Spark Gap Tesla Coil: 14 Βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:33

Αυτό είναι ένα σεμινάριο για το πώς να φτιάξετε ένα Spark Gap Tesla Coil με ένα φόρεμα κλουβιού Faraday.

Αυτό το έργο πήρε εμένα και την ομάδα μου (3 μαθητές) 16 εργάσιμες ημέρες, κοστίζει περίπου 500 USD, θα σας διαβεβαιώσω ότι δεν θα λειτουργήσει από την πρώτη φορά:), το πιο σημαντικό μέρος είναι ότι πρέπει να κατανοήσετε όλη τη θεωρία πίσω και ξέρετε πώς να χειριστείτε τα εξαρτήματα που επιλέγετε.

Σε αυτό το διδακτικό, θα σας μεταφέρω σε όλη τη θεωρία πίσω, τις έννοιες, τους τύπους, ένα βήμα προς βήμα κτίριο για όλα τα μέρη. Εάν θέλετε να χτίσετε μικρότερα ή μεγαλύτερα πηνία, η έννοια και οι τύποι θα είναι οι ίδιοι.

Οι απαιτήσεις για αυτό το έργο:

- Γνώση σε: Ηλεκτρολογικό, ηλεκτρονικό, ηλεκτρομαγνητικό και εργαστηριακό εξοπλισμό

- Παλιοσκόπιο

- Μετασχηματιστής Neon Sign 220V έως 9kV

- Πυκνωτές υψηλής τάσης

- Χάλκινα καλώδια ή χάλκινοι σωλήνες

- Ξύλο για να φτιάξετε το σασί σας

- σωλήνας PVC για το δευτερεύον πηνίο

Ευέλικτος μεταλλικός σωλήνας για το Toroid

- Ένας μικρός ηλεκτρικός ανεμιστήρας 220V για το κενό σπινθήρα

- Χαρτί αλουμινίου και πλέγμα για το φόρεμα κλουβί Faraday

- Μονωμένα καλώδια για το δευτερεύον

- Λαμπτήρες νέον

- Ρυθμιστής τάσης εάν δεν έχετε σταθερό 220VAC

- Σύνδεση στο έδαφος

- Πολυ υπομονη

Βήμα 1: Εισαγωγή στο Spark Gap Tesla Coil

Ένα πηνίο Tesla είναι ένας μετασχηματιστής συντονισμού που περιέχει ένα πρωτεύον και δευτερεύον κύκλωμα LC. Σχεδιασμένα από τον εφευρέτη Νίκολα Τέσλα το 1891, τα δύο κυκλώματα LC συνδέονται χαλαρά μεταξύ τους. Η ισχύς παρέχεται στο πρωτεύον κύκλωμα μέσω ενός μετασχηματιστή επιτάχυνσης, ο οποίος φορτίζει έναν πυκνωτή. Τελικά, η τάση στον πυκνωτή θα αυξηθεί αρκετά ώστε να μειώσει ένα κενό σπινθήρα. Ο πυκνωτής θα εκφορτιστεί μέσω του διακένου σπινθήρα και στο πρωτεύον πηνίο. Η ενέργεια θα ταλαντεύεται μπρος-πίσω μεταξύ του πρωτεύοντος πυκνωτή και του κύριου επαγωγέα πηνίου σε υψηλές συχνότητες (τυπικά 50 kHz-2 MHz). Το πρωτεύον πηνίο συνδέεται με έναν επαγωγέα στο δευτερεύον κύκλωμα, που ονομάζεται δευτερεύον πηνίο. Στο επάνω μέρος του δευτερεύοντος πηνίου είναι προσαρτημένο ένα κορυφαίο φορτίο που παρέχει χωρητικότητα για το δευτερεύον κύκλωμα LC. Καθώς το πρωτεύον κύκλωμα ταλαντεύεται, η ισχύς προκαλείται στο δευτερεύον πηνίο όπου η τάση πολλαπλασιάζεται πολλές φορές. Ένα πεδίο υψηλής τάσης και χαμηλού ρεύματος αναπτύσσεται γύρω από το ανώτερο φορτίο και τόξα εκκένωσης κεραυνού σε μια γλυκιά επίδειξη φοβερότητας. Τα πρωτεύοντα και δευτερεύοντα κυκλώματα LC πρέπει να ταλαντεύονται στην ίδια συχνότητα για να επιτευχθεί η μέγιστη μεταφορά ισχύος. Τα κυκλώματα στο πηνίο συνήθως «συντονίζονται» στην ίδια συχνότητα ρυθμίζοντας την επαγωγή του πρωτεύοντος πηνίου. Τα πηνία Tesla μπορούν να παράγουν τάσεις εξόδου από 50 κιλοβόλτ έως αρκετά εκατομμύρια βολτ για μεγάλα πηνία.

Βήμα 2: Θεωρία

Αυτό το τμήμα θα καλύψει την πλήρη θεωρία λειτουργίας ενός συμβατικού πηνίου Tesla. Θα θεωρήσουμε ότι τα πρωτεύοντα και δευτερεύοντα κυκλώματα είναι κυκλώματα RLC με χαμηλή αντίσταση, η οποία συμφωνεί με την πραγματικότητα.

Για τους προαναφερθέντες λόγους, η εσωτερική αντίσταση του εξαρτήματος δεν αντιπροσωπεύεται. Θα αντικαταστήσουμε επίσης τον μετασχηματιστή περιορισμένου ρεύματος. Αυτό δεν έχει καμία επίπτωση στην καθαρή θεωρία.

Σημειώστε ότι ορισμένα τμήματα του δευτερεύοντος κυκλώματος σχεδιάζονται με διακεκομμένες γραμμές. Αυτό συμβαίνει επειδή δεν είναι άμεσα ορατά στη συσκευή. Όσον αφορά τον δευτερεύοντα πυκνωτή, θα δούμε ότι η χωρητικότητά του είναι πράγματι κατανεμημένη, με το ανώτερο φορτίο να είναι μόνο "μία πλάκα" αυτού του πυκνωτή. Όσον αφορά το δευτερεύον κενό σπινθήρα, φαίνεται στο σχήμα ως ένας τρόπος για να αναπαραστήσουμε πού θα πραγματοποιηθούν τα τόξα.

Αυτό το πρώτο βήμα του κύκλου είναι η φόρτιση του πρωτεύοντος πυκνωτή από τη γεννήτρια. Υποθέτουμε ότι η συχνότητά του είναι 50 Hz. Επειδή η γεννήτρια (NST) είναι περιορισμένη στο ρεύμα, η χωρητικότητα του πυκνωτή πρέπει να επιλεγεί προσεκτικά, ώστε να φορτιστεί πλήρως σε 1/100 δευτερόλεπτα ακριβώς. Πράγματι, η τάση της γεννήτριας αλλάζει δύο φορές την περίοδο και στον επόμενο κύκλο, θα φορτίσει ξανά τον πυκνωτή με αντίθετη πολικότητα, η οποία δεν αλλάζει απολύτως τίποτα στη λειτουργία του πηνίου Tesla.

Όταν ο πυκνωτής είναι πλήρως φορτισμένος, το κενό σπινθήρας πυροδοτείται και ως εκ τούτου κλείνει το κύριο κύκλωμα. Γνωρίζοντας την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου διάσπασης του αέρα, το πλάτος του διακένου σπινθήρα πρέπει να ρυθμιστεί έτσι ώστε να πυροδοτεί ακριβώς όταν η τάση στον πυκνωτή φτάσει στην κορυφαία τιμή του. Ο ρόλος της γεννήτριας τελειώνει εδώ.

Έχουμε τώρα έναν πλήρως φορτωμένο πυκνωτή σε ένα κύκλωμα LC. Το ρεύμα και η τάση θα ταλαντώνονται στη συχνότητα συντονισμού των κυκλωμάτων, όπως αποδείχθηκε προηγουμένως. Αυτή η συχνότητα είναι πολύ υψηλή σε σύγκριση με τη συχνότητα δικτύου, γενικά μεταξύ 50 και 400 kHz.

Τα πρωτεύοντα και δευτερεύοντα κυκλώματα συνδέονται μαγνητικά. Οι ταλαντώσεις που λαμβάνουν χώρα στο πρωτεύον θα προκαλέσουν έτσι μια ηλεκτροκινητική δύναμη στο δευτερεύον. Καθώς η ενέργεια του πρωτεύοντος απορρίπτεται στο δευτερεύον, το πλάτος των ταλαντώσεων στο πρωτεύον θα μειωθεί σταδιακά ενώ αυτές του δευτερεύοντος θα ενισχυθούν. Αυτή η μεταφορά ενέργειας γίνεται μέσω μαγνητικής επαγωγής. Η σταθερά ζεύξης k μεταξύ των δύο κυκλωμάτων διατηρείται σκόπιμα χαμηλή, γενικά μεταξύ 0,05 και 0,2.

Οι ταλαντώσεις στο πρωτεύον θα λειτουργήσουν έτσι λίγο σαν μια γεννήτρια τάσης εναλλασσόμενου ρεύματος τοποθετημένη σε σειρά στο δευτερεύον κύκλωμα.

Για την παραγωγή της μεγαλύτερης τάσης εξόδου, τα πρωτεύοντα και τα δευτερεύοντα συντονισμένα κυκλώματα προσαρμόζονται σε συντονισμό μεταξύ τους. Δεδομένου ότι το δευτερεύον κύκλωμα συνήθως δεν είναι ρυθμιζόμενο, αυτό γίνεται γενικά με μια ρυθμιζόμενη βρύση στο κύριο πηνίο. Εάν τα δύο πηνία ήταν ξεχωριστά, οι συχνότητες συντονισμού των πρωτογενών και δευτερογενών κυκλωμάτων θα καθορίζονταν από την επαγωγή και την χωρητικότητα σε κάθε κύκλωμα

Βήμα 3: Κατανομή χωρητικότητας στο δευτερεύον κύκλωμα

Η δευτερεύουσα χωρητικότητα C είναι πραγματικά σημαντική για να λειτουργήσει το πηνίο tesla, η χωρητικότητα του δευτερεύοντος πηνίου είναι απαραίτητη για τους υπολογισμούς της συχνότητας αντήχησης, εάν δεν λάβετε υπόψη όλες τις παραμέτρους δεν θα δείτε μια σπίθα. Αυτή η χωρητικότητα αποτελείται από πολλές συνεισφορές και είναι δύσκολο να υπολογιστεί, αλλά θα δούμε τα κύρια συστατικά της.

Κορυφαίο φορτίο - Έδαφος.

Το υψηλότερο κλάσμα της δευτερεύουσας χωρητικότητας προέρχεται από το ανώτερο φορτίο. Πράγματι, έχουμε έναν πυκνωτή του οποίου οι "πλάκες" είναι το κορυφαίο φορτίο και το έδαφος. Θα μπορούσε να είναι εκπληκτικό το γεγονός ότι αυτός είναι πράγματι ένας πυκνωτής καθώς αυτές οι πλάκες συνδέονται μέσω του δευτερεύοντος πηνίου. Ωστόσο, η σύνθετη αντίστασή του είναι αρκετά υψηλή, οπότε υπάρχει πραγματικά μια πιθανή διαφορά μεταξύ τους. Θα ονομάσουμε Ct αυτήν τη συνεισφορά.

Περιστροφές του δευτερεύοντος πηνίου.

Η άλλη μεγάλη συμβολή προέρχεται από το δευτερεύον πηνίο. Είναι κατασκευασμένο από πολλές παρακείμενες στροφές από εμαγιέ σύρμα χαλκού και επομένως η επαγωγή του κατανέμεται σε όλο το μήκος του. Αυτό σημαίνει ότι υπάρχει μια μικρή διαφορά δυναμικού μεταξύ δύο παρακείμενων στροφών. Έχουμε τότε δύο αγωγούς με διαφορετικό δυναμικό, χωρισμένους από ένα διηλεκτρικό: έναν πυκνωτή, με άλλα λόγια. Στην πραγματικότητα, υπάρχει ένας πυκνωτής με κάθε ζεύγος καλωδίων, αλλά η χωρητικότητά του μειώνεται με την απόσταση, επομένως μπορεί να θεωρηθεί ότι η χωρητικότητα μόνο μεταξύ δύο παρακείμενων στροφών είναι καλή προσέγγιση.

Ας ονομάσουμε το Cb τη συνολική χωρητικότητα του δευτερεύοντος πηνίου.

Στην πραγματικότητα, δεν είναι υποχρεωτικό να έχετε ένα ανώτατο φορτίο σε ένα πηνίο Tesla, καθώς κάθε δευτερεύον πηνίο θα έχει τη δική του χωρητικότητα. Ωστόσο, αυτό το κορυφαίο φορτίο είναι ζωτικής σημασίας για να έχετε όμορφους σπινθήρες.

Θα υπάρχει επιπλέον χωρητικότητα από τα γύρω αντικείμενα. Αυτός ο πυκνωτής σχηματίζεται από το ανώτερο φορτίο στη μία πλευρά και τα αγώγιμα αντικείμενα (τοίχοι, υδραυλικοί σωλήνες, έπιπλα κ.λπ.) από την άλλη πλευρά.

Θα ονομάσουμε τον πυκνωτή αυτών των εξωτερικών παραγόντων Ce.

Καθώς όλοι αυτοί οι "πυκνωτές" είναι παράλληλοι, η συνολική χωρητικότητα του δευτερεύοντος κυκλώματος θα δίνεται από:

Cs = Ct + Cb + Ce

Βήμα 4: Σύλληψη και κατασκευή

Στην περίπτωσή μας χρησιμοποιήσαμε έναν αυτόματο ρυθμιστή τάσης για να διατηρήσουμε την είσοδο τάσης για το NST στα 220V

Και περιέχει ένα ενσωματωμένο φίλτρο γραμμής AC (YOKOMA ELECTRIC WORKS., LTD. Στην Ιαπωνία-Μοντέλο AVR-2)

Αυτό το όργανο θα μπορούσε να βρεθεί σε μηχανήματα ακτίνων X ή να αγοραστεί απευθείας από την αγορά.

Ο μετασχηματιστής υψηλής τάσης είναι το πιο σημαντικό μέρος του πηνίου aTesla. Είναι απλά ένας μετασχηματιστής επαγωγής. Ο ρόλος του είναι να φορτίζει τον κύριο πυκνωτή στην αρχή κάθε κύκλου. Εκτός από τη δύναμή του, η στιβαρότητα του είναι πολύ σημαντική καθώς πρέπει να αντέχει σε τρομερές συνθήκες λειτουργίας (μερικές φορές απαιτείται φίλτρο προστασίας).

Ο μετασχηματιστής σημάτων νέον (NST) που χρησιμοποιούμε για το πηνίο tesla, τα χαρακτηριστικά (τιμές rms) είναι τα ακόλουθα:

Vout = 9000 V, Iout = 30 mA

Το ρεύμα εξόδου είναι, στην πραγματικότητα, 25mA, 30mA είναι η κορυφή που πέφτει στα 25 mA μετά την εκκίνηση.

Τώρα μπορούμε να υπολογίσουμε τη δύναμή του P = V I, η οποία θα είναι χρήσιμη για τον καθορισμό των παγκόσμιων διαστάσεων του πηνίου Tesla καθώς και μια πρόχειρη ιδέα για το μήκος των σπινθήρων του.

P = 225 W (για 25 mA)

Αντίσταση NST = NST Vout ∕ NST Iout = 9000/ 0,25 = 360 KΩ

Βήμα 5: Πρωτεύον κύκλωμα

Πυκνωτής:

Ο ρόλος του πρωτεύοντος πυκνωτή είναι να αποθηκεύει μια ορισμένη ποσότητα φορτίου για τον επόμενο κύκλο, καθώς και να σχηματίζει ένα κύκλωμα LC μαζί με τον κύριο επαγωγέα.

Ο κύριος πυκνωτής είναι συνήθως κατασκευασμένος από πολλές δεκάδες καπάκια ενσύρματα σε μια σειρά / παράλληλη διαμόρφωση που ονομάζεται Multi-Mini Capacitor (MMC)

Ο πρωτεύων πυκνωτής χρησιμοποιείται με το πρωτεύον πηνίο για τη δημιουργία του κύριου κυκλώματος LC. Ένας πυκνωτής μεγέθους αντήχησης μπορεί να βλάψει ένα NST, επομένως συνιστάται ένας πυκνωτής μεγέθους μεγαλύτερου από συντονισμό (LTR). Ένας πυκνωτής LTR θα παρέχει επίσης τη μεγαλύτερη ισχύ μέσω του πηνίου Tesla. Διαφορετικά πρωτεύοντα κενά (στατικά έναντι συγχρονισμού περιστροφής) θα απαιτούν διαφορετικού μεγέθους πρωτογενείς πυκνωτές.

Cres = Πρωτεύουσα Χωρητικότητα Συντονισμού (uF) = 1 ∕ (2 * π * Αντίσταση NST * NST Fin) = 1/ (2 * π * 360 000 * 50) = 8,8419nF

CLTR = Πρωτογενής μεγαλύτερη από τον συντονισμό (LTR) Στατική χωρητικότητα (uF) = Πρωτεύουσα χωρητικότητα συντονισμού × 1,6

= 14.147nF

(αυτό θα μπορούσε να διαφέρει ελαφρώς από μια προσέγγιση σε άλλη, συνιστώμενος συντελεστής 1,6-1,8)

Χρησιμοποιήσαμε πυκνωτές 2000V 100nF, Nb = Cunit/Cequiv = 100nF/0.0119 uF = 9 πυκνωτές. Έτσι για ακριβώς 9 καπάκια έχουμε Ceq = 0.0111uF = χωρητικότητα MMC.

Σκεφτείτε να συνδέσετε αντιστάσεις υψηλής ισχύος, 10MOhms παράλληλα με κάθε πυκνωτή για ασφάλεια.

Επαγωγή:

Ο ρόλος του κύριου επαγωγέα είναι να δημιουργήσει ένα μαγνητικό πεδίο που θα εγχυθεί στο δευτερεύον κύκλωμα καθώς και να σχηματίσει ένα κύκλωμα LC με τον κύριο πυκνωτή. Αυτό το εξάρτημα πρέπει να μπορεί να μεταφέρει έντονο ρεύμα χωρίς υπερβολικές απώλειες.

Διαφορετικές γεωμετρίες είναι δυνατές για το πρωτεύον πηνίο. Στην περίπτωσή μας, θα προσαρμόσουμε την επίπεδη αψιδωτή σπείρα ως κύριο πηνίο. Αυτή η γεωμετρία οδηγεί φυσικά σε ασθενέστερη σύζευξη και μειώνει τον κίνδυνο τόξου στο πρωτεύον: επομένως προτιμάται σε ισχυρά πηνία. Είναι ωστόσο αρκετά συνηθισμένο σε πηνία χαμηλότερης ισχύος για την ευκολία κατασκευής του. Η αύξηση της σύζευξης είναι δυνατή κατεβάζοντας το δευτερεύον πηνίο στο πρωτεύον.

Έστω W το πλάτος της σπείρας που δίνεται με W = Rmax - Rmin και R η μέση ακτίνα του, δηλαδή R = (Rmax + Rmin)/2, εκφρασμένα και τα δύο σε εκατοστά. Εάν το πηνίο έχει Ν στροφές, ένας εμπειρικός τύπος που αποδίδει την επαγωγή του L σε μικροχρήματα είναι:

Lflat = (0,374 (NR)^2)/(8R+11W).

Για το σχήμα ελικοειδούς Αν καλούμε R την ακτίνα της έλικας, H το ύψος της (και σε εκατοστά) και N τον αριθμό των στροφών της, ένας εμπειρικός τύπος που αποδίδει την επαγωγή του L στα μικροχρήματα είναι: Lhelic = (0,374 (NR)^2) /(9R+10Η).

Αυτοί είναι πολλοί τύποι που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε και να ελέγξετε, θα δώσουν στενά αποτελέσματα, ο πιο ακριβής τρόπος είναι να χρησιμοποιήσετε τον παλμογράφο και να μετρήσετε την απόκριση συχνότητας, αλλά οι τύποι είναι επίσης απαραίτητοι για την κατασκευή του πηνίου. Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε λογισμικό προσομοίωσης όπως το JavaTC.

Τύπος 2 για επίπεδο σχήμα: L = [0,25*N^2*(D1+N*(W+S))^2]/[15*(D1+N*(W+S))+11*D1]

όπου N: αριθμός στροφών, W: διάμετρος σύρματος σε ίντσες, S: απόσταση καλωδίων σε ίντσες, D1: εσωτερική διάμετρος σε ίντσες

Δεδομένα εισαγωγής του Tesla Coil μου:

Εσωτερική ακτίνα: 4,5 ίντσες, 11,2 στροφές, 0,25 ίντσες απόσταση, διάμετρος σύρματος = 6 mm, εξωτερική ακτίνα = 7,898 ίντσες.

L χρησιμοποιώντας τον τύπο 2 = 0,03098mH, από JavaTC = 0,03089mH

Επομένως, κύρια συχνότητα: f1 = 271,6 KHz (L = 0,03089 mH, C = 0,0111MFD)

Εργασιακή εμπειρία (κύριος συντονισμός συχνότητας)

και αποκτήσαμε συντονισμό στα 269-271KHz, οι οποίοι επαληθεύουν τον υπολογισμό, βλέπε Εικόνες.

Βήμα 6: Spark Gap

Η λειτουργία του διακένου σπινθήρα είναι να κλείνει το πρωτεύον κύκλωμα LC όταν ο πυκνωτής είναι επαρκώς φορτισμένος, επιτρέποντας έτσι ελεύθερες ταλαντώσεις στο εσωτερικό του κυκλώματος. Αυτό είναι ένα συστατικό πρωταρχικής σημασίας σε ένα πηνίο Tesla επειδή η συχνότητα κλεισίματος/ανοίγματος του θα έχει σημαντική επίδραση στην τελική έξοδο.

Ένα ιδανικό κενό σπινθήρα πρέπει να πυροδοτηθεί ακριβώς όταν η τάση στον πυκνωτή είναι μέγιστη και να ανοίξει ξανά μόλις πέσει στο μηδέν. Αλλά αυτό φυσικά δεν συμβαίνει σε ένα πραγματικό κενό σπινθήρα, μερικές φορές δεν ενεργοποιείται όταν πρέπει ή συνεχίζει να ενεργοποιείται όταν η τάση έχει ήδη μειωθεί.

Για το έργο μας, χρησιμοποιήσαμε ένα στατικό κενό σπινθήρα με δύο σφαιρικά ηλεκτρόδια (που κατασκευάστηκαν χρησιμοποιώντας δύο λαβές συρταριών) το οποίο σχεδιάσαμε χειροκίνητα. Και θα μπορούσε να ρυθμιστεί χειροκίνητα επίσης περιστρέφοντας τις σφαιρικές κεφαλές.

Βήμα 7: Δευτερεύον κύκλωμα

Σπείρα:

Η λειτουργία του δευτερεύοντος πηνίου είναι να φέρει ένα επαγωγικό συστατικό στο δευτερεύον κύκλωμα LC και να συλλέξει την ενέργεια του πρωτογενούς πηνίου. Αυτός ο επαγωγέας είναι μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα, που έχει γενικά μεταξύ 800 και 1500 στενά πληγείσες γειτονικές στροφές. Για να υπολογίσετε τον αριθμό των στροφών που έχουν πληγεί, αυτός ο γρήγορος τύπος θα αποφύγει μια ορισμένη επιπόλαιη εργασία:

Διάμετρος σύρματος 24 = 0,05 εκ., Διάμετρος PVC 4 ίντσες, αριθμός στροφών = 1100 κορμοί, ύψος που απαιτείται = 1100 χ 0,05 = 55 εκ. = 21,6535 ίντσες. => L = 20,853 mH

όπου H είναι το ύψος του πηνίου και d η διάμετρος του χρησιμοποιούμενου σύρματος. Μια άλλη σημαντική παράμετρος είναι το μήκος l που χρειαζόμαστε για να φτιάξουμε ολόκληρο το πηνίο.

L = μ*N^2*A/H. Όπου το μ αντιπροσωπεύει τη μαγνητική διαπερατότητα του μέσου (≈ 1,257 · 10−6 N/A^2 για τον αέρα), N τον αριθμό των στροφών της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας, H το συνολικό ύψος του και A το εμβαδόν μιας στροφής.

Επάνω φορτίο:

Το ανώτερο φορτίο λειτουργεί σαν την επάνω "πλάκα" του πυκνωτή που σχηματίζεται από το ανώτερο φορτίο και τη γείωση. Προσθέτει χωρητικότητα στο δευτερεύον κύκλωμα LC και προσφέρει μια επιφάνεια από την οποία μπορούν να σχηματιστούν τόξα. Στην πραγματικότητα, είναι δυνατό να τρέξουμε ένα πηνίο Tesla χωρίς ανώτερο φορτίο, αλλά οι επιδόσεις ως προς το μήκος του τόξου είναι συχνά κακές, καθώς το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας διαχέεται μεταξύ των στροφών του δευτερεύοντος πηνίου αντί να τροφοδοτεί τους σπινθήρες.

Χωρητικότητα Toroid 1 = ((1+ (0.2781 - Διάμετρος δακτυλίου ∕ (Συνολική διάμετρος))) × 2.8 × sqrt ((pi × (Συνολική διάμετρος Di Διάμετρος δαχτυλιδιού)) ∕ 4))

Χωρητικότητα Toroid 2 = (1,28 - Διάμετρος δαχτυλιδιού ∕ Συνολική διάμετρος) × sqrt (2 × pi am Διάμετρος δακτυλίου × (Συνολική διάμετρος - Διάμετρος δακτυλίου))

Toroid Capacitance 3 = 4.43927641749 ((0.5 × (Διάμετρος δαχτυλιδιού × (Συνολική διάμετρος - Διάμετρος δαχτυλιδιού))) ^0.5)

Μέση χωρητικότητα Toroid = (Toroid Capacitance 1 + Toroid Capacitance 2 + Toroid Capacitance 3) ∕ 3

Έτσι για το τοροειδές μας: εσωτερική διάμετρος 4”, εξωτερική διάμετρος = 13”, απόσταση από το τέλος του δευτερεύοντος τυλίγματος = 5εκ.

C = 13.046 pf

Δευτερεύουσα χωρητικότητα πηνίου:

Δευτερεύουσα χωρητικότητα (pf) = (0,29 ight aryψος τυλίγματος δευτερεύοντος καλωδίου + (0,41 × (Διάμετρος δευτερεύουσας μορφής ∕ 2)) + (1,94 × sqrt (((Διάμετρος δευτερεύουσας μορφής ∕ 2) 3) ight aryψος δευτερεύοντος τυλίγματος καλωδίου))

Csec = 8.2787 pF;

Είναι επίσης ενδιαφέρον να γνωρίζουμε την (παρασιτική) χωρητικότητα του πηνίου. Εδώ επίσης ο τύπος είναι περίπλοκος στη γενική περίπτωση. Θα χρησιμοποιήσουμε την τιμή που αποδίδει το JAVATC ("Αποτελεσματική χωρητικότητα διακλάδωσης" χωρίς ανώτατο φορτίο):

Cres = 6,8 pF

Επομένως, για το δευτερεύον κύκλωμα:

Ctot = 8.27+13.046 = 21.316pF

Lsec = 20,853mH

Αποτελέσματα εργαστηριακών πειραμάτων:

Δείτε τις εικόνες παραπάνω για τη διαδικασία δοκιμών και αποτελεσμάτων δοκιμών.

Βήμα 8: Συντονισμός συντονισμού

Η ρύθμιση του πρωτεύοντος και του δευτερεύοντος κυκλώματος σε συντονισμό, έχουν την ίδια συχνότητα συντονισμού είναι πρωταρχικής σημασίας για την καλή λειτουργία.

Η απόκριση ενός κυκλώματος RLC είναι η ισχυρότερη όταν κινείται στη συχνότητα του. Σε ένα καλό κύκλωμα RLC, η ένταση απόκρισης πέφτει απότομα όταν η συχνότητα οδήγησης απομακρύνεται από την τιμή συντονισμού.

Η συχνότητα συντονισμού μας = 267,47 kHz.

Μέθοδοι συντονισμού:

Ο συντονισμός γίνεται γενικά με τη ρύθμιση της κύριας επαγωγής, απλώς και μόνο επειδή είναι το πιο εύκολο συστατικό για τροποποίηση. Καθώς αυτός ο επαγωγέας έχει ευρείες στροφές, είναι εύκολο να τροποποιηθεί η αυτεπαγωγή του χτυπώντας τον τελικό σύνδεσμο σε ένα συγκεκριμένο σημείο της σπείρας.

Η απλούστερη μέθοδος για να επιτευχθεί αυτή η προσαρμογή είναι με δοκιμή και σφάλμα. Για αυτό, κάποιος αρχίζει να χτυπά το πρωτεύον σε ένα σημείο που υποτίθεται ότι είναι κοντά στο συντονισμένο, ανάβει το πηνίο και αξιολογεί το μήκος του τόξου. Στη συνέχεια, η σπείρα χτυπά ένα τέταρτο της στροφής προς τα εμπρός/προς τα πίσω και ο ένας επαναξιολογεί το αποτέλεσμα. Μετά από μερικές προσπάθειες, μπορεί κανείς να προχωρήσει με μικρότερα βήματα και τελικά θα πάρει το σημείο κτυπήματος όπου το μήκος του τόξου είναι το υψηλότερο. Κανονικά, αυτό το πάτημα

το σημείο θα θέσει πράγματι την πρωταρχική επαγωγή όπως και τα δύο κυκλώματα είναι σε αντήχηση.

Μια πιο ακριβής μέθοδος θα περιλαμβάνει μια ανάλυση της ατομικής απόκρισης και των δύο κυκλωμάτων (στη συζευγμένη διαμόρφωση, φυσικά, δηλαδή χωρίς φυσικό διαχωρισμό των κυκλωμάτων) με μια γεννήτρια σήματος και έναν παλμογράφο.

Τα ίδια τα τόξα μπορούν να παράγουν κάποια επιπλέον χωρητικότητα. Συνεπώς, συνιστάται να ορίσετε την κύρια συχνότητα συντονισμού ελαφρώς χαμηλότερη από τη δευτερεύουσα, προκειμένου να αντισταθμιστεί αυτό. Ωστόσο, αυτό είναι αισθητό μόνο με ισχυρά πηνία Tesla (τα οποία μπορούν να παράγουν τόξα μεγαλύτερα από 1m).

Βήμα 9: Τάση στο Secondary-Spark

Ο νόμος του Πάσχεν είναι μια εξίσωση που δίνει την τάση διάσπασης, δηλαδή την απαραίτητη τάση για να ξεκινήσει μια εκκένωση ή ένα ηλεκτρικό τόξο, μεταξύ δύο ηλεκτροδίων σε ένα αέριο ως συνάρτηση της πίεσης και του μήκους του διακένου.

Χωρίς λεπτομερή υπολογισμό χρησιμοποιώντας τον πολύπλοκο τύπο, για κανονικές συνθήκες απαιτεί 3,3MV για να ιονίσει 1m αέρα μεταξύ δύο ηλεκτροδίων. Στην περίπτωσή μας έχουμε τόξα περίπου 10-13cm οπότε θα είναι μεταξύ 340KV και 440KV.

Βήμα 10: Φόρεμα Faraday Cage

Ένα κλουβί Faraday ή ασπίδα Faraday είναι ένα περίβλημα που χρησιμοποιείται για να μπλοκάρει ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Μια ασπίδα Faraday μπορεί να σχηματιστεί από μια συνεχή κάλυψη αγώγιμου υλικού ή στην περίπτωση ενός κλωβού Faraday, από ένα πλέγμα τέτοιων υλικών.

Σχεδιάσαμε τέσσερα στρώματα, γειωμένο, φορετό κλουβί faraday όπως φαίνεται στην εικόνα (χρησιμοποιημένα υλικά: Αλουμίνιο, βαμβάκι, δέρμα). Μπορείτε επίσης να το δοκιμάσετε βάζοντας το κινητό σας μέσα, θα χάσει σήμα ή τοποθετώντας το μπροστά από το πηνίο tesla σας και βάλτε μερικές λάμπες νέον μέσα στο κλουβί, δεν θα ανάψουν, τότε μπορείτε να το βάλετε και να το δοκιμάσετε.

Βήμα 11: Παραρτήματα και αναφορές

Βήμα 12: Δημιουργία του κύριου πηνίου

Βήμα 13: Δοκιμή του NST

Βήμα 14: Δημιουργία του κύριου πηνίου