Tesla transzformátor

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2020. szeptember 19-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 40 szerkesztést igényelnek .

A Tesla transzformátor vagy Tesla tekercs ( eng.  Tesla coil ) Nikola Tesla által feltalált és az ő nevét viselő eszköz. Ez egy rezonáns transzformátor , amely nagy frekvencián nagy feszültséget állít elő . A készüléket 1896. szeptember 22-én szabadalmaztatták "Magas frekvenciájú és potenciális elektromos áramok előállítására szolgáló készülékként" [1] .

Hogyan működik

A Tesla transzformátor rezonáns álló elektromágneses hullámok tekercsekben való felhasználásán alapul. Primer tekercse kis számú fordulatot tartalmaz, és egy szikraoszcillációs áramkör része , amely egy kondenzátort és egy szikraközt is tartalmaz. A szekunder tekercs egy egyenes huzaltekercs. Ha a primer tekercs oszcillációs áramkörének rezgési frekvenciája egybeesik a szekunder tekercs egyik természetes rezgésének (állóhullámának) frekvenciájával, a szekunder tekercsben fellépő rezonancia jelenség miatt álló elektromágneses hullám keletkezik és magas váltakozó feszültség jelenik meg a tekercs végei között [2] .

A rezonáns transzformátor működése egy közönséges lengés példájával magyarázható. Ha kényszerlengés módban lengetik, akkor az elért maximális amplitúdó arányos lesz a kifejtett erővel. Ha szabad oszcilláció módban lenget, akkor ugyanazokkal az erőfeszítésekkel a maximális amplitúdó többszörösére nő. Így van ez a Tesla transzformátorral is - a másodlagos oszcillációs áramkör lengésként, a generátor pedig az alkalmazott erőfeszítésként működik. Konzisztenciájukat (szigorúan a megfelelő időben történő „tolást”) a primer áramkör vagy a fő oszcillátor (készüléktől függően) biztosítja.

A legegyszerűbb Tesla transzformátor tartalmaz egy bemeneti transzformátort, egy két tekercsből álló induktort - elsődleges és szekunder tekercset, egy szikraközt (megszakító, a Spark Gap angol verziója gyakran megtalálható), egy kondenzátort , egy toroidot (nem mindig használják) és egy terminált. (az ábrán "kimenetként" látható).

A primer tekercs általában csak néhány menetnyi nagy átmérőjű rézcsövet vagy -huzalt tartalmaz, a szekunder tekercsben pedig körülbelül 1000 menet kisebb keresztmetszetű huzal. Az elsődleges tekercs lehet lapos (vízszintes), kúpos vagy hengeres (függőleges). A hagyományos transzformátorokkal ellentétben itt nincs ferromágneses mag. Így a két tekercs közötti kölcsönös induktivitás sokkal kisebb, mint a ferromágneses maggal rendelkező transzformátorokban. A primer tekercs a kondenzátorral együtt egy oszcillációs áramkört alkot , amely egy nemlineáris elemet - egy szikraközt - tartalmaz.

A levezető, a legegyszerűbb esetben egy közönséges gáz, két masszív elektródából áll, állítható hézaggal. Az elektródáknak ellenállniuk kell a közöttük lévő elektromos íven átfolyó nagy áramoknak, és jó hűtéssel kell rendelkezniük.

A szekunder tekercs egy oszcillációs áramkört is képez , ahol a kondenzátor szerepét főként a toroid kapacitása és magának a tekercsnek a saját interturn kapacitása tölti be. A szekunder tekercset gyakran epoxi- vagy lakkréteggel vonják be, hogy megakadályozzák az elektromos meghibásodást .

A terminál készülhet tárcsa, kihegyezett csap vagy gömb formájában, és úgy van kialakítva, hogy előreláthatóan nagy hosszúságú szikrakisüléseket hozzon létre.

Így a Tesla transzformátor két összekapcsolt oszcillációs áramkörből áll, ami meghatározza figyelemre méltó tulajdonságait, és ez a fő különbség a hagyományos transzformátoroktól. A transzformátor teljes működéséhez ezt a két rezgőkört azonos rezonanciafrekvenciára kell hangolni. Általában a hangolási folyamat során a primer áramkört a kondenzátor kapacitásának és a primer tekercs fordulatszámának változtatásával a szekunder frekvenciájához igazítják, amíg a transzformátor kimenetén a maximális feszültséget el nem érik.

Működés

A vizsgált legegyszerűbb kivitelű Tesla transzformátor, amely az ábrán látható, impulzus üzemmódban működik. Az első fázis a kondenzátor töltése a levezető leállási feszültségéig. A második fázis a nagyfrekvenciás rezgések generálása a primer körben. A párhuzamosan kapcsolt szikraköz , amely lezárja az áramforrást (transzformátort), kizárja az áramkörből, ellenkező esetben az áramforrás bizonyos veszteségeket vezet be a primer áramkörbe, és ezáltal csökkenti annak minőségi tényezőjét . A gyakorlatban ez a hatás sokszorosára csökkentheti a kisülés hosszát, ezért a Tesla transzformátor áramkörben a levezető mindig párhuzamosan van elhelyezve az áramforrással.

Charge

A kondenzátort egy külső nagyfeszültségű forrás tölti fel, amely alacsony frekvenciájú transzformátoron alapul. A kondenzátor kapacitását úgy választjuk meg, hogy az induktorral együtt egy rezonanciakört képezzen, amelynek rezonanciafrekvenciája megegyezik a nagyfeszültségű áramkörrel. A frekvencia azonban eltér a Thomson-képlet által kiszámítotttól , mivel a primer körben észrevehető veszteségek vannak a második kör „szivattyúzásához”. A töltési feszültséget a levezető áttörési feszültsége korlátozza, amely (légrés esetén) az elektródák távolságának vagy alakjának változtatásával állítható. A kondenzátor töltési feszültsége jellemzően 2-20 kilovolt tartományban van.

Generáció

A levezető elektródái közötti áttörési feszültség elérése után a gáz lavinaszerű elektromos letörése következik be benne. A kondenzátor a levezetőn keresztül kisül a tekercsbe. A kondenzátor kisülése után a levezető áttörési feszültsége meredeken csökken a gázban maradó töltéshordozók ( ionok ) miatt. Ezért a primer tekercsből és egy kondenzátorból álló rezgőkör áramköre a szikraközön keresztül zárva marad, és nagyfrekvenciás rezgések lépnek fel benne. A rezgések fokozatosan csillapodnak, főként a szikraközben és a szekunder körben bekövetkező veszteségek miatt, de addig folytatódnak, amíg az áram elegendő számú töltéshordozót nem hoz létre a kisülés fenntartásához. A szekunder áramkörben rezonáns rezgések lépnek fel, ami nagy feszültség megjelenéséhez vezet a terminálon .

Tesla transzformátor módosítások

Minden típusú Tesla transzformátorban a fő szerkezeti elem - a primer és a szekunder áramkörök - változatlan marad. Egyik része azonban - a nagyfrekvenciás rezgések generátora - eltérő kialakítású lehet. Az egyenáramú Tesla tekercsek rövidítései gyakran tartalmazzák a DC betűket, például a DCSGTC .

Jelenleg vannak:

A Tesla nagyítótekercsei is külön kategóriába tartoznak.

A Tesla Transformer használata

A Tesla transzformátor kimeneti feszültsége elérheti a több millió voltot . Ez a feszültség a levegő minimális elektromos szilárdságának frekvenciáján lenyűgöző elektromos kisüléseket képes létrehozni a levegőben, amelyek több méter hosszúak is lehetnek. Ezek a jelenségek különféle okokból lenyűgözik az embereket, ezért a Tesla transzformátort dekorációs elemként használják.

A transzformátort a Tesla elektromos rezgések generálására és terjesztésére használta, amelyek célja az eszközök vezeték nélküli távoli vezérlése ( rádióvezérlés ), vezeték nélküli adatátvitel ( rádió ) és vezeték nélküli energiaátvitel . A 20. század elején a Tesla transzformátor az orvostudományban is népszerű alkalmazásra talált . [3] [4] A betegeket gyenge, nagyfrekvenciás árammal kezelték, amely a bőrfelület vékony rétegén átfolyva nem károsította a belső szerveket (lásd: bőrhatás , Darsonvalizáció ), miközben „tonizáló” ill. „gyógyító” hatás.

Téves az a feltételezés, hogy a Tesla transzformátornak nincs széles körű gyakorlati alkalmazása. Gázkisüléses lámpák meggyújtására és vákuumrendszerek szivárgásának felderítésére szolgál. Fő felhasználása azonban ma a kognitív és esztétikai. Ennek oka elsősorban a nagyfeszültségű teljesítmény kiválasztásának szabályozása, vagy még inkább a transzformátortól távolabb történő átvitele esetén jelentkező jelentős nehézségek, mivel ebben az esetben a készülék elkerülhetetlenül kiesik a rezonanciából, és a minőség A szekunder áramkör tényezője és a rajta lévő feszültség is jelentősen csökken.

A Tesla transzformátor működése során megfigyelt hatások

Működés közben a Tesla tekercs gyönyörű hatásokat hoz létre, amelyek különféle típusú gázkisülések kialakulásához kapcsolódnak . Sokan azért gyűjtenek Tesla transzformátorokat, hogy megnézzék ezeket a lenyűgöző, gyönyörű jelenségeket. Általában a Tesla tekercs 4 típusú kisülést állít elő:

  1. Streamer (az angol  Streamer szóból ) - halványan izzó, vékony elágazó csatornák, amelyek ionizált gázatomokat tartalmaznak, és azokból levált szabad elektronok. A tekercs termináljáról (vagy a legélesebb, ívelt BB-részekből) közvetlenül a levegőbe áramlik, anélkül, hogy a talajba menne, mivel a töltés egyenletesen áramlik a kisülési felületről a levegőn keresztül a talajba. A streamer valójában a levegő látható ionizációja (az ionok izzása), amelyet a transzformátor HV mezője hoz létre.
  2. A Spark (az angol  Spark szóból ) egy szikrakisülés . A terminálról (vagy a legélesebb, ívelt BB részekről) közvetlenül a talajba vagy egy földelt tárgyba kerül. Fényes, gyorsan eltűnő vagy egymást helyettesítő fonalas, gyakran erősen elágazó csíkokból álló köteg - szikracsatornák. Létezik egy speciális szikrakisülés is - egy csúszó szikrakisülés.
  3. A koronakisülés a légionok  izzása nagyfeszültségű elektromos térben . Gyönyörű kékes fényt kelt a szerkezet BB részei körül, erős felületi görbülettel.
  4. Ívkisülés  – sok esetben kialakul. Például a transzformátor megfelelő teljesítményével, ha egy földelt tárgyat közel hoznak a termináljához, ív gyulladhat ki közte és a terminál között (néha közvetlenül hozzá kell érintenie a tárgyat a terminálhoz, majd az ívet meg kell nyújtani, visszahúzva a nagyobb távolságra). Ez különösen igaz a Tesla csőtekercsekre. Ha a tekercs nem elég erős és nem elég megbízható, akkor a kiváltott ívkisülés károsíthatja alkatrészeit.

Gyakran megfigyelhető (különösen erős tekercsek közelében), hogy a kisülések nemcsak magából a tekercsből (termináljából stb.), hanem a földelt tárgyakból is feléje mennek. Emellett koronakisülés is előfordulhat ilyen tárgyakon . Ritkán izzó kisülés is megfigyelhető . Érdekes megjegyezni, hogy bizonyos ionos vegyszerek, amelyeket a kisülési terminálon alkalmaznak, képesek megváltoztatni a kisülés színét. Például a nátriumionok a szokásos szikraszínt narancssárgára, a bór  pedig zöldre változtatják.

A rezonáns transzformátor működését jellegzetes elektromos recsegés kíséri. Ennek a jelenségnek a megjelenése a streamerek szikracsatornákká történő átalakulásával jár (lásd a szikrakisülés című cikket ), ami az áramerősség és a bennük felszabaduló energia mennyiségének meredek növekedésével jár együtt. Mindegyik csatorna gyorsan tágul, a nyomás hirtelen megemelkedik benne, aminek következtében a határain lökéshullám keletkezik . A táguló szikracsatornák lökéshullámainak kombinációja olyan hangot hoz létre, amelyet a szikra "repedéseként" érzékelnek.

Az emberi szervezetre gyakorolt ​​hatások

Magas feszültség forrásaként a Tesla transzformátor halálos lehet. Ez különösen igaz a nagy teljesítményű lámpákra vagy térhatású tranzisztorokra történő telepítésekre. Mindenesetre még a kis teljesítményű Tesla transzformátorokra is jellemző a nagyfeszültségű nagyfrekvenciás energia felszabadulása, ami helyi bőrkárosodást okozhat rosszul gyógyuló égési sérülések formájában. A közepes teljesítményű (50-150 watt ) Tesla transzformátorok esetében az ilyen égési sérülések károsíthatják az idegvégződéseket, és jelentős mértékben károsíthatják a bőr alatti rétegeket, beleértve az izmok és szalagok károsodását is. A szikragerjesztésű Tesla transzformátorok kevésbé veszélyesek az égési sérülések szempontjából, azonban a nagyfeszültségű kisülések, amelyeket szünetek követnek, nagyobb károkat okoznak az idegrendszerben, és szívleállást okozhatnak (szívproblémákkal küzdőknél). Mindenesetre a nagyfrekvenciás nagy teljesítményű generátorok, köztük a Tesla transzformátorok által okozott károk tisztán egyéniek, és a szervezet jellemzőitől és az adott személy mentális állapotától függenek.

Tény, hogy a nők reagálnak a legélesebben az erős rádiófrekvenciás eszközök sugárzására, és a nőknél a reakció akutabb, mint a férfiaknál. A Tesla transzformátorhoz, valamint bármely elektromos készülékhez nem szabad gyerekeket beengedni felnőtt felügyelete nélkül.

Van azonban egy másik vélemény a Tesla transzformátorok bizonyos típusairól. Mivel a nagyfrekvenciás nagyfeszültség bőrhatást fejt ki , a több millió voltos potenciál ellenére az emberi szervezetbe történő kisülés nem okozhat szívmegállást vagy más súlyos, élettel összeegyeztethetetlen károsodást a szervezetben.

Ezzel szemben más nagyfeszültségű generátorok, mint például a nagyfeszültségű TV-sokszorozó és más háztartási nagyfeszültségű egyenáramú generátorok, amelyeknek összehasonlíthatatlanul alacsonyabb a kimeneti feszültsége (nagyságrendileg 25 kV), halálosak lehetnek. Mindez azért van, mert a fenti konverterek 50  Hz -es frekvenciát használnak (klasszikus TV-szorzónál kb 15 kHz, monitoroknál még magasabb), ezért nincs skin-effektus, vagy eltűnően gyenge, és az áramerősség keresztül fog áramlani az ember belső szervein (életveszélyesnek számít egy tízmA-es áram).

Kicsit más kép a statikus elektromossággal , amely kisütéskor (fém érintésekor) nagyon érzékenyen sokkot tud ütni, de nem halálos, mivel a statikus töltés viszonylag kicsi. Egy másik veszély, amely a Tesla transzformátor használatára leselkedik, az ózontöbblet a vérben, ami fejfájáshoz vezethet , mivel ennek a gáznak nagy része a készülék működése során keletkezik.

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ 568 176 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalom, 1896. szeptember 22. Berendezés nagyfrekvenciás és potenciális elektromos áramok előállítására . A szabadalom leírása az Egyesült Államok Szabadalmi és Védjegyhivatalának honlapján .
  2. ↑ Kalashnikov S. G. , Electricity, M., GITTL, 1956, ch. XII "Elektromágneses hullámok vezetékek mentén", 261. o. "Állóhullámok tekercsekben", 261. oldal. 592-593.
  3. ↑ Tesla transzformátor // Könyvtár. Űrkutatási projekt.
  4. ↑ Rzhonsnitsky B.N. Nikola Tesla .

Linkek

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák
Bibliográfiai katalógusokban
 Nikola Tesla
Karrier és
találmányok
Egyéb
Kapcsolódó
cikkek
 Nagyfeszültségű generátorok
Elektrosztatikus
elektromágneses
Elektronikus