Solid State Tesla -spoler og hvordan de fungerer: 9 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:22

Høyspenningsstrøm kan være FARLIG, bruk riktige sikkerhetstiltak til enhver tid når du arbeider med Tesla -spoler eller andre høyspenningsenheter, så spill trygt eller ikke spill.

Tesla -spoler er en transformator som opererer på selvresonerende oscillatorprinsipp, oppfunnet av Nicola Tesla, en serbisk amerikansk forsker. Det brukes hovedsakelig til å produsere ultrahøyspenning, men lavstrøm, høyfrekvent vekselstrøm. Tesla -spolen består av to grupper resonanskretser koblet, noen ganger tre grupper koblet. Nicola Tesla prøvde et stort antall konfigurasjoner av forskjellige spoler. Tesla brukte disse spolene til å utføre eksperimenter, for eksempel elektrisk belysning, røntgen, elektroterapi og radioenergioverføring, overføring og mottak av radiosignaler.

Det har virkelig ikke vært store fremskritt i Tesla -spoler siden oppfinnelsen. Andre enn solid state -komponenter Tesla -spoler har ikke endret seg mye på over 100 år. Stort sett henvist til utdanning og vitenskapens leker omtrent hvem som helst kan kjøpe et kit online og bygge en Tesla -spole.

Denne instruksen handler om å bygge en egen solid Tesla -spole, hvordan de fungerer, og tips og triks for å løse problemer underveis.

Rekvisita

12 volt strømforsyning SMP -forsyningen jeg brukte var 12 volt 4 ampere.

Torus Lim for montering av sekundærspolen.

Termisk silikonfett for montering av transistoren på kjøleribben.

Lodding

Verktøyene for å sette sammen settet, loddejern og sidekuttere.

Multimeter

Oscilloskop

Trinn 1: Elektromagnet

For å forstå Tesla -spoler og transformatorer må du forstå elektromagneter. Når en strøm (rød pil) påføres en leder, skaper det et magnetisk felt rundt lederen. (Blå piler) For å forutsi retningen for magnetfeltstrømmen, bruk høyre håndsregel. Legg hånden på lederen med tommelen pekende i strømretningen, og fingrene peker i retning av magnetfeltstrømmen.

Når du vikler lederen rundt et jernholdig metall som stål eller jern, smelter magnetfeltene til den spolede lederen og justeres, dette kalles en elektromagnet. Magnetfeltet beveger seg fra midten av spolen passerer ut den ene enden av elektromagneten rundt utsiden av spolen og i den motsatte enden tilbake til midten av spolen.

Magneter har en nord- og en sydpol, for å forutsi hvilken ende som er nord- eller sørpolen i en spole, igjen bruker du høyre håndsregel. Bare denne gangen med høyre hånd på spolen, pek fingrene i retning av strømmen i den spiralformede lederen. (Røde piler) Med høyre tommel som peker sundet langs spolen, skal den peke mot nordenden av magneten.

Trinn 2: Hvordan Transformers fungerer

Hvordan en svingende strøm i en primærspole skaper en strøm i en sekundærspole trådløst kalles Lenzs lov.

Wikipedia

Alle spoler i en transformator skal vikles i samme retning.

En spole vil motstå en endring i en magnetisk; feltet, så når AC eller en pulserende strøm påføres primærspolen, skaper det et svingende magnetfelt i primærspolen.

Når det svingende magnetfeltet når sekundærspolen, skaper det et motsatt magnetfelt og en motstrøm i sekundærspolen.

Du kan bruke høyre håndregel på primærspolen og sekundæren for å forutsi utgangen til sekundæren.

Avhengig av antall svinger på primærspolen og antall svinger på sekundærspolen, endres spenningen til en høyere eller lavere spenning.

Hvis du synes det positive og negative er vanskelig å følge på sekundærspolen; tenk på den sekundære spolen som en strømkilde eller et batteri der strøm kommer ut, og tenk på primæren som en belastning der strøm forbrukes.

Tesla -spoler er luftkjernetransformatorer, magnetfeltene og strømmen fungerer på samme måte som jern- eller ferritkjernetransformatorer.

Trinn 3: Svingninger

Selv om det ikke er tegnet i skjematisk; den høyere sekundære spolen til en Tesla -spole er inne i den kortere primærspolen, dette oppsettet kalles en selvresonerende oscillator.

Få din vikling rett; både primær- og sekundærviklingen skal vikles i samme retning. Det spiller ingen rolle om du spoler spolene med en høyre vri eller en venstre vri så lenge begge spolene er viklet i samme retning.

Når du vikler sekundæren, må du sørge for at viklingene ikke overlapper hverandre eller at overlappingen kan føre til kortslutning i sekundæret.

Kryssvikling av spolene kan føre til at tilbakemeldingen fra sekundæren knyttet til transistorens base eller mosfetporten er feil polaritet, og dette kan forhindre kretsen i å svinge.

Primærspolene positive og negative ledninger påvirkes av vridningen i viklingene. Bruk høyre regel på primærspolen. Sørg for at nordpolen til primærspolen peker mot toppen av sekundærspolen.

Kryssledninger til primærspolen kan føre til at tilbakemeldingen fra sekundæren knyttet til transistorens base eller mosfetporten er feil polaritet, og dette kan forhindre kretsen i å svinge.

Så lenge spolene er viklet i samme retning; unnlatelse av å svinge gjør å krysse ledninger primærspolen er en enkel løsning mesteparten av tiden, bare reverser ledningene til primærspolen.

Trinn 4: Slik fungerer en Solid State Tesla -spole

Den grunnleggende solid state Tesla Coil kan ha så lite som fem deler.

En strømkilde; i denne skjemaet et batteri.

En motstand; avhengig av transistoren en 1/4 watt 10 kΩ og oppover.

En NPN -transistor med kjøleribbe, transistoren på disse kretsene har en tendens til å bli varm.

En primærspole fra 2 eller flere svinger vikles i samme retning som den sekundære spolen.

En sekundær spole opp til 1 000 omdreininger eller mer 41 AWG såret i samme retning som primæren.

Trinn 1. Når strøm først tilføres en grunnleggende Tesla -spole i solid state, er transistoren i kretsen åpen eller av. Strøm går gjennom motstanden til transistorbasen som lukker transistoren og slår den på slik at strøm kan strømme gjennom primærspolen. Den nåværende endringen er ikke øyeblikkelig, det tar kort tid før strømmen går fra null strøm til maks strøm, dette kalles stigningstid.

Trinn 2. Samtidig går magnetfeltet i spolen fra null til en viss feltstyrke. Mens magnetfeltet øker i primærspolen, motstår sekundærspolen kjøpet som skaper et motsatt magnetfelt og en motstrøm i sekundærspolen.

Trinn 3. Sekundærspolen er bundet til transistorens base slik at strømmen i sekundærspolen (Feedback) vil trekke strømmen vekk fra transistorbasen. Dette vil åpne transistoren ved å slå av strømmen til primærspolen. I likhet med økningstiden er den nåværende endringen ikke øyeblikkelig. Det tar kort tid for strømmen og magnetfeltet å gå fra maks til null, dette kalles falltid.

Så tilbake til trinn 1.

Denne typen krets kalles en selvregulerende oscillerende krets, eller en resonansoscillator. Denne typen oscillator er begrenset i frekvens av kretsens og transistorens eller mosfets forsinkelsestider. (Rise Time Fall Time og Plateau Time)

Trinn 5: Effektivitet

Denne kretsen er ikke veldig effektiv, og produserer en firkantbølge, primærspolen produserer bare en strøm i sekundærspolen under magnetfeltene som går over fra null feltstyrke til full feltstyrke og tilbake til null feltstyrke, kalt stigningstid og fall tid. Mellom stigningstiden og falltiden er det et platå med transistoren lukket eller på og transistoren åpen eller av. Når transistoren er utenfor, bruker platået ikke strøm, men når transistoren er på platået bruker og sløser strømmen med å varme opp transistoren.

Du kan bruke den raskeste bytte -transistoren du kan få. Med høyere frekvenser kan magnetfeltet overgå mer enn det er på platå, noe som gjør Tesla -spolen mer effektiv. Dette vil imidlertid ikke stoppe transistoren fra å varme opp.

Ved å legge til en 3 volt LED til transistorbasen forlenger den stignings- og falltiden, slik at transistorene virker mer som en trekantbølge enn en firkantbølge.

Det er to andre ting du kan gjøre for å forhindre at transistoren blir for varm. Du kan bruke en varmeavleder for å spre overflødig varme. Du kan bruke en transistor med høy effekt så transistoren ikke blir overarbeidet.

Trinn 6: Mini Tesla Coil

Jeg fikk denne 12 volt Mini Tesla Coil fra en nettbutikk.

Settet er inkludert:

1 x PVC -brett

1 x monolitisk kondensator 1nF

1 x 10 kΩ motstand

1 x 1 kΩ motstand

1 x 12V stikkontakt

1 x kjøleribbe

1 x Transistor BD243C

1 x Sekundærspole 333 omdreininger

1 x festeskrue

2 x LED

1 x neonlampe

Settet inkluderer ikke:

12 volt strømforsyning SMP -forsyningen jeg brukte var 12 volt 4 ampere.

Torus

Lim for å montere den sekundære spolen.

Termisk silikonfett for montering av transistoren på kjøleribben.

Lodding

Trinn 7: Testing

Etter montering av Mini Tesla Coil testet jeg den på en neonlampe, et CFL (kompakt lysrør) og et lysrør. Arken var liten, og så lenge jeg la den innen en tomme, lyser den opp alt jeg prøvde den på.

Transistoren blir veldig varm, så ikke rør kjølelegemet. En 12 volt Tesla -spole bør ikke gjøre en 65 watt transistor veldig varm med mindre du nærmer deg transistorenes maksimale parametere.

Trinn 8: Strømbruk

BD243C -transistoren er en NPN, 65 watt 100 volt 6 ampere 3 MHz transistor, ved 12 volt bør den ikke trekke mer enn 5,4 ampere for ikke å overstige 65 watt.

Da jeg sjekket strømmen ved oppstart var den 1 ampere, etter å ha kjørt i et minutt falt strømmen til 0,75 ampere. Ved 12 volt som gjør driftseffekten til 9 til 12 watt, langt under de 65 watt transistoren er vurdert for.

Da jeg sjekket at transistorene stiger og faller, får jeg en trekantbølge som nesten alltid er i bevegelse, noe som gjør det til en veldig effektiv krets.

Trinn 9: Toppbelastning

Toppbelastninger gjør at ladningen kan bygge opp i stedet for bare å blø i luften, noe som gir deg større effekt.

Uten toppbelastning samler ladningene seg på trådens spisse tupper og bløder ut i luften.

De beste topplastene er runde som en Torus eller en sfærer, slik at det ikke blinker punkter fra ladningen til luften.

Jeg gjorde min topplast fra en ball jeg berget fra en mus og dekket den med aluminiumsfolie, den var ikke helt glatt, men den fungerte bra. Nå kan jeg lyse opp en CFL opptil en tomme unna.