O que é o Tesla Transformer

Hoje, o transformador Tesla é chamado de transformador ressonante de alta frequência e alta frequência e, na rede, você encontra muitos exemplos de implementações vívidas desse dispositivo incomum. Uma bobina sem núcleo ferromagnético, que consiste em muitas voltas de um fio fino, coroado com um toro, emite um raio real, impressionando os espectadores espantados. Mas todos se lembram de como e por que esse dispositivo incrível foi criado originalmente?

A história desta invenção começa no final do século 19, quando um brilhante cientista experimental Nikola Teslaenquanto trabalhava nos EUA, ele apenas se propôs a aprender a transmitir energia elétrica por longas distâncias sem fios.

Dificilmente é possível identificar o ano específico em que essa idéia chegou ao cientista, com certeza, mas sabe-se que em 20 de maio de 1891, Nikola Tesla deu uma palestra detalhada na Universidade de Columbia, onde apresentou suas idéias à equipe do Instituto Americano de Engenheiros Elétricos e ilustrou mostrando experimentos visuais.

O objetivo das primeiras demonstrações foi mostrar uma nova maneira de obter luz usando correntes de alta frequência e alta tensão para isso, e também revelar os recursos dessas correntes. Para ser sincero, observamos que as modernas lâmpadas fluorescentes economizadoras de energia funcionam segundo o princípio proposto para a luz de Tesla.

Teoria final sobre exatamente transmissão de energia elétrica sem fio apareceu gradualmente, o cientista passou vários anos pensando em sua tecnologia, experimentando muito e meticulosamente aprimorando cada elemento do circuito, desenvolveu disjuntores, inventou capacitores resistentes de alta tensão, inventou e modificou controladores de circuito, mas não conseguiu dar vida a seu plano na escala em que ele queria.

No entanto, a teoria chegou até nós. Diários, artigos, patentes e palestras de Nikola Tesla estão disponíveis, nos quais você pode encontrar os detalhes iniciais sobre essa tecnologia. O princípio de operação de um transformador ressonante pode ser encontrado lendo, por exemplo, as patentes de Nikola Tesla nº 787412 ou nº 649621, já disponíveis hoje na rede.

Se você tentar entender brevemente como o transformador Tesla funciona, considere sua estrutura e princípio de operação, então não há nada complicado.

O enrolamento secundário do transformador é feito de fio isolado (por exemplo, a partir de um fio de esmalte), que é colocado redondo a redondo em uma única camada em uma estrutura cilíndrica oca, a proporção da altura da estrutura em relação ao seu diâmetro é geralmente de 6 a 1 a 4 para 1.

Após o enrolamento, o enrolamento secundário é revestido com resina epóxi ou verniz. O enrolamento primário é feito de um fio de seção transversal relativamente grande, geralmente contém de 2 a 10 voltas e se encaixa na forma de uma espiral plana, ou é enrolado como um secundário - em uma estrutura cilíndrica com um diâmetro ligeiramente maior que o do secundário.

A altura do enrolamento primário, em regra, não excede 1/5 da altura do secundário. Um toróide é conectado ao terminal superior do enrolamento secundário e seu terminal inferior é aterrado. Em seguida, considere tudo com mais detalhes.

Por exemplo: o enrolamento secundário é enrolado em uma estrutura com 110 mm de diâmetro, fio de esmalte PETV-2 com diâmetro de 0,5 mm e contém 1200 voltas, de modo que sua altura é de cerca de 62 cm e o comprimento do fio de cerca de 417 metros. Deixe o enrolamento primário conter 5 voltas de um tubo de cobre grosso, enrolado em um diâmetro de 23 cm e altura de 12 cm.

Em seguida, faça um toróide. Idealmente, sua capacitância deve ser tal que a frequência ressonante do circuito secundário (bobina secundária aterrada juntamente com o toróide e o meio circundante) corresponda ao comprimento do fio do enrolamento secundário, de modo que esse comprimento seja igual a um quarto do comprimento de onda (por exemplo, a frequência é igual a 180 kHz) .

Para um cálculo preciso, um programa especial para o cálculo de bobinas de Tesla, por exemplo, VcTesla ou inca, pode ser útil.Um capacitor de alta tensão é selecionado para o enrolamento primário, cuja capacitância, juntamente com a indutância do enrolamento primário, formaria um circuito oscilatório, cuja frequência natural seria igual à frequência ressonante do circuito secundário. Normalmente, um capacitor próximo da capacidade é obtido e o ajuste é realizado pela seleção de voltas do enrolamento primário.

A essência do transformador Tesla na forma canônica é a seguinte: o capacitor do circuito primário é carregado de uma fonte de alta tensão adequada, depois é conectado pelo interruptor ao enrolamento primário e, portanto, é repetido várias vezes por segundo.

Como resultado de cada ciclo de comutação, ocorrem oscilações amortecidas no circuito primário. Mas a bobina primária é um indutor para o circuito secundário; portanto, as ondas eletromagnéticas são excitadas no circuito secundário, respectivamente.

Como o circuito secundário é sintonizado para ressonância com as oscilações primárias, ocorre uma ressonância de tensão no enrolamento secundário, o que significa que a taxa de transformação (a razão entre as voltas do enrolamento primário e as voltas do enrolamento secundário coberto por ele) também deve ser multiplicada por Q - o fator de qualidade do circuito secundário, depois o valor da relação real tensão no enrolamento secundário para tensão no primário.

E como o comprimento do fio do enrolamento secundário é igual a um quarto do comprimento de onda das oscilações induzidas nele, é no toróide que haverá um antinodo de tensão (e no ponto de aterramento - o antinodo atual), e é aí que a ruptura mais eficaz pode ocorrer.

Circuitos diferentes são usados ​​para alimentar o circuito primário, de um gap estático (SPLO) acionado por MOTs (ILO - um transformador de alta tensão de um forno de microondas) a circuitos de transistor ressonantes em controladores programáveis ​​alimentados por uma tensão de rede retificada, no entanto, a essência disso não muda.

Aqui estão os tipos mais comuns de bobinas de Tesla, dependendo de como você as controla:

SGTC (SSTC, bobina de Tesla com diferença de centelha) - Transformador de Tesla na centelha. Este é um design clássico, um esquema semelhante foi originalmente usado pelo próprio Tesla. Como elemento de comutação, uma centelha é usada aqui. Em construções de baixa potência, o pára-raios é composto por dois pedaços de fio grosso localizados a alguma distância, enquanto em outros mais potentes, são utilizados descarregadores rotativos complexos usando motores. Transformadores desse tipo são feitos se apenas uma flâmula longa for necessária e a eficiência não for importante.

VTTC (WTC, bobina de Tesla de tubo de vácuo) - Transformador de Tesla em uma lâmpada eletrônica. Como elemento de comutação, um poderoso tubo de rádio, por exemplo, GU-81, é usado aqui. Esses transformadores podem operar continuamente e produzir descargas bastante espessas. Esse tipo de energia é mais frequentemente usado para construir bobinas de alta frequência, que, devido à aparência típica de suas serpentinas, são chamadas de “tochas”.

SSTC (SSTC, bobina de Tesla de estado sólido) - Transformador Tesla, no qual os semicondutores são usados ​​como um elemento-chave. Geralmente Transistores IGBT ou MOSFET. Este tipo de transformador pode operar continuamente. A aparência de serpentinas criadas por essa bobina pode ser muito diferente. Esse tipo de transformador Tesla é mais fácil de controlar, por exemplo, você pode tocar música neles.

DRSSTC (DRSTC, bobina de Tesla de estado sólido ressonante duplo) - Transformador de Tesla com dois circuitos ressonantes, aqui, como chaves no SSTC, são usados ​​semicondutores. ДРССТЦ - o tipo mais difícil de transformadores de Tesla no controle e ajuste.

Para obter uma operação mais eficiente e eficaz do transformador Tesla, são usados ​​os esquemas de topologia DRSSTC, quando é alcançada ressonância poderosa no próprio circuito primário e, no secundário, respectivamente, uma imagem mais clara, raios mais longos e mais espessos (serpentinas).

O próprio Tesla tentou da melhor maneira possível alcançar esse modo de operação de seu transformador, e o início dessa ideia pode ser visto na patente n ° 568176, onde são usados ​​reatores de carga, e então Tesla desenvolveu o circuito nesse caminho, ou seja, ele procurou usar o circuito primário da maneira mais eficiente possível, criando ressonância. Você pode ler sobre os experimentos do cientista em seu diário (as anotações do cientista sobre experimentos em Colorado Springs, que ele conduziu de 1899 a 1900, já foram publicadas em formato impresso).

Falando sobre a aplicação prática do transformador Tesla, não se deve limitar-se à admiração pela natureza estética das descargas recebidas e tratar o dispositivo como decorativo. A tensão no enrolamento secundário do transformador pode atingir milhões de volts, o que no final é uma fonte eficaz de voltagem ultra alta.

O próprio Tesla desenvolveu seu sistema para transmitir eletricidade a longas distâncias sem fios, usando a condutividade das camadas de ar superiores da atmosfera. Supunha-se que houvesse um transformador receptor de design semelhante, que reduziria a alta tensão aceita para um valor aceitável para o consumidor. Você pode descobrir isso lendo a patente de Tesla nº 649621.

Destaca-se a natureza da interação do transformador Tesla com o meio ambiente. O circuito secundário é um circuito aberto e o sistema não é isolado termodinamicamente, nem está fechado, é um sistema aberto. A pesquisa moderna nessa direção é conduzida por muitos pesquisadores, e ainda não foi definido um ponto nesse caminho.