Solid State Tesla -kelat ja niiden toiminta: 9 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Suurjännitteinen sähkö voi olla VAARALLISTA, käytä asianmukaisia turvatoimia aina työskennellessäsi Tesla -käämien tai muiden suurjännitelaitteiden kanssa, joten pelaa turvallisesti tai älä pelaa.

Tesla -kelat ovat muuntaja, joka toimii itse resonoivalla oskillaattoriperiaatteella, jonka on keksinyt serbialais -amerikkalainen tiedemies Nicola Tesla. Sitä käytetään pääasiassa erittäin korkean jännitteen, mutta matalan virran, suurtaajuisen vaihtovirran tuottamiseen. Tesla -kela koostuu kahdesta kytketystä resonanssipiirin ryhmästä, joskus kolmesta kytketystä ryhmästä. Nicola Tesla kokeili suurta määrää kokoonpanoja erilaisia käämejä. Tesla käytti näitä keloja kokeisiin, kuten sähkövalaistukseen, röntgensäteilyyn, sähköterapiaan ja radioenergian siirtoon, radiosignaalien lähettämiseen ja vastaanottamiseen.

Tesla -kelat eivät todellakaan ole edistyneet paljon niiden keksimisen jälkeen. Muut kuin puolijohdekomponentit Tesla -kelat eivät ole muuttuneet paljon yli 100 vuoteen. Suurin osa koulutuksesta ja tieteen leluista lähes kuka tahansa voi ostaa sarjan verkossa ja rakentaa Tesla -kelan.

Tämä ohje on rakentaa oma kiinteän olomuodon Tesla -kela, sen toiminta ja vinkit ja temput ongelmien ratkaisemiseksi matkan varrella.

Tarvikkeet

12 voltin virtalähde SMP -syöttö, jota käytin, oli 12 voltin 4 ampeeria.

Torus -liimaa toisiokäämin asentamiseen.

Lämpösilikonirasva transistorin kiinnittämiseksi jäähdytyselementtiin.

Juottaa

Työkalut sarjan kokoamiseen, juotin ja sivuleikkurit.

Yleismittari

Oskilloskooppi

Vaihe 1: Sähkömagneetti

Teslan käämien ja muuntajien ymmärtämiseksi sinun on ymmärrettävä sähkömagneetit. Kun virtaa (punainen nuoli) kohdistetaan johtimeen, se luo magneettikentän johtimen ympärille. (Siniset nuolet) Ennakoidaksesi magneettikenttien virtaussuunnan, käytä oikean käden sääntöä. Aseta kätesi johtimen päälle peukalosi osoittamalla virran suuntaan ja sormesi osoittavat magneettikenttien virtaussuuntaan.

Kun kierrät johtimen rautametallin, kuten teräksen tai raudan, ympärille, kelatun johtimen magneettikentät sulautuvat ja kohdistuvat, tätä kutsutaan sähkömagneetiksi. Magneettikenttä, joka kulkee kelan keskeltä, kulkee sähkömagneetin toisen pään kelan ulkopuolelle ja vastakkaisessa päässä takaisin kelan keskelle.

Magneeteissa on pohjois- ja etelänapa, jotta voit ennustaa kumpi pää on pohjois- tai etelänapa kelassa, taas käytät oikean käden sääntöä. Vain tällä kertaa oikea käsi kelalla, osoita sormillasi kelan johtimen virtauksen suuntaan. (Punaiset nuolet) Kun oikea peukalosi osoittaa salmia kelaa pitkin, sen tulisi osoittaa magneetin pohjoispäähän.

Vaihe 2: Miten muuntajat toimivat

Kuinka ensisijaisen kelan vaihteleva virta luo virran toisiokäämin langattomasti, sitä kutsutaan Lenzin laiksi.

Wikipedia

Kaikki muuntajan kelat tulee kääriä samaan suuntaan.

Kela vastustaa magneettimuutosta; joten kun ensisijaiseen kelaan kohdistetaan vaihtovirtaa tai pulssivirtaa, se luo heilahtavan magneettikentän ensisijaiseen kelaan.

Kun vaihteleva magneettikenttä saavuttaa toisiokäämin, se luo vastakkaisen magneettikentän ja vastakkaisen virran toisiokäämiin.

Voit käyttää ensisijaisen kelan ja toissijaisen oikean käden sääntöä toissijaisen tehon ennustamiseen.

Jännite muuttuu korkeammaksi tai pienemmäksi jännitteestä riippuen ensisijaisen kelan kierrosten määrästä ja toisiokäämin kierroksista.

Jos positiivista ja negatiivista on vaikea seurata toisiokelassa; ajattele toisiokäämiä virtalähteenä tai akuna, josta virtaa tulee ulos, ja ajattele ensisijaista kuormana, jossa virtaa kulutetaan.

Tesla -kelat ovat ilmaydinsuuntajia, magneettikentät ja virta toimivat samalla tavalla kuin rauta- tai ferriittisydämimuuntajat.

Vaihe 3: Käämitys

Vaikka se ei ole piirretty kaaviossa; Tesla -kelan korkeampi toisiokäämi on lyhyemmän ensisijaisen kelan sisällä, tätä asetusta kutsutaan itse resonoivaksi oskillaattoriksi.

Ota käämitys oikein; sekä ensiö- että toisiokäämin tulee kääriä samaan suuntaan. Ei ole väliä, kelaatteko kelat oikealle vai vasemmalle, kunhan molemmat kelat on kierretty samaan suuntaan.

Varmista, että käämityksesi ei ole päällekkäin tai päällekkäin voi aiheuttaa oikosulun toissijaisessa käämityksessä.

Rullan käämitys voi aiheuttaa transistorin pohjaan tai mosfetin porttiin sidotun toissijaisen palautteen väärän napaisuuden ja tämä voi estää piirin värähtelyn.

Käämien kierre vaikuttaa ensisijaisten käämien positiivisiin ja negatiivisiin johtimiin. Käytä oikeanpuoleista sääntöä ensisijaisessa kelassa. Varmista, että ensiökäämin pohjoisnapa osoittaa toissijaisen kelan yläosaa kohti.

Ensisijaisen kelan ristijohdotus voi aiheuttaa transistorin pohjaan tai mosfetin porttiin sidotun toissijaisen palautteen väärän napaisuuden ja tämä voi estää piirin värähtelyn.

Niin kauan kuin kelat on kierretty samaan suuntaan; ensisijaisen kelan ristikytkentöjen värähtelyn epäonnistuminen on helppo korjata suurimman osan ajasta, käännä vain ensisijaisen kelan johdot.

Vaihe 4: Solid State Tesla -kelan toiminta

Perus -SSD -Tesla -kelassa voi olla vain viisi osaa.

Virtalähde; tässä kaaviossa akku.

Vastus; transistorista riippuen 1/4 wattia 10 kΩ ja enemmän.

NPN -transistori, jossa on jäähdytyselementti, näiden piirien transistorilla on taipumus kuumentua.

2 tai useamman kierroksen ensiökela on kierretty samaan suuntaan kuin toisiokäämi.

Toissijainen käämi, joka on enintään 1 000 kierrosta tai enemmän 41 AWG, käämitään samaan suuntaan kuin ensisijainen.

Vaihe 1. Kun virtalähde syötetään ensimmäistä kertaa kiinteään Tesla -kelaan, piirin transistori on auki tai pois päältä. Virta kulkee vastuksen läpi transistorikannalle, joka sulkee transistorin ja kytkee sen päälle, jolloin virta pääsee virtaamaan ensisijaisen kelan läpi. Nykyinen muutos ei ole hetkellinen, kestää hetken ennen kuin virta siirtyy nollasta nykyiseen maksimivirtaan, tätä kutsutaan nousuaikaksi.

Vaihe 2. Samaan aikaan kelan magneettikenttä siirtyy nollasta johonkin kentänvoimakkuuteen. Vaikka magneettikenttä kasvaa ensiökelassa, toisiokäämi vastustaa muutosta, joka luo vastakkaisen magneettikentän ja vastakkaisen virran toisiokäämiin.

Vaihe 3. Toissijainen kela on sidottu transistorin pohjaan, joten toissijaisen kelan virta (Feedback) vetää virran pois transistorin kannasta. Tämä avaa transistorin, joka sammuttaa virran ensiökäämille. Kuten nousuaika, nykyinen muutos ei ole hetkellinen. Virran ja magneettikentän siirtyminen maxista nollaan kestää lyhyen ajan, tätä kutsutaan pudotusaikaksi.

Sitten takaisin vaiheeseen 1.

Tämäntyyppistä piiriä kutsutaan itsesäätyväksi värähteleväksi piiriksi tai resonanssioskillaattoriksi. Tämän tyyppisiä oskillaattoreita rajoittavat taajuuden piirin ja transistorin tai mosfetin viiveajat. (Nousuajan laskuaika ja tasangon aika)

Vaihe 5: Tehokkuus

Tämä piiri ei ole kovin tehokas, sillä se tuottaa neliöaaltoa, ensisijainen kela tuottaa vain virran toisiokäämissä magneettikenttien aikana, jotka siirtyvät nollasta kentänvoimakkuudesta täyteen kenttävoimakkuuteen ja takaisin nollan kentänvoimakkuuteen, jota kutsutaan nousuaikaksi ja syksyn aika. Nousuajan ja laskuajan välillä on tasanko, jossa transistori on kiinni tai päällä ja transistori auki tai pois päältä. Kun transistori on pois päältä, tasangolla ei käytetä virtaa, mutta kun transistori on tasangolla, se käyttää ja tuhlaa virtaa transistorin lämmittämiseen.

Voit käyttää nopeinta kytkettävää transistoria. Korkeammilla taajuuksilla magneettikenttä voi siirtyä enemmän kuin tasoittaa, mikä tekee Tesla -kelasta tehokkaamman. Tämä ei kuitenkaan estä transistoria lämpenemästä.

Lisäämällä 3 voltin LED transistoripohjaan se pidentää nousu- ja laskuaikoja, jolloin transistorit toimivat enemmän kolmioaaltoina kuin neliöaaltoina.

On kaksi muuta asiaa, joita voit tehdä estääksesi transistorin ylikuumenemisen. Voit käyttää ylimääräistä lämpöä jäähdytyselementillä. Voit käyttää suuritehoista transistoria, jotta transistori ei ylikuormitu.

Vaihe 6: Mini Tesla -kela

Sain tämän 12 voltin Mini Tesla -kelan verkkokaupasta.

Paketti sisältää:

1 x PVC -levy

1 x monoliittinen kondensaattori 1nF

1 x 10 kΩ vastus

1 x 1 kΩ vastus

1 x 12V pistorasia

1 x jäähdytyselementti

1 x transistori BD243C

1 x toisiokäämi 333 kierrosta

1 x kiinnitysruuvi

2 x LED

1 x neonlamppu

Paketti ei sisällä:

12 voltin virtalähde SMP -syöttö, jota käytin, oli 12 voltin 4 ampeeria.

Torus

Liimaa toisiokäämin asentamiseen.

Lämpösilikonirasva transistorin kiinnittämiseksi jäähdytyselementtiin.

Juottaa

Vaihe 7: Testaus

Mini Tesla -kelan kokoamisen jälkeen testasin sitä neonlampulla, CFL: llä (kompakti loisteputki) ja loisteputkella. Arkki oli pieni ja niin kauan kuin laitoin sen 1/4 tuuman sisään, se sytyttää kaiken, mitä kokeilin.

Transistori kuumenee hyvin, joten älä koske jäähdytyselementtiin. 12 voltin Tesla -kelan ei pitäisi tehdä 65 watin transistorista kovin kuumaa, ellet lähesty transistorien maksimiparametreja.

Vaihe 8: Virrankäyttö

BD243C -transistori on NPN, 65 watin 100 voltin 6 ampeerin 3 MHz: n transistori, 12 voltin jännitteellä se ei saa vetää enempää kuin 5,4 ampeeria ja enintään 65 wattia.

Kun tarkistin virran käynnistyksen yhteydessä, se oli 1 ampeeria, minuutin käynnin jälkeen virta laski 0,75 ampeeriin. 12 voltin jännite, joka tekee tehosta 9-12 wattia, paljon alle 65 watin transistorin.

Kun tarkistin transistorien nousu- ja laskuajat, saan kolmion aallon, joka on lähes aina liikkeessä, mikä tekee siitä erittäin tehokkaan piirin.

Vaihe 9: Ylikuorma

Suurimmat kuormat antavat varauksen kertyä sen sijaan, että vain vuotaisivat ilmaa, jolloin saat enemmän tehoa.

Ilman yläkuormaa varaukset kerääntyvät langan teräviin kärkiin ja vuotavat ilmaan.

Parhaat yläkuormat ovat pyöreitä kuin Torus tai pallot, joten varauksesta ilmaan ei tule pisteitä.

Tein ylimmän kuormani pallosta, jonka pelasin hiirestä ja peitin sen alumiinifoliolla, se ei ollut täysin sileä, mutta se toimi hyvin. Nyt voin sytyttää CFL: n jopa tuuman päässä.