Главная » Тесла
Призовой фонд
на январь 2017 г.
1. 5000 руб.
Академия Благородных Металлов
2. 1000 руб.
Radio-Sale
3. Регулируемый паяльник 60 Вт
Паяльник
4. 600 руб.
От пользователей
5. Тестер компонентов LCR-T4
Паяльник

Ламповая катушка Тесла на генераторном пентоде ГУ81М

Трансформатор Тесла

Трансформатор Тесла, также катушка Тесла (англ. Tesla coil) — устройство, изобретённое Николой Тесла и носящее его имя. Является резонансным трансформатором, позволяющим получить сверхвысокое напряжение сверхвысокой частоты. Прибор был заявлен патентом США № 568176 от 22 сентября 1896 года, как "Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала".

Никола Тесла

Описание простейшей конструкции

Простейший трансформатор Тесла состоит из двух катушек — первичной и вторичной, а также разрядника (прерывателя, часто встречается английский вариант (RSG) Rotory Spark Gap), конденсатора, и терминала в качестве которого используется тороид (также тороид служит для увеличения емкости вторичной катушки) (на схеме показан как «выход»).

Простейшая конструкция

Виды разрядников

(RSG) Rotory Spark Gap и Статика
(RSG) Rotory Spark Gap    Статика

Первичная катушка обычно содержит несколько витков провода большого диаметра или медной трубки, а вторичная около 1000 витков провода меньшего диаметра. Первичная катушка может быть плоской (горизонтальной), конической или цилиндрической (вертикальной). В отличие от обычных трансформаторов, здесь нет ферромагнитного сердечника. Таким образом взаимоиндукция между двумя катушками гораздо меньше, чем у трансформаторов с ферромагнитным сердечником. Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур, в который включён нелинейный элемент — разрядник.

Разрядник, в простейшем случае обыкновенный газовый, представляет собой два массивных электрода с регулируемым зазором. Электроды должны быть устойчивы к протеканию больших токов через электрическую дугу между ними и иметь хорошее охлаждение.

Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора главным образом выполняют ёмкость тороида и собственная межвитковая ёмкость самой катушки. Вторичную обмотку часто покрывают слоем эпоксидной смолы или лака для предотвращения электрического пробоя.

Терминал может быть выполнен в виде диска, заточенного штыря или сферы и предназначен для получения предсказуемых искровых разрядов большой длины.

Таким образом, трансформатор Тесла представляет собой два связанных колебательных контура, что и является главным его отличием от обычных трансформаторов. Для полноценной работы трансформатора эти два колебательных контура должны быть настроены на одну резонансную частоту. Обычно в процессе настройки подстраивают первичный контур под частоту вторичного путём изменения ёмкости конденсатора и числа витков первичной обмотки до получения максимального напряжения на выходе трансформатора.

Модификации трансформаторов Тесла

Во всех типах трансформаторов Тесла основной элемент трансформатора - первичный и вторичный контуры – остается неизменным. Однако одна из его частей - генератор высокочастотных колебаний может иметь различную конструкцию.

На данный момент существуют:
SGTC (Spark Gap Tesla Coil) - классическая катушка Тесла - генератор колебаний выполнен на искровом промежутке (разряднике). Для мощных трансформаторов Тесла наряду с обычными разрядниками (статическими) используются более сложные конструкции разрядника.

Например, RSG (от англ. Rotary Spark Gap, можно перевести как роторный/вращающийся искровой промежуток) или статический искровой промежуток с дополнительными дугогасительными устройствами. В конструкции роторного искрового промежутка используется двигатель (обычно это электродвигатель), вращающий диск с электродами, которые приближаются (или просто замыкают) к ответным электродам для замыкания первичного контура. Скорость вращения вала и расположение контактов выбираются исходя из необходимой частоты следования пачек колебаний. Различают синхронные и асинхронные роторные искровые промежутки в зависимости от управления двигателем. Также использование вращающегося искрового промежутка сильно снижает вероятность возникновения паразитной дуги между электродами. Иногда обычный статический разрядник заменяют многоступенчатым статическим разрядником. Для охлаждения разрядников их иногда помещают в жидкие или газообразные диэлектрики (например, в масло). Типовой прием для гашения дуги в статическом разряднике — это продувка электродов мощной струей воздуха. Иногда для защиты конденсатора колебательного контура применяют статический разрядник, чтобы избежать его перенапряжения, также часто применяют ВЧ фильтры они ставятся сразу после питающего трансформатора и позволяют избежать проникновения вч выбросов за пределы колебательного контура

DRSSTC (Dual Resonant Solid State Tesla Coil) - почти то же что и SGTC, только здесь отсутствует разрядник, а для накачки первичного контура используется генератор на полупроводниковых ключах - IGBT транзисторах или тиристорах. Более продвинутый вариант КТ.

VTTC (Vacuum Tube Tesla Coil) (рус. ЛКТ) - ламповая катушка Тесла. В ней в качестве генератора ВЧ колебаний используются электронные лампы. Обычно это мощные генераторные лампы, такие как ГУ-81, однако встречаются и маломощные конструкции. Одна из особенностей - отсутствие необходимости в высоком напряжении. Для получения сравнительно небольших разрядов достаточно 300-600 Вольт. Также VTTC практически не издает шума, появляющегося при работе катушки Тесла на искровом промежутке. На ней я и остановился.

SSTC (Solid State Tesla Coil) - генератор выполнен на полупроводниках. Самая сложная из всех конструкций. Она включает в себя задающий генератор (с регулируемой частотой, формой, длительностью импульсов) и силовые ключи (мощные полевые MOSFET транзисторы). Однако данный вид катушек Тесла является самым интересным по нескольким причинам: изменяя тип сигнала на ключах, можно кардинально изменять внешний вид разряда. Также ВЧ сигнал генератора можно промоделировать звуковым сигналом, например музыкой - звук будет исходить из самого разряда. Впрочем, аудио модуляция возможна (с небольшими доработками) и в VTTC. К прочим достоинствам можно отнести те же низкое питающее напряжение и отсутствие шума при работе.

В аббревиатурах названий катушек Тесла, питаемых постоянным током, часто присутствуют буквы DC, например DCSGTC.

В отдельную категорию также относят магниферные катушки Тесла.

Схема

Схема

Устройство представляет собой мощный высокочастотный автогенератор, выполненный на мощном прямонакальном пентоде ГУ-81М, колебательный контур которого индуктивно связан с вторичным контуром, настроенным в резонанс. Конденсатор С2 задаёт частоту генерации. При данном значении, частота составляет около 400 кГц. Этот конденсатор должен быть высокочастотным керамическим (КВИ-2, КВИ-3,ТГК-У-3, К15У-1(2,3), другие типы не подойдут! Рабочее напряжение конденсатора должно быть не менее 10 кВ, но лучше всего ставить К15У на большие КВАРы (Кило Вольт Ампер Реактивной мощности).

В качестве анодного трансформатора используется МОТ

Современный МОТ
Современный МОТ

Советские МОТ
Советские МОТ

МОТ Microwave Oven Tranformer
Современный

Современные МОТ

Работает в режиме «насыщения» магнитопровода, но при том имеет меньшие габариты, но сильно греется, и работать без принудительного охлаждения может только очень короткое время.

Выходное напряжение MOTа составляет 2кВ (а пиковое 2.8кВ). Такие трансформаторы выпускаются на мощность от 500 до 2000Вт. Кроме первичной и высоковольтной вторичной обмотки, в моте присутствует накальная обмотка. Эта обмотка обычно выдает напряжение 3В и ток 10 ампер. Моты имеют шунты, металлические прямоугольные вставки между вторичной и первичной обмотками которые замыкают часть магнитного потока на себя, тем самым ограничивают ток через обмотки, не давая ему быстро перегреться, если его удалить, то мощность значительно возрастёт, но возрастёт и нагрев.

Советский

Советские МОТ

От этих недостатков свободен так называемый совмот (Советский МОТ). Как следует из названия, это трансформатор из микроволновок Советского (или Российского) производства. Совмоты рассчитаны на работу без принудительного охлаждения.

СОВМОТ также имеет шунты, и мощность, от полу (маленький квадратный, до 4 (с радиаторами) киловатт, выходное напряжение 2100-4 киловольта (тысячи вольт), и ток в районе полутора ампер, МОТ опасен, для примера привожу дуговой разряд с 2Х киловаттного МОТа

Контуры

Контуры

Первичная обмотка L1 наматывается первой и находится внизу. Она содержит 35 витков медного провода диаметром 1-1,5 мм и наматывается виток к витку. Обмотка L2 обратной связи наматывается выше на расстоянии от первички не менее 2 см, во избежание пробоя, и содержит 22 витка 0,5 мм провода, намотка также виток к витку. Вторичка L3 намотана на трубе диаметром 7.5см и высотой 45 см проводом 0.4мм. Наверху вторички необходимо установить разрядный терминал в виде металлического штыря.

Генераторный пентод ГУ-81М

ГУ-81М

Предназначен для работы в режимах автогенерации и усиления мощности радиотехнических устройств.

Общие сведения:
Катод - вольфрамовый торированый, карбидированный прямого накала.
Оформление - стеклянное с цоколем.
Высота не более 260 мм.
Диаметр не более 202 мм.
Масса не более 1 кг.

Максимальные предельно допустимые эксплуатационные данные:
Напряжение накала 11,6-13,4В
Напряжение анода на длине волны, В
- на частоте не более 6 МГц   3В
- на частоте не более 24 МГц  2,5В
- на частоте не более 50 МГц  1,5В
Напряжение второй сетки, В: 600

Ток, А
-анода (среднее значение)   0,6А
- первой сетки (среднее значение)   0,02А
- второй сетки (среднее значение)   0,2А

Рассеиваемая мощность, Вт:
- анодом 450
- анодом кратковременно 600
- второй сеткой 120
- первой сеткой 10

Температура оболочки, °С 350

Сборка конденсаторов контурного, ОС, шифтёра, составного диода

Сборка конденсаторов

Составной диод состоит из соединённых последовательно-параллельно диодных столбов КЦ201А на 2КВ 1А , в результате мы имеем составной диодный столб на 6КВ 2А, конденсаторы шифтёра (однополупериодного удвоителя состоит из 2х конденсаторов 3КВ 1МФ соединённых параллельно в результате мы имеем конденсатор на 3кв, 2МФ, контурный конденсатор состоит из конденсаторов К15У-1 на 12 КВ 750ПФ, ВЧ конденсатор ОС (гридлика) из К15У-1 на 4кв 5НФ. В колебательный контур лучше подходят К15У…. из за их большой КВАР(Кило Вольт Ампер Реактивной мощности)

Результаты с первой схемы

Результаты с первой схемы

Результаты с первой схемы

Добавил параллельный гридлик

Добавил параллельный гридлик

Измененная схема

Измененная схема

Во время изготовления и пробных пусков я понял, что старая схема – никуда не годится и она претерпела несколько существенных изменений.

1-ое триодное включение (все 3 сетки лампы соединены параллельно)
2-ое параллельный гридлик
3-тье добавлены ВЧ фильтры после шифтёра, состоящий из конденсаторов - С5, С6 и дросселей – L5 и L6, который защищает МОТ, и диод шифтёра от ВЧ выбросов

Новая конструкция

Новая конструкция

После более близкого приближения резонанса, сгорело половина схемы, (диодная сборка, первичный контур, резистор гридлика) после чего, катушка была собрана по новой схеме.

Шифтёр - 3 конденсатора по 3КВ 1МФ соединённые параллельно (3кв 3МФ) диод состоит из 6-ти диодов Д1006 каждый на 12КВ 250МА каждый, (1.5А 12КВ).

Дросселя и конденсаторы (сероватые диски) защищают питание от высокочастотных выбросов.

Результаты с новой схемы

Результаты с новой схемы

Работа катушки по новой схеме меня обрадовала, при грубой настройке резонанса, разряды стали до 30см (если считать 1см=10кВ, то довольно таки неплохо), но цель 70-80см.

Результаты с новой схемы

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
Схема №1
VL1 РадиолампаГУ-81М1 Поиск в FivelВ блокнот
VD1 Диод
КЦ201А
6 Составной диодПоиск в FivelВ блокнот
С1 Конденсатор1 мкФ 3 кВ2 Составной конденсаторПоиск в FivelВ блокнот
С2 Конденсатор1000 пФ 10 кВ1 КВИ-2, КВИ-3, ТГК-У-3, К15У-1(2.3)Поиск в FivelВ блокнот
С3 Конденсатор0.01 мкФ1 Поиск в FivelВ блокнот
R1 Резистор
440 Ом
1 Поиск в FivelВ блокнот
Т1 Трансформатор МОТ220 В / 2 кВ1 Поиск в FivelВ блокнот
Т2 Трансформатор накала220 В / 12 В1 Поиск в FivelВ блокнот
L1, L2, L3 Катушка Тесла1 Изготавливается самостоятельноПоиск в FivelВ блокнот
Схема №2. (Измененная схема)
РадиолампаГУ-81М1 Поиск в FivelВ блокнот
D1 Диод
Д1006
6 Составной диодПоиск в FivelВ блокнот
С1 Конденсатор0.0141 мкФ1 Поиск в FivelВ блокнот
С2 Конденсатор0.01 мкФ1 Поиск в FivelВ блокнот
С3 Конденсатор1000 пФ 10 кВ1 Поиск в FivelВ блокнот
С4 Конденсатор4 мкФ1 Поиск в FivelВ блокнот
С5, С6 Конденсатор3300 пФ2 КВИ-3Поиск в FivelВ блокнот
L1 Катушка индуктивности1 211 витков на феррите строчникаПоиск в FivelВ блокнот
L2, L3, L4 Катушка Тесла1 Поиск в FivelВ блокнот
L5, L6 Катушка индуктивности2 25 витков на половине феррита от строчникаПоиск в FivelВ блокнот
Tr1 Трансформатор МОТ220 В / 2 кВ1 Поиск в FivelВ блокнот
Tr2 Трансформатор накала220 / 12 В1 Поиск в FivelВ блокнот
S1, S2 Выключатель питания2 Поиск в FivelВ блокнот
Вариант Гридлика
РадиолампаГУ-81М1 Поиск в FivelВ блокнот
С6 Конденсатор0.0141 мкФ1 Поиск в FivelВ блокнот
С7 Конденсатор0.01 мкФ1 Поиск в FivelВ блокнот
L6 Катушка индуктивности1 14 витковПоиск в FivelВ блокнот
Лампа накалывания220 В 100 Вт2 Поиск в FivelВ блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Теги:

Удовенко А. Опубликована: 2011 г. 0 0
Я собрал 0 0
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 0 Проголосовало: 0 чел.

Комментарии (11) | Я собрал (0) | Подписаться

0
Олег #
Какая частота тока на L3?
Ответить
0
Антон #
У Тесла на ГУ-81 первая сетка подключается к катоду. Можно ли через трансформаторную связь подать модулирующее напряжение? Получится ли поющая катушка?
Ответить
0
Егор #
Имеет ли значение мощность R1 и напряжение и тип С3 в первой схеме. Если да, то какими они должны быть?
Ответить
0
Сергей #
Создаёт ли трансформатор Теслы радиопомехи при испускании искровых разрядов? Если создаёт, то насколько сильные эти помехи?
Ответить
0
Артем #
Создает. Сильные.
Ответить
0
Влад #
А где можно достать эту лампу?
Ответить
0
Владислав #
Буду собирать на ГУ50 так как она стоит 300р, а ГУ81 4000р.
Ответить
0
Саня #
Подойдут ли лампы поменьше (от старого телевизора)? Если да, то какие именно и желательно схему подключения
Ответить
0
Олег #
Можно. 6п45с, 6п36с. Естественно поменяв цоколёвку и питать не с МОТа как тут ибо спалишь нафиг, а через сетевой удвоитель.
Ответить
0
Саня #
Удвоитель имеется ввиду умножитель на 2 кондера?
Ответить
0
Олег #
Да
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется напряжение?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Катушка Тесла
Катушка Тесла
Мини гравер 125 Ватт Ручной фен 450 Вт с регулировкой температуры
вверх