Hoy en día, el transformador Tesla se denomina transformador resonante de alta frecuencia y alto voltaje, y en la red se pueden encontrar muchos ejemplos de implementaciones sorprendentes de este dispositivo inusual. Una bobina sin núcleo ferromagnético, que consta de muchas vueltas de alambre delgado, rematado con un toro, emite un rayo real que impresiona a los espectadores asombrados. Pero, ¿recuerdan todos cómo y por qué se creó originalmente este increíble dispositivo?
La historia de este invento comienza a finales del siglo XIX, cuando el brillante científico experimental Nikola Tesla, que trabaja en Estados Unidos, solo se propuso la tarea de aprender a transmitir energía eléctrica a largas distancias sin cables.
Apenas es posible indicar el año exacto en el que se le ocurrió exactamente esta idea al científico, pero se sabe que el 20 de mayo de 1891, Nikola Tesla dio una conferencia detallada en la Universidad de Columbia, donde presentó sus ideas al personal del Instituto Americano de Ingenieros Eléctricos, e ilustró algo. mostrando experimentos visuales.
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El propósito de las primeras demostraciones fue mostrar una nueva forma de obtener luz mediante el uso de corrientes de alta frecuencia y alta tensión para ello, y también revelar las características de estas corrientes. En aras de la justicia, observamos que las lámparas fluorescentes modernas de ahorro de energía funcionan precisamente según el principio que Tesla propuso para obtener luz.
La teoría final con respecto a la transmisión inalámbrica de energía eléctrica fue emergiendo gradualmente, el científico pasó varios años de su vida perfeccionando su tecnología, experimentando mucho y mejorando minuciosamente cada elemento del circuito, desarrolló interruptores, inventó capacitores duraderos de alto voltaje, inventó y modificó controladores de circuito, pero tan No pude dar vida a mi plan en la escala que quería.
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Sin embargo, la teoría nos ha llegado. Están disponibles los diarios, artículos, patentes y conferencias de Nikola Tesla, en los que se pueden encontrar los detalles iniciales sobre esta tecnología. El principio de funcionamiento de un transformador resonante se puede encontrar leyendo, por ejemplo, las patentes de Nikola Tesla # 787412 o # 649621, ya disponibles en la red hoy.
Si intenta comprender brevemente cómo funciona el transformador Tesla, considere su estructura y principio de funcionamiento, entonces no hay nada complicado.
El devanado secundario del transformador está hecho de un cable aislado (por ejemplo, de cable esmaltado), que se coloca vuelta a vuelta en una capa en un marco cilíndrico hueco, la relación entre la altura del marco y su diámetro generalmente se toma igual de 6 a 1 a 4 a 1.
Después del bobinado, el devanado secundario se recubre con epoxi o barniz. El devanado primario está hecho de un alambre de sección transversal relativamente grande, por lo general contiene de 2 a 10 vueltas y se ajusta a la forma de una espiral plana, o se enrolla como uno secundario, en un marco cilíndrico con un diámetro ligeramente mayor que el secundario.
La altura del devanado primario, por regla general, no supera 1/5 de la altura del secundario. Un toroide está conectado al terminal superior del devanado secundario y su terminal inferior está conectado a tierra. A continuación, consideraremos todo con más detalle.
Por ejemplo: el devanado secundario se enrolla en un marco con un diámetro de 110 mm, con un alambre esmaltado PETV-2 con un diámetro de 0.5 mm y contiene 1200 vueltas, por lo que su altura es igual a aproximadamente 62 cm y la longitud del alambre es de aproximadamente 417 metros. Deje que el devanado primario contenga 5 vueltas de un tubo de cobre grueso, enrollado sobre un diámetro de 23 cm y que tenga una altura de 12 cm.
A continuación, se hace un toroide. Su capacitancia, idealmente, debería ser tal que la frecuencia de resonancia del circuito secundario (bobina secundaria conectada a tierra junto con el toroide y el entorno) corresponda a la longitud del alambre del devanado secundario para que esta longitud sea igual a un cuarto de la longitud de onda (para nuestro ejemplo, la frecuencia es 180 kHz) …
Para un cálculo preciso, puede ser útil un programa especial para calcular bobinas de Tesla, por ejemplo, VcTesla o inca. Se selecciona un condensador de alto voltaje para el devanado primario, cuya capacitancia, junto con la inductancia del devanado primario, formaría un circuito oscilatorio, cuya frecuencia natural sería igual a la frecuencia de resonancia del circuito secundario. Por lo general, toman un condensador de capacidad cercana, y la sintonización se realiza seleccionando las espiras del devanado primario.
La esencia del transformador Tesla en su forma canónica es la siguiente: el condensador del circuito primario se carga desde una fuente de alto voltaje adecuada, luego se conecta mediante un interruptor al devanado primario, y esto se repite muchas veces por segundo.
Como resultado de cada ciclo de conmutación, se producen oscilaciones amortiguadas en el circuito primario. Pero la bobina primaria es un inductor para el circuito secundario, por lo tanto, las oscilaciones electromagnéticas se excitan, respectivamente, en el circuito secundario.
Dado que el circuito secundario está sintonizado en resonancia con las oscilaciones primarias, entonces se produce una resonancia de voltaje en el devanado secundario, lo que significa que la relación de transformación (la relación de las vueltas del devanado primario y las vueltas del devanado secundario cubiertas por él) también debe multiplicarse por Q - el factor de calidad del circuito secundario, luego el valor de la relación real el voltaje en el devanado secundario al voltaje en el primario.
Y dado que la longitud del cable del devanado secundario es igual a un cuarto de la longitud de onda de las oscilaciones inducidas en él, entonces es en el toroide donde se ubicará el antinodo de voltaje (y en el punto de conexión a tierra, el antinodo de corriente), y es allí donde puede tener lugar la ruptura más efectiva.
Para alimentar el circuito primario, se utilizan diferentes circuitos, desde una vía de chispa estática (vía de chispa) alimentada por MOT (MOT es un transformador de alto voltaje de un horno de microondas) hasta circuitos de transistores resonantes en controladores programables alimentados por voltaje de red rectificado, pero la esencia sigue siendo la misma.
Estos son los tipos más comunes de bobinas Tesla, según cómo las maneje:
SGTC (SGTTS, Spark Gap Tesla Coil) - Transformador Tesla en el espacio de chispa. Este es un diseño clásico, un esquema similar fue utilizado originalmente por el propio Tesla. Aquí se utiliza un descargador como elemento de conmutación. En diseños de baja potencia, el descargador consta de dos piezas de alambre grueso espaciadas a una cierta distancia, mientras que en diseños más potentes, se utilizan descargadores giratorios complejos que utilizan motores. Los transformadores de este tipo se fabrican si solo se requiere una gran longitud de cable y la eficiencia no es importante.
VTTC (VTTC, Bobina de Tesla de tubo de vacío) - Transformador de Tesla en un tubo electrónico. Un tubo de radio potente, por ejemplo GU-81, se utiliza aquí como elemento de conmutación. Estos transformadores pueden funcionar de forma continua y producir descargas bastante gruesas. Este tipo de fuente de alimentación se utiliza con mayor frecuencia para construir bobinas de alta frecuencia, que se denominan "antorchas" debido a la apariencia típica de sus serpentinas.
SSTC (SSTC, Solid State Tesla Coil) es un transformador Tesla en el que se utilizan semiconductores como elemento clave. Por lo general, estos son transistores IGBT o MOSFET. Este tipo de transformador puede funcionar en modo continuo. La apariencia de las serpentinas creadas por una bobina de este tipo puede ser muy diferente. Este tipo de transformadores Tesla es más fácil de controlar, por ejemplo, puede reproducir música en ellos.
DRSSTC (DRSSTC, Bobina Tesla de estado sólido de resonancia dual) es un transformador Tesla con dos circuitos resonantes, aquí los semiconductores se utilizan como interruptores, como en SSTC. DRSSTTS es el tipo de transformadores Tesla más difícil de controlar y configurar.
Para obtener un funcionamiento más eficiente y efectivo del transformador Tesla, son los circuitos de topología DRSSTC los que se utilizan, cuando se logra una potente resonancia en el propio circuito primario, y en el secundario, respectivamente, una imagen más brillante, rayos más largos y más gruesos (serpentinas).
El propio Tesla trató lo mejor que pudo para lograr tal modo de operación de su transformador, y los rudimentos de esta idea se pueden ver en la patente No. 568176, donde se usan choques de carga, Tesla luego desarrolló el circuito precisamente a lo largo de esta ruta, es decir, buscó usar el circuito primario de la manera más eficiente posible, creando en él resonancia. Puede leer sobre estos experimentos del científico en su diario (las notas del científico sobre los experimentos en Colorado Springs, que realizó entre 1899 y 1900, ya se han publicado en forma impresa).
Hablando de la aplicación práctica del transformador Tesla, no hay que limitarnos solo a admirar el carácter estético de las descargas obtenidas, y tratar el dispositivo como decorativo. El voltaje en el devanado secundario del transformador puede alcanzar millones de voltios, después de todo, es una fuente eficiente de voltaje extra alto.
El propio Tesla desarrolló su sistema para transmitir electricidad a largas distancias sin cables, utilizando la conductividad de las capas superiores de aire de la atmósfera. Se asumió la presencia de un transformador receptor de un diseño similar, que bajaría el alto voltaje aceptado a un valor aceptable para el consumidor, puede averiguarlo leyendo la patente de Tesla No. 649621.
La naturaleza de la interacción del transformador Tesla con el medio ambiente merece una atención especial. El circuito secundario es un circuito abierto, y el sistema de ninguna manera está aislado termodinámicamente, ni siquiera está cerrado, es un sistema abierto. Numerosos investigadores llevan a cabo investigaciones modernas en esta dirección, y todavía no se ha fijado el punto en este camino.
Autor: Andrey Povny
