Трансформатор Тесла способен демонстрировать красивые электрические заряды. Они могут иметь большие величины и именно поэтому достаточно часто его используют как декоративное украшение в доме. Он имеет простую конструкцию, которую изготовить может практически каждый. Но вам необходимо помнить о том, что во время работы следует быть осторожным, так как работать вам придется с током.
Трансформатор Тесла и основные компоненты для его изготовления
В схему этого устройства входит две обмотки:
- Первичная.
- Вторичная.
К первичной обмотке вам необходимо будет подсоединить переменное напряжение. В результате этого вы получите магнитное поле. Поле будет передавать энергию из первичной обмотки на вторичную. Вторичная обмотка при этом должна будет создать колебательный контур, который будет накапливать эту энергию. Определенное время эта энергия будет храниться в контуре в виде напряжения.
Компоненты трансформатора Тесла
Трансформатор Тесла может иметь несколько видов катушек, но у них похожие черты.
Тороид, который находится в его конструкции способен выполнять три функции. Вот его основные функции:
- Уменьшение резонансной частоты.
- Накопление энергии перед получением стримера. При этом вам следует учитывать то чем больше тороид тем больше в нем скопится энергии. Для того чтобы получить выгоду в этом устройстве часто используют прерыватель.
- Образование электростатического поля, которое будет отталкивать стример. Иногда эту функцию может выполнять и вторичная обмотка.
Перед тем как вы решите сделать трансформатор Тесла вам необходимо знать, что основной деталью здесь является вторичная обмотка. Типичное соотношение между ее длиной и диаметром должно составлять 4:1. Защитное кольцо необходимо для того чтобы электроника не вышла из строя. Деталь представляет собою специальное кольцо, которое изготавливают из медного провода.
Защитное кольцо также обязательно должно иметь заземление. Первичная обмотка должна иметь небольшое сопротивление, чтобы обеспечивать надежную передачу тока. Точка подключения здесь должна быть подвижной. В этом случае вы легко сможете менять резонансную частоту.
Заземление также считается важною деталью для Теслы. В этом случае стримеры будут ударять в землю, и замыкать ток.
Именно поэтому если заземление будет надежным, ваши стримеры будут быть в трансформатор.
Принцип работы устройства
Перед тем как сделать Тесла своими руками вам необходимо знать, как он работает. Тесла работает следующим образом. Трансформатор через дроссель должен заряжать конденсатор. Чем его индуктивность меньше, тем заряд будет происходить быстрее.
Через определенное время его напряжение может значительно увеличиться. Дуга, которая находится в разряднике, выступит отличным проводником. Именно поэтому конденсатор и катушка вместе создадут замечательный контур. имеет подобный принцип работы. За счет энергии, которая здесь образуется, будут происходить колебания.
Во время колебаний в конденсаторе и в катушке должен произойти обмен энергией. Определенная ее часть исчезнет в виде теплового излучения, а вторая половина проявится в разряднике. Показатели индуктивности будут способствовать созданию еще одного контура. Номиналы всех компонентов следует подирать так, чтобы частота их была одинаковой.
Первичный контур должен будет передать свою энергию и со временем она вся будет там. Показатели амплитуды колебаний в этот момент должны быть нулевыми. Весь процесс не закончиться на обмене энергией. Когда дуга полностью исчезнет, остатки энергии могут остаться запертыми.
Благодаря советам, которые мы здесь разместили, вы узнаете, как изготовить трансформатор средних размеров своими руками.
Для изготовления вторичной обмотки вам потребуется труба с диаметром в 2 дюйма. Эмалированный провод длиною в 100 метров. ПВХ фитинг диаметром 2 дюйма.
Металлический фланец с диаметром в 2 дюйма.
Краска для эмали.
Болты, гайки, шайбы.
Для вторичной обмотки вам также необходима медная трубка. Ее длина должна быть не менее трех метров.
Для изготовления конденсатора необходимы следующие детали:
- Несколько стеклянных бутылок.
- Соль.
- Фольга.
- Специальное масло.
Последовательность сборки
Для начала необходимо намотать вторичную обмотку. Конец провода обязательно нужно закрепить вверху трубки. Наматывать ее вам необходимо так чтобы витки не переплетались. Между ними также не должно быть пространства.
Катушку можно зафиксировать с помощью малярного скотча. Мотать его необходимо через каждые 20 витков.
Вам необходимо плотно обернуть обмотку и закрепить ее с помощью краски.
Для намотки витков вы легко сможете изготовить специальное приспособление.
Для того чтобы направлять проволоку можно использовать деревянный брусок.
На этом этапе вам потребуется подготовить и сделать первичную обмотку. Сделать ее несложно. Для этого нужно установить металлический фланец по центру доски и сделать отверстия для болтов.
Первичную обмотку нужно закрепить гайками.
Из медной трубы вам потребуется изготовить специальную спираль. Потом ее необходимо растягивать. В итоге у вас должен получиться конус.
Одним из самых распространенных изобретений Николы Тесла считается трансформатор Тесла. Работа этого устройства основана на действии резонансных электромагнитных стоячих волн в катушках. Этот принцип лег в основу множества современных вещей: , кинескопы телевизоров, зарядка устройств на расстоянии. Благодаря явлению резонанса в момент совпадения частоты колебаний контура первичной обмотки с частотой колебания стоячих волн вторичной обмотки между концами катушки проскакивает дуга.
Несмотря на всю кажущуюся сложность этого генератора, сделать его можно и самому. Технология того, как сделать катушку Тесла своими руками, содержится ниже.
Составные части и принцип работы
Трансформатор Тесла собирается из первичной, вторичной катушки и обвязки, составляемой из разрядника или прерывателя, конденсатора и терминала, служащего выходом.
Первичная обмотка состоит из небольшого числа витков медного провода большого сечения или медной трубки. Она бывает горизонтальной (плоской), вертикальной (цилиндрической) или конической. Вторичная обмотка состоит из большого числа витков меньшего сечения и является наиболее важным узлом конструкции. Отношение ее длины к диаметру должно составлять 4:1, а в основании должно располагаться заземленное защитное кольцо из медного провода, призванное сохранить электронику установки.
Так как работает трансформатор Тесла в импульсном режиме, его конструкция характеризуется тем, что в нее не входит ферромагнитный сердечник. Это позволяет снизить взаимную индукцию между обмотками. Конденсатор, взаимодействуя с первичной катушкой, создает колебательный контур с включенным в него разрядником, в данном случае газовым. Разрядник собирают из массивных электродов, а для большей износостойкости дополнительно снабжают радиаторами.
Принцип работы катушки Тесла следующий. Конденсатор через дроссель заряжается от трансформатора. Скорость зарядки напрямую зависит от показателя индуктивности. Зарядившись до критического уровня, он вызовет пробой разрядника. После этого в первичном контуре генерируются высокочастотные колебания. Одновременно с этим активируется разрядник, убирающий трансформатор из общего контура, замыкая его.
Если это не произошло, то в первичном контуре могут произойти потери, негативно влияющие на его работу. В стандартной схеме параллельно с источником питания устанавливается газовый разрядник.
Таким образом, катушка Тесла на выходе может выдать напряжение в несколько миллионов вольт. От такого напряжения в воздухе возникают разряды электричества, имеющие вид коронарных разрядов и стримеров.
Крайне важно помнить, что эти изделия генерируют токи высокого потенциала и смертельно опасны для жизни. Даже маломощные устройства способны вызывать сильные ожоги, повреждение нервных окончаний, мышечных тканей и связок. Способны вызывать остановку сердца.
Конструкция и сборка
Трансформатор Тесла был запатентован в 1896 г. и по своей конструкции прост для исполнения. Он включает в себя:
- Первичную катушку с обмоткой из медной жилы сечением от 6 мм², в количестве достаточном для 5-7 витков.
- Вторичную катушку из диэлектрического материала и провода диаметром до 0,5 мм и длиной достаточной для 800-1000 витков.
- Полусферы разрядника.
- Конденсаторов.
- Защитного кольца из медной жилы, как на первичной обмотке трансформатора.
Особенность прибора заключается в том, что его мощность не зависит от мощности питающего источника. Важнее физические свойства воздуха. Устройство может создавать колебательные контуры различными методами:
- с использованием разрядника искрового промежутка;
- с помощью генератора колебания на транзисторах;
- на лампах.
Для изготовления трансформатора Тесла своими руками потребуется:
- Для первичной обмотки – 3 м тонкой медной трубки диаметром 6 мм либо медная жила того же диаметра и длины.
- Для сборки вторичной обмотки необходима ПВХ труба диаметром 5см и длиной около 50 см и резьбовой фитинг ПВХ к ней. Также необходим медный, покрытый лаком или эмалью, провод диаметром 0,5 мм и длиной 90 м.
- Металлический фланец с внутренним диаметром 5 см.
- Различные гайки, шайбы и болты.
- Разрядник.
- Гладкая полусфера для терминала.
- Конденсатор можно изготовить самостоятельно. Для него потребуются 6 стеклянных бутылочек, поваренная соль, рапсовое или вазелиновое масло, алюминиевая фольга.
- Потребуется источник питания, выдающий 9кВ при 30мА.
Тесла проста в реализации. От трансформатора отходят 2 провода с подключенным разрядником. К одному из проводов подключаются конденсаторы. В конце расположена первичная обмотка. Отдельно располагается вторичная катушка с терминалом и заземленным кольцом защиты.
Описание того, как собрать катушку Тесла в домашних условиях:
- Изготавливают вторичную обмотку, предварительно закрепив край провода на конце трубы. Наматывать следует равномерно, не допуская обрыва провода. Между витками не должны присутствовать зазоры.
- Закончив, оберните обмотку в верхней и нижней частях малярной лентой. После этого покройте обмотку лаком или эпоксидной смолой.
- Подготовьте 2 панели для нижнего и верхнего оснований. Подойдет любой диэлектрический материал, лист фанеры или пластика. Установите по центру нижнего основания металлический фланец и закрепите его болтами так, чтобы между нижним и верхним основаниями осталось место.
- Подготовьте первичную обмотку, скрутив ее в спираль и закрепив на верхнем основании. Просверлив в нем 2 отверстия, выведите концы трубки в них. Закреплять ее следует так, чтобы исключить соприкосновение обмоток и при этом соблюсти расстояние между ними в 1 см.
- Для изготовления разрядника потребуется поместить 2 болта напротив друг друга в деревянную рамку. Расчет сделан на то, что при движении они будут играть роль регулятора.
- Конденсаторы изготавливаются следующим образом. Стеклянные бутылки обматывают фольгой и заливают в них соленую воду. Ее состав для всех бутылок должен быть одинаковым – 360 г на 1л воды. Пробивают крышки и вставляют в них провода. Конденсаторы готовы.
- Соединяют все узлы по схеме, описанной выше. Обязательно заземляют вторичную обмотку.
- Итоговое количество в первичной обмотке должно составить 6,5 витка, во вторичной – 600 витков.
Описанная последовательность действий дает представление о том, как сделать трансформатор Тесла самому.
Включение, проверка и регулировка
Первый запуск желательно производить вне помещения, также стоит подальше убрать все бытовые приборы, чтобы исключить их поломку. Помните о мерах предосторожности! Для запуска выполняют следующие действия:
- Проходят по всей цепочке проводов и проверяют, чтобы нигде не соприкасались оголенные контакты, а все узлы были надежно закреплены. В разряднике между болтами оставляют небольшой зазор.
- Подают напряжение и наблюдают за появлением стримера. В случае его отсутствия к вторичной обмотке подносят люминесцентную лампу или лампу накаливания. Желательно закрепить их на диэлектрике, подойдет кусок ПВХ трубы. Появление свечения подтверждает, что трансформатор Тесла работает.
- В случае отсутствия свечения меняют выводы первичной катушки местами.
Если с первого раза не получилось, не отчаивайтесь. Попробуйте изменить количество витков во вторичной обмотке и расстоянием между обмотками. Подкрутите болты в разряднике.
Мощная катушка Тесла
Отличительной особенностью такой катушки являются ее размеры, сила получаемого тока и метод генерации резонансных колебаний.
Выглядит это следующим образом. После включения заряжается конденсатор. Достигнув максимального уровня заряда, происходит пробой в разряднике. На следующем этапе образуется LC контур – цепь, образованная последовательным включением конденсатора и первичного контура. Это создает во вторичной обмотке резонансные колебания и напряжения высокой мощности.
При этом нечто подобное можно собрать и в домашних условиях. Для этого следует:
- Увеличить в 1,5-2,5 раза диаметр катушки и сечение провода.
- Изготовить терминал в форме тороида. Для этого подойдет алюминиевая гофра диаметром 100 мм.
- Заменить источник постоянного на источник переменного тока, выдающий 3-5кВ.
- Сделать надежное заземление.
- Убедиться в том, что ваша проводка выдержит такую нагрузку.
Такие трансформаторы могут генерировать мощность до 5кВт и создавать коронарные и дуговые разряды. При этом максимальный эффект достигается при совпадении частоты обоих контуров.
Никола Тесла - легендарная личность, причем о смысле некоторых его изобретений спорят и по сей день. В мистику мы вдаваться не будем, а поговорим лучше о том, как сделать кое-что эффектное по «рецептам» Теслы. Это катушка Тесла. Увидев ее один раз, вы никогда не забудете это невероятное и удивительное зрелище!
Общие сведения
Если говорить о простейшем таком трансформаторе (катушке), то он состоит из двух катушек, у которых нет общего сердечника. На первичной обмотке должно быть не менее десятка витков толстой проволоки. На вторичную наматывают уже минимум 1000 витков. Учтите, что катушка Тесла обладает таким который в 10-50 раз больше, чем отношение количества витков на второй обмотке к первой.
На выходе напряжение такого трансформатора может превышать несколько миллионов вольт. Именно это обстоятельство и обеспечивает возникновение зрелищных разрядов, длина которых может достигать сразу нескольких метров.
Когда возможности трансформатора были впервые продемонстрированы публике?
В городке Колорадо Спрингс однажды полностью сгорел генератор на местной электростанции. Причина была в том, что ток от него шел на питание первичной обмотки В ходе этого гениального эксперимента ученый впервые доказал сообществу, что существование стоячей электромагнитной волны - реальность. Если вашей мечтой является катушка Тесла, своими руками сложнее всего сделать именно первичную обмотку.
Вообще, смастерить ее самому не так уж и сложно, но куда труднее придать готовому изделию визуально привлекательный облик.
Простейший трансформатор
Сперва вам придется где-то отыскать источник высокого напряжения, причем минимум на 1,5 кВ. Впрочем, лучше всего сразу рассчитывать на 5 кВ. Затем крепим все это к подходящему конденсатору. Ежсли его емкость будет излишне велика, можно немного поэкспериментировать с диодными мостами. После этого делаете так называемый искровой промежуток, ради эффекта от которого и создается вся катушка Тесла.
Сделать его просто: берем пару проводов, а затем так скручиваем их изолентой, чтобы заголенные концы смотрели в одну сторону. Очень аккуратно регулируем зазор между ними, чтобы пробой был при напряжении чуть выше такового для источника питания. Не беспокойтесь: так как ток переменный, то на пике напряжение всегда будет немного выше заявленного. После этого всю конструкцию можно подключать к первичной обмотке.
В этом случае для изготовления вторичной можно намотать всего 150-200 витков на любую картонную втулку. Если все сделаете правильно, то получится неплохой разряд, а также заметная его ветвистость. Очень важно хорошо заземлить вывод со второй катушки.
Вот такая получилась простейшая катушка Тесла. Своими руками сделать ее сможет каждый, кто имеет хотя бы минимальные познания в электрике.
Конструируем более «серьезное» устройство
Все это хорошо, но как устроен трансформатор, который не стыдно показать даже на какой-нибудь выставке? Сделать более мощное устройство вполне реально, но для этого нужно будет намного больше поработать. Сперва предупредим, что для проведения таких опытов у вас должна быть очень надежная проводка, иначе беды не избежать! Итак, что нужно брать в расчет? Катушки Тесла, как мы уже и говорили, нуждаются в действительно высоком напряжении.
Оно должно быть минимум 6 кВ, иначе красивых разрядов вам не видать, да и настройки будут постоянно сбиваться. Кроме того, искровик нужно делать только из цельнолитых кусков меди, причем ради вашей же собственной безопасности их следует максимально прочно зафиксировать в одном положении. Мощность всего «хозяйства» должна быть минимум 60 Вт, но лучше брать 100 и больше. Если это значение ниже, то у вас точно не получится действительно зрелищная катушка Тесла.
Очень важно! И конденсатор, и первичная обмотка обязательно должны в конечном счете образовать специфический колебательный контур, входящий в состояние резонанса со вторичной обмоткой.
Имейте в виду, что обмотка может резонировать сразу в нескольких различных диапазонах. Опыты показали, что имеет место частота 200, 400, 800 или 1200 кГц. Как правило, все это зависит от состояния и месторасположения первичной обмотки. Если у вас нет то придется экспериментировать с емкостью конденсатора, а также менять количество витков на обмотке.
Еще раз напоминаем, что нами обсуждается бифилярная катушка Тесла (с двумя катушками). Так что к вопросу намотки следует подходить серьезно, ведь иначе ничего толкового из затеи не выйдет.
Некоторые сведения о конденсаторах
Сам конденсатор лучше брать не слишком выдающейся емкости (чтобы он успевал вовремя накопить заряд) или же использовать диодный мост, предназначенный для выпрямления переменного тока. Сразу заметим, что использование моста более оправдано, так как можно применять конденсаторы практически любой емкости, но при этом придется брать специальный резистор для разрядки конструкции. Током от него бьет очень (!) сильно.
Заметим, что катушка Тесла на транзисторе нами не рассматривается. Ведь вы попросту не найдете транзисторов с нужными характеристиками.
Важно!
Вообще, еще раз напоминаем: перед тем как собрать катушку Тесла, проверьте состояние всей проводки в доме или квартире, позаботьтесь о наличии качественного заземления! Это может показаться занудным увещеванием, но с таким напряжением не шутят!
Обязательно нужно очень надежно изолировать обмотки друг от друга, так как в противном случае пробитие вам будет гарантировано. На вторичной обмотке желательно делать изоляцию между слоями витков, так как любая более-менее глубокая царапина на проволоке будет украшена небольшой, но чрезвычайно опасной короной разряда. А сейчас - за дело!
Приступаем к работе
Как можно заметить, элементов для сборки вам потребуется не так уж и много. Вот только нужно помнить, что для правильной работы устройства нужно не только правильно собрать, но и правильно настроить! Однако обо всем по порядку.
Трансформаторы (МОТы) можно демонтировать из любой старой микроволновки. Это практически стандартный но у него есть одно важное отличие: его сердечник практически всегда работает в режиме насыщения. Таким образом, весьма компактное и простое устройство вполне может выдавать вплоть до 1,5 кВ. К сожалению, есть у них и специфические недостатки.
Так, величина тока холостого хода равна приблизительно трем-четырем амперам, да и нагрев даже в простое очень велик. У среднестатистической микроволновки МОТ выдает порядка 2-2,3 кВ, а равна приблизительно 500-850 мА.
Характеристики МОТов
Внимание! У этих трансформаторов первичная обмотка начинается снизу, тогда как вторичная расположена наверху. Такая конструкция обеспечивает лучшую изоляцию всех обмоток. Как правило, на «вторичке» находится накальная обмотка от магнетрона (приблизительно 3,6 Вольт). Между двумя слоями металла внимательный мастер может заметить пару каких-то металлических перемычек. Это магнитные шунты. Для чего они нужны?
Дело в том, что они замыкают на себе некоторую часть того магнитного поля, которое создает первичная обмотка. Это сделано для стабилизации поля и самого тока на второй обмотке. Если их нет, то при малейшем замыкании вся нагрузка идет на «первичку», а ее сопротивление совсем невелико. Таким образом, эти небольшие детали защищают трансформатор и вас, так как предотвращают многие неприятные последствия. Как ни странно, их все же лучше удалить? Почему?
Помните, что в микроволновой печи проблема с перегревом сего важного устройства решается путем установки мощных вентиляторов. Если же у вас трансформатор, в котором нет шунтов, то его мощность и тепловыделение значительно выше. У всех импортных микроволновых печей они чаще всего обстоятельно залиты эпоксидной смолой. Так почему же их нужно удалить? Дело в том, что в этом случае значительно снижается «просадка» тока под нагрузкой, что для наших целей очень важно. Как же быть с перегревом? Рекомендуем поместить МОТ в
Кстати, плоская катушка Тесла вообще обходится без ферромагнитного сердечника и трансформатора, но нуждается в подаче тока еще большего напряжения. Из-за этого испытывать что-то подобное в домашних условиях настоятельно не рекомендуется.
Еще раз о технике безопасности
Маленькое дополнение: на вторичной обмотке напряжение такое, что поражение током при ее пробое приведет к гарантированной смерти. Помните, что схема катушки Тесла предполагает силу тока 500-850 А. Максимальное значение этой величины, которое еще оставляет шанс на выживание, равно… 10 А. Так что при работе ни на секунду не забывайте о простейших мерах предосторожности!
Где и за сколько купить комплектующие?
Увы, но есть и некоторые плохие новости: во-первых, приличный МОТ стоит минимум две тысячи рублей. Во-вторых, отыскать его на прилавках даже специализированных магазинов практически нереально. Есть надежда разве что на развалы и «блошиные рынки», по которым придется немало побегать в поисках искомого.
Если есть возможность, обязательно используйте МОТ от старой советской микроволновой печи «Электроника». Он не так компактен, как импортные аналоги, но зато и работает в режиме обычного трансформатора. Его промышленное обозначение - ТВ-11-3-220-50. Мощность он имеет приблизительно 1,5 кВт, на выходе выдает около 2200 Вольт, сила же тока равна 800 мА. Короче говоря, параметры весьма приличные даже для нашего времени. Кроме того, у него есть дополнительная обмотка на 12 В, идеальная в качестве источника питания для вентилятора, который будет охлаждать искровик Теслы.
Что еще нужно использовать?
Качественные высоковольтные конденсаторы из керамики серий К15У1, К15У2, ТГК, КТК, К15-11, К15-14. Отыскать их сложно, так что лучше иметь в хороших друзьях профессиональных электриков. Как же быть с фильтром ВЧ? Понадобятся две катушки, которые могут надежно отфильтровать высокие частоты. В каждой из них должно быть не менее 140 витков качественного медного провода (в лаке).
Некоторые сведения об искровике
Искровик предназначен для возбуждения колебаний в контуре. Если его в схеме не будет, то питание пойдет, а вот резонанс - нет. Кроме того, блок питания начинает «пробивать» через первичную обмотку, что практически гарантированно приводит к короткому замыканию! Если искровик не замкнут, высоковольтные конденсаторы не могут заряжаться. Как только происходит его замыкание, в контуре начинаются колебания. Именно для предотвращения некоторых проблем используют дросселя. Когда искровик замыкается, дроссель предотвращает утечку тока от блока питания, а уж потом, когда контур будет разомкнут, начинается ускоренная зарядка конденсаторов.
Характеристика устройства
Напоследок мы скажем еще несколько слов о самом трансформаторе Теслы: для первичной обмотки вы вряд ли сможете отыскать медный провод нужного диаметра, так что проще использовать медные трубки от холодильного оборудования. Число витков - от семи до девяти. На «вторичку» нужно намотать не менее 400 (до 800) витков. Точное количество определить невозможно, так что придется ставить опыты. Один выход подключается к ТОРу (излучателю молний), а второй очень (!) надежно заземляется.
Из чего сделать излучатель? Используйте для этого обыкновенную вентиляционную гофру. Перед тем как сделать катушку Тесла, фото которой есть здесь же, обязательно подумайте, как сконструировать ее более оригинальной. Ниже есть несколько советов.
В завершение…
Увы, но никакого практического применения у этого эффектного устройства нет и по сию пору. Кто-то показывает опыты в институтах, кто-то зарабатывает на этом, устраивая парки «чудес электричества». В Америке один весьма чудной товарищ пару лет назад так и вовсе соорудил из катушки Тесла… рождественскую елку!
Чтобы сделать ее красивее, он наносил различные вещества на излучатель молний. Имейте в виду: борная кислота дает зеленый цвет, марганец делает «елку» синей, а литий придает ей малиновый окрас. До сих пор идут споры об истинном назначении изобретения гениального ученого, но сегодня это - обычный аттракцион.
Вот как сделать катушку Тесла.
Знаменитый изобретатель Никола Тесла имеет немало заслуг перед наукой и техникой, но только одно изобретение носит его имя. Это резонансный трансформатор, известный также как« катушка Теслы».
Трансформатор Теслы состоит из первичной и вторичной обмоток, схемы, обеспечивающей питание первичной обмотки на резонансной частоте вторичной, и, опционально, дополнительной емкости на высоковольтном выходе вторичной обмотки. Острие, укрепленное на дополнительной емкости, повышает напряженность электрического поля, облегчая пробой воздуха. Дополнительная емкость снижает рабочую частоту, уменьшая нагрузку на транзисторы, и, по некоторым данным, повышает длину разрядов. В качестве каркаса вторичной обмотки используется кусок канализационной ПВХ-трубы. Вторичная обмотка состоит примерно из 810 витков эмалированного провода диаметром 0,45 мм. Первичная обмотка состоит из восьми витков провода сечением 6 мм2. Схема питания основана на принципе автоколебаний и построена на силовых транзисторах.
Суть изобретения Теслы проста. Если питать трансформатор током с частотой, равной резонансной для его вторичной обмотки, напряжение на выходе возрастает в десятки и даже сотни раз. Фактически оно ограничено электрической прочностью окружающего воздуха (или иной среды) и самого трансформатора, а также потерями на излучение радиоволн. Наиболее известна катушка в области шоу-бизнеса: она способна метать молнии!
Форма и содержание
Трансформатор выглядит весьма необычно — он словно специально сконструирован для шоу-бизнеса. Вместо привычного массивного железного сердечника с толстыми обмотками — длинная полая труба из диэлектрика, на которую провод намотан всего в один слой. Такой странный вид вызван необходимостью обеспечить максимальную электрическую прочность конструкции.
Кроме необычного внешнего вида, трансформатор Теслы имеет еще одну особенность: в нем обязательно есть некая система, создающая в первичной обмотке ток именно на резонансной частоте вторичной. Сам Тесла использовал так называемую искровую схему (SGTC, Spark Gap Tesla Coil). Ее принцип заключается в зарядке конденсатора от источника питания с последующим подключением его к первичной обмотке. Вместе они создают колебательный контур.
Емкость конденсатора и индуктивность обмотки подбираются так, чтобы частота колебаний в этом контуре совпадала с необходимой. Коммутация осуществляется с помощью искрового промежутка: как только напряжение на конденсаторе достигает определенного значения, в промежутке возникает искра, замыкающая контур. Часто можно увидеть утверждения, что «искра содержит полный спектр частот, так что там всегда есть и резонансная, за счет чего и работает трансформатор». Но это не так — без правильного подбора емкости и индуктивности действительно высокого напряжения на выходе не получить.
Решив сделать свой трансформатор Теслы, мы остановились на более прогрессивной схеме — транзисторной. Транзисторные генераторы потенциально позволяют получить любую форму и частоту сигнала в первичной обмотке.
Выбранная нами схема состоит из микросхемы драйвера силовых транзисторов, маленького трансформатора для развязки этого драйвера от питающего напряжения 220 В и полумоста из двух силовых транзисторов и двух пленочных конденсаторов. Трансформатор мотается на кольце из феррита с рабочей частотой не менее 500 кГц, на нем делается три обмотки по 10−15 витков провода. Очень важно подключить транзисторы к обмоткам трансформатора так, чтобы они работали в противофазе: когда один открыт, другой закрыт.
Нужная частота возникает за счет обратной связи со вторичной обмоткой (схема основана на автоколебаниях). Обратная связь может осуществляться двумя способами: с помощью или трансформатора тока из 50−80 витков провода на таком же ферритовом кольце, как и разделительный трансформатор, через которое проходит провод заземления нижней части вторичной обмотки, или… просто кусочка проволоки, которая выполняет роль антенны, улавливающей испускаемые вторичной обмоткой радиоволны.
Мотаем на ус
В качестве каркаса первичной обмотки мы взяли канализационную трубу из ПВХ диаметром 9 см и длиной 50 см. Для намотки используем эмалированный медный провод диаметром 0,45 мм. Каркас и катушку обмоточного провода размещаем на двух параллельных осях. В качестве оси каркаса выступал кусок ПВХ-трубы меньшего диаметра, а роль оси катушки с проводом выполнила завалявшаяся в редакции стрела от лука.
Существуют три варианта первичной обмотки: плоская спираль, короткая винтовая и коническая обмотка. Первая обеспечивает максимальную электрическую прочность, но в ущерб силе индуктивной связи. Вторая, напротив, создает наилучшую связь, но чем она выше — тем больше шансов, что произойдет пробой между нею и вторичной обмоткой. Коническая обмотка — промежуточный вариант, позволяющий получить наилучший баланс между индуктивной связью и электрической прочностью. Рекордные напряжения мы получить не рассчитывали, так что выбор пал на винтовую обмотку: она позволяет добиться максимального КПД и проста в изготовлении.
В качестве проводника взяли провод питания аудиоаппаратуры с сечением 6 мм², восемь витков которого намотали на отрезок ПВХ-трубы большего диаметра, чем у каркаса вторичной обмотки, и закрепили обычной изолентой. Такой вариант нельзя считать идеальным, ведь ток высокой частоты течет лишь по поверхности проводников (скин-эффект), так что правильнее делать первичную обмотку из медной трубы. Но наш способ прост в изготовлении и при не слишком больших мощностях вполне работает.
Управление
Для обратной связи мы изначально планировали использовать трансформатор тока. Но он оказался неэффективным при малых мощностях катушки. А в случае антенны сложнее обеспечить первоначальный импульс, который запустит колебания (в случае трансформатора через его кольцо можно пропустить еще один провод, на который на долю секунды замыкать обычную батарейку). В итоге у нас получилась смешанная система: один выход трансформатора был подключен к входу микросхемы, а провод второго не был ни к чему подключен и служил антенной.
Короткие замыкания, пробитие транзисторов и прочие неприятности изначально предполагались очень даже возможными, так что дополнительно был изготовлен пульт управления с амперметром переменного тока на 10 А, автоматическим предохранителем на 10 А и парой «неонок»: одна показывает, есть ли напряжение на входе в пульт, а другая — идет ли ток к катушке. Такой пульт позволяет удобно включать и выключать катушку, отслеживать основные параметры, а также дает возможность многократно снизить частоту походов к щитку для включения «выбитых» автоматов.
Последняя опциональная деталь трансформатора — дополнительная емкость в виде проводящего шара или тора на высоковольтном выходе вторичной обмотки. Во многих статьях можно прочесть, что она способна существенно удлинить разряд (кстати, это широкое поле для экспериментов). Мы сделали такую емкость на 7 пФ, собрав вместе две стальные чашки-полусферы (из магазина IKEA).
Сборка
Когда все компоненты изготовлены, конечная сборка трансформатора не составляет никакой проблемы. Единственная тонкость — заземление нижнего конца вторичной обмотки. Увы, не во всех отечественных домах есть розетки с отдельными контактами земли. А там, где есть, эти контакты не всегда реально подключены (проверить это можно с помощью мультиметра: между контактом и проводом фазы должно быть около 220 В, а между ним и нулевым проводом — почти нуль).
Если у вас такие розетки есть (у нас в редакции нашлись), то заземлять нужно именно с их помощью, используя для подключения катушки соответствующую вилку. Часто советуют заземлять на батарею центрального отопления, но это категорически не рекомендуется, поскольку в некоторых случаях может привести к тому, что батареи в доме будут бить током ни о чем не подозревающих соседей.
Но вот наступает ответственный момент включения… И сразу же появляется первая жертва молнии — транзистор схемы питания. После замены выясняется, что схема в принципе вполне работоспособна, хотя и на небольших мощностях (200−500 Вт). При выходе на проектную мощность (порядка 1−2 кВт) транзисторы взрываются с эффектной вспышкой. И хотя эти взрывы не представляют опасности, режим «секунда работы — 15 минут замены транзистора» не является удовлетворительным. Тем не менее с помощью этого трансформатора вполне можно почувствовать себя в роли Зевса-громовержца.
Благородные цели
Хотя в наше время трансформатор Теслы, по крайней мере в его исходном виде, чаще всего находит применение в разнообразных шоу, сам Никола Тесла создавал его для куда более важных целей. Трансформатор является мощным источником радиоволн с частотой от сотни килогерц до нескольких мегагерц. На основе мощных трансформаторов Теслы планировалось создание системы радиовещания, беспроводного телеграфа и беспроводной телефонии.
Но наиболее грандиозный проект Теслы, связанный с использованием его трансформатора, — создание глобальной системы беспроводного энергоснабжения. Как он считал, достаточно мощный трансформатор или система трансформаторов сможет в глобальном масштабе менять заряд Земли и верхних слоев атмосферы.
В такой ситуации установленный в любой точке планеты трансформатор, имеющий такую же резонансную частоту, как и передающий, будет источником тока, и линии электропередач станут не нужны.
Именно стремление создать систему беспроводной передачи энергии погубило знаменитый проект Wardenclyff. Инвесторы были заинтересованы в появлении только окупаемой системы связи. А передатчик энергии, которую мог бы неконтролируемо принимать любой желающий по всему миру, напротив, грозил убытками электрическим компаниям и производителям проводов. А один из основных инвесторов был акционером Ниагарской ГЭС и заводов по производству меди…
В начале ХХ века электротехника развивалась бешеными темпами. Промышленность и быт получили такое количество электрических технических инноваций, что этого им хватило для дальнейшего развития еще на двести лет вперед. И если постараться выяснить, кому мы обязаны таким революционным рывком в области приручения электрической энергии, то учебники физики назовут десяток имен, безусловно, повлиявших на ход эволюции. Но ни один из учебников не может толком объяснить, почему до сих пор умалчиваются достижения Николы Теслы и кем был на самом деле этот загадочный человек.
Кто вы, мистер Тесла?
Тесла - это новая цивилизация. Ученый был невыгоден правящей элите, невыгоден и сейчас. Он настолько опередил свое время, что до сих пор его изобретения и эксперименты не всегда находят объяснение с точки зрения современнейшей науки. Он заставлял светиться ночное небо над всем Нью-Йорком, над Атлантическим океаном и над Антарктидой, он превращал ночь в белый день, в это время волосы и кончики пальцев у прохожих светились необычным плазменным светом, из-под копыт лошадей высекались метровые искры.
Теслу боялись, он мог запросто поставить крест на монополии по продаже энергии, а если бы захотел, то мог бы сдвинуть с трона всех Рокфеллеров и Ротшильдов вместе взятых. Но он упрямо продолжал эксперименты, до тех пор, пока не погиб при таинственных обстоятельствах, а его архивы были выкрадены и местонахождение их до сих пор неизвестно.
Принцип действия аппарата
О гении Николы Тесла современные ученые могут судить только по десятку изобретений, не попавших под масонскую инквизицию. Если вдуматься в суть его экспериментов, то можно только представить, какой массой энергии мог запросто управлять этот человек. Все современные электростанции вместе взятые не способны выдать такой электрический потенциал, которым владел один единственный ученый, имея в распоряжении самые примитивные устройства, одно из которых мы соберем сегодня.
Трансформатор Тесла своими руками простейшая схема и ошеломляющий эффект от его применения, только даст понятие о том, какими методиками манипулировал ученый и, если честно, в очередной раз поставит в тупик современную науку. С точки зрения электротехники в нашем примитивном понимании, трансформатор Теслы - это первичная и вторичная обмотка, простейшая схема, которая обеспечивает питание первички на резонансной частоте вторичной обмотки, но выходное напряжение возрастает в сотни раз. В это сложно поверить, но каждый может убедиться в этом сам.
Аппарат для получения токов высокой частоты и высокого потенциала был запатентован Теслой в 1896 году. Устройство выглядит невероятно просто и состоит из:
- первичной катушки, выполненной из провода сечением не менее 6 мм², около 5-7 витков;
- вторичной катушки, намотанной на диэлектрик, это провод диаметром до 0,3 мм, 700-1000 витков;
- разрядника;
- конденсатора;
- 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:
Мы же соберем прибор для получения энергии эфира самым простым способом - на полупроводниковых транзисторах. Для этого нам будет необходимо запастись простейшим комплектом материалов и инструментов:
Схемы трансформатора Тесла
Устройство собирается по одной из прилагаемых схем, номиналы могут меняться, поскольку от них зависит эффективность работы устройства. Сперва наматывается около тысячи витков эмалированного тонкого провода на пластиковый сердечник, получаем вторичную обмотку. Витки лакируются или покрываются скотчем. Количество витков первичной обмотки подбирается опытным путем, но в среднем, это 5-7 витков. Далее устройство подключается согласно схеме.
Для получения эффектных разрядов достаточно поэкспериментировать с формой терминала, излучателя искрового свечения, а о том, что устройство при включении уже работает, можно судить по светящимся неоновым лампам, находящихся в радиусе полуметра от прибора, по самостоятельно включающихся радиолампах и, конечно, по плазменным вспышкам и молниям на конце излучателя.
Игрушка? Ничего подобного. По этому принципу Тесла собирался построить глобальную систему беспроводной передачи энергии, использующую энергию эфира. Для реализации такой схемы необходимо два мощных трансформатора, установленных в разных концах Земли, работающих с одинаковой резонансной частотой.
В этом случае полностью отпадает необходимость в медных проводах, электростанциях, счетах об оплате услуг монопольных поставщиков электроэнергии, поскольку любой человек в любой точке планеты мог бы пользоваться электричеством совершенно беспрепятственно и бесплатно. Естественно, что такая система не окупится никогда, поскольку платить за электричество не нужно. А раз так, то и инвесторы не спешат становиться в очередь на реализацию патента Николы Теслы № 645 576.
