Катушка Тесла своими руками



Разряды с катушки Тесла
Первый раз о катушке Тесла я услышал от сокурсника, после чего загорелся желанием соорудить эту конструкцию. И вот в течение 2-х лет с перерывами, я постепенно строил и модернизировал свой вариант катушки, и получил вполне неплохие результаты, максимальная длина разрядов составила 2 метра.

Для тех, кто первый раз слышит о катушке Тесла, я ранее публиковал статью где можно ознакомиться с принципом работы катушки Тесла.

Как и большинство тесластроителей, первым делом я начал изготавливать вторичную обмотку.Процесс намотки обмотки Перед этим конечно я прикинул и посчитал будущие размеры и параметры катушки. Желаемая длина разрядов на тот момент составляла не менее 1 метра, исходя из рабочих конструкций, примерный диаметр вторичной обмотки лежал в пределах 10-14 см. Многие мотали вторичку на серых канализационных трубах диаметром 11 см, но меня не устроил диаметр, поэтому я склеил трубу высотой 84 см, и диаметром 13 см из ватманов формата А1 с помощью эпоксидного клея. Вторичка с торомИз-за отсутствия нормального обмоточного провода, пришлось мотать обмотку из 3 кусков провода различного диаметра 0,5-0,65 мм, хотя на работоспособность это никак не влияет, в итоге с виду обмотка получилась разноцветной. Количество витков равно примерно 1420, с точки зрения оптимальности это конечно многовато, желательно не превышать значение в 1000 витков. Высота намотки составила 80 см (диаметр/высота=13/80~1/6), то есть это соответствует крайней границе оптимального соотношения диаметра к высоте обмотки. Для улучшения электрической и механической прочности вторичка была покрыта эпоксидным клеем в один слой.

Тор стандартный, сделан из гофрированной алюминиевой трубы диаметром 13 см. Внутренний диаметр равен 17см, внешний 45 см.
Первичка
Первичная обмотка в моем варианте плоская, большинство же делают ее конической для большего коэффициента связи. Обмотка выполнена из медного провода прямоугольного сечения 4х6 мм, и состоит из 11 витков, хотя лучшим вариантом было бы применение полой медной трубки.

Для изготовления конденсаторной сборки (ММС) я приобрел конденсаторы КВИ-3 3300 пФ 10 кВ, этот тип конденсаторов очень часто применялся тесластроителями. Сборка представляла собой 24 конденсатора, соединенных параллельно при помощи двух алюминиевых пластин, итоговая емкость ММС составила около 80 нФ, а номинальное напряжение сборки соответственно 10 кВ.

RSGОсновой вращающегося разрядника (RSG) стал коллекторный двигатель ЭК-10-1А, 220В, 8000об/мин, мощностью 90Вт, который использовался в стоматологической бормашине. На диск из изоляционного материала, установлено 6 болтов М8, статические электроды выполнены из таких же болтов, ось диска установлена на 2-х подшипниках. Вращающий момент от двигателя к диску передается через резиновый пассик. Дополнительно к RSG приделал регулятор скорости, позволяющий регулировать частоту коммутаций (BPS) от 0 до 800 Гц.

В качестве источника питания среди тесластроителей очень популярны высоковольтные трансформаторы от СВЧ печей (МОТы), практически каждый начинающий использует именно их. У меня тогда не было возможности приобрести такие трансформаторы, но зато у меня завалялся относительно большой Ш-образный магнитопровод от рентгеновского высоковольтного трансформатора, и я решил намотать трансформатор вручную. Площадь сечения стержня и окна магнитопровода равны соответственно Sc=21,7 см2 и So=130 см2, размеры окна 25х5,2см.Магнитопровод
При изготовлении высоковольтных трансформаторов особое внимание надо уделять качеству межслойной изоляции. Электрическая прочность изоляции должна быть в 3-5 раз выше межслойного напряжения. В МОТ-ах например, в целях экономии изоляция отсутствует, высоковольтная обмотка просто пропитана лаком, хотя намотана аккуратно виток к витку, тем самым ни о какой надежности речи быть не может, в любой момент может произойти электрический пробой обмотки. В промышленных высоковольтных трансформаторах мощностью от 1 кВт и напряжением от 6,3 кВ (типа ОМ, ОЛ, ОМП, ОМГ) в качестве межслойной изоляции применяется трансформаторная бумага, а сам трансформатор погружают в бак с маслом, которое обладает высокой электропрочностью более 24 кВ/мм.
Намотка трансформатора При изготовлении воздушного трансформатора электропрочность бумаги будет недостаточна, даже если пропитать бумагу парафином, вероятность пробоя относительно высока. Неплохое решение предложил один из тесластроителей, в качестве изоляции он использовал пленку для ламинирования, в процессе испытания выяснилось, что пленка обладает высокой электропрочностью и не плавится при высокой температуре. Я не стал применять эту пленку из-за дороговизны, в качестве альтернативы я использовал файлы вкладыши для бумаги формата А4, они также обладают хорошей электропрочностью, и не плавятся под горячим потоком воздуха от фена. Межслойная изоляция в моем варианте представляла собой 2 файла вкладыша и один слой обычной принтерной бумаги. При намотке следует делать вынос изоляции по краям обмотки не менее 1 см. После завершения намотки, торцы обмотки залил герметиком, и снаружи обернул линолеумом. Обмотки трансформатора Силовой трансформаторВторичная обмотка содержит ~11780 витков, намотана из разных кусков медного провода с диаметрами 0,37-0,5 мм. Первичная обмотка содержит 417 витков с отводом на 324 витке, намотана из 3 кусков медного провода с диаметрами 2-3 мм. В итоге при подключении полной обмотки к сети (417 витков), выходное напряжение составило 6,2 кВ, при подключении неполной обмотки (324 витков), выходное напряжение равно 8 кВ.

Фильтр низких частот П-образный, в каждом плече два последовательно соединенных конденсатор КВИ-3 4700пФ 5кВ, катушка намотана на картонной трубе диаметром 8см, длина намотки 33см, диаметр провода около 0,4мм.

Также изготовил дроссель для ограничения тока КЗ трансформатора при пробое разрядника. Дроссель был рассчитан на установку последовательно с первичной обмоткой трансформатора,  Дроссельто есть по низковольтной стороне, в то время как все тесластроители ставили дроссели по высоковольтной стороне. Ш-образный магнитопровод дросселя собран из четырех О-образных магнитопроводов от трансформаторов ТС-180. Обмотка намотана толстым проводом с 2-мя отводами, чтобы иметь возможность переключения между различными значениями индуктивности дросселя, и соответственно ограничивать ток на необходимом уровне.

Катушка в сбореВсе элементы катушки установлены на самодельную тумбу, также сделан пульт с длинным кабелем, для удобного управления катушкой на расстоянии. На пульте находится кнопка коммутирующая пускатель, который в свою очередь подключает трансформатор к сети ~220В. Так же на пульте находится переменный резистор регулятора скорости оборотов RSG.

В итоге из катушки удалось выжать разряды длиной ~80 см, как оказалось дроссель не понадобился, при его наличии мощность только уменьшалась, но не возрастала. Мощность трансформатора оказалась ниже расчетной. Первичная обмотка трансформатора находится рядом с вторичной, то есть намотана не по всей длине стержня магнитопровода, из-за чего увеличивается радиус намотки, окно магнитопровода относительно большое по сравнению с сечением стержня, все это приводит к увеличению индуктивности рассеяния, и соответственно к большим потерям энергии.
Конструкция RSG оказалось неудачной, резиновые пассики, передающие крутящий момент на вал с диском постоянно рвались, а также во время работы катушки двигатель начинал бесконтрольно разгоняться, потом уже я выяснил что это происходит из-за электромагнитных наводок в кабеле пульта, экранирующая оплетка которого не была заземлена. Защитный разрядник на ММС также пробивался большую часть времени работы катушки (был выставлен примерно на 10 кВ), в результате чего 5-6 конденсаторов пробились по поверхности, все-таки маловато номинальное напряжение конденсаторной сборки.
Результат мне не понравился, я ожидал увидеть разряды длиной хотя бы 1м.

Разряды с катушки Разряды с катушки Разряды с катушки Разряды с катушки

Разряды с катушки Разряды с катушкиЧуть позже я изготовил еще одну вторичную обмотку, склеил трубу диаметром 17 см и намотал 870 витков обмоточного провода, высота намотки составила 55 см, обмотку покрыл одним слоем эпоксидного клея. Приделал новый тор с внутренним диаметром 20 см, и внешним 45 см. С этой обмотки удалось выжать разряды длиной ~ 60 см. После этого я больше не стал экспериментировать и приостановил развитие проекта на неопределенный срок.

Через некоторое время я продолжил модернизацию самодельной катушки Тесла

Последние записи:

Комментариев 22 на “Катушка Тесла своими руками

  1. Уважаемый админ!нельзя ли пояснить моменты расчета бпс?касаемо частоты питающейьобычной сети на 220 бпс будет равен 100. А как узнать бпс при частоте вращения диска 3000об/мин с 6-юболтами по периметру? Из какого расчета мотается защитный дроссель?какимтдиаметроп провода и сколько витков?

    • Понятие bps не имеет отношения к частоте питающей сети, bps — это количество коммутаций первичного контура катушки, bps зависит от конструкции вращающегося разрядника (RSG) и от частоты вращения двигателя. Если на диске 6 болтов, а для коммутации используются два из них (за один оборот происходит 3 коммутации), как в RSG приведенным в этой статье, то для 3000 об/мин получим bps = (3000/60)*3=150. Если в коммутации участвует только один болт из 6 (такая конструкция RSG приведена в статье «Катушка Тесла. Часть третья»), то получим bps = (3000/60)*6=300. В данной статье я сделал ошибку, bps моего RSG здесь меняется в пределах 0-400 Гц.

      Дроссель мотается для ограничения тока потребления высоковольтного трансформатора. Дроссель на переменном токе обладает индуктивным сопротивлением R=2p*F*L, число пи p=3,14, F — частота питающей сети 50Гц, L — индуктивность дросселя. Рассмотрим случай когда дроссель установлен по первичной обмотке высоковольтного трансформатора (220В), ток ограничения примем 10А, значит индуктивность дросселя должна составить L=U/(2p*F*I)=220/(2*3,14*50*10)= 14 мГн(милиГенри). Это значение можно уменьшить в 2 раза, так как дроссель соединен последовательно с трансформатором. Исходя из полученной индуктивности мотается дроссель (индуктивность зависит от кол-ва витков). Хочу заметить что в основном дроссель ставят по высоковольтной стороне трансформатора, там соответственно получим большую индуктивность. Это все примерные расчеты, конкретную индуктивность лучше всего подбирать при запуске катушки. Диаметр провода дросселя должен быть не меньше диаметра обмоточного провода трансформатора.

  2. Уважаемый админ! низкий поклон за предоставленную информацию!!!Подскажите как выбирается ток ограничения дросселя?где то читал что он не должен превышать больше чем в три раза номинальный ток вв трансформатора, это верно?и еще один вопрос, как к бпс отнесется скорость зарядки конденсатора ММС?если по идее вращение диска RSG будет происходить быстрее чем накопление энергии конденсаторов ММС, такое теоретически возможно? то есть коммутация будет происходить в то время когда ММС будет не до конца заряжена…

    • Дроссель ограничивает ток короткого замыкания обмоток высоковольтного трансформатора во время коммутации RSG. Соответственно ток ограничения должен быть равен номинальному току обмоток трансформатора, максимум в 1,5 раза больше, Iогр=1-1,5*Iном.тр. для того чтобы трансформатор работал без значительных перегрузок.

      В ACSGTC коммутация первичного контура катушки может приходиться на любой участок синусоиды сетевого напряжения, соответственно контурный конденсатор может и не до конца быть заряженным (напряжение на конденсаторе меняется по синусоиде), то есть тут нет синхронизации.

      При высоком bps, время между двумя коммутациями может оказаться недостаточным, вследствие чего контурный конденсатор может не успеть зарядиться до текущего напряжения (по синусоиде), все зависит от мощности трансформатора, емкости конденсаторов, индуктивности дросселя. Если трансформатор достаточно мощный, можно увеличивать bps, тем самым передавая больше энергии в первичный контур катушки. Если мощности мало то при увеличении bps катушка будет хуже работать, длина разрядов будет уменьшатся.

      Все это надо испытывать на практике во время запуска катушки, начинать с минимального bps=100 (так как конденсатор по сетевой синусоиде заряжается 100 раз в секунду).

  3. Уважаемый админ! подскажите — L=U/(2p*F*I)=220/(2*3,14*50*10)=220/(6.28*500)=220/3140=0.07 — может я неправильно считаю…

  4. Уважаемый админ!почему в Ваших конструкциях индуктивность дросселей да и в конструкциях других теслостроителей составляет несколько десятков Генри. Даже если взять 10кв и поставить дроссель во вторичку индуктивность составит примерно 3гн…

    • Возьмем трансформатор мощностью 1,5 кВт и выходным напряжением 8 кВ. Ток вторичной обмотки получим I=1500/8000=0,19А. Теперь посчитаем дроссель L=U/(2p*F*I)=8000/(2*3,14*50*0,19)=134 Гн. Как видите получается даже больше сотни Генри.

    • Я например делал дроссель на 50Гн, который можно увидеть в статье «Катушка Тесла. Часть вторая», там я использовал вторичную обмотку высоковольтного трансформатора, который приведен в этой статье. Дополнительно просто вставил железный стержень для увеличения индуктивности.

      Некоторые тесластроители используют несколько последовательно соединенных дросселей от ламп дневного света. 100 Гн намотать будет сложно, мотайте несколько десятков Генри, при этом высоковольтный трансформатор будет работать с перегрузкой, если катушка будет работать недолго, то ничего страшного не случится.

  5. Уважаемый админ!как Вы думаете почему Тесла не использовал в своих классических схемах не использовал ни дросселей нит фильтров низких частот, ни вращающихся разрядников?

    • Я не могу дать точный ответ на этот вопрос, так как подробно не изучал конструкции (патенты) Теслы, по моему есть книга с его изобретениями, там и схемы были, поищите. Мне кажется что Тесла все таки использовал вращающийся разрядник, он же разрабатывал электродвигатели.

  6. Скажите, а каким образом можно рассчитать частоту вторичного колебательного контура? Индуктивность катушки я нашёл, а как рассчитать ёмкость тороида и катушки? Везде пишут экспериментальным путём, а это как?

      • По этим формулам у меня получилось, что конденсатор нужно брать около 400нФ. Это не мало?

        • Для контурного конденсатора это много (если только катушка очень большая), оптимальная емкость конденсатора для катушки с диаметром вторичной обмотки 11-20см равна 50-100нФ. Дайте параметры своей вторичной обмотки (высота, диаметр и диаметр обмоточного провода) и размеры тора, я посчитаю.

          • Катушка — 23.5 см в высоту, 5 см диаметр, 0.2 мм диаметр провода. Тор — 15 см наружний диаметр, 5 см диаметр трубы. А индуктивность первичной катушки у меня была 1.15 мкГн

            • У вас получается маленькая катушка, индуктивность вторичной обмотки равно 13404 мкГн, емкость с тором получим 10,4 Пф, частота контура 426 кГц.

              Для такой катушки подойдет цилиндрическая первичная обмотка, хотя можно сделать коническую или плоскую, но формула расчета индуктивности верна для цилиндрической обмотки. Высоту примем в 8 см, диаметр в 20 см, для 8 витков получим индуктивность 15 мкГн, емкость контурного конденсатора в этом случае составит 9,3 нФ. Резонанс рассчитан для 8-го витка, поэтому надо мотать хотя бы 12 витков (соответственно и высота обмотки увеличится) , чтобы оставался запас для настройки резонанса.

              Вообще для такой маленькой катушки оптимальная емкость 5-20нФ.

              • Спасибо большое, нигде нормальной информации сейчас не найдёшь, повезло что к Вам попал.

              • И ещё один вопрос, будет ли зависть частота контура это частоты трансформатора? Я хотел использовать МОТ, сказано, что частота на выходе будет 2350МГц.

                • Нет конечно, МОТ это обыкновенный трансформатор предназначенный для работы от сети 220В с частотой 50Гц, Вы наверное спутали с рабочей частотой магнетрона в микроволновке.

                  На выходе МОТа будет переменное напряжение ~2,2кВ частотой 50Гц, и эта частота никак не влияет на частоту первичного контура катушки.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *