Схема трансфарматара Цеслы. Трансфарматар Цеслы - прынцып працы

Трансфарматар Цеслы (прынцып працы апарата разгледзім далей) быў запатэнтаваны ў 1896-м годзе, 22 верасня. Апарат прадставілі як прыбор, які вырабляе электрычныя токі высокага патэнцыялу і частоты. Прылада было вынайдзена Міколам Цеслы і названа яго імем. Разгледзім далей гэты апарат падрабязней.

Трансфарматар Цеслы: прынцып працы

Сутнасць дзеяння прыбора можна растлумачыць на прыкладзе ўсім вядомых арэляў. Пры іх разгойдванні ва ўмовах прымусовых ваганняў амплітуда, якая будзе максімальнай, стане прапарцыйнай прыкладаемага высілку. Пры разгойдванні ў свабодным рэжыме максімальная амплітуда пры тых жа намаганнях шматкроць ўзрасце. Такая сутнасць і трансфарматара Цеслы. У якасці арэляў у апараце выкарыстоўваецца вагальны другасны контур. Генератар мае ролю прыкладаемага намаганні. Пры іх ўзгодненасці (падштурхоўвання ў строга неабходныя перыяды часу) забяспечваецца задавалы генератар альбо першасны контур (у адпаведнасці з прыладай).

апісанне

Просты трансфарматар Цеслы ўключае ў сябе дзве шпулькі. Адна - першасная, іншая - другасная. Таксама рэзанансны трансфарматар Цеслы складаецца з тороида (ўжываецца не заўсёды), кандэнсатара, разраднік. Апошні - прерыватель - сустракаецца ў англійскай варыянце Spark Gap. Трансфарматар Цеслы таксама зьмяшчае "выхад" - тэрмінал.

шпулькі

Першасная змяшчае, як правіла, провад вялікага дыяметра альбо медную трубку з некалькімі віткамі. У другаснай шпульцы маецца кабель меншага перасеку. Яго віткоў - каля 1000. Першасная шпулька можа мець плоскую (гарызантальную), канічную або цыліндрычную (вертыкальную) форму. Тут, у адрозненне ад звычайнай трансфарматара, няма ферамагнітнага стрыжня. За кошт гэтага істотна зніжаецца ўзаемаіндукцыі паміж шпулькамі. Разам з кандэнсатарам першасны элемент фармуе вагальны контур. У яго ўключаны разраднік - нелінейны элемент.

Другасная шпулька таксама фармуе вагальны контур. У якасці кандэнсатара выступаюць тороидная і ўласная катушечный (межвитковая) ёмістасці. Другасная абмотка часта пакрыта пластом лаку альбо эпаксіднай смалы. Гэта робіцца, каб пазбегнуць электрычнага прабоя.

разраднік

Схема трансфарматара Цеслы ўключае ў сябе два масіўных электрода. Гэтыя элементы павінны валодаць устойлівасцю да праходжанню скрозь электрычную дугу вялікіх токаў. Абавязкова наяўнасць рэгуляванага зазору і добрага астуджэння.

тэрмінал

У рэзанансны трансфарматар Цеслы гэты элемент можа быць ўсталяваны ў розным выкананні. Тэрмінал можа ўяўляць сабой сферу, заменчаны загваздка або дыск. Ён прызначаецца для атрымання іскравыя прадказальных разрадаў з вялікай даўжынёй. Такім чынам, два звязаных вагальных контуру ўтвараюць трансфарматар Цеслы.

Энергія з эфіру - адна з мэтаў функцыянавання апарату. Вынаходнік прыбора імкнуўся дасягнуць хвалевага колькасці Z ў 377 Ом. Ён вырабляў шпулькі ўсё большага памеру. Нармальная (паўнавартасная) праца трансфарматара Цеслы забяспечваецца ў выпадку, калі абодва контуру настроены на адну частату. Як правіла, у працэсе карэкціроўкі ажыццяўляецца падладка першаснага пад другасны. Гэта дасягаецца за кошт змены ёмістасці кандэнсатара. Таксама змяняецца колькасць віткоў у першаснай абмоткі да з'яўлення на выхадзе максімальнага напружання.

У будучыні мяркуецца стварыць нескладаны трансфарматар Цеслы. Энергія з эфіру будзе працаваць на чалавецтва ў поўнай меры.

дзеянне

Трансфарматар Цеслы функцыянуе ў імпульсным рэжыме. Першая фаза - конденсаторный зарад да напружання прабоя разраднага элемента. Другая - генерацыя высокачашчынных ваганняў у першасным контуры. Уключаны паралельна разраднік замыкае трансфарматар (крыніца харчавання), выключаючы яго з контуру. У адваротным выпадку ён будзе ўносіць пэўныя страты. Гэта, у сваю чаргу, знізіць дыхтоўнасць першаснага контуру. Як паказвае практыка, такі ўплыў істотна памяншае даўжыню разраду. У сувязі з гэтым у пабудаванай пісьменна схеме разраднік заўсёды ставіцца паралельна крыніцы.

зарад

Яго вырабляе знешні крыніца высокага напружання на аснове нізкачашчыннага падвышае трансфарматара. Кандэнсатарная ёмістасць выбіраецца так, каб яна складала разам з індуктар пэўны контур. Частата яго рэзанансу павінна быць роўная высакавольтнага контуры.

На практыцы ўсё крыху інакш. Калі ажыццяўляецца разлік трансфарматара Теслы, не ўлічваецца энергія, якая пойдзе на напампоўку другога контуру. Напружанне зарада абмяжоўваецца напругай у прабоя разраднік. Яго (калі элемент паветраны) можна рэгуляваць. Напружанне прабоя карэктуецца пры змене формы альбо адлегласці паміж электродамі. Як правіла, паказчык знаходзіцца ў межах 2-20 кВ. Знак напружання не павінен занадта "закорачивать" кандэнсатар, на якім адбываецца пастаянная змена знака.

генерацыя

Пасля таго як будзе дасягнута напружанне прабоя паміж электродамі, у разраднік фармуецца электрычны лавінападобны пробай газу. Адбываецца разраджэнне кандэнсатара на катушку. Пасля гэтага рэзка зніжаецца напружанне прабоя ў сувязі з астатнімі іёнамі ў газе (носьбітамі зарада). З прычыны гэтага якая складаецца з кандэнсатара і першаснай шпулькі ланцуг контуру ваганні праз разраднік застаецца замкнёнай. У ёй утвараюцца высокачашчынныя ваганні. Яны паступова згасаюць, пераважна з прычыны страт у разраднік, а таксама, як пайшоў на другасную катушку электрамагнітнай энергіі. Тым не менш ваганні працягваюцца, пакуль токам ствараецца дастатковую колькасць зарадных носьбітаў для падтрымання ў разраднік істотна меншага напружання прабоя, чым амплітуда ваганняў LC-контуру. У другаснай ланцугу з'яўляецца рэзананс. Гэта прыводзіць да ўзнікнення высокага напружання на тэрмінале.

мадыфікацыі

Якога б тыпу ні была схема трансфарматара Тэсла, другасны і першасны контуры застаюцца нязменнымі. Тым не менш адзін з кампанентаў асноўнага элемента можа быць рознай канструкцыі. У прыватнасці, гаворка ідзе пра генератары высокачашчынных ваганняў. Напрыклад, у мадыфікацыі SGTC гэты элемент выконваецца на іскравыя прамежку.

RSG

Трансфарматар Цеслы высокай магутнасці ўключае ў сябе больш складаную канструкцыю разраднік. У прыватнасці, гэта тычыцца мадэлі RSG. Абрэвіятура расшыфроўваецца як Rotary Spark Gap. Яе можна перавесці наступным чынам: верціцца / ротарны іскравыя альбо статычны прамежак з дугогасительными (дадатковымі) прыладамі. У такім выпадку частата працы прамежку падбіраецца сінхронна частаце кандэнсатарнай падзарадкі. Канструкцыя іскравыя ротарнага прамежку ўключае ў сябе рухавік (як правіла, ён электрычны), дыск (верціцца) з электродамі. Апошнія або замыкаюць, ці набліжаюцца да дзеянняў у адказ кампанентаў для замыкання.

Выбар размяшчэння кантактаў і хуткасці кручэння вала грунтуецца на неабходнай частаце прытрымлівання вагальных пачкаў. У адпаведнасці з тыпам кіравання рухавіком адрозніваюць іскравыя ротарныя прамежкі асінхронныя і сінхронныя. Таксама прымяненне іскравыя верціцца прамежку значна паніжае верагоднасць адукацыі паразітнай дугі паміж электродамі.

У некаторых выпадках звычайны разраднік замяняюць шматступеньчатым. Для астуджэння гэты кампанент часам змяшчаюць у газападобныя або вадкія дыэлектрыкі (у алей, да прыкладу). У якасці тыпавога прыёму гашэння дугі статыстычнага разраднік выкарыстоўваецца продувка электродаў з дапамогай магутнай паветранай бруі. У шэрагу выпадкаў трансфарматар Цеслы класічнай канструкцыі дапаўняецца другім разраднік. Задача гэтага элемента складаецца ў забеспячэнні абароны нізкавольтнай (сілкавальнай) зоны ад высакавольтных выкідаў.

лямпавая шпулька

У мадыфікацыі VTTC выкарыстоўваюць электронныя лямпы. Яны гуляюць ролю генератара ваганняў ВЧ. Як правіла, гэта досыць магутныя лямпы тыпу ГУ-81. Але часам можна сустрэць і маламагутныя канструкцыі. Адной з асаблівасцяў у дадзеным выпадку з'яўляецца адсутнасць неабходнасці забеспячэння высокага напружання. Каб атрымаць адносна невялікія разрады, трэба парадку 300-600 В. Акрамя таго, VTTC амаль не выдае шуму, які з'яўляецца, калі трансфарматар Цеслы функцыянуе на іскравыя прамежку. З развіццём электронікі з'явілася магчымасць значна спрасціць і паменшыць памер прыбора. Замест канструкцыі на лямпах сталі ўжываць трансфарматар Цеслы на транзістарах. Звычайна выкарыстоўваецца біпалярны элемент адпавядае магутнасці і току.

Як зрабіць трансфарматар Цеслы?

Як вышэй было сказана, для спрашчэння канструкцыі выкарыстоўваецца біпалярны элемент. Несумненна, нашмат лепш ужыць палявы транзістар. Але з біпалярных прасцей працаваць тым, хто недастаткова дасведчаны ў зборцы генератараў. Абмотка шпулек сувязі і калектара ажыццяўляецца провадам у 0.5-0.8 міліметраў. На высакавольтнай дэталі провад бярэцца 0.15-0.3 мм таўшчынёй. Робіцца прыблізна 1000 віткоў. На "гарачым" канцы абмоткі ставіцца спіраль. Харчаванне можна ўзяць з трансфарматара ў 10 У, 1 А. Пры выкарыстанні харчавання ад 24 У і больш значна павялічваецца даўжыня кароннага разраду. Для генератара можна выкарыстоўваць транзістар КТ805ИМ.

прымяненне прыбора

На выхадзе можна атрымаць напругу ў некалькі мільёнаў вольт. Яно здольна ствараць у паветры вялікія разрады. Апошнія, у сваю чаргу, могуць валодаць шматметровай даўжынёй. Гэтыя з'явы вельмі прывабныя вонкава для многіх людзей. Аматарамі трансфарматар Цеслы выкарыстоўваецца ў дэкаратыўных мэтах.

Сам вынаходнік ўжываў апарат для распаўсюджвання і генерацыі ваганняў, якія накіраваны на бесправоднае кіраванне прыборамі на адлегласці (радыёкіравання), перадачы дадзеных і энергіі. У пачатку ХХ стагоддзя шпулька Цеслы стала выкарыстоўвацца ў медыцыне. Хворых апрацоўвалі высокачашчыннымі слабымі токамі. Яны, працякаючы па тонкім павярхоўнаму пласту скуры, не шкодзілі унутраным органам. Пры гэтым токі аказвалі аздараўленчае і танізавальнае ўздзеянне на арганізм. Акрамя таго, трансфарматар выкарыстоўваецца пры падпальваючы газаразрадных лямпаў і пры пошуку цеч ў вакуумных сістэмах. Аднак у наш час асноўным ужываннем апарата варта лічыць пазнавальна-эстэтычнае.

эфекты

Яны звязаны з фарміраваннем рознага роду газавых разрадаў у працэсе функцыянавання прылады. Многія людзі калекцыянуюць трансфарматары Цеслы, каб мець магчымасць назіраць за захапляльнымі эфектамі. Усяго апарат вырабляе разрады чатырох відаў. Часцяком можна назіраць, як разрады не толькі адыходзяць ад шпулькі, але і накіраваны ад зазямлення прадметаў у яе бок. На іх таксама могуць узнікаць каронныя святлення. Характэрна, што некаторыя хімічныя злучэнні (іённыя) пры нанясенні на тэрмінал могуць змяніць колер разраду. Да прыкладу, натрыевыя іёны робяць СПАРК аранжавым, а борныя - зялёным.

стрымераў

Гэта цьмяна свецяцца разгалінаваныя тонкія каналы. Яны ўтрымліваюць іянізаваныя газавыя атамы і свабодныя электроны, адшчапленнем ад іх. Гэтыя разрады працякаюць ад тэрмінала шпулькі або ад самых вострых частак непасрэдна ў паветра. Па сваёй сутнасці стрымераў можна лічыць бачнай іянізацыяй паветра (свячэннем іёнаў), якая ствараецца ВВ-полем у трансфарматара.

дуговой разрад

Ён утвараецца досыць часта. Да прыкладу, калі ў трансфарматара дастатковая магутнасць, пры паднясенні да тэрмінала заземленага прадмета можа ўтварыцца дуга. У некаторых выпадках патрабуецца дотык прадмета да выхаду, а затым адвядзенне на ўсе большую адлегласць і расцяг дугі. Пры недастатковай надзейнасці і магутнасці шпулькі такі разрад можа пашкодзіць кампаненты.

Спарк

Гэты іскравыя зарад адыходзіць з вострых частак або з тэрмінала напрамую ў зямлю (заземлены прадмет). Спарк прадстаўлены ў выглядзе хутка якія змяняюцца або знікаючых яркіх ніткападобных палосак, разгалінаваных моцна і часта. Існуе таксама асаблівы тып іскравыя разраду. Ён завецца слізгальным.

каронны разрад

Гэта свячэнне іёнаў, якія змяшчаюцца ў паветры. Яно адбываецца ў высоконапряженном электрычным полі. У выніку ствараецца блакітнаваты, прыемнае для вока свячэнне каля ВВ-кампанентаў канструкцыі са значнай крывізной паверхні.

асаблівасці

У працэсе функцыянавання трансфарматара можна пачуць характэрны электрычны трэск. Гэта з'ява абумоўлена працэсам, падчас якога стрымераў ператвараюцца ў іскравыя каналы. Ён суправаджаецца рэзкім павелічэннем колькасці энергіі і сілы току. Адбываецца хуткае пашырэнне кожнага канала і скачкападобнае павышэнне ціску ў іх. У выніку на межах утвараюцца ударныя хвалі. Іх сукупнасць ад пашыраюцца каналаў фармуе гук, які ўспрымаецца як трэск.

Ўздзеянне на чалавека

Як і іншая крыніца такога высокага напружання, катушка Тэсла можа быць смяротна небяспечнай. Але існуе іншае меркаванне, якое датычыцца некаторых тыпаў апарата. Паколькі ў высокачашчыннага высокага напружання ёсць скін-эфект, а ток істотна адстае ад напружання па фазе і сіла току вельмі малая, нягледзячы на патэнцыял, разрад у чалавечае цела не можа справакаваць ні прыпынак сэрца, ні іншыя сур'ёзныя парушэнні ў арганізме.