Сочетание нескольких физических законов в одном приборе воспринимается далёкими от физики людьми как чудо или фокус: вылетающие разряды, похожие на молнии, светящиеся вблизи катушки люминесцентные лампы, не подключённые к обычной электросети и т.д. При этом собрать катушку тесла своими руками можно из стандартных деталей, продающихся в любом магазине электротехники. Настройку устройства разумнее делегировать тем, кто знаком с принципами электричества, либо тщательно изучить соответствующую литературу.
Как Тесла изобрёл свою катушку
Никола Тесла - величайший изобретатель XX века
Одним из направлений работы Никола Тесла в конце девятнадцатого столетия стала задача передачи электрической энергии на большие расстояния без проводов. 20 мая 1891 года на своей лекции в университете штата Колумбия (США) он продемонстрировал сотрудникам Американского института электроинженерии удивительный прибор. Принцип его действия лежит в основе современных энергосберегающих люминесцентных ламп.
Во время экспериментов с катушкой Румкорфа по методике Генриха Герца Тесла обнаружил перегревание стального сердечника и плавление изоляции между обмотками при подключении к прибору высокоскоростного генератора переменного тока. Тогда он принял решение модифицировать конструкцию, создав воздушный зазор между обмотками и перемещая сердечник в различные положения. Он добавил в схему конденсатор, препятствующий выгоранию катушки.
Принцип работы катушки тесла и применение
При достижении соответствующей разности потенциалов избыток энергии выходит в виде стримера с фиолетовым свечением
Это резонансный трансформатор, в основе работы которого лежит следующий алгоритм:
- конденсатор заряжается от высоковольтного трансформатора;
- при достижении необходимого уровня заряда происходит разрядка с проскакиванием искры;
- в первичной катушке трансформатора происходит замыкание, приводящее к возникновению колебаний;
- перебирая точку подключения к виткам первичной катушки, изменяют сопротивление и настраивают всю схему.
В результате высокое напряжение в верхней части вторичной обмотки приведёт к появлению впечатляющих разрядов в воздухе. Для большей наглядности принцип действия устройства сравнивают с качелями, которые раскачивает человек. Качели - это колебательный контур из трансформатора, конденсатора и разрядника, человек - первичная обмотка, ход качели - движение электрического тока, а высота подъёма - разность потенциалов. Достаточно несколько раз с определённым усилием толкнуть качели, как они поднимутся на значительную высоту.
Помимо познавательно-эстетического использования (демонстрация разрядов и светящихся без подключения к сети ламп), устройство нашло своё применение в следующих отраслях:
- радиоуправление;
- передача данных и энергии без проводов;
- дарсонвализация в медицине - обработка поверхности кожи слабыми токами высокой частоты для тонизирования и оздоровления;
- поджиг газоразрядных ламп;
- поиск течи в вакуумных системах и др.
Изготовление катушки Тесла своими руками в домашних условиях
Проектирование и создание устройства не представляет сложности для людей, знакомых с принципами электротехники и электричества. Однако даже новичку под силу будет справиться с этой задачей, если провести грамотные расчёты и скрупулёзно следовать пошаговой инструкции. В любом случае до начала работ следует обязательно ознакомиться с правилами техники безопасности для работ с высоким напряжением.
Схема
Катушка тесла представляет собой две катушки без сердечника, посылающих большой импульс тока. Первичная обмотка состоит из 10 витков, вторичная - из 1000. Включение в схему конденсатора позволяет снизить до минимума потери искрового заряда. Выходная разность потенциалов превышает миллионы вольт, что позволяет получать эффектные и зрелищные электрические разряды.
Перед тем как взяться за изготовление катушки своими руками, необходимо изучить схему её строения
Инструменты и материалы
Для сбора и последующего функционирования катушки Тесла понадобится подготовить следующие материалы и оборудование:
- трансформатор с выходным напряжением от 4 кВ 35 мА;
- болты и металлический шарик для разрядника;
- конденсатор с рассчитанными параметрами ёмкости не ниже 0,33 µF 275 В;
- ПВХ труба диаметром 75 мм;
- эмалированная медная проволока сечением 0,3–0,6 мм - пластиковая изоляция предотвращает пробой;
- полый металлический шар;
- толстый кабель или трубка из меди сечением 6 мм.
Пошаговая инструкция по изготовлению катушки
В качестве источника питания также можно использовать мощные батареи
Алгоритм изготовления катушки состоит из следующих этапов:
- Подбор источника питания. Оптимальный вариант для новичка - трансформаторы для неоновых вывесок. В любом случае выходное напряжение на них не должно быть ниже 4кВ.
- Изготовление разрядника . От качества этого элемента зависит общая производительность устройства. В самом простом случае это могут быть вкрученные на расстоянии в несколько миллиметров друг от друга обыкновенные болты, между которыми установлен металлический шарик. Расстояние подбирают таким образом, чтобы искра пролетала в том случае, когда только разрядник подключён к трансформатору.
- Расчёт ёмкости конденсатора. Резонансную ёмкость трансформатора умножают на 1,5 и получают искомую величину. Конденсатор с заданными параметрами разумнее приобрести готовый, поскольку при отсутствии достаточного опыта сложно собрать этот элемент самостоятельно, чтобы он работал. При этом могут возникнуть сложности с определением его номинальной ёмкости. Как правило, при отсутствии большого элемента конденсаторы катушки представляют собой сборку из трёх рядов по 24 конденсатора в каждом. При этом на каждом конденсаторе должен быть установлен гасящий резистор 10 МОм.
- Создание вторичной катушки.
Высота катушки равна пяти её диаметрам. Под эту длину подбирают подходящий доступный материал, например, поливинилхлоридную трубу. Её обматывают медной проволокой в 900–1000 витков, а затем покрывают лаком для сохранения эстетичного внешнего вида. К верхней части прикрепляют полый шар из металла, а нижнюю часть заземляют. Желательно продумать отдельное заземление, так как при использовании общедомового велика вероятность выхода из строя других электроприборов. Если готовый металлический шар отсутствует, то его можно заменить другими аналогичными вариантами, выполненными самостоятельно:
- обернуть пластиковый шар фольгой, которую следует тщательно разгладить;
- обмотать алюминиевой лентой гофротрубу, свёрнутую в круг.
- Создание первичной катушки. Толщина трубки препятствует резистивным потерям, с увеличением толщины уменьшается её способность к деформированию. Поэтому сильно толстый кабель или трубка будут плохо сгибаться и трескаться в местах сгибов. Шаг между витками выдерживают в 3–5 мм, количество витков зависит от общих габаритов катушки и подбирается экспериментально, также как и место подключения устройства к источнику питания.
- Пробный запуск. После выполнения первичных настроек запускают катушку.
Особенности изготовления других видов устройств
Её в основном используют в оздоровительных целях
Для изготовления плоской катушки предварительно готовят основание, на которое последовательно укладывают два медных провода сечением 1,5 мм параллельно плоскости основания. Сверху укладку лакируют, продлевая срок службы. Внешне этот прибор представляет собой ёмкость из двух вложенных друг в друга спиральных обкладок, подключаемых к источнику питания.
Технология изготовления мини-катушки идентична выше рассмотренному алгоритму для стандартного трансформатора, но в этом случае понадобится меньше расходных материалов, а запитать её можно будет от стандартной батарейки «Крона» 9В.
Видео: как создать мини-катушку тесла
При подключении катушки к трансформатору, выводящему ток посредством музыкальных волн высокой частоты, можно получить устройство, разряды которого меняются в зависимости от ритма звучащей музыки. Используется при организации шоу и развлекательных аттракционов.
Катушка Тесла - высокочастотный резонансный трансформатор высокого напряжения. Потери энергии при высокой разнице потенциалов позволяют получать красивые электрические явления в виде молний, самозагорающихся ламп, реагирующих на музыкальный ритм разрядов и др. Собрать этот прибор можно из стандартных электротехнических деталей. Однако не следует забывать о мерах предосторожности как во время создания, так и во время использования устройства.
Катушка тесла наверняка знакома многим по компьютерным играм или художественным фильмам. Если кто и не знает, что это проясним, это специальное приспособление , которое создает высокое напряжение высокой частоты. Если говорить проще, то благодаря катушке тесла можно держать искру в руках, зажигать лампочку без проводов и так далее.
Перед тем, как приступить к изготовлению нашей катушки, предлагаем посмотреть видеоролик
Нам понадобится:
- 200 м медного провода диаметром от 0.1 до 0.3 мм;
- провод диаметром 1 мм;
- 15-30 см пластиковой канализационной трубы диаметром от 4 до 7 см;
- 3-5 см канализационной трубы диаметром от 7 до 10 см
- транзистор D13007;
- радиатор для транзистора;
- переменный резистор на 50 кОм;
- постоянный резистор на 75 Ом и 0.25 вт.;
- источник питания на 12-18 вольт и ток 0.5 на ампера;
- паяльник, припой и канифоль.
Длинный кусок трубы необходим для вторичной обмотки, а короткий для первичной. Если найти трубу такого диаметра не удается, то можно заменить ее обычным скотчем, как это делает автор. Медный провод можно достать из старых трансформаторов или же просто приобрести на рынке.
С материалами разобрались, можно приступить к сборке. Сборку, по словам автора видео, лучше начинать не с первичной, а со вторичной катушки, то есть длинной трубы. Для этого берем трубу, которая отныне будет каркасом и закрепляем на ней проволоку.
Теперь нужно намотать примерно 1000 витков, обращая на то, чтобы не было перехлестов, больших расстояний между витками. Автор утверждает, что это сделать не так сложно, как может показаться с первого взгляда, и при желании можно закончить работу за час-полтора.
Когда обмотка вторичного каркаса окончена советуется покрыть ее лаком или просто обклеить скотчем, чтобы конструкция не испортилась со временем.
Теперь можно приступить к первичной обмотке. Делается она обычным проводом диаметром 1 мм. Провод можно использовать абсолютно любой. Обмотать нужно примерно 5-7 витков.
Крепим транзистор D13007 на радиаторе, затем припаиваем провод, идущий от вторичной обмотки к одному контакту транзистора.
На тот же контакт припаиваем постоянный резистор.
На втором конце постоянного резистора припаиваем переменный резистор.
Теперь берем первичную обмотку, засовываем вторичную в нее и припаиваем два провода, которые идут с нее на переменный резистор и резистор D13007.
Подключаем плюсовой и минусовой провода к тем же резисторам и подключаем нашу катушку тесла к источнику. Если желаемого эффекта не наблюдается, то нужно всего лишь поменять местами провода, идущие от первичной обмотки.
В 1891 г. Никола Тесла разработал трансформатор (катушку) при помощи которого он ставил эксперименты с электрическими разрядами высоких напряжений. Разработанное Теслой устройство состояло из блока питания, конденсатора, первичной и вторичной катушек, установленных так, что пики напряжения чередуются между ними, и двух электродов, разведенных друг от друга на расстояние. Устройство получило имя своего изобретателя.
Принципы, открытые Тесла при помощи этого устройства, используется сейчас в различных областях, начиная от ускорителей частиц, заканчивая телевизорами и игрушками.
Трансформатор Тесла может быть сделал своими руками. Данная статья посвящена рассмотрению этого вопроса.
Сначала необходимо определиться с размером трансформатора. Можно построить большой прибор, если позволяет бюджет. Следует помнить, что это устройство генерирует разряды высокого напряжения (создают микромолнии), которые нагревают и расширяют окружающий воздух (создают микрогром). Создаваемые электрические поля могут вывести из строя другие электрические приборы. Поэтому строить и запускать трансформатор Тесла не стоит дома; безопаснее делать это в удаленных местах, например, в гараже или сарае.
Величина трансформатора будет зависеть от расстояния между электродами (от величины возникающей искры), которое в свою очередь будет зависеть от потребляемой мощности.
Составные части и сборка схемы трансформатора Тесла
- Нам понадобится трансформатор или генератор с напряжением 5-15 кВ и силой тока 30-100 миллиампер. Эксперимент не удастся, если эти параметры будут не соблюдены.
- Источник тока нужно подключить к конденсатору. Важен параметр емкости конденсатора, т.е. способность удерживать электрический заряд. Единица измерения емкости – фарад – Ф. Он определяется как 1 ампер-секунда (или кулон) на 1 вольт. Как правило, емкость измеряется в мелких единицах – мкФ (одна миллионная доля фарада) или пФ (одна триллионная доля фарада). Для напряжения 5 кВ конденсатор должен иметь номинал 2200 пФ.
- Конденсатор(ы) подключается к искровику — промежуток воздуха, между контактами которого происходит электрический пробой. Для того, чтобы контакты выдерживали тепло, выделяемое искрой во время разряда, необходимый их диаметр должен быть 6 мм. минимум. Искровик необходим для возбуждения резонансных колебаний в контуре.
- Первичная катушка. Делается из толстого медного провода или трубки диаметром 2,5-6 мм., который закручивается в спираль в одной плоскости в количестве 4-6 витков
- Первичная катушка подключается к разряднику. Конденсатор и первичная катушка должны образовывать первичный контур, попадающий в резонанс с вторичной катушкой.
- Первичная катушка должны быть хорошо изолирована от вторичной.
- Вторичная катушка. Делается из тонкой эмалированной медной проволоки (до 0,6 мм). Проволока наматывается на полимерную трубку с пустым сердечником. Высота трубки должна составлять 5-6 ее диаметров. На трубку следует аккуратно намотать 1000 витков. Вторичная катушка может быть помещена внутрь первичной катушки.
- Вторичную катушку одним концом обязательно заземляют отдельно от других приборов. Лучше всего заземление непосредственно «в землю». Второй провод вторичной катушки подключается к тору (излучателю молний).
- Тор можно сделать из обыкновенной вентиляционной гофры. Он размещается над вторичной катушкой.
- Вторичная катушка и тор образуют вторичный контур.
- Включаем питающий генератор (трансформатор). Трансформатор Тесла работает.
Еще лучше соединить несколько конденсаторов последовательно. В этом случае каждый конденсатор будет удерживать часть заряда, общий удерживаемый заряд увеличится кратно.
Отличное видео с объяснением принципов работы трансформатора Теслы
Меры предосторожности
Будьте осторожны: напряжение, накапливаемое в трансформаторе Тесла, очень велико и при пробоях ведет к гарантированной смерти. Сила тока также очень большая, гораздо превосходящая величину, безопасную для жизни.
Практического применения трансформатора Тесла нет. Это экспериментальная установка, подтверждающая наши знания о физике электричества.
С эстетической же точки зрения, эффекты, которые порождает трансформатор Тесла, удивительны и красивы. Они во многом зависят от того, насколько правильно он собран, достаточной ли силы ток, правильно ли резонируют контуры. Эффекты могут включать в себя свечение или разряды, образуемые на второй катушке, а могут – полноценные молнии, пробивающие воздух из тора. Возникающие свечения смещены в ультрафиолетовый диапазон спектра.
Вокруг трансформатора Тесла формируется высокочастотное поле. Поэтому, например, при помещении в это поле энергосберегающей лампочки, она начинает светиться. Это же поле приводит к образования большого количества озона.
Проект по созданию этой совершенно безумной конструкции ещё не закончен, так что в этой заметке не найти схем и красивых фото метровых молний.
Если уважаемый читатель думает, что я пошутил, когда сказал, что проект этого трансформатора Тесла совершенно безумный, то он ошибается, это не шутки. Степень моих задуряшек становиться понятна после ознакомления с перечнем проблем, которые потребовалось решить.
Проблемы, которые потребовалось решить при создании этого трансформатора Тесла
1) Преобразование 12 вольт в 3500 вольт и более с выходными токами от 0,1 ампера и более.2) Экранирование цифровой и сигнальной слаботочной электроники от мощных электромагнитных и электростатических полей и помех.
3) Раскручивание диска разрядника с контролем частоты вращения и заданием её значения.
4) Отключение преобразователя 12 в 3500 на время, пока в разряднике происходит пробой (горит дуга).
5) Выбор канала связи пульта ДУ и устройства, с учётом сильных электромагнитных и электростатических полей и помех.
Конструкция трансформатора Тесла
Вся конструкция состоит из отдельных блоков, при этом, некоторые блоки связаны между собой сигнальными линиями (экранировка и всё такое), а некоторые линиями передачи высокого напряжения (изоляция, отсутствие острых углов и всё такое).
Собственно самый простой узел с электрической и электронной точки зрения и второй по сложности узел с точки зрения механики.
Очень муторно мотать тысячу витков на трубу диаметром 100мм, длиной 500мм, виток к витку, потом покрывать намотанное эпоксидкой, придумывать как крепить, да ещё и что бы не образовать короткозамкнутые витки ни рамой ни креплением, которые бы могли попасть в поле первичного контура.
Преобразователь в высокое напряжение (12 вольт в 3,5 киловольта) и логика
Пожалуй, самый сложный узел с точки зрения электроники, так как на одной плате сочетает и высокое напряжение (киловольты), силовую электронику (ключевые транзисторы), микроконтроллер, который разбирает сигналы с пульта ДУ, устанавливает и контролирует частоту вращения диска разрядника и приёмник ИК посылок пульта ДУ.
Сам преобразователь выполнен по схеме пуш-пул, феррит трансформатора от компьютерного блока питания на 850 ватт. Управляющие сигналы для ключей преобразователя вырабатывает микросхема КР1211ЕУ1.
Выходная цепь преобразователя: умножитель - удвоитель.
Рабочая частота преобразователя, порядка 90кГц.
Микроконтроллер, который всем управляет: ATtiny2313.
Роторный искровой разрядник
Самый сложный с точки зрения механики узел, особенно сложно было сбалансировать диск. Сложность заключается в том, что из-за низкого напряжения питания первичного контура (всего 3,5 киловольта), приходится выбирать очень малый зазор искрового промежутка, а в совокупности со скоростью вращения до 8000 оборотов/мин, необходимостью изолировать вращающиеся контакты от двигателя, это ещё та задачка.
Кроме самого разрядника и схемы управления бесколлекторным двигателем от винчестера, здесь же установлен узел контроля зажигания дуги (оптический). Свет от дуги засвечивает фотодиод, сигнал усиливается быстродействующим усилителем до уровня логической единицы и далее используется для отключения преобразователя на время горения дуги.
Балластный и развязывающий по ВЧ дроссель
Сверху "версия 2, улучшенная и дополненная", снизу "версия 1".
Задача данной детальки развязать источник питания дающий 3,5КВ постоянного напряжения и импульсов ВЧ напряжения в первичном контуре.
Кроме того дроссель нивелирует задержки в отключении преобразователя блоком контроля зажигания дуги, по этому имеет большую индуктивность, чем потребовалось бы, что бы просто развязать эти две цепи.
Намотка секционная, для увеличения пробивного напряжения и уменьшения собственной ёмкости.
Конденсатор первичного контура (MMC)
Исходный "материал" для ММС
Готовый блок MMC в сборе:
Тут всё тривиально, собран MMC из плёночных конденсаторов К 78-2, номиналом 0,033мкф на 1600 вольт, всего 24 конденсатора (8 групп по 3), каждый обвязан резистором на 9,1 мегаом. В целом MMC обвязан варисторами для защиты на случай попадания искры "с верха", где многие тысячи вольт в первичный контур, где жалкие 3,5 тысячи.
Итоговая ёмкость ММС: 88нФ
Номинальное рабочее напряжение на постоянном токе: 4,8КВ.
Выходные (высоковольтные) цепи преобразователя, дроссель, батарея MMC, катушка первичного контура - всё покрыто 3 слоями уретанового лака с электрической прочностью 110КВ/мм.
Собственно обычный пульт от древненького ТВ-Тюнера.
Как выяснилось при написании прошивки и разборе его команд, работает на базе протокола NEC.
Первые запуски этой теслы
Параметры теслени
| Рабочая частота | 250 кГц |
| Ёмкость MMC | 88 нФ |
| Первичная обмотка | 5 витков медной трубы диаметром 7мм; конус - больший диаметр 220мм, меньший 140мм |
| Вторичная обмотка | 1000 витков провода 0,38мм на каркасе диаметром 105мм, длина намотки 400мм |
| Тороид | внешний диаметр 300мм, внутренний диаметр 100мм |
| Напряжение в первичном контуре | 3,5 КВ |
| Диапазон регулировки BPS (разрядов в секунду в первичном контуре) | 2 ... 500 |
| Подводимая мощность к первичному контуру | <400 ватт |
Почему ещё не всё готово?
Вообще, это проект начала 2010 года, с того времени вроде бы прошло много времени, но он ещё числится у меня не готовым потому, что:+ Хочу собрать и установить ММС на рабочее напряжение порядка 16 киловольт.
+ Собрать и установить новый, более мощный преобразователь, с выходным напряжением порядка 7-8 киловольт.
Проблемы, которые мешают мне это сделать:
- Мало места в существующей раме, на которой всё собрано, надо заказывать изготовление новой рамы (руки не доходят).
- Большие напряжения на выходе преобразователя, большие токи по цепи питания 12 вольт (для выходных 7 киловольт с током всего 0,1 ампера, токи в цепи 12 вольт будут порядка 75 ампер, это близко к пределу для аккумулятора от бесперебойника, который используется для пробных пусков).
... Так что ещё работаем-с в этом направлении.
Катушка Тесла является резонансным трансформатором. Изобретена Николой Тесла в 1896 году, потому названа его именем. В ее особенностях – возможность выдавать высокое напряжение, характеризующееся высокой частотой.
С помощью катушки устраивают развлекательные мероприятия, Тесла шоу. В дальнейшем изобретение Тесла было усовершенствовано советским радиоинженером Владимиром Ильичом Бровиным. Благодаря ему мы имеем практически то же устройство, но работающее на одном транзисторе.
Последнее известно также под названием качера Бровина. Для его реализации нужно запастись:эмалированным тонким (0,2 мм) проводом ПЭТВ-2; медным проводом (2,2 мм) имеющим полихлорвиниловую изоляцию; тубой, в которой был силиконовый герметик; пластиной (20х11 см) фольгированного текстолита; резисторами 2,2К, 500R; конденсатором 1мФ; двумя 3-х вольтовыми светодиодами; радиатором 10х6х1 см; регулятором напряжения L7812CV (подходит и КР142ЕН8Б); 12-вольтовым компьютерным вентилятором; двумя коннекторамиBanana; отрезком (13 см) 8-миллиметровой трубки из меди; транзисторами КТ819, КТ805 или импортнымиMJE13006…13009.
В катушке Тесла имеется две обмотки: первичная намотана 2,2-миллиметровым медным проводом и состоит из 2,5 витков; вторичная – 0,2 мм, а количество витков – 350.
Вторичную обмотку наматывают на каркас – 11-сантиметровый отрезок нижней части тубы от силиконового герметика. Намотку делают в средней части каркаса, отступив с концов по 2 см. Катушку мотают в один провод, как можно плотнее размещая витки один к одному. Концы провода пропускают через отверстия (устраивают предварительно) вовнутрь тубы. Сверху, для надежности, катушку покрывают несколько раз нитролаком.
В центр поршня вставляют металлический стержень с остро заточенным верхним концом. Подпаивают к нему выводной конец провода верхней обмотки. Поршень после этого вставляют в верхнюю часть тубы. В дне последней сверлят отверстие, через которое выводят второй выход обмотки и вставляют светодиод.
К радиатору клеят транзистор, устанавливают рядом вентилятор для дополнительного его обдува. К его коллектору подключают выход вторичной обмотки, резистор (2,2к), второй конец которого подсоединяют к «плюсу» питания.
Первичную обмотку располагают между резистором (2,2к) и эмиттером транзистора. Выход последнего соединяют с «минусом» батареи. Между «плюсом» и «минусом», перед частью схемы, описанной выше, располагают параллельно конденсатор (1мФ).
Лучшие результаты катушка Тесла показывает при напряжении 30 В. Питание в схеме принято 12 В, так как от такой его величины работает вентилятор. Чтобы увеличить напряжение на первичной обмотке катушки, перед всей описанной выше схемой размещают: параллельно регулятор напряжения КР142ЕН8Б (можно импортный L7812CV); отводят от него, с выходом на «минус», цепь с вентилятором и две цепи со светодиодами синего цвета. Один располагают внутри тубы, второй – снизу. Они будут придавать устройству более современный вид.
Все компоненты размещают на поверхности рифленого картона, кусочке МДФ, соединяют между собой. Регулятор напряжения приклеивают к тому же радиатору, что и транзистор, но делают это через теплопроводящие прокладки и изоляционные шайбы.
Первичную намотку мотают в том же направлении, что и вторичную. Она должна перемещаться вдоль последней – это делают, подбирая ее положение для гарантированного зажигания неоновой лампы, поднесенной к верхушке заостренного стержня. После первичную катушку закрепляют на таком месте.
