Solid State Tesla Coils a jak fungují: 9 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Elektřina vysokého napětí může být NEBEZPEČNÁ, při práci s Tesla cívkami nebo jiným vysokonapěťovým zařízením vždy používejte příslušná bezpečnostní opatření, takže hrajte bezpečně nebo nehrajte.

Cívky Tesla jsou transformátor, který pracuje na principu vlastního rezonančního oscilátoru, který vynalezl srbský americký vědec Nicola Tesla. Používá se hlavně k výrobě ultra vysokého napětí, ale nízkého proudu, vysokofrekvenčního střídavého proudu. Teslova cívka se skládá ze dvou skupin spojených rezonančních obvodů, někdy jsou spojeny tři skupiny. Nicola Tesla vyzkoušel velké množství konfigurací různých cívek. Tesla používal tyto cívky k provádění experimentů, jako je elektrické osvětlení, rentgen, elektroléčba a rádiový přenos energie, vysílání a příjem rádiových signálů.

Od jejich vynálezu v Teslaových cívkách opravdu nedošlo k velkému pokroku. Kromě součástek v pevném stavu se Tesla cívky za více než 100 let příliš nezměnily. Většinou odsunutý do vzdělávání a vědeckých hraček téměř každý si může koupit stavebnici online a postavit Tesla cívku.

Tento Instructable je o stavbě vlastní Tesla cívky v pevném stavu, o tom, jak fungují, a o tipy a triky, jak se s problémem vypořádat po cestě.

Zásoby

Napájení 12 voltů Napájení SMP, které jsem použil, bylo 12 voltů 4 ampéry.

Torus Glue pro montáž sekundární cívky.

Tepelné silikonové mazivo pro montáž tranzistoru na chladič.

Pájka

Nástroje pro sestavení sady, páječka a boční řezačky.

Multimetr

Osciloskop

Krok 1: Elektromagnet

Abyste porozuměli Teslovým cívkám a transformátorům, musíte porozumět elektromagnetům. Když je na vodič aplikován proud (červená šipka), vytvoří kolem vodiče magnetické pole. (Modré šipky) Chcete -li předpovědět směr toku magnetických polí, použijte pravidlo pravé ruky. Položte ruku na vodič s palcem směřujícím ve směru proudu a prsty budou ukazovat ve směru toku magnetických polí.

Když obalíte vodič kolem železného kovu, jako je ocel nebo železo, magnetická pole stočeného vodiče se spojí a zarovná, říká se tomu elektromagnet. Magnetické pole se pohybuje od středu cívky a prochází jedním koncem elektromagnetu kolem vnější strany cívky a na opačném konci zpět do středu cívky.

Magnety mají severní a jižní pól. Chcete -li předpovědět, který konec je severní nebo jižní pól v cívce, opět použijte pravidlo pravé ruky. Pouze tentokrát s pravou rukou na cívce nasměrujte prsty ve směru proudu proudu ve stočeném vodiči. (Červené šipky) S pravým palcem směřujícím úžinou podél cívky by měla ukazovat na severní konec magnetu.

Krok 2: Jak fungují transformátory

To, jak kolísavý proud v primární cívce vytváří proud v sekundární cívce, se nazývá Lenzův zákon.

Wikipedie

Všechny cívky v transformátoru by měly být navinuty stejným směrem.

Cívka bude odolávat změně magnetu; pole, takže když je na primární cívku aplikován střídavý nebo pulzující proud, vytvoří v primární cívce kolísavé magnetické pole.

Když fluktuující magnetické pole dosáhne sekundární cívky, vytvoří v sekundární cívce protilehlé magnetické pole a protichůdný proud.

Pravidlo pravé ruky na primární cívce a sekundární můžete použít k předpovědi výstupu sekundární.

V závislosti na počtu závitů na primární cívce a počtu závitů na sekundární cívce se napětí změní na vyšší nebo nižší napětí.

Pokud zjistíte, že pozitivní a negativní je těžké sledovat na sekundární cívce; považujte sekundární cívku za zdroj energie nebo baterii, kde dochází k napájení, a za primární považujte zátěž, kde se spotřebovává energie.

Cívky Tesla jsou vzduchové jádrové transformátory, magnetická pole a proud fungují stejně jako železné nebo feritové jádrové transformátory.

Krok 3: Navíjení

Ačkoli to není zakresleno ve schématu; vyšší sekundární cívka Tesla cívky je uvnitř kratší primární cívky, toto nastavení se nazývá vlastní rezonující oscilátor.

Zajistěte správné navíjení; primární i sekundární vinutí by měly být navinuty ve stejném směru. Nezáleží na tom, zda navíjíte cívky pravotočivým nebo levotočivým kroucením, pokud jsou obě cívky navinuty stejným směrem.

Při navíjení sekundárního vinutí dbejte na to, aby se vaše vinutí nepřekrývalo, nebo aby překrytí mohlo způsobit zkrat v sekundárním vinutí.

Křížové vinutí cívek může způsobit, že zpětná vazba ze sekundárního zdroje vázaného na základnu tranzistoru nebo brány mosfetu bude mít špatnou polaritu, což může zabránit oscilaci obvodu.

Pozitivní a negativní vodiče primárních cívek jsou ovlivněny kroucením ve vinutí. Na primární cívce použijte pravidlo pravé ruky. Zajistěte, aby severní pól primární cívky směřoval k horní části sekundární cívky.

Zkřížené zapojení primární cívky může způsobit, že zpětná vazba ze sekundární vazby na základnu tranzistoru nebo bránu mosfetu bude mít špatnou polaritu, což může zabránit oscilaci obvodu.

Dokud jsou cívky navinuty stejným směrem; selhání oscilace při křížení kabeláže primární cívky je snadné opravit většinu času, stačí obrátit vývody primární cívky.

Krok 4: Jak funguje Tesla Tesla cívka

Základní polovodičová Tesla cívka může mít pouhých pět dílů.

Zdroj energie; v tomto schématu baterie.

Rezistor; v závislosti na tranzistoru 1/4 watt 10 kΩ a více.

Tranzistor NPN s chladičem, tranzistor v těchto obvodech se obvykle zahřívá.

Primární cívka ze 2 nebo více závitů je navinuta ve stejném směru jako sekundární cívka.

Sekundární cívka až do 1 000 otáček nebo více 41 AWG se vinula ve stejném směru jako primární.

Krok 1. Když je napájení poprvé aplikováno na základní polovodičovou Tesla cívku, tranzistor v obvodu je otevřený nebo vypnutý. Energie prochází odporem do základny tranzistorů a uzavírá tranzistor zapnutím, což umožňuje proud protékat primární cívkou. Změna proudu není okamžitá, trvá krátkou dobu, než proud přejde z nulového proudu na maximální proud, tomu se říká doba náběhu.

Krok 2. Současně magnetické pole v cívce přechází z nuly na určitou intenzitu pole. Zatímco se magnetické pole zvyšuje v primární cívce, sekundární cívka odolává nákupu změny a vytváří protilehlé magnetické pole a protichůdný proud v sekundární cívce.

Krok 3. Sekundární cívka je svázána se základnou tranzistoru, takže proud v sekundární cívce (Zpětná vazba) odebírá proud pryč od základny tranzistorů. Tím se otevře tranzistor vypnutím proudu do primární cívky. Stejně jako doba náběhu není aktuální změna okamžitá. Trvá krátkou dobu, než se proud a magnetické pole dostanou z maxima na nulu, tomu se říká doba pádu.

Poté se vraťte ke kroku 1.

Tento typ obvodu se nazývá samoregulační oscilační obvod nebo rezonanční oscilátor. Tento typ oscilátoru je frekvenčně omezen dobou zpoždění obvodu a tranzistoru nebo mosfetu. (Rise Time Fall Time a Plateau Time)

Krok 5: Účinnost

Tento obvod není příliš účinný, vytváří čtvercovou vlnu, primární cívka produkuje pouze proud v sekundární cívce během magnetických polí přecházejících z nulové intenzity pole do plné intenzity pole a zpět do nulové intenzity pole, nazývané doba náběhu a podzim. Mezi dobou náběhu a době pádu je plošina se zavřeným nebo zapnutým tranzistorem a otevřeným nebo vypnutým tranzistorem. Když je tranzistor vypnutý, plošina nepoužívá proud, ale když je tranzistor na plošině, používá a ztrácí proud ohříváním tranzistoru.

Můžete použít nejrychlejší spínací tranzistor, jaký můžete získat. S vyššími frekvencemi může magnetické pole přecházet více, než je plateau, čímž je Tesla cívka efektivnější. To však nezabrání zahřátí tranzistoru.

Přidáním 3voltové LED k základně tranzistorů prodlužuje doby náběhu a klesání, takže tranzistory působí více na trojúhelníkovou vlnu než na čtvercovou vlnu.

Existují dvě další věci, které můžete udělat, aby se tranzistor nepřehřál. K odstranění přebytečného tepla můžete použít chladič. Můžete použít tranzistor s vysokým výkonem, aby nebyl tranzistor přepracován.

Krok 6: Mini Tesla Coil

Tuto 12voltovou Mini Tesla cívku jsem dostal od online prodejce.

Sada obsahuje:

1 x PVC deska

1 x monolitický kondenzátor 1nF

1 x 10 kΩ odpor

1 x 1 kΩ odpor

1 x napájecí zásuvka 12V

1 x chladič

1 x tranzistor BD243C

1 x sekundární cívka 333 otáček

1 x upevňovací šroub

2 x LED

1 x Neonová lampa

Sada neobsahuje:

Napájení 12 voltů Napájení SMP, které jsem použil, bylo 12 voltů 4 ampéry.

Torus

Lepidlo pro montáž sekundární cívky.

Tepelné silikonové mazivo pro montáž tranzistoru na chladič.

Pájka

Krok 7: Testování

Po sestavení cívky Mini Tesla jsem ji vyzkoušel na neonové lampě, CFL (kompaktní zářivkové světlo) a zářivkové trubici. Archa byla malá a dokud jsem ji vložil do 1/4 palce, rozsvítilo vše, na čem jsem to zkoušel.

Tranzistor je velmi horký, proto se nedotýkejte chladiče. 12voltová cívka Tesla by neměla 65 wattový tranzistor velmi zahřát, pokud se nepřiblížíte k maximálním parametrům tranzistorů.

Krok 8: Využití energie

Tranzistor BD243C je tranzistor NPN, 65 wattů 100 voltů 6 amp 3 MHz, při 12 voltech by neměl odebírat více než 5,4 ampérů, aby nepřekročil 65 wattů.

Když jsem zkontroloval proud při spuštění, byl to 1 ampér, po minutě běhu proud klesl na 0,75 ampéru. Při 12 voltech, což činí provozní výkon 9 až 12 wattů, hluboko pod 65 wattů je tranzistor hodnocen.

Když jsem zkontroloval doby vzestupu a pádu tranzistorů, dostal jsem trojúhelníkovou vlnu, která je téměř vždy v pohybu, což z ní činí velmi účinný obvod.

Krok 9: Top Load

Špičkové zátěže umožňují nahromadění náboje namísto pouhého krvácení do vzduchu, což vám poskytne větší výkon.

Bez horního zatížení se nálože shromažďují na špičatých špičkách drátu a odlétají do vzduchu.

Nejlepší horní zátěže jsou kulaté jako Torus nebo koule, takže z náboje do vzduchu nevytékají žádné body.

Svůj nejvyšší náklad jsem vyrobil z míče, který jsem zachránil z myši, a zakryl jsem ho hliníkovou fólií, nebylo to úplně hladké, ale fungovalo to dobře. Nyní mohu rozsvítit CFL až na palec daleko.