ترانسفورماتور Tesla (اصل عملکرد دستگاه بعداً مورد بحث قرار خواهد گرفت) در سال 1896 در 22 سپتامبر ثبت اختراع شد. این دستگاه به عنوان دستگاهی ارائه شد که جریان های الکتریکی با پتانسیل و فرکانس بالا تولید می کند. این وسیله توسط نیکولا تسلا اختراع شد و به نام او نامگذاری شد. بیایید این دستگاه را با جزئیات بیشتری در نظر بگیریم.
ترانسفورماتور تسلا: اصل کار
ماهیت عملکرد دستگاه را می توان با مثال تاب معروف توضیح داد. هنگامی که آنها تحت شرایط نوسانات اجباری نوسان می کنند، دامنه، که حداکثر خواهد بود، متناسب با نیروی اعمال شده خواهد شد. هنگام چرخش در حالت آزاد، حداکثر دامنه با همان تلاش چندین برابر افزایش می یابد. این ماهیت ترانسفورماتور تسلا است. یک مدار ثانویه نوسانی به عنوان یک نوسان در دستگاه استفاده می شود. مولد نقش تلاش اعمال شده را ایفا می کند. با قوام آنها (فشار در دوره های زمانی کاملاً ضروری)، یک نوسانگر اصلی یا یک مدار اولیه (مطابق با دستگاه) ارائه می شود.
شرح
یک ترانسفورماتور ساده تسلا شامل دو سیم پیچ است. یکی اولیه است، دیگری ثانویه. همچنین، ترانسفورماتور رزونانس تسلا از یک توری تشکیل شده است (همیشه استفاده نمی شود)،خازن، برقگیر. آخرین - قطع کننده - در نسخه انگلیسی Spark Gap یافت می شود. ترانسفورماتور تسلا همچنین دارای یک ترمینال "خروجی" است.
کویل
اصلی معمولاً حاوی یک سیم با قطر بزرگ یا یک لوله مسی با چندین چرخش است. سیم پیچ ثانویه یک کابل کوچکتر دارد. پیچ های آن حدود 1000 است. سیم پیچ اولیه می تواند شکل صاف (افقی)، مخروطی یا استوانه ای (عمودی) داشته باشد. در اینجا، بر خلاف یک ترانسفورماتور معمولی، هسته فرومغناطیسی وجود ندارد. به همین دلیل، اندوکتانس متقابل بین سیم پیچ ها به طور قابل توجهی کاهش می یابد. همراه با خازن، عنصر اولیه یک مدار نوسانی را تشکیل می دهد. این شامل یک شکاف جرقه - یک عنصر غیر خطی است.
سیم پیچ ثانویه نیز یک مدار نوسانی را تشکیل می دهد. خازن حلقوی و سیم پیچ خودش (اینترتورن) به عنوان خازن عمل می کند. سیم پیچ ثانویه اغلب با لایه ای از لاک یا اپوکسی پوشانده می شود. این کار برای جلوگیری از خرابی الکتریکی انجام می شود.
تخلیه کننده
مدار ترانسفورماتور تسلا شامل دو الکترود عظیم است. این عناصر باید در برابر جریان های زیاد که از یک قوس الکتریکی عبور می کند مقاوم باشند. فاصله قابل تنظیم و خنک کننده خوب ضروری است.
ترمینال
این المان را می توان در ترانسفورماتور رزونانس تسلا در طرح های مختلف نصب کرد. ترمینال ممکن است یک کره، یک پین تیز شده یا یک دیسک باشد. این برای تولید تخلیه جرقه قابل پیش بینی با حجم زیاد طراحی شده استطول بنابراین، دو مدار نوسانی متصل یک ترانسفورماتور تسلا را تشکیل می‌دهند.
انرژی حاصل از اتر یکی از اهداف عملکرد دستگاه است. مخترع این دستگاه به دنبال دستیابی به عدد موج Z 377 اهم بود. او کویل هایی با اندازه های بزرگتر می ساخت. عملکرد عادی (کامل) ترانسفورماتور تسلا زمانی تضمین می شود که هر دو مدار روی یک فرکانس تنظیم شوند. به عنوان یک قاعده، در فرآیند تنظیم، اولیه به ثانویه تنظیم می شود. این با تغییر ظرفیت خازن به دست می آید. تعداد چرخش ها در سیم پیچ اولیه نیز تغییر می کند تا زمانی که حداکثر ولتاژ در خروجی ظاهر شود.
در آینده، قرار است یک ترانسفورماتور ساده تسلا ایجاد شود. انرژی حاصل از اتر برای بشریت به طور کامل کار خواهد کرد.
اقدام
ترانسفورماتور تسلا در حالت پالس کار می کند. فاز اول شارژ خازن تا ولتاژ شکست عنصر تخلیه است. دومین مورد، تولید نوسانات با فرکانس بالا در مدار اولیه است. یک شکاف جرقه ای که به صورت موازی متصل است، ترانسفورماتور (منبع برق) را می بندد و آن را از مدار خارج می کند. در غیر این صورت ضررهای خاصی خواهد داشت. این به نوبه خود باعث کاهش ضریب کیفیت مدار اولیه می شود. همانطور که تمرین نشان می دهد، چنین تاثیری به طور قابل توجهی طول تخلیه را کاهش می دهد. در این راستا، در یک مدار خوش ساخت، برقگیر همیشه به موازات منبع قرار می گیرد.
شارژ
توسط یک منبع ولتاژ بالا خارجی مبتنی بر ترانسفورماتور افزایش دهنده فرکانس پایین تولید می شود.ظرفیت خازن به گونه ای انتخاب می شود که مدار خاصی را همراه با سلف تشکیل دهد. فرکانس تشدید آن باید برابر با مدار ولتاژ بالا باشد.
در عمل، همه چیز تا حدودی متفاوت است. هنگامی که محاسبه ترانسفورماتور تسلا انجام می شود، انرژی که برای پمپ کردن مدار دوم استفاده می شود در نظر گرفته نمی شود. ولتاژ شارژ توسط ولتاژ در هنگام خرابی برقگیر محدود می شود. (اگر عنصر هوا باشد) قابل تنظیم است. ولتاژ شکست با تغییر شکل یا فاصله بین الکترودها اصلاح می شود. به عنوان یک قاعده، نشانگر در محدوده 2-20 کیلو ولت است. علامت ولتاژ نباید خازن را بیش از حد "کوتاه" کند که مدام در حال تغییر علامت است.
نسل
پس از رسیدن به ولتاژ شکست بین الکترودها، یک گاز بهمن مانند الکتریکی در شکاف جرقه ایجاد می شود. خازن روی سیم پیچ تخلیه می شود. پس از آن، ولتاژ شکست به دلیل یون های باقی مانده در گاز (حامل شارژ) به شدت کاهش می یابد. در نتیجه مدار مدار نوسان متشکل از یک خازن و یک سیم پیچ اولیه از طریق شکاف جرقه بسته می ماند. ارتعاشات با فرکانس بالا ایجاد می کند. آنها به تدریج محو می شوند، عمدتاً به دلیل تلفات در برقگیر و همچنین فرار انرژی الکترومغناطیسی به سیم پیچ ثانویه. با این وجود، نوسانات ادامه می یابد تا زمانی که جریان تعداد کافی حامل بار ایجاد کند تا ولتاژ شکست به طور قابل توجهی کمتر از دامنه نوسانات مدار LC در شکاف جرقه حفظ شود. در مدار ثانویهرزونانس ظاهر می شود این منجر به ولتاژ بالا در ترمینال می شود.
اصلاحات
هر نوع مدار ترانسفورماتور تسلا، مدارهای ثانویه و اولیه ثابت می مانند. با این حال، یکی از اجزای عنصر اصلی ممکن است طراحی متفاوتی داشته باشد. به طور خاص، ما در مورد یک مولد نوسانات با فرکانس بالا صحبت می کنیم. به عنوان مثال، در اصلاح SGTC، این عنصر بر روی شکاف جرقه انجام می شود.
RSG
ترانسفورماتور قدرت بالا تسلا از طراحی شکاف جرقه پیچیده تری برخوردار است. این به ویژه در مورد مدل RSG صدق می کند. مخفف عبارت Rotary Spark Gap است. می توان آن را به صورت زیر ترجمه کرد: جرقه دوار / چرخشی یا شکاف استاتیک با دستگاه های خاموش کننده قوس (اضافی). در این حالت، فرکانس عملکرد شکاف به طور همزمان با فرکانس شارژ خازن انتخاب می شود. طراحی شکاف روتور جرقه شامل یک موتور (معمولاً الکتریکی)، یک دیسک (دوار) با الکترود است. دومی یا بسته می شود یا به اجزای جفت گیری نزدیک می شود تا بسته شود.
انتخاب ترتیب کنتاکت ها و سرعت چرخش شفت بر اساس فرکانس مورد نیاز بسته های نوسانی است. با توجه به نوع کنترل موتور، شکاف های روتور جرقه به دو دسته ناهمزمان و سنکرون متمایز می شوند. همچنین، استفاده از شکاف جرقه دوار به طور قابل توجهی احتمال ایجاد قوس انگلی بین الکترودها را کاهش می دهد.
در برخی موارد، شکاف جرقه معمولی جایگزین می شودچند مرحله ای برای خنک کردن، گاهی اوقات این جزء در دی الکتریک های گازی یا مایع (مثلاً در روغن) قرار می گیرد. به عنوان یک تکنیک معمولی برای خاموش کردن قوس شکاف جرقه آماری، پاکسازی الکترودها با استفاده از یک جت هوای قدرتمند استفاده می شود. در برخی موارد، ترانسفورماتور تسلا با طراحی کلاسیک با برقگیر دوم تکمیل می شود. هدف این عنصر محافظت از ناحیه ولتاژ پایین (تغذیه) در برابر نوسانات ولتاژ بالا است.
کویل لامپ
اصلاح VTTC از لوله های خلاء استفاده می کند. آنها نقش یک ژنراتور نوسان RF را بازی می کنند. به عنوان یک قاعده، اینها لامپ های کاملاً قدرتمند از نوع GU-81 هستند. اما گاهی اوقات می توانید طرح های کم مصرف را پیدا کنید. یکی از ویژگی های این مورد عدم نیاز به تامین ولتاژ بالا است. برای دریافت تخلیه نسبتاً کوچک، شما به حدود 300-600 ولت نیاز دارید. علاوه بر این، VTTC تقریباً هیچ صدایی ایجاد نمی کند، که وقتی ترانسفورماتور تسلا روی شکاف جرقه کار می کند ظاهر می شود. با توسعه الکترونیک، ساده سازی و کاهش قابل توجه اندازه دستگاه امکان پذیر شد. به جای طراحی روی لامپ ها، از ترانسفورماتور تسلا روی ترانزیستورها استفاده شد. معمولاً از یک عنصر دوقطبی با توان و جریان مناسب استفاده می‌شود.
چگونه ترانسفورماتور تسلا بسازیم؟
همانطور که در بالا ذکر شد، یک عنصر دوقطبی برای ساده کردن طراحی استفاده می شود. بدون شک استفاده از ترانزیستور اثر میدانی بسیار بهتر است. اما کار با دوقطبی برای کسانی که تجربه کافی در مونتاژ ژنراتورها را ندارند راحت تر است. سیم پیچی وکلکتور با سیم 0.5-0.8 میلی متر انجام می شود. در قسمت ولتاژ بالا، سیم به ضخامت 0.15-0.3 میلی متر گرفته می شود. تقریباً 1000 دور ساخته شده است. یک مارپیچ در انتهای "گرم" سیم پیچ قرار می گیرد. توان را می توان از ترانسفورماتور 10 ولت، 1 آمپر دریافت کرد. هنگام استفاده از برق از 24 ولت یا بیشتر، طول تخلیه تاج به طور قابل توجهی افزایش می یابد. برای ژنراتور، می توانید از ترانزیستور KT805IM استفاده کنید.
استفاده از ساز
در خروجی می توانید ولتاژ چند میلیون ولتی دریافت کنید. قادر به ایجاد ترشحات چشمگیر در هوا است. دومی به نوبه خود می تواند چندین متر طول داشته باشد. این پدیده ها از نظر ظاهری برای بسیاری از افراد بسیار جذاب هستند. دوستداران ترانسفورماتور تسلا برای اهداف تزئینی استفاده می شوند.
خود مخترع از این دستگاه برای انتشار و تولید نوسانات استفاده کرد که هدف آنها کنترل بی سیم دستگاه ها در فاصله (رادیو کنترل)، انتقال داده و انرژی است. در آغاز قرن بیستم، سیم پیچ تسلا در پزشکی مورد استفاده قرار گرفت. بیماران با جریان های ضعیف با فرکانس بالا درمان شدند. آنها، از طریق یک لایه سطحی نازک از پوست جریان می یابند، به اندام های داخلی آسیب نمی رسانند. جریان ها در عین حال اثر شفابخش و مقوی بدن داشتند. علاوه بر این، ترانسفورماتور برای احتراق لامپ های تخلیه گاز و جستجوی نشتی در سیستم های خلاء استفاده می شود. با این حال، در زمان ما، کاربرد اصلی دستگاه را باید شناختی و زیبایی شناختی دانست.
اثرات
آنها با تشکیل انواع مختلف تخلیه گاز در حین کار دستگاه همراه هستند. بسیاری از مردمترانسفورماتورهای تسلا را جمع آوری کنید تا بتوانید جلوه های نفس گیر را تماشا کنید. در مجموع این دستگاه چهار نوع تخلیه تولید می کند. اغلب می توان مشاهده کرد که چگونه تخلیه ها نه تنها از سیم پیچ خارج می شوند، بلکه از اجسام زمین شده در جهت آن نیز هدایت می شوند. آنها همچنین می توانند درخشش کرونا داشته باشند. قابل ذکر است که برخی از ترکیبات شیمیایی (یونی) هنگام اعمال به ترمینال ممکن است رنگ تخلیه را تغییر دهند. به عنوان مثال، یون های سدیم باعث ایجاد نارنجی جرقه می شوند، در حالی که یون های بور باعث ایجاد جرقه سبز می شوند.
استریمرز
اینها کانالهای نازک شاخه ای کم درخشنده هستند. آنها حاوی اتم های گاز یونیزه شده و الکترون های آزاد هستند که از آنها جدا می شوند. این تخلیه ها از ترمینال سیم پیچ یا از تیزترین قسمت ها مستقیماً به هوا جریان می یابد. در هسته خود، جریان را می توان یونیزاسیون هوای قابل مشاهده (درخشش یون ها) در نظر گرفت که توسط میدان BB در نزدیکی ترانسفورماتور ایجاد می شود.
تخلیه قوس
اغلب شکل می گیرد. به عنوان مثال، اگر ترانسفورماتور قدرت کافی داشته باشد، ممکن است زمانی که یک جسم زمین شده به ترمینال آورده شود، قوس ایجاد شود. در برخی موارد، لازم است که جسم را به سمت خروجی لمس کنید، و سپس تا یک فاصله فزاینده جمع کنید و قوس را بکشید. با قابلیت اطمینان و قدرت سیم پیچ ناکافی، چنین تخلیه می تواند به قطعات آسیب برساند.
Spark
این بار جرقه از قطعات تیز یا از ترمینال مستقیماً به زمین (شئی که زمین شده است) ساطع می شود. جرقه به شکل نوارهای رشته ای روشن به سرعت در حال تغییر یا ناپدید شدن، به شدت شاخه وغالبا. همچنین نوع خاصی از تخلیه جرقه وجود دارد. به آن متحرک می گویند.
ترخیص کرونا
این درخشش یونهای موجود در هوا است. در یک میدان الکتریکی با ولتاژ بالا اتفاق می افتد. نتیجه یک درخشش مایل به آبی و چشم نواز در نزدیکی اجزای BB ساختار با انحنای قابل توجه سطح است.
ویژگی ها
در حین کار ترانسفورماتور، صدای ترق الکتریکی مشخصی شنیده می شود. این پدیده به دلیل فرآیندی است که طی آن استریمرها به کانال های جرقه تبدیل می شوند. با افزایش شدید مقدار انرژی و قدرت جریان همراه است. انبساط سریع هر کانال و افزایش ناگهانی فشار در آنها وجود دارد. در نتیجه امواج ضربه ای در مرزها تشکیل می شود. ترکیب آنها از کانالهای در حال گسترش، صدایی را تشکیل می‌دهد که به‌عنوان صدای ترق در نظر گرفته می‌شود.
تأثیر انسانی
مانند هر منبع دیگری از چنین ولتاژ بالایی، سیم پیچ تسلا می تواند کشنده باشد. اما در مورد برخی از انواع دستگاه ها نظر متفاوتی وجود دارد. از آنجایی که ولتاژ بالا با فرکانس بالا اثر پوستی دارد و جریان به طور قابل توجهی از ولتاژ در فاز عقب است و قدرت جریان بسیار کم است، با وجود پتانسیل، تخلیه به بدن انسان نمی تواند باعث ایست قلبی یا سایر اختلالات جدی در بدن شود. بدن.
