Saat ini transformator Tesla disebut transformator resonansi tegangan tinggi frekuensi tinggi, dan banyak contoh implementasi mencolok dari perangkat yang tidak biasa ini dapat ditemukan di jaringan. Sebuah kumparan tanpa inti feromagnetik, yang terdiri dari banyak lilitan kawat tipis, diatapi dengan torus, memancarkan kilat yang nyata, mengesankan para penonton yang takjub. Tetapi apakah semua orang ingat bagaimana dan mengapa perangkat luar biasa ini awalnya dibuat?
Sejarah penemuan ini dimulai pada akhir abad ke-19, ketika ilmuwan eksperimental yang brilian Nikola Tesla, saat bekerja di AS, hanya menetapkan sendiri tugas untuk mempelajari cara mentransmisikan energi listrik jarak jauh tanpa kabel.
Hampir tidak mungkin untuk menunjukkan tahun yang tepat kapan tepatnya ide ini datang ke ilmuwan, tetapi diketahui bahwa pada 20 Mei 1891, Nikola Tesla menyampaikan ceramah terperinci di Universitas Columbia, di mana dia mempresentasikan idenya kepada staf Institut Insinyur Listrik Amerika, dan mengilustrasikan sesuatu. menunjukkan eksperimen visual.
Tujuan dari demonstrasi pertama adalah untuk menunjukkan cara baru memperoleh cahaya dengan menggunakan frekuensi tinggi dan arus tegangan tinggi untuk ini, dan juga untuk mengungkapkan ciri-ciri arus ini. Demi keadilan, kami mencatat bahwa lampu fluoresen hemat energi modern bekerja persis berdasarkan prinsip yang diusulkan Tesla untuk mendapatkan cahaya.
Teori terakhir mengenai transmisi nirkabel energi listrik muncul secara bertahap, ilmuwan menghabiskan beberapa tahun hidupnya menyempurnakan teknologinya, banyak bereksperimen dan dengan susah payah meningkatkan setiap elemen sirkuit, ia mengembangkan pemutus, menemukan kapasitor tegangan tinggi yang tahan lama, menemukan dan memodifikasi pengontrol sirkuit, tetapi begitu Saya tidak dapat mewujudkan rencana saya pada skala yang saya inginkan.
Video promosi:
Bagaimanapun, teori telah sampai pada kita. Buku harian, artikel, paten, dan kuliah Nikola Tesla tersedia, di mana Anda dapat menemukan detail awal mengenai teknologi ini. Prinsip operasi transformator resonansi dapat ditemukan dengan membaca, misalnya, paten Nikola Tesla # 787412 atau # 649621, yang sudah tersedia di jaringan saat ini.
Jika Anda mencoba memahami secara singkat cara kerja trafo Tesla, pertimbangkan struktur dan prinsip operasinya, maka tidak ada yang rumit.
Gulungan sekunder transformator terbuat dari kawat berinsulasi (misalnya, dari kawat enamel), yang diletakkan berputar dalam satu lapisan pada kerangka silinder berlubang, rasio tinggi bingkai terhadap diameternya biasanya diambil sama dari 6 hingga 1 hingga 4 hingga 1.
Setelah belitan, belitan sekunder dilapisi dengan epoksi atau pernis. Gulungan primer terbuat dari kawat dengan penampang yang relatif besar, biasanya terdiri dari 2 hingga 10 putaran, dan cocok dengan bentuk spiral datar, atau dililitkan seperti spiral sekunder - pada kerangka silinder dengan diameter sedikit lebih besar dari pada yang sekunder.
Ketinggian lilitan primer, sebagai suatu peraturan, tidak melebihi 1/5 dari tinggi lilitan sekunder. Toroid dihubungkan ke terminal atas dari belitan sekunder, dan terminal bawahnya di-ground-kan. Selanjutnya, kami akan mempertimbangkan semuanya secara lebih rinci.
Contoh: lilitan sekunder dililitkan pada rangka berdiameter 110 mm, dengan kawat enamel PETV-2 berdiameter 0,5 mm, dan berisi 1200 lilitan, sehingga tingginya sama dengan sekitar 62 cm, dan panjang kawat sekitar 417 meter. Biarkan lilitan primer berisi 5 lilitan tabung tembaga tebal, lilitan berdiameter lebih dari 23 cm, dan memiliki tinggi 12 cm.
Selanjutnya, toroid dibuat. Kapasitansi, idealnya, harus sedemikian rupa sehingga frekuensi resonansi dari rangkaian sekunder (kumparan sekunder yang diarde bersama dengan toroid dan lingkungan) akan sesuai dengan panjang kabel lilitan sekunder sehingga panjang ini akan sama dengan seperempat panjang gelombang (untuk contoh kita, frekuensinya adalah 180 kHz) …
Untuk penghitungan yang akurat, program khusus untuk menghitung kumparan Tesla, misalnya VcTesla atau inca, dapat berguna. Kapasitor tegangan tinggi dipilih ke belitan primer, yang kapasitansinya, bersama-sama dengan induktansi belitan primer, akan membentuk rangkaian osilasi, frekuensi alaminya akan sama dengan frekuensi resonansi rangkaian sekunder. Biasanya mereka mengambil kapasitor mendekati kapasitas, dan penyetelan dilakukan dengan memilih belitan belitan primer.
Inti dari transformator Tesla dalam bentuk kanonisnya adalah sebagai berikut: kapasitor rangkaian primer diisi dari sumber tegangan tinggi yang sesuai, kemudian dihubungkan oleh sakelar ke belitan primer, dan ini diulangi berkali-kali per detik.
Sebagai hasil dari setiap siklus switching, osilasi teredam terjadi di sirkuit primer. Tetapi kumparan primer adalah induktor untuk rangkaian sekunder, oleh karena itu osilasi elektromagnetik tereksitasi, masing-masing, di rangkaian sekunder.
Karena rangkaian sekunder disetel ke resonansi dengan osilasi primer, maka resonansi tegangan terjadi pada belitan sekunder, yang berarti bahwa rasio transformasi (rasio belitan belitan primer dan belitan sekunder yang ditutupi olehnya) juga harus dikalikan dengan Q - faktor kualitas rangkaian sekunder, kemudian nilai rasio nyata tegangan pada belitan sekunder ke tegangan pada belitan primer.
Dan karena panjang kabel belitan sekunder sama dengan seperempat panjang gelombang osilasi yang diinduksi di dalamnya, maka pada toroidlah antinode tegangan akan ditempatkan (dan pada titik pentanahan - antinode saat ini), dan di sanalah kerusakan paling efektif dapat terjadi.
Untuk memberi daya pada sirkuit primer, sirkuit yang berbeda digunakan, dari celah percikan statis (celah percikan) yang ditenagai oleh MOT (MOT adalah transformator tegangan tinggi dari oven microwave) hingga sirkuit transistor resonansi pada pengontrol terprogram yang ditenagai oleh tegangan listrik yang diperbaiki, tetapi intinya tetap sama.
Berikut adalah jenis kumparan Tesla yang paling umum, tergantung cara Anda mengendarainya:
SGTC (SGTTS, Spark Gap Tesla Coil) - Trafo tesla pada celah percikan. Ini adalah desain klasik, skema serupa awalnya digunakan oleh Tesla sendiri. Arester digunakan di sini sebagai elemen switching. Dalam desain daya rendah, arester terdiri dari dua buah kawat tebal yang ditempatkan pada jarak tertentu, sedangkan dalam desain yang lebih kuat, arester berputar kompleks yang menggunakan motor digunakan. Trafo jenis ini dibuat jika hanya panjang streamer yang dibutuhkan, dan efisiensi tidak penting.
VTTC (VTTC, Vacuum Tube Tesla Coil) - Trafo tesla pada tabung elektronik. Tabung radio yang kuat, misalnya GU-81, digunakan di sini sebagai elemen switching. Trafo semacam itu dapat beroperasi terus menerus dan menghasilkan pelepasan yang agak tebal. Jenis catu daya ini paling sering digunakan untuk membangun kumparan frekuensi tinggi, yang disebut "obor" karena penampilan khas pita mereka.
SSTC (SSTC, Solid State Tesla Coil) adalah trafo Tesla dimana semikonduktor digunakan sebagai elemen kunci. Biasanya ini adalah transistor IGBT atau MOSFET. Trafo jenis ini dapat beroperasi dalam mode kontinu. Tampilan pita yang dibuat oleh koil semacam itu bisa sangat berbeda. Trafo Tesla jenis ini lebih mudah dikendalikan, misalnya, Anda dapat memutar musik padanya.
DRSSTC (DRSSTC, Dual Resonant Solid State Tesla Coil) adalah trafo Tesla dengan dua rangkaian resonansi, disini semikonduktor digunakan sebagai saklar, seperti pada SSTC. DRSSTTS adalah jenis transformator Tesla yang paling sulit dikendalikan dan dikonfigurasi.
Untuk mendapatkan operasi trafo Tesla yang lebih efisien dan efektif, sirkuit topologi DRSSTC yang digunakan, ketika resonansi yang kuat dicapai di sirkuit primer itu sendiri, dan di sirkuit sekunder, masing-masing, gambar yang lebih cerah, baut petir yang lebih panjang dan lebih tebal (pita).
Tesla sendiri berusaha sebaik mungkin untuk mencapai mode operasi trafo seperti itu, dan dasar-dasar gagasan ini dapat dilihat dalam paten No. 568176, di mana choke pengisian digunakan, Tesla kemudian mengembangkan sirkuit tepat di sepanjang jalur ini, yaitu, ia berusaha menggunakan sirkuit primer seefisien mungkin, menciptakan di dalamnya resonansi. Anda dapat membaca tentang eksperimen ilmuwan ini dalam buku hariannya (catatan ilmuwan tentang eksperimen di Colorado Springs, yang dilakukannya dari tahun 1899 hingga 1900, telah diterbitkan dalam bentuk cetakan).
Berbicara tentang aplikasi praktis dari trafo Tesla, seseorang tidak boleh membatasi diri hanya pada kekaguman pada sifat estetika dari pelepasan yang diperoleh, dan perlakukan perangkat sebagai dekoratif. Tegangan pada belitan sekunder transformator dapat mencapai jutaan volt, bagaimanapun juga, itu adalah sumber tegangan ekstra tinggi yang efisien.
Tesla sendiri mengembangkan sistemnya untuk mentransmisikan listrik jarak jauh tanpa kabel, menggunakan konduktivitas lapisan udara bagian atas atmosfer. Diasumsikan adanya trafo penerima dengan desain serupa, yang akan menurunkan tegangan tinggi yang diterima ke nilai yang dapat diterima oleh konsumen, Anda dapat mempelajarinya dengan membaca paten Tesla No. 649621.
Sifat interaksi transformator Tesla dengan lingkungan perlu mendapat perhatian khusus. Sirkuit sekunder adalah sirkuit terbuka, dan sistem termodinamika sama sekali tidak terisolasi, bahkan tidak tertutup, ini adalah sistem terbuka. Penelitian modern ke arah ini dilakukan oleh banyak peneliti, dan titik jalur ini belum ditetapkan.
Penulis: Andrey Povny
