принцип работы, параметры и сборка

В условиях постоянного роста потребляемой энергии широкий интерес вызывает возможность добычи электричества нетрадиционными способами. Среди них с давних пор известен генератор Тесла, способный вырабатывать энергию без использования какого-либо топлива. Данный метод теоретически открывает возможности для полной независимости от энергоснабжения, однако, как показывает практика, до этого еще очень далеко.

Содержание

Альтернативный источник электроэнергии

Данное изобретение можно смело отнести к альтернативным источникам электроэнергии. Благодаря своим возможностям, генератор Тесла является возможной заменой солнечным батареям. Он отличается простой конструкцией, которая легко собирается и минимальным количеством используемых материалов. Соответственно, и финансовые затраты тоже незначительные. Отдельно взятое устройство конечно не сравнится с аналогичной солнечной панелью, но если соединить в одно целое сразу несколько единиц, то может вполне получиться приемлемый результат.

Многие ученые до сих пор ведут споры об использовании действия свободной энергии при создании такого устройства. Однако, большинство современных технических достижений в самом начале их открытия, тоже считались недосягаемыми для практической реализации. До настоящего времени остались неисследованными многие сферы, связанные с энергией и физическими полями. Хорошо изучены лишь те виды, которые поддаются исследованиям, измерениям и прочим ощущениям. Тем не менее, существуют явления, не поддающиеся каким-либо замерам, поскольку отсутствуют даже приборы для этих целей.

В категорию неисследованного попал и трансформатор Тесла, поскольку принципы его работы расходятся с общепринятыми теориями, связанными с производством электроэнергии. Многим ученым он кажется своеобразным вечным двигателем, не требующим энергии для своей работы, да еще и способным производить другие виды энергии – электрическую или тепловую. Эти утверждения связаны с использованием генератором свободной энергии, происхождение которой до сих пор никак теоретически не обосновано. То есть, на основе известных законов, понятий и определений делается вывод, что такая конструкция на практике не будет работать, поскольку она идет вразрез с законом сохранения энергии и не соблюдает его принцип.

Пока ученые спорят, некоторые домашние умельцы создают вполне работоспособные модели, подтверждающие на практике теоретические предположения. Для более глубокого понимания процессов, следует внимательно изучить конструкцию и принцип действия этих устройств.

Технические возможности генератора

Способы получения электричества, предложенные изобретателем Николой Тесла, значительно обогнали свое время. Даже сейчас эта тема широко не обсуждается, а если и рассматривается, то лишь в теоретической плоскости, без возможности практического использования.

Среди них особое место занимает бестопливный генератор Тесла, получивший в названии имя самого изобретателя, оформившего патент на устройство. Изначально существовало несколько вариантов его использования, но затем его основной функцией стало получение электрической энергии высокого напряжения и высокой частоты. Следует отметить, что в ходе экспериментов выходное напряжение нередко доходило до нескольких миллионов вольт. В результате, в воздушном пространстве возникали электрические разряды большой мощности, длина которых могла доходить до нескольких десятков метров.

С помощью этого устройства стало возможно создавать и распространять электрические колебания, управлять аппаратурой без проводов, путем телеуправления. Прибор использовался и при создании беспроводной радиосвязи, а также для передачи энергии на расстояние.

Практическое применение в начале прошлого века генератор получил в области медицины. Больные подвергались обработке потоками высокочастотной энергии, обладающими тонизирующим и лечебным действием. Проводились и эксперименты по переработке отходов мусорных свалок в электричество, создавая принцип работы устройства. Газ, выделяемый при сжигании мусора, служит универсальным источником тока для генератора, обладающего высоким КПД. Для того чтобы понять, как такое возможно, нужно знать устройство и принцип действия прибора.

Принцип работы генератора Тесла

Представленное генераторное устройство работает под влиянием внешних процессов или окружающей среды. Источниками энергии становятся вода, ветер, различные вибрации, создающие колебания и другие факторы. В этом состоит его главный принцип работы.

Простейший магнитный генератор состоит из катушки с двумя обмотками. Работа вторичного элемента осуществляется под действием вибрации, в результате, так называемые эфирные вихри взаимодействуют с его поперечным сечением. Это приводит к образованию напряжения во всей системе и к дальнейшей ионизации воздуха. Данные процессы возникают на самом конце обмотки, образуя электрические разряды.

В конструкции прибора используется трансформаторный металл, усиливающий индуктивные связи. Между элементами обмотки возникают колебания, а разряды образуются в виде плотных сплетений.

Другая схема генератора использует мощность, вырабатываемую самим оборудованием. Для того чтобы запустить генератор необходим внешний толчок в виде импульса, создаваемого аккумулятором. Прибор состоит из двух металлических пластин, одна из которых монтируется наверху, а другая устанавливается в землю. Между ними в цепь включается конденсатор.

Подача постоянного разряда производится к металлической пластине, после чего начинают выделяться определенные частицы с положительным потенциалом. На поверхности Земли образуются отрицательные частицы. В результате образуется разность потенциалов и ток начинает поступать в конденсатор.

Следует учитывать специфику подключения, которой отличается генератор свободной энергии Тесла. Для работы первичной катушки требуется высоковольтное напряжение высокой частоты. Данный ток обеспечивает неоднократная искровая разрядка конденсаторного элемента. Каждая искра образуется в таком промежутке, когда напряжение достигает определенного уровня между терминалами конденсаторов.

Для того чтобы искровой промежуток располагался в проводящем положении, требуется последовательная связь конденсатора и первичной катушки. Это приводит к созданию цепи RLC, которая, в свою очередь, приводит к электрическим колебаниям с определенной частотой. Одновременно на вторичной катушке образуется собственная цепь RLC. В этом месте электрические колебания возбуждаются под влиянием индукции напряжения. В каждой цепи колебания происходят с индивидуальной частотой, в зависимости от конкретных параметров конструкции.

Для обеспечения нормальной работы генератора, обе цепи должны войти в резонанс между собой, то есть их частоты колебаний совпадают. После этого во вторичной катушке происходит многократное увеличение амплитуды, что приводит к созданию высокого выходного напряжения.

Параметры и характеристики

В работе электрогенератора Тесла используется принцип трансформатора с отсутствующим сердечником. Конструкция состоит из первичной катушки с витками проводов большого диаметра, и вторичной катушки с витками из более тонких проводов. В приборе без магнита отсутствует традиционный ферромагнитный сердечник, что и отличает его от обычного трансформатора. Благодаря такой конструкции, уровень взаимной индуктивности катушек значительно снижается. Большое количество витков на вторичной катушке, способствует образованию высокого напряжения при минимуме энергетических затрат.

Данная теория нашла наглядное практическое подтверждение. Домашние умельцы, используя генератор свободной энергии мощностью 40 Вт, получают напряжение до 500 киловольт. Это приводит к образованию длинных красивых разрядов, достигающих двух или трехметровой величины. Попадая в атмосферу, высоковольтный разряд становится похож на своеобразную корону. С обычным трансформатором невозможно достичь такой продуктивной работы и наглядных результатов.

Помимо воздушных эффектов, происходит образование длинных мобильных зарядов при контакте с заземленными предметами. Следует отметить, что все разряды обладают определенными частотами, а другие частоты кратны первоначальному значению.

Каждый такой высоковольтный заряд состоит из определенного набора частот, способных разбивать молекулы газов, независимо от устойчивости любой из них. Процесс расщепления сопровождается появлением темно-синего цвета зеленоватого оттенка.

Таким образом, если на электрическую корону подать струю газа, то под влиянием резонансных сил произойдет распад молекул на отдельные атомы. Внешние электроны атомных частиц сосредоточатся на вторичной обмотке и перейдут в корону в виде ионов. На игольчатых выходах вторичной обмотки образуется очень высокое напряжение. В этом же месте устанавливается диодный выпрямитель, с положительным потенциалом, направленным в сторону острия. За счет этого возможно получить максимальный положительный результат, поскольку действие переменной токовой полуволны позволяет разбивать молекулы с одной и той же частотой.

Под действием постоянной токовой составляющей атомы без электронов будут разгоняться в направлении от иглы. В результате, в пространство выходят положительные атомы водорода, которые и образуют светящуюся корону.

Как сделать генератор Тесла своими руками: порядок действий

Первым этапом при изготовление генератора, будет устройство заземления. Если устройство будет использоваться на даче или в загородном доме, можно ограничиться единственным металлическим штырем, забитым глубоко в землю. Разрешается использовать готовые металлические конструкции, расположенные в земле. При использовании генератора в квартире, заземлением становятся DUG трубы или розетки с подключенным заземляющим контактом.

На втором этапе нужно создать элемент для приема свободных положительно заряженных частиц, вырабатываемых солнцем или любыми приборами искусственного освещения. В случае правильной сборки, прием возможен даже при пасмурной погоде. Кусок фольги закрепляется на фанерном или картонном листе. При попадании световых частиц на алюминий, в нем возникает электрический ток. Количество энергии напрямую зависит от площади фольги. Мощность генератора Тесла можно существенно повысить путем изготовления нескольких приемников и их параллельного соединения между собой.

После окончания сборки генератора тесла, схема должна быть подключена. Для этого контакты через конденсатор соединяются между собой. Полярность обозначена на корпусе конденсатора. Отрицательный контакт соединяется с заземлением, а положительный – прикрепляется проводом к фольге. Сразу же начнется зарядка конденсатора, после чего из него можно получать электроэнергию. Чтобы конденсатор не взорвался от избыточной энергии, в цепь устанавливается резистор, выполняющий ограничительную функцию.

Мультиметр: назначение, виды, обозначение, маркировка, что можно измерить мультиметром

Как проверить конденсатор мультиметром: пошаговая инструкция

Как проверить конденсатор мультиметром на работоспособность

Трансформатор Тесла

Закон Ома для переменного тока

Детектор скрытой проводки своими руками, схема, принцип работы

принцип работы и инструкция по сборке

Генератор Тесла — это прекрасная альтернатива солнечным панелям. Основным его достоинством считаются простота сборки, небольшие затраты на изготовление и минимальное количество материалов. Понятно, что эта разновидность генератора будет производить меньше электричества, нежели солнечная панель, однако можно сделать сразу несколько и получить неплохое дополнение в виде бесплатной энергии.

  • Происхождение генератора Тесла
  • Принцип работы устройства
  • Порядок изготовления генератора
    • Устройство заземления
    • Изготовление приемника электронов
    • Подсоединение схемы устройства

Происхождение генератора Тесла

Знаменитый ученый Никола Тесла полагал, что наш мир полностью состоит из разных форм энергии, для получения и эксплуатации которой нужно собрать улавливающий прибор. Он успел разработать множество конструкций генераторов бестопливного типа. Один из его проектов можно реализовать своими руками в домашних условиях.

Принцип работы устройства

Принцип функционирования бестопливного генератора Тесла состоит в том, что он применяет энергию солнца как источник положительно заряженных электронов, а энергию земли как источник электронов с отрицательным потенциалом. В результате образуется разница потенциалов, с помощью которой и создается электроток.

Система состоит из пары электродов, один из которых улавливает энергетические источники, а второй применяется в качестве заземления. Роль накопителя в конструкции играет емкостный конденсатор или линий-ионный аккумулятор (более современные вариант).

Как уже было сказано, генератор Тесла требует минимум материалов. Для его создания нужно взять следующее:

  • провода;
  • фанерные или картонные листы;
  • фольга;
  • резистор;
  • емкостный конденсатор.

Порядок изготовления генератора

Процесс сборки генератора Тесла своими руками не очень сложный. Он состоит из нескольких этапов.

Устройство заземления

Для начала необходимо позаботиться о надежном и правильном заземлении. Если самодельное

оборудование будет эксплуатироваться в деревне или на даче, то для создания хорошего заземления нужно просто вбить поглубже металлический штырь в землю. Также можно подключить установку к конструкциям, которые уходят в почву на достаточную глубину.

Если генератор будет применяться в городской квартире, то тут для заземления можно воспользоваться газовыми или водопроводными трубами. Кроме того, можно подключиться и к электрическим розеткам, которые, в свою очередь, обладают заземлением.

Изготовление приемника электронов

Затем нужно сделать прибор, улавливающий положительные частицы, которые вырабатываются источником света. Подобным источником может выступать не только солнце, но и осветительное оборудование. Генератор Тесла может вырабатывать электричество даже от дневного света, причем и в пасмурную погоду.

Приемник включает в свою конструкцию кусок фольги, зафиксированный на листе картона или фанеры. Когда световые частицы будут попадать на фольгу, в ее структуре начнут формироваться токи. Объем получаемой энергии зависит от площади фольги. Для увеличения показателей мощности установки можно собрать сразу несколько приемников и обеспечить их параллельное соединение.

Подсоединение схемы устройства

На следующей стадии необходимо подключить контакты друг к другу. Это делать нужно через емкостный конденсатор. Если рассматривать электроконденсатор, то у него на корпусе есть обозначения полярностей. К «минусовому» контакту следует подсоединить заземление, а к «плюсовому» зафиксировать провод от фольги. После этого начнется зарядка конденсатора, с которого потом уже можно будет выделять электричество. В том случае, если мощность конденсатора окажется слишком высокой, то он может взорваться от чрезмерного количества энергии. Для того чтобы предотвратить проблемы, электроцепь дополняют специальным ограничительным резистором.

Если говорить о классическом конденсаторе из керамики, то в этом случае полярность не имеет никакого значения.

Кроме того, можно попытаться устроить систему не с помощью конденсатора, а с помощью литиевой батарейки. Тогда у вас будет возможность аккумулировать гораздо большее количество энергии.

На этом сборка генератора завершается. Для проверки напряжения в конденсаторе можно воспользоваться мультиметром. В том случае, если оно достаточное, можно попытаться подсоединить к установке небольшой светодиод. Такую генераторную установку можно применять для самых разных проектов, например, для изготовления устройств ночного освещения на основе светодиодов, которое не будет нуждаться в питании.

По сути, вместо фольги также можно воспользоваться и иными материалами:

  • алюминиевыми листами;
  • медными листами.

Если крыша вашего дома сделана из алюминия, то можно попытаться включить ее в схему генератора и посмотреть, какое количество энергии она может выработать.

Беспроводное электричество? Как работает катушка Теслы

Когда вы совершаете покупку по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот как это работает.

Студент Университета Иллинойса Стив Уорд и старший техник Fermilab Джефф Ларсон разработали двойные катушки Теслы, способные испускать искры на 12 футов (4 метра).
(Изображение предоставлено Фермилаб)

Среди своих многочисленных инноваций Никола Тесла мечтал создать способ обеспечения мира электроэнергией без прокладки проводов по всему миру. Изобретатель был близок к этому, когда его эксперименты с электричеством в стиле «безумного ученого» привели к созданию катушки Теслы.

Первая система, которая могла передавать электричество по беспроводной связи, катушка Тесла была поистине революционным изобретением. Ранние радиоантенны и телеграфы использовали это изобретение, но варианты катушки также могут делать просто крутые вещи — например, стрелять молниями, посылать электрические токи через тело и создавать электронные ветры.

Тесла разработал катушку в 1891 году, до того, как обычные трансформаторы с железным сердечником использовались для питания таких устройств, как системы освещения и телефонные цепи. Эти обычные трансформаторы не могут выдержать высокую частоту и высокое напряжение, которые могут выдержать более свободные катушки в изобретении Теслы. Концепция катушки на самом деле довольно проста и использует электромагнитную силу и резонанс. Используя медную проволоку и стеклянные бутылки, электрик-любитель может построить катушку Тесла, которая может производить четверть миллиона вольт. [Инфографика: как работает катушка Теслы]

Установка

Катушка Тесла состоит из двух частей: первичной и вторичной, каждая со своим конденсатором. (Конденсаторы хранят электроэнергию точно так же, как батареи.) Две катушки и конденсаторы соединены искровым разрядником — воздушным зазором между двумя электродами, который генерирует электрическую искру. Внешний источник, подключенный к трансформатору, питает всю систему. По сути, катушка Тесла представляет собой две разомкнутые электрические цепи, соединенные с искровым разрядником.

Катушка Тесла нуждается в высоковольтном источнике питания. Обычный источник питания, питаемый через трансформатор, может выдать ток необходимой мощности (не менее тысячи вольт).

В этом случае трансформатор может преобразовывать низкое напряжение сети в высокое напряжение.

Как катушки Теслы генерируют электрические поля высокого напряжения. (Изображение предоставлено Россом Торо, художником по инфографике)

Как это работает

Источник питания подключен к первичной обмотке. Конденсатор первичной обмотки действует как губка и впитывает заряд. Сама первичная катушка должна выдерживать большой заряд и огромные скачки тока, поэтому катушку обычно делают из меди, которая хорошо проводит электричество. В конце концов, конденсатор накапливает столько заряда, что разрушает сопротивление воздуха в искровом промежутке. Затем, подобно выдавливанию смоченной губки, ток течет из конденсатора вниз по первичной обмотке и создает магнитное поле.

Большое количество энергии приводит к быстрому разрушению магнитного поля и генерирует электрический ток во вторичной обмотке. Напряжение, пронизывающее воздух между двумя катушками, создает искры в искровом промежутке. Энергия перебрасывается туда и обратно между двумя катушками несколько сотен раз в секунду и накапливается во вторичной катушке и конденсаторе. В конце концов, заряд во вторичном конденсаторе становится настолько высоким, что он вырывается на свободу в результате мощного выброса электрического тока.

Возникающее в результате высокочастотное напряжение может освещать люминесцентные лампы на расстоянии нескольких футов без подключения к электрическому проводу. [Фотографии: Историческая лаборатория Николы Теслы в Уорденклиффе]

В идеально спроектированной катушке Теслы, когда вторичная катушка достигает максимального заряда, весь процесс должен начаться заново, и устройство должно стать самоподдерживающимся. Однако на практике этого не происходит. Нагретый воздух в искровом промежутке отводит часть электричества от вторичной катушки обратно в зазор, так что в конечном итоге катушка Тесла исчерпает энергию. Вот почему катушка должна быть подключена к внешнему источнику питания.

Принцип работы катушки Теслы заключается в достижении явления, называемого резонансом. Это происходит, когда первичная катушка пропускает ток во вторичную катушку как раз в нужное время, чтобы максимизировать энергию, передаваемую во вторичную катушку. Думайте об этом как о моменте, когда нужно подтолкнуть кого-то на качелях, чтобы они качнулись как можно выше.

Настройка катушки Тесла с регулируемым поворотным разрядником дает оператору больше контроля над напряжением тока, который она производит. Вот как катушки могут создавать сумасшедшие вспышки молнии и даже могут быть настроены для воспроизведения музыки, приуроченной к вспышкам тока.

Хотя катушка Теслы больше не имеет практического применения, изобретение Теслы полностью изменило понимание и использование электричества. В радиоприемниках и телевизорах до сих пор используются разновидности катушки Теслы.

Подпишитесь на Келли Дикерсон в Twitter . Подпишитесь на нас @livescience , Facebook  и Google+ . Оригинальная статья о Live Science .

Келли Дикерсон — штатный сотрудник Live Science и Space.com. Она регулярно пишет о физике, астрономии и проблемах окружающей среды, а также на общенаучные темы. Келли работает над степенью магистра гуманитарных наук в Высшей школе журналистики Городского университета Нью-Йорка, а также имеет степень бакалавра наук и степень бакалавра гуманитарных наук в колледже Берри. Келли занимается плаванием в течение 13 лет, увлекается скимбордингом и бегом на длинные дистанции.

Как работает катушка Теслы

Катушка Тесла известна тем, что вырабатывает очень высокое напряжение. В этом разделе мы объясним, как 10-дюймовая катушка oneTesla может достигать напряжения более четверти миллиона вольт с помощью связанных резонансных цепей. Мы будем строить из основ, чтобы дать вам подробное объяснение того, что происходит.

Содержание:

  • Ток, магнитные поля и индукция
  • Трансформаторы
  • Резонансные цепи
  • DRSSTC
  • Полумост
  • Бестоковое переключение
  • Управление воротами
  • Выпрямитель и удвоитель

Ток, магнитные поля и индукция

Начнем с основ электромагнетизма. Одно из уравнений Максвелла, закон Ампера, говорит нам, что ток, протекающий по проводу, создает вокруг него магнитное поле.

 Если мы хотим использовать это магнитное поле в наших интересах, как мы это делаем в электромагните, мы наматываем провод. Магнитные поля от отдельных витков складываются в центре.

 Постоянный ток создает статическое магнитное поле. Что происходит, когда мы пропускаем переменный ток через провод? Другое уравнение Максвелла, закон индукции Фарадея, говорит нам, что магнитное поле, изменяющееся во времени, индуцирует напряжение на проводе, пропорциональное скорости изменения магнитного поля:

говорит нам, что будет резкий всплеск напряжения. Если через катушку протекает колебательный ток, он индуцирует внутри нее колеблющееся магнитное поле. Это, в свою очередь, индуцирует напряжение на катушке, которое имеет тенденцию противодействовать управляющему току. Интуитивно понятно, что магнитное поле «упорно», индуцируя напряжение, которое препятствует любому изменению поля.

Трансформаторы

Трансформатор использует закон индукции для повышения или понижения переменного напряжения. Он состоит из двух витков проволоки вокруг сердечника. Сердечник изготовлен из мягкого железа или феррита, материалов, которые легко намагничиваются и размагничиваются.

Колебательный ток в первичной обмотке создает колеблющееся магнитное поле в сердечнике. Ядро концентрирует поле, гарантируя, что большая его часть проходит через вторичное. Когда магнитное поле колеблется, оно индуцирует колебательный ток во вторичной обмотке. Напряжение на каждом витке провода одинаково, поэтому общее напряжение на катушках пропорционально количеству витков:

Поскольку энергия сохраняется, ток на стороне трансформатора с более высоким напряжением меньше в той же пропорции.

 Катушка Тесла — очень продвинутый трансформатор. Давайте кратко рассмотрим, что произошло бы, если бы это был идеальный трансформатор. Первичная обмотка имеет шесть витков, а вторичная около 1800 витков. На первичную обмотку подается напряжение 340 вольт, поэтому на вторичной обмотке будет 340 В x 300 = 102 кВ. Это много! Но не совсем четверть миллиона. Кроме того, поскольку катушка Тесла имеет воздушный сердечник, а катушки расположены относительно далеко друг от друга, лишь небольшая часть магнитного поля, создаваемого первичной обмоткой, фактически связана с вторичной обмоткой. Чтобы лучше понять, что происходит, нам нужно ввести резонансные схемы.

Резонансные контуры

Резонансный контур подобен камертону: он имеет очень сильную амплитудную характеристику на одной конкретной частоте, называемой резонансной или собственной частотой. В случае камертона зубцы сильно вибрируют при возбуждении с частотой, определяемой его размерами и свойствами материала. Резонансный контур достигает самых высоких напряжений при работе на собственной частоте, которая определяется значением его компонентов.

В резонансных цепях используются конденсаторы и катушки индуктивности, поэтому они также известны как LC-цепи. Они также известны как «резервуарные контуры» из-за присутствующих элементов накопления энергии.

Конденсаторы хранят энергию в виде электрического поля между двумя пластинами, разделенными изолятором, известным как диэлектрик. Размер конденсатора зависит от размера пластин, расстояния между ними и свойств диэлектрика. Интересно, что верхняя нагрузка на катушке Теслы действует как однопластинчатый конденсатор, а плоскость заземления, окружающая катушку, действует как противолежащая пластина. Емкость верхней нагрузки определяется ее размерами и близостью к другим объектам.

Индукторы хранят энергию в виде магнитного поля вокруг провода или в середине петли провода. Первичный индуктор в катушке oneTesla 10” состоит из шести витков провода AWG14, а вторичный — примерно из 1800 витков провода AWG36.

LC-цепь может иметь катушку индуктивности и конденсатор, соединенные последовательно или параллельно. Здесь мы используем последовательные LC-цепи, такие как:

. Рассмотрим, что происходит, когда вы не управляете схемой (предположим, что источник переменного тока на приведенном выше рисунке заменен проводом), но начинаете с заряженного конденсатора. . Конденсатор хочет разрядиться, поэтому заряд течет по цепи через катушку индуктивности к другой пластине. При этом внутри катушки индуктивности создается магнитное поле. Когда заряд на каждой пластине конденсатора равен нулю, ток прекращается. Но в этот момент индуктор имеет энергию, накопленную в магнитном поле, которое имеет тенденцию противодействовать изменениям. Магнитное поле разрушается, индуцируя непрерывный ток в том же направлении, тем самым перезаряжая конденсатор и перезапуская цикл в противоположном направлении.

Резонансная частота LC-контура или частота, с которой энергия циклически перемещается между конденсатором и катушкой индуктивности, как описано выше, составляет:

 

Возбуждение контура на его резонансной частоте добавляет энергию во время каждого цикла. Обеспечивая последовательность своевременных толчков, мы можем достичь чрезвычайно высокого напряжения! В катушке Тесла вспыхивает искра и разряжает цепь, как только напряжение становится достаточно высоким.

DRSSTC

Катушка oneTesla 10” использует топологию с двойным резонансом, отсюда и название твердотельной катушки Тесла с двойным резонансом, или DRSSTC. В DRSSTC цепь, управляющая вторичной LC-цепью, представляет собой другую LC-цепь, настроенную на ту же резонансную частоту. На следующей диаграмме L pri и L sec — первичная и вторичная катушки индуктивности соответственно. Они слабо связаны, связывая около одной десятой своих магнитных полей.

Есть несколько причин, по которым катушки Тесла не используют магнитный сердечник. Прежде всего, напряжения в катушке Теслы настолько высоки, что сердечник быстро насыщается, а это означает, что он больше не будет намагничиваться после определенной точки. Кроме того, большинство материалов создают сопротивление и нагреваются в магнитном поле, которое быстро переключается, как в случае с катушкой. Высокое напряжение, создаваемое катушкой, также может привести к возникновению дуги на сердечнике. Но самое главное, очень важно, чтобы первичная и вторичная катушки были слабо связаны, чтобы вторичная обмотка не нагружалась первичной.

 

 

 

 

Полумост Мы используем источник постоянного напряжения и прикладываем напряжение в переменных направлениях к первичной обмотке.

 Переключатели, которые мы используем для подачи постоянного напряжения в переменном направлении на первичную обмотку, представляют собой БТИЗ, сокращенно от биполярных транзисторов с изолированным затвором. IGBT — это транзистор, способный управлять очень высокими напряжениями и токами. Это его условное обозначение:

 

Его клеммы помечены коллектором, затвором и эмиттером как пережиток электронных ламп до эпохи транзисторов. Упрощенная модель IGBT представляет собой нормально открытый ключ, который закрывается при подаче положительного напряжения на затвор (VGE). На следующей схеме полумоста S1 и S2 представляют IGBT. Они попеременно включаются и выключаются, что переключает полярность шины V /2 на первичной обмотке L и первичной обмотке С , первичной дроссельной заслонке и конденсаторе. 10-дюймовая катушка oneTesla питается от напряжения шины 340 В постоянного тока, которое мы получаем от выпрямленного и удвоенного линейного напряжения.

 

На плате управления мы получаем напряжение на шине из выпрямленного и удвоенного линейного напряжения. Мы подробно рассмотрим эту часть схемы позже.

 

 

 

 

Переключение нулевого тока при полном включении IGBT4

9000 (переключатели замкнуты), они являются почти идеальными проводниками. Когда они полностью выключены (переключатели полностью разомкнуты), они являются почти идеальными изоляторами. Однако, когда они находятся в переходном состоянии между полностью открытым и полностью закрытым или наоборот, они ведут себя как резисторы. Напомним, что количество мощности, рассеиваемой в цепи, равно P=VI. Если мы попытаемся переключить IGBT при большом токе в цепи, то он сильно нагреется! Мы должны рассчитать время переключения IGBT на естественное пересечение нуля первичной LC-цепи. На плате oneTesla мы достигаем переключения с нулевым током, определяя первичный ток и используя логику управления, чтобы убедиться, что транзисторы переключаются в нужное время.

Управление затвором

БТИЗ далеки от идеальных переключателей. Мы хотим, чтобы они переключались быстро, чтобы свести к минимуму время, в течение которого они оказывают сопротивление и рассеивают мощность. Проблема с быстрым переключением затворов заключается в том, что они имеют значительную внутреннюю емкость, и требуется много заряда, чтобы заполнить эту емкость и достичь напряжения включения на затворе (напряжение конденсатора определяется выражением V=Q/C ).

 

Чтобы зарядить CGE как можно быстрее, мы хотим использовать короткий сильноточный импульс. ИС привода затвора предназначены именно для этого. Мы используем микросхемы UCC3732x, которые могутA для коротких импульсов. Логическая схема, предшествующая драйверам затворов, даже близко не способна обеспечить достаточный ток для быстрого включения затворов, поэтому драйверы затворов являются важными компонентами. Наконец, нам нужно изолировать драйверы затвора от IGBT с помощью трансформаторов управления затвором (GDT). Каждому IGBT для включения требуется напряжение затвора, которое должно быть приложено между его затвором и эмиттером. Это легко сделать на нижнем (нижнем) IGBT-транзисторе — его эмиттер всегда заземлен, а это означает, что его затвор нужно только довести до +15 В. С IGBT верхнего (верхнего) IGBT все не так просто, потому что его эмиттер связан с коллектором IGBT нижнего плеча, узлом, который колеблется между 0 и V шина /2 (что в нашем случае 170В). Это означает, что нам нужно подвести затвор IGBT верхнего плеча к шине V /2 + 15 В, чтобы включить его.

 

К счастью, есть простой способ обойти это! Мы можем управлять первичной обмоткой трансформатора 1:1:1 с помощью (биполярного) управляющего сигнала, полученного от двухтактной пары UCC. В частности, мы управляем первичной обмоткой трансформатора с разницей выходов инвертирующего и неинвертирующего драйвера затвора. Это гарантирует, что в половине случаев этот сигнал будет положительным, а в половине – отрицательным. Благодаря действию трансформатора напряжение на каждой вторичной обмотке GDT гарантированно будет повторять напряжение на первичной обмотке, независимо от того, где мы соединяем концы. Это означает, что мы можем просто подключить вторичную обмотку к затвору и эмиттеру каждого IGBT и гарантировать, что V ge всегда будет колебаться от 0 до 15 В (независимо от потенциала эмиттера).

 

Выпрямитель и удвоитель

 

Полумост в oneTesla управляется удвоением выпрямителя, как показано на схеме выше. Этот выпрямитель поочередно заряжает каждый конденсатор на чередующихся полупериодах входного переменного тока, что приводит к удвоению напряжения источника на нагрузке. В положительной части цикла верхний диод проводит и заряжает верхний конденсатор.

В отрицательной части цикла нижний диод проводит и заряжает нижний конденсатор. Напряжение на нагрузке представляет собой сумму напряжений на каждом конденсаторе.

 

 

Логика
Как упоминалось ранее, логика управления необходима для определения первичного тока и предотвращения включения и выключения IGBT, пока через них протекает ток. Давайте пройдемся по приведенной выше схеме слева направо. (Обратите внимание, что номера деталей на схеме не соответствуют номерам на плате, но мы используем их здесь только в пояснительных целях. Полную информацию см. в файлах Eagle, доступных по адресу http://onetesla.com/downloads. схема.)

Трансформатор тока снижает первичный ток до безопасного уровня для использования в логической части платы. R1 — это резистор мощностью 5 Вт, который нагружает трансформатор и ограничивает ток. D1 начинает проводить, когда сигнал превышает 5,7 В, что представляет собой напряжение на шине плюс прямое падение напряжения на диоде, что эффективно предотвращает превышение сигнала 5,7 В. D2 начинает проводить, когда сигнал составляет -0,7 В. Вместе D1 и D2 являются защитными диодами, которые ограничивают сигнал и предотвращают повреждение логических ИС, если сигнал от трансформатора тока слишком высокий. Затем G1 и G2 являются инверторами, которые выравнивают сигнал для последующих ИС.

Оптический приемник выдает 5 В или 0 В в зависимости от сигнала прерывателя. Резисторы R1, R2 и R3 образуют сеть резисторов, которая гарантирует, что катушку можно «щекотать» в работу только сигналом прерывателя при запуске, в отсутствие сигнала обратной связи. Когда катушка только запускается, сигнала обратной связи нет, но сигнал прерывателя поступает на UCC. Когда катушка работает, сигнал обратной связи доминирует в верхней части сигнального пути.

Инвертированный сигнал прерывателя и прямоугольная волна квадратичного сигнала первичного тока затем подаются на триггер D-типа, который выполняет логику, определяющую, когда драйверы затвора получают сигнал. Они включаются только при переходе через нуль, а также при наличии сигнала от прерывателя. D-триггер ведет себя согласно следующей таблице истинности:

В нашей схеме \PRE и D имеют высокий уровень. Инвертированный сигнал прерывателя, подаваемый на \CLR, устанавливает \Q в высокий уровень, когда прерыватель включен. Когда прерыватель выключается, \Q остается на высоком уровне до следующего спадающего фронта CLK (который синхронизирован с переходом через ноль первичного тока), после чего он переключается на низкий уровень.

Драйвер инвертирующего затвора включается, когда IN высокий, а EN низкий. Драйвер неинвертирующего затвора включается, когда IN имеет высокий уровень, а EN высокий уровень.

 

Прерыватель
Прерыватель oneTesla — это устройство на базе микроконтроллера, которое преобразует входящий поток MIDI-команд в поток импульсов для катушки Тесла. Эти импульсы включают или выключают всю катушку, тем самым контролируя пропускную способность и позволяя воспроизводить музыку.

MIDI-команды принимаются через входной MIDI-разъем. Согласно спецификациям MIDI, оптоизолятор 4N25 обеспечивает изоляцию, необходимую для устранения контуров заземления. Когда микроконтроллер получает команду включения ноты, он начинает выводить поток импульсов с частотой ноты. Длины этих импульсов задаются таблицей поиска в прошивке. Прерыватель использует отдельные MIDI-каналы для одновременного воспроизведения нескольких нот — для воспроизведения двух каналов программное обеспечение просто генерирует последовательности импульсов, соответствующие каждому каналу, а затем выполняет логическую функцию ИЛИ над последовательностями импульсов перед их выводом. Ограничение максимальной длительности импульса гарантирует, что результирующий поток не будет иметь слишком длинных импульсов.

Регулятор мощности линейно масштабирует ширину импульса в зависимости от положения потенциометра. Хотя это не дает линейной длины искры, оно имеет преимущество в предсказуемом масштабировании потребляемой мощности катушки, функция, которая была бы потеряна, если бы кривые масштабирования были настроены для линейного роста искры.

Так как же он делает музыку?

Звук – это волна давления. Его высота определяется частотой волны. Мы можем издавать звук разными способами: обычные динамики вибрируют мембраной, а катушки Тесла используют расширение и сжатие воздуха за счет нагрева от плазмы.

Резонансная частота вторичного устройства составляет около 230 кГц, что намного выше звукового диапазона. Мы можем использовать всплески искр на частоте 230 кГц для создания волн давления на звуковой частоте. Всплеск искр срабатывает на каждом пике звукового сигнала. Быстрое вспыхивание искр происходит быстрее, чем может разглядеть ваш глаз, поэтому оно выглядит непрерывным, но на самом деле искра формируется и гаснет с интервалами звуковой частоты. Этот метод модуляции известен как модуляция плотности импульсов (PDM) или модуляция с повторением импульсов (PRM).

Posted inПопулярное