Катушка Тесла своими руками

Катушка Тесла теория работы

Катушка Тесла это высокочастотный резонансный трансформатор без ферромагнитного сердечника, с помощью него получают высокое напряжение на вторичной обмотке. Под действием которого в воздушной среде начинается электрический пробой, подобно разряду молнии. В этом цикле развития цивилизации устройство было анонсировано Николой Теслой, поэтому и носит его имя.

По типу коммутирующего элемента в первичном контуре, катушки Тесла бывают ламповые (VTTC – Vacuum tube Tesla coil), искровые (SGTC – Spark gap Tesla coil) и транзисторные (SSTC – Solid state Tesla coil, DRSSTC – Dual resonant solid state Tesla coil). В рамках нашей статьи рассматрим только искровые катушки, т.к они самые простые и распространенные. По способу заряда контурной емкости, искровые катушки бывают: DCSGTC – Spark gap Tesla coil и ACSGTC – Spark gap Tesla coil. В последнем случае, заряд конденсатора идет переменным напряжением, а в первом осуществляется резонансный заряд с подведением постоянного напряжения.

Катушка Тесла состоит из двух обмоток и тора. Вторичная обмотка цилиндрическая, намотана на диэлектрическую трубку медным обмоточным проводом, в один слой виток к витку, и содержит 500-1500 витков. Оптимальное соотношение диаметра и длины обмотки 1:3,5 – 1:6. Для увеличения электрической прочности, обмотку следует покрыть эпоксидным клеем или лаком. Размеры вторичной обмотки задают исходя из мощности блока питания, то есть высоковольтного трансформатора. Определив диаметр обмотки, из оптимального соотношения находят длину. Далее вычисляют диаметр обмоточного провода, так чтобы количество витков было примерно равно общепринятому значению. В роли диэлектрической трубы, для конструкции катушки Тесла своими руками отлично подойдут канализационные пластиковые трубы.

На верхний конец трубы вторичной обмотки устанавливают полый проводящий тор, сделанный из алюминиевой гофрированной трубы для отвода горячих газов. Диаметр трубы подбирают так, чтобы он был равен диаметру вторичной обмотки. Диаметр тора о- 0,5-0,9 от длины вторичной обмотки. Тор обладает некоторой электрической емкостью, которая зависит от его размеров, и выполняет функцию конденсатора.

Первичная обмотка расположена у нижнего основания вторичной, и имеет коническую или спиральную плоскую форму. Она содержит 5-20 витков толстого медного провода. В обмотке катушки протекают высокочастотные токи, вследствие чего скин-эффект может оказывает значительное влияние. Из-за высокой частоты ток распределяется в основном на поверхностном слое, тем самым снижается эффективная площадь поперечного сечения проводника, что приводит к увеличению активного сопротивления и снижению амплитуды электромагнитных колебаний. Поэтому отличным вариантом для изготовления первички будет полая медная труб. Над первичной обмоткой по внешнему диаметру также рекомендуется устанавить незамкнутое защитное кольцо (Strike Ring) из того же проводника. Кольцо защитит от попадания разрядов в первичку. Разрыв нужен для исключения прохождения тока по кольцу, иначе магнитное поле, первичной и вторичной обмотки ослабнет. От защитного кольца, в принципе можно и полностью отказаться, если заземлить один конец первички.

Коэффициент связи обоих обмоток зависит от их расположения, чем они ближе друг к другу, тем выше коэффициент. Для искровых вариантов значение коэффициента K=0,1-0,3. От него зависит уровень высокого на вторичке, чем больше коэффициент связи, тем выше. Но увеличивать коэффициент связи выше допустимой нормы не советую, так как между обмотками начнут идти высоковольтные разряды, способные повредить вторичную обмотку.

На схеме ниже представлен искровй вариант катушки Тесла.

Принцип действия этой схемы основан на явлении резонанса двух индуктивно связанных колебательных контуров. Первичный колебательный контур атушки Тесла состоит из емкости С1, первички L1, и коммутируется разрядником, в результате чего образуется замкнутый контур. Вторичный контур образован вторичкой L2 и конденсатором С2 (В роли которого используется тор обладающий некоторой емкостью), нижний конец обмотки по схеме заземлен. При совпадении собственной частоты первичного колебательного контура с частотой вторичного, начинается резкое возрастание амплитуды тока и напряжения на выходе схемы. При достаточном уровне высокого идет электрический пробой воздуха по типу разряда, идущего из тора. Ток вторичного контура течет по вторичке L2 и емкости тора С2, далее распространяясь по воздуху и уходит в землю: земля-обмотка-тор-разряд-земля. При большом сопротивлении заземления разряды, идущие из тора будут бить по вторичной обмотке катушки Тесла, что совсем не есть гуд.

Классическая схема SGTC катушки Тесла своими руками

Батарея емкостей MMC собрана из конденсаторов типа К78-2, суммарная емкость такой конденсаторной батареи от 40 до 100 нФ.

Первичная обмотка содержит 4-10 витков медного провода или медной трубки большого сечения. Первичную катушку можно изготовить цилиндрической, конической или вертикальной. Емкость и первичная обмотка образуют стандартный последовательный колебательный контур (КК).

Вторичная обмотка состоит из 400 - 1000 витков более тонкого медного провода. Один конец катушки требуется заземлить, а другой подсоединяем к тору. Тор сделан из типовой строительной вентиляционной гофры. Он выполняет функцию конденсатора и вместе с катушкой образует второй КК. Для лучшего эффекта требуется стремится к тому, чтобы частота резонанса второго КК совпадала с частотой первого КК. Только при выполнении этого требования получится максимальная длина разрядов. Подбор резонансной частоты первичного КК происходит при помощи регулировки номинала емкостей батареи MMC.

На вход схемы требуется подать уже высокое напряжение около 2-3 кВ, для этих целей отлично подходит любой мощный МОТ трансформатор из старой микроволновки. Два дросселя и входной конденсатор составляют фильтр. Проходящий ток заряжает емкости до тех пор, пока в разряднике не произойдет разряд, в этот момент во втором КК генерируется большой ток достаточный для образования во вторичной обмотке разряда - стримера.

С МОТ трансформатора напряжение следует через фильтр ВЧ собранный из двух катушек и емкости идет на вход первого КК. Этот фильтр можно исключить, ТТ будет нормально работать и без него.

Минусом данной конструкции является то, что она не дает возможность регулировать и экспериментировать с различными частотами. Т.к частота разряда стримера зависит от того как часто проскочит искра в разряднике. Отрегулировать частоту можно только изменяя зазор между электродами разрядника либо регулируя емкость батареи, а менять эти параметры в процессе работы очень опасно (долбанет так, что мало не будет, не стоит испытывать ваше сердце на прочность).

Катушка Тесла своими руками на ШИМ контролере UC3845

В начале сигнал от UC3845 усиливается комплементарной парой, которая построена на биполярных транзисторах КТ 816/817, это требуется для того, чтобы начального уровня сигнала хватало для срабатывания полевых транзисторов IRL3705, на последних, рассеивается достаточно большая мощность, поэтому их желательно укрепить на радиаторы и дополнить кулерами от компьютерных БП. Частота работы преобразователя 60 кГц, ее можно регулировать изменяя емкостью конденсатора 4.7нФ или подбором резистора 6.8 кОм.

В роли повышающего трансформатора используется строчный трансформатор от старого телевизора, а для получения максимального уровня мощности можно использовать два строчника, высоковольтные обмотки которых, соединяем последовательно.

Первичная обмотка наматывается на свободной стороне П-образного ферритового сердечника и состоит из 4-5 витков провода диаметром 3 мм, для простоты намотки можно взять несколько жил, или многожильный провод в резиновой изоляции. Использовать самодельные трансформаторы не рекомендуется, т.к они редко могут выдержать эту мощность. Дуга на выходе ВВ обмотки трансформатора имеет большое значение силы тока, поэтому для его выпрямления применяются четыре диода КЦ106.

Предварительно, диоды по две штуки соединены параллельно, затем их блоки из двух параллельно соединенных компонентов, включены последовательно.

В накопительной части применен конденсатор на пять киловольт с номиналом 1 мкф, можно взять также блок емкостей.

Искровой разрядник - необходим для разряжения емкости на первичную обмотку катушки, его можно сделать своими руками из двух болтов, но так, чтобы зазор, а поэтому и частоту разрядов можно изменять.

Катушка наматывается на каркасе от типовой канализационной трубы диаметром 12 см, высотой 50 - 65 см , подойдут и другие похожие по размерам пластмассовые трубы. Не применяйте трубы из металлопластика. Первичная обмотка имеет 5 витков алюминиевого одножильного провода в резиновой изоляции, диаметром 3-5 мм.

Вторичная обмотка имеет 700-900 витков медного провода, диаметром 0.5-0.7 мм. Вторичная обмотка мотается очень аккуратно, виток к витку. Последний виток, необходимо приклеить к каркасу.