Как правильно катушка тесла или теслы

Обновлено: 06.07.2024

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.

XIX век был этакой эпохой дикого Запада в экспериментальной физике электромагнетизма. Роберт Ван де Грааф, лорд Кельвин, Никола Тесла и многие другие учёные, исследователи и инженеры открывали всё новые и новые явления, а затем масштабировали производящие их установки до колоссальных размеров. Некоторые из их творений функционируют до сих пор — например, шестиметровый гигантский генератор Ван де Граафа в Бостонском музее науки, а некоторые, как широко известная башня Уорденклифф, так никогда и не появились на свет.

С течением времени и развитием науки и техники внимание учёных переключилось на другие направления, но отдельные энтузиасты продолжали собирать, изучать и совершенствовать классические разработки в области высоких напряжений, электростатики, физики плазмы — кто-то вследствие неугасающей веры в теорию эфира и бесплатную энергию, кто-то из любопытства, или для решения узкоспециальных прикладных задач, кто-то просто потому что ему это доставляло.

Размер имеет значение

Короче говоря, в один момент группа инженеров-любителей, давно и прочно погрязших в коллективном тесластроении, решила, что играть в песочнице, делая небольшие комнатные (и даже среднеразмерные уличные) катушки, им уже скучно, и решила сделать что-то особенное. На тот момент у нас уже было (как нам казалось) достаточно опыта в разработке катушек Тесла различных топологий и имеющаяся математическая модель допускала масштабирование типовой конструкции в несколько раз. По факту, единственными явно заметными ограничениями были габариты доступного помещения, мощность розетки, и финансы (хотя, чего уж там, в итоге всё упирается в финансы). Прикинув бюджет, человекочасы и прочие скучные мелочи, было решено ограничиться габаритами установки примерно в три метра высоты, с расчётной мощностью около 30-40 кВт. Для разбирающихся в вопросе:

Технология, разумеется, была выбрана именно DRSSTC, поскольку при правильном подходе и отсутствии ошибок её стоимость (а также массогабариты) оказывается значительно ниже, чем у других вариантов (искровой разрядник или радиолампа) при тех же конечных параметрах. Ну и ещё, конечно же, на ней можно играть музыку.

Модульный принцип

При первичной проектировке достаточно крупной катушки Тесла проект можно разбить на несколько модулей (первичная обмотка, вторичная обмотка, тороид, корпус, силовой инвертор, драйвер, пульт управления, вспомогательная электрика и т. п.), каждый из которых придумывается и изготавливается в отдельности, после чего они собираются вместе, последовательно настраиваются и отлаживаются в процессе, и в итоге ~~взрываются~~ начинают испускать молнии. Обычно большинство трансформаторов Тесла собираются энтузиастами в одиночку от начала до конца, но у нас, во-первых, уже имелась более-менее слаженная команда с распределением функций (проект-менеджер, проектировщик, разработчик (он же тестировщик), и несколько человек на подхвате — монтажник, слесарь и так далее), а, во-вторых, сама по себе задача стояла довольно амбициозная, и хотелось сделать её без лишних расходов, но при этом более или менее качественно, насколько это возможно для прототипной и уникальной конструкции. Поэтому каждый мог заниматься своим делом, параллельно общаясь для синхронизации модулей между собой, а я, будучи этим самым проект-менеджером, могу рассказать про каждый из модулей по отдельности, а также показать, что получилось в итоге.

Подготовка и материалообработка

После обсуждения, осмысления и различного словоблудия по теме, общий концепт был утверждён коллективным решением и я изобразил примитивный эскиз в 3ds max. Эскиз был нужен для осознания масштабов задачи, понимания основных взаимных пропорций модулей, в качестве отправной точки для проектировки и для поднятия боевого духа команды. На основе эскиза проектировщик собрал проект в Creo Elements (тогда ещё Pro/Engineer), уже с соблюдением конкретных размеров, способов соединения деталей между собой и прочими нюансами. По результатам этого проекта были созданы чертежи: деталей корпуса, основания первичной обмотки, тороида, коробки для автоматики и электрики, а также блока конденсаторов первичного контура (MMC ).

В качестве конструкционных материалов мы использовали стеклотекстолит толщиной 18 мм, обработанный методом гидроабразивной резки (ввиду его высокой конструкционной и термической устойчивости, другие методы обработки оказались нерентабельны), толстую фанеру для корпуса и алюминиево-пластиковый композит для блока автоматики (для экранировки от создаваемого катушкой мощного фронта электромагнитных помех, пагубно влияющего на её же собственные управляющие схемы), а также поликарбонат в ряде мест. Фанеру и пластик обрабатывали на ЧПУ фрезере, имевшемся во владении соседа по заводику, где наш коллектив занимался всем этим непотребством. Creo Elements позволяет создавать сразу готовые управляющие программы для ЧПУ, что очень сильно помогло в процессе — мы просто, по факту, арендовали станок и делали на нём что надо когда надо.

Первичка и вторичка

Вторичную обмотку намотали на классическом каркасе — большой оранжевой канализационной трубе из ПВХ (серьёзно, это лучший из имеющихся вариантов для катушек Тесла любых габаритов по соотношению цены, доступности и соответствия задаче). Намотанный виток к витку эмалированный провод (диаметр 1.06 мм) в один слой, покрытый затем эпоксидной смолой, превратил трубу в огромного размера индуктор, с нетерпением ожидающий своей минуты славы — вторичку гигантской катушки Тесла. Итоговые габариты трубы получились 310х1800 мм.

Первичную обмотку — тоже классика — мы намотали медной трубкой для кондиционеров, диаметром 22 мм (7/8 дюйма). Витки аккуратно ложились в пазы, вырезанные в стеклотекстолите струёй воды с абразивом под давлением в тысячи атмосфер, и вот уже два модуля, первичка и вторичка — скелет любой катушки Тесла — соединились друг с другом. Проект понемногу обретал форму и цвет.

Тороид

С тороидом, необходимым элементом любой мощной катушки Тесла, однако, всё оказалось сложнее. Изначально предполагалось также последовать проверенной дорогой и использовать алюминиевую гофру для вентиляции. На практике же обнаружилось, что это чрезвычайно одноразовое решение — гофра мгновенно мнётся от любых неосторожных движений, и при планируемых габаритах её придётся заменять при каждой транспортировке устройства.

В общем, результат оказался очень необычным внешне, относительно простым в производстве, надёжным в эксплуатации и на удивление эффективным в сравнении с другими известными вариантами исполнения этой важной части катушки Тесла. Диаметр алюминиевой трубы — 50 мм, а общий размер всей получившейся штуки, напоминающей НЛО — около двух метров в диаметре. Круги-проставки для трубок вырезали из фанеры всё на том же ЧПУ-фрезере, а центральную раму я сварил из стального уголка.

На этом, в принципе, конструкционная часть была закончена.

Силовая часть

В придумывании актуального способа соединения этих деталей между собой есть масса хитрых эмпирических ноу-хау, призванных сократить риски и максимизировать надёжность подобных конструкций, но поля этой записи слишком узки, чтобы я мог рассказать про них, если вы понимаете о чём я. Не было никаких гарантий, что получившаяся штука не взорвётся при первой же попытке её включить, но на тот момент это казалось приемлемым риском.

Автоматика и электрика

Управляющая электрика не содержала в себе ничего особенно интересного. Нужно было обеспечить плавную зарядку электролитов (чтобы они не выбивали автоматы в щитке в момент включения установки) — с этим справились автоматический пускатель (по сути, большое силовое реле) и несколько силовых резисторов.

Диодный мост на 150 ампер выпрямлял сеть (кстати, вся конструкция создавалась, конечно же, под трёхфазное питание, с чем была связана масса разных интересных открытий — раньше мы не делали ничего под три фазы, тем более такой мощности), вентиляторы обдували диодный мост и заодно радиатор силовой части, а лампочки на передней панели изображали светофор, любезно сообщая, когда можно трогать части катушки руками, когда лучше не стоит, и когда желательно оказаться от неё на максимально возможном расстоянии, чтобы не словить разряд в макушку.

Драйвер

MIDI-пульт

Пульт управления (также известный как интерраптер) представлял собой простой MIDI синтезатор с несколькими примитивными настройками, принимавший на вход миди файлы (или данные с регуляторов-крутилок) и выдававший наружу через оптический кабель управляющий сигнал для драйвера. С ним, в принципе всё было просто и понятно, потому что мы решили не тратить время на разработку того, что можно купить, и просто так и поступили — купили готовый. Он, конечно же, оказался глючным полуфабрикатом, но зато сэкономил сотни человекочасов по исследованию миди-протокола, изготовление платы, отладку микроконтроллера и отлавливание неизбежных багов. Главное, что со своей задачей он на тот момент справлялся отлично. Пульт был приобретён у американского коллеги-тесластроителя, и на тот момент это был единственный продающийся пульт с поддержкой SD карты, то есть способный воспроизводить музыку без внешнего MIDI устройства или ноутбука. Это было критичным, поскольку имелись закономерные опасения, что помехи от работы такой большой катушки намертво подвесят всю электронику в некотором радиусе от неё, а подвисание какой-нибудь миди-клавиатуры, разработчики которой в страшном сне не могли предусмотреть подобный уровень паразитных сигналов, если этам клавиатура управляет той самой катушкой Тесла, которая наводит на неё помехи, чревато неконтролируемой положительной обратной связью и, как следствие… правильно, взрывами. Взрывов мы не хотели.

Конденсаторная батарея

В качестве резонансного конденсатора мы выбрали силовые плёночные конденсаторы одного из отечественных производителей, специально разрабатывавшиеся (если верить каталогу производителя) для импульсных режимов работы. Пять штук общей ёмкостью около 1.2 мкф, и максимальным напряжением 20 киловольт, соединённые медной шиной с латунными винтами. Латунного крепежа, кстати, на весь проект ушло значительное количество — из-за огромных токов в килоамперы, в сочетании с мощным магнитным полем от первичной обмотки, и стальной оцинкованный и нержавеющий крепёж моментально разогреваются докрасна, что может в итоге приводить к незапланированным спецэффектам (да-да, взрывам). Поэтому и в ошиновке конденсаторов, и вообще во всех силовых соединениях в первичном контуре пришлось использовать только медь и латунь. Первые же тесты показали наивность попыток поставить туда что-то ферромагнитное и/или недостаточно хорошо пропускающее электрический ток.

Первичная проверка

Следующим этапом была настройка драйвера. Для этого достаточно собрать в одно целое первичный контур (конденсаторную батарею, первичку и мост), подключить к транзисторам моста драйвер и плавно начать подавать напряжение, отслеживая на осциллографе формы сигналов в различных участках схемы. Если всё сделано правильно, то в первичном контуре возникает автогенерация на расчётной частоте (в нашем случае около 50 кГц). Вторичка при этом не нужна, и никаких разрядов не возникает, но собираемых данных достаточно, чтобы настроить предиктор, OCD и заметить ошибки в монтаже или выбранных параметрах деталей. Эта часть оказалась простой и лёгкой (кстати, в таком режиме первичная обмотка вполне может работать как индукционная плита для приготовления пищи — есть прецеденты жарки яичницы на сковороде, стоящей поверх первички), и мы отправились вместе с почти родившимся детищем в один большой и полузаброшенный цех заводика, чтобы проверить наконец наше творение in vivo.

Для чего же всё это было?

Ну а дальше было немного работы над ошибками, суматошные сборы, прибытие на Елагин остров, где традиционно проходит в Питере упомянутый GEEK PICNIC, ночные тесты перед днём фестиваля нашей катушки, уже с новым трубчатым тороидом и на полную катушку (простите за намеренную тавтологию). На следующий день были час X (в течение которого около пятнадцати минут мы прыгали всей толпой вокруг не желающего запускаться шедевра, пока не обнаружили косяк монтажа — трансформатор тока был подключен не в той фазировке), Вивальди, Имперский марш и Марио на молниях, снимающие это всё квадрокоптеры с камерами, полтысячи зрителей, взиравших на происходящее кто с восхищением, кто с удивлением, кто равнодушно-непонимающе, кто через экраны своих смартфонов и планшетов, несколько запусков на бис при дневном свете, где разряд был едва заметен (зато слышно было прекрасно) и — уже после окончания фестиваля, но до закрытия парка — несколько минут работы самой большой музыкальной катушки Тесла в России в летних сумерках, которые до сих пор иногда встают у меня перед глазами.

Держать в руках пульт от такой штуки и смотреть на почти настоящие шестиметровые молнии, угрожающими тентаклями взрезающие воздух, возникающие и изменяющиеся по движению твоих пальцев — это до сих пор одно из самых моих сильных воспоминаний за девять лет работы над катушками Тесла и спецэффектами высоких напряжений. Но, увы, ничто не вечно, и возмущённый происходящим (мол, люди уходить не хотят пока вы тут развлекаетесь) охранник парка потребовал сворачивать лавочку и выкатываться, что и пришлось осуществить.

К сожалению, с тех пор у нас так и не получилось ни разу запустить эту катушку Тесла снова. Мы переработали проект силовой части, проапгрейдили драйвер, значительно продвинулись в понимании принципов работы всего этого дела, но отсутствие площадки, пригодной для проведения подобных экспериментов, увы, всё ещё является труднопреодолимым и дорогостоящим препятствием. Катушка лежит в виде составных частей у меня дома и ждёт своего часа. Когда-нибудь я снова её включу. А может и не её, а новую, ещё раза в два-три больше. Кто знает.

Это мой первый пост на Гиктаймс. В случае положительной критики планирую в дальнейшем рассказать про ряд других интересных проектов смежной тематики. Если вы заметили в тексте или оформлении нарушения каких-либо гласных или негласных правил или рекомендаций сообщества Гиктаймс, прошу указать мне на них для исправления и учёта в будущем.

Нельзя сказать, что изготовление катушки Тесла своими руками – простая задача. Необходимо знать ее устройство, принцип действия. Подбор материалов также важен, как и правильность расчетов. Однако, даже не имея образования инженера-электротехника, собрать прибор можно, если действовать согласно инструкции, приведенной ниже. Перед началом работ ознакомьтесь с теоретической частью, чтобы понимать, что и зачем вы делаете. В остальном процедура не составит труда.

Описание прибора

В большинстве случаев КТ (катушку Николя Тесла) описывают сложно. На самом деле она является обычным резонансным трансформатором. При эксплуатации вырабатывается электрический ток высокой частоты. Сейчас инженеры, которые трудятся на оборонный комплекс, создали устройство, обладающее мощностью в 1 Тгц. И теперь многим интересно, как и зачем появилась катушка Тесла, если ученый трудился над созданием беспроводной передачей сигнала, к которому мы все привыкли в современной жизни.

Предполагалось, что если разместить два устройства на удалении друг от друга, электричество от первой катушки можно передать на другую. Единственное условие – обе должны иметь идентичные технические параметры. Более того, амбициозность Тесла позволяла ему надеяться, что таким образом можно создать вечный двигатель. И если бы у него все получилось, люди смогли бы отказаться от использования АЭС, ТЭС и ГЭС, а проблема экологии разрешилась сама собой. Тем не менее, продолжения разработка не получила. Причина тому до сих пор неизвестна.

Принцип работы

Большинство ошибок, допускаемых любителями при сборке, связано с непониманием принципа работы устройства. Стараясь имитировать, считая прибор простым трансформатором, они забывают о необходимости ясно представлять, как на самом деле она должна действовать КТ. Предусмотрено две обмотки. Одна именуется первичной, другая вторичной. К первой (разрядник) подводятся провода, идущие к внешнему источнику питания. Вокруг создается электромагнитное поле. Когда колебательный контур наберет достаточно мощности, заряд по воздуху передается на вторую обмотку.

Частично переданная энергия преобразуется в напряжение. Причем есть закономерная взаимосвязь между этой величиной и временем, за которое образуется колебательный контур. Показатели прямо пропорциональны. Наличие двух колебательных контуров и является принципиальным отличием катушки Тесла от простого трансформатора. Причем результат работы первой заключается в появлении видимых стримеров – разрядов молнии искусственного происхождения. В результате происходит ионизация водорода, содержащегося в воздухе, как и во время сильной грозы.

Устройство катушки

Составляющих минимум. Для сборки помимо первичной и вторичной обмотки потребуется тороид, защитное кольцо, диэлектрический короб и терминал. Чтобы лучше разобраться, как сделать катушку Тесла, необходимо подготовить все необходимое. А для большего понимания процесса рассмотрим каждый элемент катушки отдельно:

Первичная обмотка изготавливается из проволоки большего сечения. Металл должен иметь малое сопротивление.

Расчет катушки

Тем, кто собирает трансформатор Тесла своими руками в домашних условиях, рассчитывать ничего не придется. Ниже в описании будут приведены все рекомендации с учетом параметров каждого из элементов. Но если работы ведутся в промышленных условиях, инженеры тщательно просчитывать множество параметров. Главное, что нужно знать – главное правильно рассчитать число витков обмоток. Есть взаимосвязь между количеством оборотов первичное и вторичной катушки.

Невозможно создать рабочее устройство, не зная индуктивности каждой из них и емкости контуров. Также просчитывается рабочая частота трансформатора и емкость конденсатора. Для любознательных читателей есть возможность сделать это своим умом. Формула и схема есть на сайте. А ниже приведена пошаговая инструкция с указанием конкретных параметров, и достаточно просто следовать алгоритму действий. Но перед этим подготовьте все необходимое с теми же характеристиками, которые указаны в описании процесса сборки.

Самостоятельное изготовление катушки Тесла по схеме

При монтаже трансформатора Тесла схема реализуется следующим образом:

Берем ПВХ-трубу, и отрезаем кусок длиной 300 миллиметров.
Наматываем на трубку медную проволоку. Если она не имеет эмалированного покрытия, после окончания работы обмотку покрывают лаком. Витки плотно прижаты друг к ругу, а концы продеты сквозь отверстия в трубе и выведены на 20 мм. каждый. Контакты делают сверху.
Основанием послужит конструкция из ДСП. Диэлектрическая платформа должна быть устойчивой. Поэтому лучше сделать ее шире, чем диаметр элементов, размещаемых на опоре.
Первичная обмотка – это обычно три с половиной витка. Материал – медная трубка. Важно прочно закрепить деталь на опоре. Используя трубку малого диаметра можно делать больше витков. Диаметр контура должен быть больше, чем у первичной катушки приблизительно на 30 мм.
Тороиды бывают разные. Одни используют всю тот же медный профиль круглого сечения. Другие мастера берут алюминиевую гофру. В последнем случае для крепления используют железную перекладину, монтируемую в местах вывода контактов вторичного контура.
Один конец первичной цепи заземляют. Если такой возможности нет, устанавливают защитное кольцо из материала, не проводящего электричество. Можно использовать фрагмент пластиковой трубы.

На завершающем этапе транзистор соединяют согласно схеме. Конструкция оснащается радиатором или кулером. Теперь можно подключать элемент питания. Обычно используют обычную крону.

Подбор материалов и деталей

Чтобы работа катушки Николя Тесла была эффективной, необходимо побеспокоиться о качестве примененных материалов. Проволока и медная трубка должны быть цельными. Счаливание, пайка приведут к тому, что устройство будет работать некорректно. Наличие эмалированного покрытия на проводе крайне желательно. Если он используется вторично, скорее всего оно повреждено. Заранее приобретите лак, который нанесите на вторичную обмотку. Основание может быть изготовлено не только из ДСП, а штатив не только из ПВХ. Главное, чтобы они не проводили электричество.

Если говорить конкретней, то выбор материалов и узлов предполагает следующие условия:

Источник питания должен выдавать от 12 до 19 Вольт. Подходит автомобильный или мотоциклетный аккумулятор. Можно использовать зарядку от ноутбука. Также пользуются понижающим трансформатором, если он оснащен диодным мостом для преобразования переменного тока в постоянный.
Площадь сечения проволоки, используемой для сборки вторичной катушки, – от 0,1 до 0,3 квадратных миллиметров. Количество оборотов от 700 до тысячи.
Терминал – это дополнительная емкость на вторичном контуре. Если стримеры отсутствуют, необходимости в нем не возникает. Тогда выводят конец контура на 0,5-5,0 см. вверх.

Вместо лака можно использовать краску. Желательно, чтобы лакокрасочное покрытие было жаростойким. Помните, что устройство склонно к перегреванию. Оголенные провода – причина появления неконтролируемых зарядов, способных убить человека, а приборы, находящиеся в комнате, и подключенные к электросети, попросту сгорят.

Сборка катушки Николя Тесла по инструкции

Сразу изготовьте все необходимое. Намотайте проволоку на трубу, покройте лаком, дайте просохнуть. Изготовьте первичную обмотку, диэлектрическое основание, защитное кольцо. Затем приступайте к монтажу. Установите первичную катушку на основу. Наденьте и закрепите первичный контур. Смонтируйте остальные элементы. Подсоединять источник питания лучше через выключатель. Причем делается это в последнюю очередь, когда катушка Теска полностью собрана. Пользуйтесь принципиальной схемой.

Почему так известна катушка Николы Теслы?

Катушка Николы Теслы – единственный девайс, который до сих пор носит имя этого великого ученого. По сути – это обычный классический трансформатор, создающий высокое напряжение при высоких частотах. Выходное напряжение в таких устройствах может достигать миллиона вольт, что производит небывалый эффект, будто в воздухе возникают молнии. Известность своему создателю принесла на всемирной выставке благодаря эффектной презентации. А именно ими славился Никола.

Ранее катушка Теслы применялась во многих сферах, например, для поджога ламп или поиск протечек в вакуумных системах. А также для:

Скорого уничтожения всей техники противника в военной сфере.
Создания визуальных эффектов.
Ведения оборонительного боя на дальних расстояниях.

Изготовление катушки в домашних условиях – возможно, но лишь при наличии технических навыков и понимания принципов работы устройства. О том, как собрать катушку Тесла можно узнать из обучающих видео.

Принцип катушки Тесла

Принцип работы катушки Николы Теслы – это преобразование и использовании энергии вокруг нас. Основой является емкость с жидкостью и колесо, которое при движении преобразует эфир вокруг нас в кинетическую энергию. Еще катушку можно сравнить с насосом тепла, только энергию он берет не от воды или ветра, а из пространства вокруг.

В зависимости от типа конструкции, отличается и принцип работы, например, сейчас применяются ламповые катушки (проводят ток за счет мощных ламп), роторные (используется вращающийся диск и электрический девайс). Состоит трансформатор из двух обмоток и двух фаз, которые взаимодействуют между собой.

Основная задача трансформатора – выведение тока на расстояние и беспроводная передача энергии. При этом возникают необычные визуальные эффекты из-за появления газовых разрядов. Поэтому многие создают катушку лишь для того, чтобы насладиться зрелищем или произвести впечатление на окружающих.

Какое применение нашли катушкам Теслы в наши дни?

Для чего она нужна в наши дни, эта катушка? Основное назначение в настоящем времени – это создание визуальных эффектов, желание произвести впечатление и проверить суть теории Николы Теслы. Часто эксперименты проводятся физиками или преподавателями для обучения студентов. В конце 20 века катушки применяли для лечения и оздоровления больных, так как считалось, что небольшие разряды тока поднимают тонус кожи, улучшают иммунитет. Процедура называлась дарсонвализация, применимая и сейчас. Но часто после нее возникают головные боли и другие побочные эффекты.

Передача тока и энергии на расстоянии на постоянной основе при помощи катушек также невозможна. Если хочется увидеть живые молнии и услышать треск тока в воздухе, то соберите девайс дома и опробуйте. Но для большего устройство не пригодится.

Помните, это может быть опасно для здоровья!

Другие известные изобретения Теслы

Поговаривают, что помимо катушки Тесла, ученый создал и другие полезные устройства. Некоторые засекреченные, а другие активно применяются нами сейчас. Например:

Рентгеновские лучи.
Машины, работающие на переменном токе. Это самое скандальное и известное изобретение, из-за которого возник крупный спор с Томасом Эдисоном.
Радио.
Дистанционное управление.
Асинхронные машины.
Неоновые лампы.
Турбины.
Беспроводную передачу.
Лазер.

Луч смерти, который считается очень опасным оружием и даже был опробован военными. Но сейчас остается засекреченным изобретением.
Роботизированные машины.
Машину для создания землетрясений, разработки которой даже держатся в большой тайне.
Беспроводное освещение.

Также Тесла вел работу над созданием летающих тарелок, занимался оживлением мертвых тканей и другими тайными проектами. Некоторые из них были раскрыты после смерти ученого, а некоторые покрыты туманом до сих пор.

Трансформатор (катушка) Тесла (Tesla Coil, TC) — это повышающий высокочастотный резонансный трансформатор — два колебательных контура, настроенных на одинаковую резонансную частоту. В сети можно найти множество примеров ярких реализаций этого необычного устройства.

Катушка без ферромагнитного сердечника, состоящая из множества витков тонкого провода, увенчанная тором, испускает настоящие молнии, впечатляя изумленных зрителей.

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

Как работает трансформатор тесла

Катушка Тесла названа так в честь ее изобретателя Николы Тесла (около 1891 года). История данного изобретения начинается с конца 19 века, когда гениальный ученый-экспериментатор Никола Тесла, работая в США, только поставил перед собой задачу научиться передавать электрическую энергию на большие расстояния без проводов. Аппарат для получения токов высокой частоты и высокого потенциала был запатентован Теслой в 1896 году.

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

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

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

Принцип действия трансформатора Тесла похож на работу обычного трансформатора. Трансформатор Тела состоит из двух обмоток – первичной (Lp) и вторичной (Ls) (их чаще называют “первичка” и “вторичка”). К первичной обмотке подводится переменное напряжение и она создает магнитное поле. При помощи этого поля энергия из первичной обмотки передается во вторичную.

простая схема трансформатора тесла

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.

колебание напряжения в трасформатре тесла

Тесла обладает тремя основными характеристиками:

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

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

Основные детали и конструкции трансформатора Тесла

Конструкция трансформатора тесла

Тороид

Тороид – выполняет три функции.

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

Вторая – накопление энергии перед образованием стримера.

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

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

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

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

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

Вторичная обмотка – основная деталь Теслы

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

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

ВНИМАНИЕ!

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

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

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

Защитное кольцо

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

Первичная обмотка

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

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

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

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

первичные обмотки трансформатора тесла

Заземление

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

Стримеры замыкают ток, показанный на картинке синим цветом

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

Поэтому задавая вопрос обязательно ли заземлять теслу?

Заземление для теслы – обязательно.

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

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

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

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

SGTC (СГТЦ, Spark Gap Tesla Coil) – трансформатор Тесла на искровом промежутке. Это классическая конструкция, подобную схему изначально применял сам Тесла. В качестве коммутирующего элемента здесь используется разрядник. В конструкциях малой мощности разрядник представляет собой два куска толстого провода, расположенных на некотором расстоянии, а в более мощных применяются сложные вращающиеся разрядники с использованием двигателей. Трансформаторы этого типа изготавливают если требуется лишь большая длинна стримера, и не важна эффективность.
VTTC (ВТТЦ, Vacuum Tube Tesla Coil) – трансформатор Тесла на электронной лампе. В качестве коммутирующего элемента здесь используется мощная радиолампа, например ГУ-81. Такие трансформаторы могут работать в непрерывном режиме и производить довольно толстые разряды. Данный тип питания чаще всего используют для построения высокочастотных катушек, которые из-за типичного вида своих стримеров получили название “факельники”.
SSTC (ССТЦ, Solid State Tesla Coil) – трансформатор Тесла, в котором в качестве ключевого элемента применяются полупроводники. Обычно это IGBT или MOSFET транзисторы. Данный тип трансформаторов может работать в непрерывном режиме. Внешний вид стримеров, создаваемых такой катушкой может быть самым разным. Этим типом трансформаторов Тесла проще управлять, например можно играть на них музыку.
DRSSTC (ДРССТЦ, Dual Resonant Solid State Tesla Coil) – трансформатор Тесла с двумя резонансными контурами, здесь в качестве ключей используются, как и в SSTC, полупроводники. ДРССТЦ – наиболее сложный в управлении и настройке тип трансформаторов Тесла.

Для получения более эффективной и эффектной работы трансформатора Тесла применяют именно схемы топологии DRSSTC, когда мощный резонанс достигается и в самом первичном контуре, а во вторичном соответственно — более яркая картина, более длинные и толстые молнии (стримеры).

Виды эффектов от катушки Тесла

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

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

Практическое применение трансформатор тесла

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

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

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

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

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

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

Новое в трансформаторах тесла

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

схема трансформатора тесла на транзисторе

Схема трансформатора тесла выглядит невероятно просто и состоит из:

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:

Читайте также: