Festkörper-Tesla-Spulen und wie sie funktionieren - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

Hochspannungsstrom kann GEFÄHRLICH sein, treffen Sie bei der Arbeit mit Tesla-Spulen oder anderen Hochspannungsgeräten jederzeit die richtigen Sicherheitsvorkehrungen, also gehen Sie auf Nummer sicher oder spielen Sie nicht.

Tesla-Spulen sind ein Transformator, der nach dem Prinzip des selbstschwingenden Oszillators arbeitet und von Nicola Tesla, einem serbisch-amerikanischen Wissenschaftler, erfunden wurde. Es wird hauptsächlich verwendet, um Ultrahochspannungs-, aber Niederstrom- und Hochfrequenz-Wechselstrom zu erzeugen. Die Tesla-Spule besteht aus zwei Gruppen von gekoppelten Resonanzkreisen, manchmal drei Gruppen gekoppelt. Nicola Tesla hat eine große Anzahl von Konfigurationen verschiedener Spulen ausprobiert. Tesla benutzte diese Spulen, um Experimente wie elektrische Beleuchtung, Röntgenstrahlen, Elektrotherapie und Funkenergieübertragung durchzuführen, sowie Funksignale zu senden und zu empfangen.

Seit ihrer Erfindung hat sich bei Tesla-Spulen nicht viel getan. Abgesehen von Festkörperkomponenten haben sich Tesla-Spulen in über 100 Jahren nicht viel verändert. Meistens auf Bildung und das Spielzeug der Wissenschaft verbannt, kann fast jeder online einen Bausatz kaufen und eine Tesla-Spule bauen.

Dieses Instructable befasst sich mit dem Bau einer eigenen Festkörper-Tesla-Spule, wie sie funktionieren und Tipps und Tricks zur Fehlerbehebung bei Problemen auf dem Weg.

Lieferungen

12-Volt-Netzteil Das von mir verwendete SMP-Netzteil war 12 Volt 4 Ampere.

Torus-Kleber zur Montage der Sekundärspule.

Thermisches Silikonfett zur Montage des Transistors am Kühlkörper.

Lot

Die Werkzeuge zum Zusammenbauen des Bausatzes, Lötkolben und Seitenschneider.

Multimeter

Oszilloskop

Schritt 1: Elektromagnet

Um Tesla-Spulen und -Transformatoren zu verstehen, müssen Sie Elektromagnete verstehen. Wenn ein Strom (roter Pfeil) an einen Leiter angelegt wird, erzeugt er ein Magnetfeld um den Leiter herum. (Blaue Pfeile) Um die Richtung des Magnetfeldflusses vorherzusagen, verwenden Sie die Rechte-Hand-Regel. Legen Sie Ihre Hand auf den Leiter, wobei Ihr Daumen in Stromrichtung zeigt und Ihre Finger zeigen in Richtung des Magnetfeldflusses.

Wenn Sie den Leiter um ein eisenhaltiges Metall wie Stahl oder Eisen wickeln, verschmelzen die Magnetfelder des gewickelten Leiters und richten sich aus, dies wird als Elektromagnet bezeichnet. Das Magnetfeld breitet sich von der Mitte der Spule aus, läuft an einem Ende des Elektromagneten um die Außenseite der Spule herum und am gegenüberliegenden Ende zurück zur Mitte der Spule.

Magnete haben einen Nord- und einen Südpol, um vorherzusagen, welches Ende der Nord- oder Südpol einer Spule ist, verwenden Sie wieder die Rechte-Hand-Regel. Nur diesmal mit der rechten Hand auf der Spule mit den Fingern in Richtung des Stromflusses im gewickelten Leiter zeigen. (Rote Pfeile) Wenn Ihr rechter Daumen gerade entlang der Spule zeigt, sollte er zum nördlichen Ende des Magneten zeigen.

Schritt 2: Wie Transformatoren funktionieren

Wie ein schwankender Strom in einer Primärspule drahtlos einen Strom in einer Sekundärspule erzeugt, wird als Lenz’sches Gesetz bezeichnet.

Wikipedia

Alle Spulen in einem Transformator sollten in die gleiche Richtung gewickelt werden.

Eine Spule widersteht einer Änderung eines Magneten; Wenn also Wechselstrom oder ein pulsierender Strom an die Primärspule angelegt wird, entsteht in der Primärspule ein fluktuierendes Magnetfeld.

Wenn das fluktuierende Magnetfeld die Sekundärspule erreicht, erzeugt es ein entgegengesetztes Magnetfeld und einen Gegenstrom in der Sekundärspule.

Sie können die Rechte-Hand-Regel für die Primärspule und die Sekundärspule verwenden, um die Leistung der Sekundärspule vorherzusagen.

Abhängig von der Windungszahl der Primärspule und der Windungszahl der Sekundärspule ändert sich die Spannung auf eine höhere oder niedrigere Spannung.

Wenn Sie feststellen, dass das Positive und das Negative auf der Sekundärspule schwer zu verfolgen sind; Stellen Sie sich die Sekundärspule als Stromquelle oder eine Batterie vor, aus der Strom herauskommt, und stellen Sie sich die Primärspule als Last vor, bei der Strom verbraucht wird.

Tesla-Spulen sind Luftkerntransformatoren, die Magnetfelder und der Strom funktionieren genauso wie bei Eisen- oder Ferritkerntransformatoren.

Schritt 3: Wicklungs

Obwohl es im Schaltplan nicht gezeichnet ist; die höhere Sekundärspule einer Tesla-Spule befindet sich in der kürzeren Primärspule, dieser Aufbau wird als selbstresonierender Oszillator bezeichnet.

Machen Sie Ihre Wicklung richtig; Sowohl die Primär- als auch die Sekundärwicklung sollten in die gleiche Richtung gewickelt werden. Es spielt keine Rolle, ob Sie die Spulen mit Rechtsdrall oder Linksdrall wickeln, solange beide Spulen in die gleiche Richtung gewickelt werden.

Achten Sie beim Wickeln der Sekundärwicklung darauf, dass sich die Wicklungen nicht überlappen oder an der Überlappung einen Kurzschluss in der Sekundärwicklung verursachen kann.

Das Kreuzspulen der Spulen kann dazu führen, dass die Rückkopplung von der Sekundärseite, die mit der Basis des Transistors oder dem Gate des Mosfets verbunden ist, die falsche Polarität hat, und dies kann verhindern, dass die Schaltung schwingt.

Die positiven und negativen Leitungen der Primärspulen werden durch die Verdrillung in den Wicklungen beeinflusst. Verwenden Sie die Rechte-Hand-Regel auf der Primärspule. Stellen Sie sicher, dass der Nordpol der Primärspule zur Oberseite der Sekundärspule zeigt.

Eine Querverdrahtung der Primärspule kann dazu führen, dass die Rückkopplung von der an die Basis des Transistors oder das Gate des Mosfets gebundenen Sekundärspule die falsche Polarität hat, und dies kann ein Schwingen der Schaltung verhindern.

Solange die Spulen in die gleiche Richtung gewickelt sind; Das Versäumnis, zu schwingen, um die Primärspule zu kreuzen, ist die meiste Zeit eine einfache Lösung. Vertauschen Sie einfach die Leitungen der Primärspule.

Schritt 4: Wie eine Festkörper-Tesla-Spule funktioniert

Die Basis-Solid-State-Tesla-Spule kann aus nur fünf Teilen bestehen.

Eine Stromquelle; in diesem Schema eine Batterie.

Ein Widerstand; je nach Transistor ein 1/4 Watt 10 kΩ und mehr.

Ein NPN-Transistor mit Kühlkörper, der Transistor dieser Schaltungen neigt dazu, heiß zu werden.

Eine Primärspule aus 2 oder mehr Windungen, die in die gleiche Richtung wie die Sekundärspule gewickelt sind.

Eine Sekundärspule mit bis zu 1.000 Windungen oder mehr 41 AWG, die in die gleiche Richtung wie die Primärspule gewickelt ist.

Schritt 1. Wenn zum ersten Mal Strom an eine Basis-Solid-State-Tesla-Spule angelegt wird, ist der Transistor im Stromkreis offen oder ausgeschaltet. Der Strom fließt durch den Widerstand zur Basis des Transistors und schließt den Transistor, wodurch er eingeschaltet wird, so dass Strom durch die Primärspule fließen kann. Die Stromänderung erfolgt nicht augenblicklich, es dauert eine kurze Zeit, bis der Strom von Nullstrom auf maximalen Strom übergeht, dies wird als Anstiegszeit bezeichnet.

Schritt 2. Gleichzeitig geht das Magnetfeld in der Spule von Null auf eine gewisse Feldstärke. Während das Magnetfeld in der Primärspule ansteigt, widersetzt sich die Sekundärspule dem Wechselgeld und erzeugt ein entgegengesetztes Magnetfeld und einen Gegenstrom in der Sekundärspule.

Schritt 3. Die Sekundärspule ist in die Basis des Transistors eingebunden, so dass der Strom in der Sekundärspule (Feedback) den Strom von der Transistorbasis wegzieht. Dadurch wird der Transistor geöffnet und der Strom zur Primärspule abgeschaltet. Wie die Anstiegszeit erfolgt die aktuelle Änderung nicht sofort. Es dauert eine kurze Zeit, bis der Strom und das Magnetfeld vom Maximum auf Null gehen, dies wird als Abfallzeit bezeichnet.

Dann zurück zu Schritt 1.

Diese Art von Schaltung wird als selbstregulierender Schwingkreis oder Resonanzoszillator bezeichnet. Diese Art von Oszillator ist in der Frequenz durch die Verzögerungszeiten der Schaltung und der Transistoren oder Mosfets begrenzt. (Anstiegszeit, Fallzeit und Plateauzeit)

Schritt 5: Effizienz

Diese Schaltung ist nicht sehr effizient und erzeugt eine Rechteckwelle, die Primärspule erzeugt nur einen Strom in der Sekundärspule während der Magnetfelder, die von der Feldstärke Null auf die volle Feldstärke und zurück auf die Feldstärke Null übergehen, die sogenannte Anstiegszeit und die Abfallzeit. Zwischen der Anstiegszeit und der Abfallzeit liegt ein Plateau mit geschlossenem oder eingeschaltetem Transistor und geöffnetem oder ausgeschaltetem Transistor. Wenn der Transistor ausgeschaltet ist, verbraucht das Plateau keinen Strom, aber wenn der Transistor eingeschaltet ist, verbraucht und verschwendet das Plateau Strom, um den Transistor zu erwärmen.

Sie können den schnellsten Schalttransistor verwenden, den Sie bekommen können. Bei höheren Frequenzen kann das Magnetfeld mehr übergehen als es ein Plateau erreicht, wodurch die Tesla-Spule effizienter wird. Dies verhindert jedoch nicht, dass sich der Transistor aufheizt.

Durch Hinzufügen einer 3-Volt-LED zur Transistorbasis verlängert sich die Anstiegs- und Abfallzeit, wodurch die Transistoren eher eine Dreieckswelle als eine Rechteckwelle sind.

Es gibt zwei andere Dinge, die Sie tun können, um eine Überhitzung des Transistors zu verhindern. Sie können einen Kühlkörper verwenden, um die überschüssige Wärme abzuführen. Sie können einen Transistor mit hoher Wattzahl verwenden, damit der Transistor nicht überlastet wird.

Schritt 6: Mini-Tesla-Spule

Ich habe diese 12-Volt-Mini-Tesla-Spule von einem Online-Händler bekommen.

Das Kit enthalten:

1 x PVC-Platte

1 x monolithischer Kondensator 1nF

1 x 10 kΩ Widerstand

1 x 1 kΩ Widerstand

1 x 12V Steckdose

1 x Kühlkörper

1 x Transistor BD243C

1 x Sekundärspule 333 Windungen

1 x Befestigungsschraube

2 x LED

1 x Neonlampe

Das Kit enthält nicht:

12-Volt-Netzteil Das von mir verwendete SMP-Netzteil war 12 Volt 4 Ampere.

Torus

Kleber, um die Sekundärspule zu montieren.

Thermisches Silikonfett zur Montage des Transistors am Kühlkörper.

Lot

Schritt 7: Testen

Nach dem Zusammenbau der Mini Tesla Coil habe ich sie an einer Neonlampe, einer CFL (Compact Fluorescent Light) und einer Leuchtstoffröhre getestet. Die Arche war klein und solange ich sie innerhalb von 1/4 Zoll stecke, leuchtet sie alles auf, was ich anprobiert habe.

Der Transistor wird sehr heiß, also berühren Sie nicht den Kühlkörper. Eine 12-Volt-Tesla-Spule sollte einen 65-Watt-Transistor nicht sehr heiß machen, es sei denn, Sie nähern sich den maximalen Parametern des Transistors.

Schritt 8: Stromverbrauch

Der BD243C-Transistor ist ein NPN, 65 Watt 100 Volt 6 Ampere 3MHz Transistor, bei 12 Volt sollte er nicht mehr als 5,4 Ampere ziehen um 65 Watt nicht zu überschreiten.

Als ich den Strom beim Start überprüfte, betrug er 1 Ampere, nachdem er eine Minute lang gelaufen war, fiel der Strom auf 0,75 Ampere. Bei 12 Volt beträgt die Betriebsleistung 9 bis 12 Watt, weit unter den 65 Watt, für die der Transistor ausgelegt ist.

Als ich die Anstiegs- und Abfallzeiten der Transistoren überprüft habe, erhalte ich eine Dreieckswelle, die fast immer in Bewegung ist, was es zu einer sehr effizienten Schaltung macht.

Schritt 9: Top Load

Obere Lasten ermöglichen es, dass sich die Ladung aufbaut, anstatt nur in die Luft zu bluten, wodurch Sie eine größere Leistung erzielen.

Ohne Topload sammeln sich die Ladungen an den spitzen Drahtspitzen und entweichen in die Luft.

Die besten Toploads sind rund wie ein Torus oder eine Kugel, damit keine Punkte der Ladung in die Luft abfließen.

Ich habe meine Top-Load aus einem Ball gemacht, den ich von einer Maus geborgen habe, und ihn mit Alufolie bedeckt, er war nicht ganz glatt, aber er hat gut funktioniert. Jetzt kann ich eine CFL bis zu einem Zoll entfernt anzünden.