Solid State Tesla -spolar och hur de fungerar: 9 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:41

Högspänningsel kan vara FARLIG, använd lämpliga säkerhetsåtgärder hela tiden när du arbetar med Tesla -spolar eller någon annan högspänningsanordning, så spela säkert eller spela inte.

Tesla -spolar är en transformator som fungerar på självresonerande oscillatorprincip, uppfunnen av Nicola Tesla, en serbisk amerikansk forskare. Det används främst för att producera ultrahög spänning, men lågström, högfrekvent växelström. Tesla -spolen består av två grupper av resonanskretsar kopplade, ibland tre grupper kopplade. Nicola Tesla provade ett stort antal konfigurationer av olika spolar. Tesla använde dessa spolar för att utföra experiment, såsom elektrisk belysning, röntgen, elektroterapi och radioenergiöverföring, sändning och mottagning av radiosignaler.

Det har verkligen inte skett stora framsteg i Tesla -spolar sedan deras uppfinning. Andra än solid state -komponenter har Tesla -spolarna inte förändrats mycket på över 100 år. För det mesta förflyttad till utbildning och vetenskapens leksaker kan nästan alla köpa ett kit online och bygga en Tesla -spole.

Denna instruktör handlar om att bygga en egen Tesla -spole, hur de fungerar och tips och tricks för att felsöka eventuella problem på vägen.

Tillbehör

12 volt strömförsörjning SMP -matningen jag använde var 12 volt 4 ampere.

Torus Lim för montering av sekundärspolen.

Termiskt silikonfett för montering av transistorn på kylflänsen.

Löda

Verktygen för att montera satsen, lödkolv och sidoskär.

Multimeter

Oscilloskop

Steg 1: Elektromagnet

För att förstå Tesla -spolar och transformatorer måste du förstå elektromagneter. När en ström (Röd pil) appliceras på en ledare skapar det ett magnetfält runt ledaren. (Blå pilar) För att förutsäga riktningen för magnetfältflödet använder du högerregeln. Placera din hand på ledaren med tummen pekande i strömriktningen och fingrarna pekar i magnetfältflödets riktning.

När du lindar ledaren runt en järnhaltig metall som stål eller järn, smälter de magnetiska fälten i den lindade ledaren och inriktas, detta kallas en elektromagnet. Magnetfältet rör sig från spolens centrum och passerar ut ena änden av elektromagneten runt spolens utsida och i motsatt ände tillbaka till spolens mitt.

Magneter har en nord- och en sydpol, för att förutsäga vilken ände som är nord- eller sydpolen i en spole, återigen använder du högerregeln. Endast den här gången med din högra hand på spolen, peka fingrarna i riktningen för strömflödet i den lindade ledaren. (Röda pilar) Med din högra tumme som pekar sundet längs spolen ska den peka mot magnetens norra ände.

Steg 2: Hur Transformers fungerar

Hur en fluktuerande ström i en primärspole skapar en ström i en sekundärspole trådlöst kallas Lenzs lag.

Wikipedia

Alla spolar i en transformator ska lindas i samma riktning.

En spole motstår en förändring av en magnetisk; när AC eller en pulserande ström appliceras på primärspolen, skapar det ett fluktuerande magnetfält i primärspolen.

När det fluktuerande magnetfältet når sekundärspolen skapar det ett motsatt magnetfält och en motströmsström i sekundärspolen.

Du kan använda högerregeln på primärspolen och sekundären för att förutsäga sekundärutmatningen.

Beroende på antalet varv på primärspolen och antalet varv på sekundärspolen ändras spänningen till en högre eller lägre spänning.

Om du tycker att det positiva och negativa är svårt att följa på sekundärspolen; tänk på sekundärspolen som en strömkälla eller ett batteri där strömmen kommer ut, och tänk på den primära som en belastning där ström förbrukas.

Tesla -spolar är luftkärntransformatorer, magnetfält och ström fungerar på samma sätt som järn- eller ferritkärntransformatorer.

Steg 3: Lindning

Även om det inte är ritat i schemat; den högre sekundära spolen i en Tesla -spole är inne i den kortare primära spolen, den här uppställningen kallas en självresonerande oscillator.

Få din lindning rätt; både primära och sekundära lindningar ska lindas i samma riktning. Det spelar ingen roll om du lindar spolarna med en höger eller vänster vridning så länge båda spolarna är lindade i samma riktning.

Vid lindning av sekundären, se till att dina lindningar inte överlappar varandra eller att överlappningen kan orsaka kortslutning i sekundären.

Korslindning av spolarna kan orsaka att återkopplingen från sekundären kopplad till transistorns bas eller mosfets grind är fel polaritet och detta kan förhindra att kretsen oscillerar.

De primära spolarnas positiva och negativa ledningar påverkas av vridningen i lindningarna. Använd högerregeln på primärspolen. Se till att den första polens nordpol pekar mot toppen av sekundärspolen.

Korsled den primära spolen till kan orsaka att återkopplingen från sekundären kopplad till transistorns bas eller mosfets grind är fel polaritet och detta kan förhindra att kretsen oscillerar.

Så länge spolarna lindas i samma riktning; misslyckande med att svänga gör att korsa ledningarna mellan primärspolen är en enkel fix för det mesta, bara vända ledningarna på primärspolen.

Steg 4: Hur en Solid State Tesla Coil fungerar

Den grundläggande solid state Tesla Coil kan ha så lite som fem delar.

En strömkälla; i denna schematiska ett batteri.

Ett motstånd; beroende på transistorn en 1/4 watt 10 kΩ och uppåt.

En NPN -transistor med ett kylfläns, transistorn på dessa kretsar tenderar att bli varm.

En primärspole från 2 eller fler varv lindas i samma riktning som sekundärspolen.

En sekundärspole upp till 1 000 varv eller mer 41 AWG lindad i samma riktning som primären.

Steg 1. När strömmen först tillförs en grundläggande Tesla -spole i solid state är transistorn i kretsen öppen eller avstängd. Ström går genom motståndet till transistorns bas som stänger transistorn och slår på den så att ström kan flöda genom primärspolen. Den aktuella förändringen är inte omedelbar, det tar kort tid för strömmen att gå från nollström till maxström, detta kallas stigningstid.

Steg 2. Samtidigt går magnetfältet i spolen från noll till viss fältstyrka. Medan magnetfältet ökar i primärspolen motstår sekundärspolen förändringsköpet och skapar ett motsatt magnetfält och en motströmsström i sekundärspolen.

Steg 3. Sekundärspolen är bunden i transistorns bas så att strömmen i sekundärspolen, (Feedback), drar bort strömmen från transistorns bas. Detta öppnar transistorn och stänger av strömmen till primärspolen. Liksom stigningstiden är den nuvarande förändringen inte omedelbar. Det tar kort tid för strömmen och magnetfältet att gå från max till noll, detta kallas falltid.

Tillbaka till steg 1.

Denna typ av krets kallas en självreglerande oscillerande krets, eller en resonansoscillator. Denna typ av oscillator är begränsad i frekvens av kretsens och transistorns eller mosfets fördröjningstider. (Uppgångstid Falltid och platåtid)

Steg 5: Effektivitet

Denna krets är inte särskilt effektiv, och producerar en fyrkantvåg, primärspolen producerar bara en ström i sekundärspolen under magnetfälten som övergår från nollfältstyrka till full fältstyrka och tillbaka till nollfältstyrka, kallad stigningstid och höst tid. Mellan stigningstiden och falltiden finns en platå med transistorn stängd eller på och transistorn öppen eller avstängd. När transistorn är avstängd använder platån inte ström, men när transistorn är på platån använder och slösar man bort ström genom att värma transistorn.

Du kan använda den snabbaste växlingstransistorn du kan få. Med högre frekvenser kan magnetfältet övergå mer än det är platåerat vilket gör Tesla -spolen mer effektiv. Detta kommer dock inte att hindra transistorn från att värmas upp.

Genom att lägga till en 3 volt lysdiod till transistornas bas förlänger den stignings- och falltiderna, vilket gör att transistorerna verkar mer av en triangelvåg än en kvadratvåg.

Det finns två andra saker du kan göra för att förhindra att transistorn överhettas. Du kan använda en kylfläns för att avleda överskottsvärmen. Du kan använda en transistor med hög effekt så att transistorn inte överbelastas.

Steg 6: Mini Tesla Coil

Jag fick denna 12 volt Mini Tesla Coil från en nätbutik.

Satsen ingår:

1 x PVC -skiva

1 x monolitisk kondensator 1nF

1 x 10 kΩ motstånd

1 x 1 kΩ motstånd

1 x 12V eluttag

1 x kylfläns

1 x Transistor BD243C

1 x Sekundärspole 333 varv

1 x fästskruv

2 x LED

1 x neonlampa

Satsen innehåller inte:

12 volt strömförsörjning SMP -matningen jag använde var 12 volt 4 ampere.

Torus

Lim för att montera sekundärspolen.

Termiskt silikonfett för montering av transistorn på kylflänsen.

Löda

Steg 7: Testning

Efter montering av Mini Tesla Coil testade jag den på en neonlampa, ett CFL (kompakt lysrör) och ett lysrör. Arken var liten och så länge jag lägger den inom 1/4 tum tänds allt jag provade på.

Transistorn blir väldigt varm så rör inte kylflänsen. En 12 -volts Tesla -spole bör inte göra en 65 watt transistor väldigt varm om du inte närmar dig transistorns maximala parametrar.

Steg 8: Energianvändning

BD243C -transistorn är en NPN, 65 watt 100 volt 6 amp 3MHz transistor, vid 12 volt bör den inte dra mer än 5,4 ampere för att inte överstiga 65 watt.

När jag kontrollerade strömmen vid start var den 1 ampere, efter att ha kört i en minut sjönk strömmen till 0,75 ampere. Vid 12 volt som gör löpeffekten 9 till 12 watt, långt under de 65 watt som transistorn är klassad för.

När jag kontrollerade transistorerna stiger och faller får jag en triangelvåg som nästan alltid är i rörelse vilket gör det till en mycket effektiv krets.

Steg 9: Top Load

Toppbelastningar gör att laddningen kan byggas upp istället för att bara blöda ut i luften vilket ger dig en högre effekt.

Utan topplast samlas laddningarna på trådens spetsiga spetsar och blöder ut i luften.

De bästa toppbelastningarna är runda som en Torus eller en sfär så att det inte finns några punkter som blöder av laddningen i luften.

Jag gjorde min topplast från en boll som jag bärgade från en mus och täckte den med aluminiumfolie, det var inte helt slätt men det fungerade bra. Nu kan jag tända en CFL upp till en tum bort.