. Данный элемент уменьшает резонансную частоту, накапливает энергию и увеличивает рабочее поле.
защитное кольцо. Представляет из себя незамкнутый виток медного провода. Устанавливается, если длина стримера больше длины вторичной обмотки;
заземление. Если включить незаземленную катушку, стримеры (разряды тока) не будут бить в воздух, а создадут замкнутое кольцо.

Самостоятельное изготовление

Итак, простейший способ изготовления катушки Теслы для чайников своими руками. Часто в интернете можно увидеть суммы, превышающие стоимость неплохого смартфона, но на деле трансформатор на 12V, который даст возможность насладиться включением светильника без использования розетки, можно собрать из кучи гаражного хлама.

Что должно получиться в итоге

Понадобится медная эмалированная проволока. Если эмалированной не найти, тогда дополнительно понадобится обычный лак для ногтей. Диаметр провода может быть от 0.1 до 0.3 мм. Чтобы соблюсти количество витков понадобиться около 200 метров. Намотать можно на обычную ПВХ-трубу диаметром от 4 до 7 см. Высота от 15 до 30 см. Также придется прикупить транзистор, например, D13007, пара резисторов и проводов. Неплохо было бы обзавестись кулером от компьютера, который будет охлаждать транзистор.

Теперь можно приступить к сборке:

отрезать 30 см трубы;
намотать на нее проволоку. Витки должны быть как можно плотнее друг к другу. Если проволока не покрыта эмалью, покрыть в конце лаком. Сверху трубы конец провода продеть через стенку и вывести наверх так, чтобы он торчал на 2 см выше поставленной трубы.;
изготовить платформу. Подойдет обычная плита из ДСП;
можно делать первую катушку. Нужно взять медную трубу 6 мм, выгнуть ее в три с половиной витка и закрепить на каркасе. Если диаметр трубки меньше, то витков должно быть больше. Ее диаметр должен быть на 3 см больше второй катушки. Закрепить на каркасе. Тут же закрепить вторую катушку;
способов изготовления тороида довольно много. Можно использовать медные трубки. Но проще взять обычную алюминиевую гофру и металлическую перекладину для крепления на выпирающем конце проволоки. Если проволока слишком хлипкая, чтобы удержать тороид, можно использовать гвоздь, как на картинке ниже;
не стоит забывать про защитное кольцо. Хотя если один конец первичного контура заземлить, от него можно отказаться;
когда конструкция готова, транзистор соединяется по схеме, крепится к радиатору или кулеру, далее нужно подвести питание и монтаж окончен.

В качестве питания установки многие используют обычную крону Дюрасель.

Расчет катушки

Расчет КТ обычно производится при изготовлении трансформатора промышленной величины. Для домашних экспериментов достаточно использовать приведенные выше рекомендации.

Сам расчет подскажет оптимальное количество витков для вторичной катушки в зависимости от витков первой, индуктивность каждой катушки, емкость контуров и, самое важное, необходимую рабочую частоту трансформатора и емкость конденсатора.

Пример расчета КТ

Меры безопасности

Собрав КТ, перед запуском нужно принять некоторые меры предосторожности. Во-первых, нужно проверить проводку в помещении, где планируется подключение трансформатора. Во-вторых, проверить изоляцию обмоток.

Также стоит помнить, о простейших мерах предосторожности. Напряжение вторичной обмотки в среднем равняется 700А, 15А для человека уже смертельно. Дополнительно стоит подальше убрать все электроприборы, попав в зону работы катушки, они с большой вероятностью сгорят.

КТ – это революционное открытие своего времени, недооцененное в наши дни. Сегодня трансформатор Тесла служит лишь для развлечения домашних электриков и в световых представлениях. Сделать катушку можно самостоятельно из подручных средств. Понадобятся ПВХ труба, несколько сотен метров медного провода, пара метров медных труб, транзистор и пара резисторов.

Одним из устройств, которые изобрел Никола Тесла, является катушка или резонансный трансформатор, способный выдавать высокое напряжение с высокой частотой. Для того, чтобы представлять работу этого устройства, необходимо знать принцип работы катушки Тесла.

Трансформатор Тесла: принцип действия

Принцип работы данного устройства сравним с действием обычных качелей. При режиме принудительного раскачивания, максимальная амплитуда находится в пропорции к прилагаемым усилиям. Если же раскачивание производится в свободном режиме, происходит еще больший рост максимальной амплитуды.

В катушке качелями является вторичный контур колебаний, а прилагаемое усилие осуществляет генератор. Они срабатывают в строго обозначенное время.

Конструкция катушки Тесла

В самом простом трансформаторе имеется две катушки – первичная и вторичная. Кроме того, в конструкцию входит разрядник, конденсатор и терминал. В конечном итоге образуются два контура колебаний, связанных между собой. Это является основным отличием катушки Тесла от обычного трансформатора.

Для того, чтобы катушка работала полноценно, оба контура колебания настраиваются на одинаковую частоту резонанса. Настройка производится путем подстройки первичного контура под вторичный, изменяя емкость конденсатора и количество витков. В результате, на выходе катушки образуется максимальное напряжение.

Для работы трансформатора Тесла используется импульсный режим. На первом этапе величина заряда конденсатора должна сравняться с напряжением, вызывающим пробой разрядника. На втором этапе колебания высокой частоты генерируются в первичном контуре. Параллельно включается разрядник, замыкающий трансформатор и убирающий его из общего контура. В противном случае, в первичном контуре могут произойти потери, которые могут повлиять на качество его работы. В нормальной схеме, разрядник, как правило, устанавливается параллельно с источником питания.

Таким образом, значение напряжения на выходе катушки Тесла может составлять несколько миллионов вольт. С помощью такого напряжения, в воздухе возникают разряды электричества, достигающие значительной длины. Их внешний вид буквально завораживает, и во многих случаях трансформатор применяется в качестве декоративного изделия.

Принцип действия катушки Тесла помогает найти практическое применение этому устройству. Как правило, ему отводится познавательная и эстетическая роль. Это связано с определенными трудностями в управлении прибором и передаче полученной энергии на расстояние.

Катушка Тесла представляет собой высокочастотный резонансный трансформатор без ферромагнитного сердечника, с помощью которого можно получить высокое напряжение на вторичной обмотке. Под действием высокого напряжения в воздухе происходит электрический пробой, подобно разряду молнии. Устройство изобретено Николой Теслой, и носит его имя.

По типу коммутирующего элемента первичного контура, катушки Тесла подразделяются на искровые (SGTC – Spark gap Tesla coil), ламповые (VTTC – Vacuum tube Tesla coil), транзисторные (SSTC – Solid state Tesla coil, DRSSTC – Dual resonant solid state Tesla coil). Я буду рассматривать только искровые катушки, являющиеся самыми простыми и распространенными. По способу заряда контурного конденсатора, искровые катушки делятся на 2 типа: ACSGTC – Spark gap Tesla coil, а также DCSGTC – Spark gap Tesla coil. В первом варианте, заряд конденсатора осуществляется переменным напряжением, во втором используется резонансный заряд с подведением постоянного напряжения.

Сама катушка представляет собой конструкцию из двух обмоток и тора. Вторичная обмотка цилиндрическая, наматывается на диэлектрической трубе медным обмоточным проводом, в один слой виток к витку, и имеет обычно 500-1500 витков. Оптимальное соотношение диаметра и длины обмотки равно 1:3,5 – 1:6. Для увеличения электрической и механической прочности, обмотку покрывают эпоксидным клеем или полиуретановым лаком. Обычно размеры вторичной обмотки определяют исходя из мощности источника питания, то есть высоковольтного трансформатора. Определив диаметр обмотки, из оптимального соотношения находят длину. Далее подбирают диаметр обмоточного провода, так чтобы количество витков примерно равнялось общепринятому значению. В качестве диэлектрической трубы обычно применяют канализационные пластиковые трубы, но можно изготовить и самодельную трубу, при помощи листов чертежного ватмана и эпоксидного клея. Здесь и далее речь идет о средних катушках, мощностью от 1 кВт и диаметром вторичной обмотки от 10 см.

На верхний конец трубы вторичной обмотки устанавливают полый проводящий тор, обычно выполненный из алюминиевой гофрированной трубы для отвода горячих газов. В основном диаметр трубы подбирают равным диаметру вторичной обмотки. Диаметр тора обычно составляет 0,5-0,9 от длины вторичной обмотки. Тор имеет электрическую емкость, которая определяется его геометрическими размерами, и выступает в роли конденсатора.

Первичная обмотка располагается у нижнего основания вторичной обмотки, и имеет спиральную плоскую или коническую форму. Обычно состоит из 5-20 витков толстого медного или алюминиевого провода. В обмотке протекают высокочастотные токи, вследствие чего скин-эффект может иметь значительное влияние. Из-за высокой частоты ток распределяется преимущественно в поверхностном слое проводника, тем самым уменьшается эффективная площадь поперечного сечения проводника, что приводит к увеличению активного сопротивления и уменьшению амплитуды электромагнитных колебаний. Поэтому лучшим вариантом для изготовления первичной обмотки будет полая медная трубка, или плоская широкая лента. Над первичной обмоткой по внешнему диаметру иногда устанавливают незамкнутое защитное кольцо (Strike Ring) из того же проводника, и заземляют. Кольцо предназначено для предотвращения попадания разрядов в первичную обмотку. Разрыв необходим для исключения протекания тока по кольцу, иначе магнитное поле, созданное индукционным током, будет ослаблять магнитное поле первичной и вторичной обмотки. От защитного кольца можно отказаться, если заземлить один конец первичной обмотки, при этом попадание разряда не причинит вреда компонентам катушки.

Коэффициент связи между обмотками зависит от их взаимного расположения, чем они ближе, тем больше коэффициент. Для искровых катушек типичное значение коэффициента равно K=0,1-0,3. От него зависит напряжение на вторичной обмотке, чем больше коэффициент связи, тем больше напряжение. Но увеличивать коэффициент связи выше нормы не рекомендуется, так как между обмотками начнут проскакивать разряды, повреждающие вторичную обмотку.

На схеме представлен простейший вариант катушки Тесла типа ACSGTC.
Принцип действия катушки Тесла основан на явлении резонанса двух индуктивно связанных колебательных контуров. Первичный колебательный контур состоит из конденсатора С1, первичной обмотки L1, и коммутируется разрядником, в результате чего образуется замкнутый контур. Вторичный колебательный контур образован вторичной обмоткой L2 и конденсатором С2 (тор обладающий емкостью), нижний конец обмотки обязательно заземляется. При совпадении собственной частоты первичного колебательного контура с частотой вторичного колебательного контура, происходит резкое возрастание амплитуды напряжения и тока во вторичной цепи. При достаточно высоком напряжении происходит электрический пробой воздуха в виде разряда, исходящего из тора. При этом важно понимать, что представляет собой замкнутый вторичный контур. Ток вторичного контура течет по вторичной обмотке L2 и конденсатору С2 (тор), далее по воздуху и земле (так как обмотка заземлена), замкнутый контур можно описать следующим образом: земля-обмотка-тор-разряд-земля. Таким образом, захватывающие электрические разряды представляют собой часть контурного тока. При большом сопротивлении заземления разряды, исходящие из тора будут бить прямо по вторичной обмотке, что не есть хорошо, поэтому нужно делать качественное заземление.

После того как размеры вторичной обмотки и тора определены, можно посчитать собственную частоту колебаний вторичного контура. Здесь надо учитывать, что вторичная обмотка кроме индуктивности обладает некоторой емкостью из-за немалых размеров, которую надо учитывать при расчете, емкость обмотки необходимо сложить с емкостью тора. Далее надо прикинуть параметры катушки L1и конденсатора C1первичного контура, так чтобы собственная частота первичного контура была близка к частоте вторичного контура. Емкость конденсатора первичного контура обычно составляет 25-100 нФ, исходя из этого, рассчитывают количество витков первичной обмотки, в среднем должно получиться 5-20 витков. При изготовлении обмотки необходимо увеличить количество витков, по сравнению с расчетным значением, для последующей настройки катушки в резонанс. Рассчитать все эти параметры можно по стандартным формулам из учебника физики, также в сети есть книги по расчету индуктивности различных катушек. Существуют и специальные программы калькуляторы для расчета всех параметров будущей катушки Тесла.

Настройка осуществляется путем изменения индуктивности первичной обмотки, то есть один конец обмотки подсоединен к схеме, а другой никуда не подключается. Второй контакт выполняют в виде зажима, который можно перекидывать с одного витка на другой, тем самым используется не вся обмотка, а только ее часть, соответственно меняется индуктивность, и собственная частота первичного контура. Настройку выполняют во время предварительных запусков катушки, о резонансе судят по длине выдаваемых разрядов. Существует также метод холодной настройки резонанса при помощи ВЧ генератора и осциллографа или ВЧ вольтметра, при этом катушку запускать не надо. Необходимо взять на заметку, что электрический разряд обладает емкостью, вследствие чего собственная частота вторичного контура может немного уменьшаться во время работы катушки. Заземление также может оказывать небольшое влияние на частоту вторичного контура.

Разрядник является коммутирующим элементом в первичном колебательном контуре. При электрическом пробое разрядника под действием высокого напряжения, в нем образуется дуга, которая замыкает цепь первичного контура, и в нем возникают высокочастотные затухающие колебания, в течение которых напряжение на конденсаторе С1 постепенно уменьшается. После того как дуга гаснет, контурный конденсатор С1 вновь начинает заряжаться от источника питания, при следующем пробое разрядника начинается новый цикл колебаний.

Разрядник подразделяется на два типа: статический и вращающийся. Статический разрядник представляет собой два близко расположенных электрода, расстояние между которыми регулируют так чтобы электрический пробой между ними происходил в то время, когда конденсатор С1 заряжен до наибольшего напряжения, или немного меньше максимума. Ориентировочное расстояние между электродами определяют исходя из электрической прочности воздуха, которая составляет около 3 кВ/мм при стандартных условиях окружающей среды, а также зависит от формы электродов. Для переменного сетевого напряжения, частота срабатываний статического разрядника (BPS – beats per second) составит 100Гц.

Вращающийся разрядник (RSG – Rotary spark gap) выполняется на основе электродвигателя, на вал которого насажен диск с электродами, с каждой стороны диска устанавливаются статические электроды, таким образом, при вращении диска, между статическими электродами будут пролетать все электроды диска. Расстояние между электродами делают минимальным. В таком варианте можно регулировать частоту коммутаций в широких пределах управляя электродвигателем, что дает больше возможностей по настройке и управлению катушкой. Корпус двигателя необходимо заземлить, для защиты обмотки двигателя от пробоя, при попадании высоковольтного разряда.

В качестве источника питания для зарядки конденсаторов используется высоковольтный трансформатор Т1, или несколько последовательно или параллельно соединенных трансформаторов. В основном начинающие тесластроители используют трансформатор из микроволновой печи (MOT – Microwave Oven Transformer), выходное переменное напряжение которого составляет ~2,2 кВ, мощность около 800 Вт. В зависимости от номинального напряжения контурного конденсатора, МОТы соединяют последовательно от 2 до 4 штук. Применение только одного трансформатора не целесообразно, так как из-за небольшого выходного напряжения зазор в разряднике будет очень малым, итогом будут нестабильные результаты работы катушки. Моты имеют недостатки в виде слабой электропрочности, не рассчитаны для работы в длительном режиме, сильно греются при большой нагрузке, поэтому часто выходят из строя. Более разумно использовать специальные масляные трансформаторы типа ОМ, ОМП, ОМГ, которые имеют выходное напряжение 6,3 кВ, 10 кВ, и мощность 4 кВт, 10 кВт. Можно также изготовить самодельный высоковольтный трансформатор. При работе с высоковольтными трансформаторами не следует забывать о технике безопасности, высокое напряжение опасно для жизни, корпус трансформатора необходимо заземлить. При необходимости последовательно с первичной обмоткой трансформатора можно установить автотрансформатор, для регулировки напряжения зарядки контурного конденсатора. Мощность автотрансформатора должна быть не меньше мощности трансформатора T1.

Дроссель Lд в цепи питания необходим для ограничения тока короткого замыкания трансформатора при пробое разрядника. Чаще всего дроссель находится в цепи вторичной обмотки трансформатора T1. Вследствие высокого напряжения, необходимая индуктивность дросселя может принимать большие значения от единиц до десятков Генри. В таком варианте он должен обладать достаточной электропрочностью. С таким же успехом дроссель можно установить последовательно с первичной обмоткой трансформатора, соответственно здесь не требуется высокая электропрочность, необходимая индуктивность на порядок ниже, и составляет десятки, сотни миллигенри. Диаметр обмоточного провода должен быть не меньше диаметра провода первичной обмотки трансформатора. Индуктивность дросселя рассчитывают из формулы зависимости индуктивного сопротивления от частоты переменного тока.

Фильтр низких частот (ФНЧ) предназначен для исключения проникновения высокочастотных импульсов первичного контура в цепь дросселя и вторичной обмотки трансформатора, то есть для их защиты. Фильтр может быть Г-образным или П-образным. Частоту среза фильтра выбирают на порядок меньше резонансной частоты колебательных контуров катушки, но при этом частота среза должна быть намного больше частоты срабатывания разрядника.

При резонансном заряде контурного конденсатора (тип катушки – DCSGTC), используют постоянное напряжение, в отличии от ACSGTC. Напряжение вторичной обмотки трансформатора T1 выпрямляют с помощью диодного моста и сглаживают конденсатором Св. Емкость конденсатора должна быть на порядок больше емкости контурного конденсатора С1, для уменьшения пульсаций постоянного напряжения. Величина емкости обычно составляет 1-5 мкФ, номинальное напряжение для надежности выбирают в 1,5-2 раза больше амплитудного выпрямленного напряжения. Вместо одного конденсатора можно использовать конденсаторные сборки, желательно не забывая про выравнивающие резисторы при последовательном соединении нескольких конденсаторов.

В качестве диодов моста применяют последовательно соединенные высоковольтные диодные столбы типа КЦ201 и др. Номинальный ток диодных столбов должен быть больше номинального тока вторичной обмотки трансформатора. Обратное напряжение диодных столбов зависит от схемы выпрямления, по соображениям надежности обратное напряжение диодов должно быть в 2 раза больше амплитудного значения напряжения. Возможно изготовление самодельных диодных столбов путем последовательного соединения обычных выпрямительных диодов (например 1N5408, Uобр = 1000 В, Iном = 3 А), с применением выравнивающих резисторов.
Вместо стандартной схемы выпрямления и сглаживания можно собрать удвоитель напряжения из двух диодных столбов и двух конденсаторов.

Принцип работы схемы резонансного заряда основан на явлении самоиндукции дросселя Lд, а также применения диода отсечки VDо. В момент времени, когда конденсатор C1 разряжен, через дроссель начинает течь ток, возрастая по синусоидальному закону, при этом в дросселе накапливается энергия в виде магнитного поля, а конденсатор при этом заряжается, накапливая энергию в виде электрического поля. Напряжение на конденсаторе возрастает до напряжения источника питания, при этом через дроссель течет максимальный ток, и падение напряжения на нем равно нулю. При этом ток не может прекратиться мгновенно, и продолжает течь в том же направлении из-за наличия самоиндукции дросселя. Зарядка конденсатора продолжается до удвоенного значения напряжения источника питания. Диод отсечки необходим для предотвращения перетекания энергии от конденсатора обратно в источник питания, так как между конденсатором и источником питания появляется разность потенциалов равная напряжению источника питания. На самом деле напряжение на конденсаторе не достигает удвоенного значения, из-за наличия падения напряжения на диодном столбе.

Применение резонансного заряда позволяет более эффективно и равномерно передавать энергию на первичный контур, при этом для получения одинакового результата (по длине разряда), для DCSGTC требуется меньшая мощность источника питания (трансформатор Т1), чем для ACSGTC. Разряды приобретают характерный плавный изгиб, вследствие стабильного питающего напряжения, в отличии от ACSGTC, где очередное сближение электродов в RSG может приходиться по времени на любой участок синусоидального напряжения, включая попадание на нулевое или низкое напряжение и как следствие переменная длина разряда (рваный разряд).

Ниже на картинке представлены формулы для расчета параметров катушки Тесла:

Предлагаю ознакомиться с моим опытом постройки катушки Тесла своими руками.

Наверняка вы хотя бы раз краем уха слышали, что существует такая вещь, как ”катушка Теслы”. Кто-то просто не понимает, что это такое, другие думают, что это как-то связано с автомобилями Илона Маска, а третьи предполагают, что это что-то из книги о кройке и шитье. И лишь немногие по-настоящему знают, что это такое, и то, что это изобретение позапрошлого века может перевернуть весь мир энергетики, но до сих пор этого не сделало. Поговаривают, что именно это изобретение гениального Николы Теслы стало причиной ”падения Тунгусского метеорита”. Впрочем, я бы не спешил говорить о том, что катастрофа того времени была рукотворной. Сейчас катушка Теслы известна вам по красочным шоу, которые устраивают в кружках любителей физики. Помните? Там, где молнии бьют между клетками с людьми. Все это поверхностно, но что на самом деле представляет из себя катушка Теслы? Это гениальное изобретение или сплошная ”пыль в глаза”?

Катушка Теслы интереснее, чем может показаться на первый взгляд.

Что такое катушка Теслы

Сразу скажу, что в описании этого относительно простого прибора есть несколько довольно сложных для неподготовленного человека слов. Они относятся к электрике, и большинство даже если слышало их, то не сразу поймет, что они означают. Поэтому я дам два описания. Одно из них будет обычным, с небольшим уклоном в техническую сторону, в а второе, что называется, на пальцах.

10 доказательств того, что Никола Тесла был богом науки.

Итак, если говорить по науке, то катушка Теслы (или трансформатор Теслы) — это устройство, изобретенное Николой Теслой. Поэтому логично, что ему дали его имя. Более того, на него даже есть патент на имя великого физика. Он выдан 22 сентября 1896 года. В патенте изобретение называется ”Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала”. На самом деле из этой заявки все должно быть понятно. Это прибор, который является резонансным трансформатором, производящим высокое напряжение высокой частоты.

Гениальный изобретатель не просто придумал катушку своего имени, но и запатентовал ее.

В основе работы приборы лежат резонансные стоячие электромагнитные волны. Сейчас поймете, как это!

У прибора есть две проводниковые катушки — первичная и вторичная. В первичной обмотке как правило небольшое количество витков. Вместе с ней идут конденсатор и искровой промежуток. Эта часть прибора обязательно должна быть заземлена.

Вторичная обмотка — это прямая катушка провода. Когда частоты колебания колебательного контура первичной обмотки совпадают с собственными колебаниями стоячих волн вторичной обмотки возникает резонанс и стоячая электромагнитная волна. В итоге между концами катушки появляется высокое переменное напряжение.

Упрощенно катушка Теслы выглядит так.

На самом деле все довольно просто, если понимать принцип действия законов физики, на которых основана работа прибора, но вот, как и обещал, более простое объяснение.

Катушка Теслы простыми словами

Представьте себе маятник с тяжелым грузом. Если вводить его в движение, толкая в какой-то определенный момент в одной точке, то амплитуда будет расти по мере увеличения усилия. Но если найти точку, в которой движение будет входить в резонанс, то амплитуда будет расти многократно. В случае с маятником она ограничена параметрами подвеса, но если мы говорим о напряжении, то расти оно может чуть ли не бесконечно. В обычных условиях наблюдается рост напряжения в десятки и даже сотни раз, достигая миллионов вольт даже в далеко не самых мощных приборах.

На Марсе есть электричество, но откуда оно берется?

Пример простого объяснения знаком нам всем с детства. Помните, когда мы раскачивали кого-то на качелях? Так вот, мы же толкали качели в той точке, в которой они максимально быстро разгонялись вниз. Это и есть грубое, но в целом верное объяснение резонанса, который используется в катушке Теслы.

Резонанс может делать великие вещи. В том числе и с электричеством.

В качестве основных элементов сам Никола Тесла использовал конденсатор, который подключался к источнику питания. Именно он и питал первичную обмотку, от которой возникал резонанс во вторичной. Важно было только правильно подобрать частоту тока ”на входе” и материал для вторичной обмотки. Если они не будут соответствовать друг другу, то роста напряжения не будет вовсе или он будет крайне незначительным.

Для чего нужна катушка Теслы

К визуальным эффектам мы еще вернемся, так как они являются только иллюстрацией работы прибора, а изначально он создавался для того, чтобы передавать электрическую энергию на расстояние без проводов. Именно этим и занимался один из самых загадочных ученых в истории.

Из-за чего бьет молния и как она появляется

Это не является секретной информацией и встречается в различных документах того времени. Суть в том, что если установить в нескольких километрах друг от друга достаточно мощные катушки Теслы, они смогут передавать энергию и решать многие проблемы, а увеличение напряжения и частоты почти из ничего может позволить решить многие энергетические проблемы.

Потенциально катушка Теслы может передавать энергию на большие расстояния.

Учитывая некоторые свойства прибора, он может даже опровергать ряд доказательств того, что создание вечного двигателя невозможно. Я уже рассказывал, как и кто пытался его создать, но в некотором роде именно катушка Теслы при определенных условиях могла бы стать одним из его компонентов.

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.

Где применяются катушки Теслы

Сами катушки или их действие применяется в некоторых сферах жизни. Кроме комнат, описанных выше, созданные молнии высокого напряжения могут применяться в красочных лампах, которые можно трогать рукой, и разряд будет стремиться к ней.

Интересные и малоизвестные факты о молниях

Созданные молнии могут показать, где есть повреждение вакуумной системы — они всегда стремятся к месту нарушения герметичности. Эффект находит место даже в косметологии. Дело в том, что параметры тока в катушке Теслы относительно безопасны для человека и лишь ходят по поверхности кожи, слега ”пробирая” ее изнутри. Приборы, основанные на таком эффекте, позволяют стимулировать и тонизировать кожу, решая некоторые проблемы с венами, морщинами и другими неприятными изменениями. Но пользоваться такими приборами должен профессионал, так как полностью безопасными назвать их нельзя.

Катушки Теслы применяются даже в косметологии.

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.

Как сделать катушку Теслы

На самом деле было несколько некорректно расписывать, как сделать такой прибор дома самостоятельно, так как он может быть очень опасен как для людей, так и для домашней техники. Достаточно просто знать, что это возможно и на YouTube полно роликов о том, как приобщиться к этому явлению.

Добавлю только, что для создания миниатюрной катушки достаточно обзавестись несколькими вещами, которые можно найти в гараже более-менее запасливого ”самоделкина”.

Сделанная в домашних условиях катушка Теслы может даже зажигать лампочки рядом с ней.

По сути вам понадобится только источник питания, небольшой конденсатор, маленькая катушка проводника для первичной обмотки, пара сотен метров тонкой медной эмалированной проволоки для вторичной обмотки, диэлектрическая труба для ее намотки и все.

Если вы решили сделать что-то подобное, то в каждом ролике более точно расскажут, что нужно для эксперимента. Но помните, что без специальной подготовки это может быть смертельно опасно.

Читайте также: