تم تسجيل براءة اختراع محول Tesla (سيتم مناقشة مبدأ تشغيل الجهاز لاحقًا) في عام 1896 ، 22 سبتمبر. تم تقديم الجهاز كجهاز ينتج تيارات كهربائية ذات جهد وتردد عاليين. اخترع نيكولا تيسلا الجهاز وسمي من بعده. دعونا ننظر في هذا الجهاز بمزيد من التفصيل.
محول تسلا: مبدأ العمل
يمكن تفسير جوهر تشغيل الجهاز بمثال التأرجح المعروف. عندما تتأرجح في ظل ظروف التذبذبات القسرية ، فإن السعة ، التي ستكون الحد الأقصى ، ستصبح متناسبة مع القوة المطبقة. عند التأرجح في الوضع الحر ، ستزداد السعة القصوى عدة مرات بنفس الجهود. هذا هو جوهر محول تسلا. تستخدم الدائرة الثانوية المتذبذبة كتأرجح في الجهاز. المولد يلعب دور الجهد المطبق. مع تناسقها (الدفع في فترات زمنية ضرورية للغاية) ، يتم توفير مذبذب رئيسي أو دائرة أولية (وفقًا للجهاز).
الوصف
محول تسلا بسيط يتضمن ملفين. أحدهما أساسي والآخر ثانوي. أيضًا ، يتكون محول الطنين Tesla من حلقي (لا يستخدم دائمًا) ،مكثف ، صواعق. تم العثور على الأخير - القاطع - في النسخة الإنجليزية من Spark Gap. يحتوي محول Tesla أيضًا على محطة "خرج".
لفائف
الأساسي يحتوي ، كقاعدة عامة ، على سلك بقطر كبير أو أنبوب نحاسي بعدة لفات. يحتوي الملف الثانوي على كابل أصغر. يبلغ عدد دوراتها حوالي 1000. يمكن أن يكون للملف الأساسي شكل مسطح (أفقي) أو مخروطي أو أسطواني (رأسي). هنا ، على عكس المحولات التقليدية ، لا يوجد قلب مغناطيسي حديدي. نتيجة لهذا ، يتم تقليل الحث المتبادل بين الملفات بشكل كبير. جنبا إلى جنب مع المكثف ، يشكل العنصر الأساسي دائرة متذبذبة. يتضمن فجوة شرارة - عنصر غير خطي.
يشكل الملف الثانوي أيضًا دائرة تذبذبية. تعمل السعات الحلقية والملف الخاص بها (interturn) كمكثف. غالبًا ما يتم تغطية اللف الثانوي بطبقة من الورنيش أو الإيبوكسي. يتم ذلك لتجنب الانهيار الكهربائي.
مفرغ
تشتمل دائرة محول تسلا على قطبين كبيرين. يجب أن تكون هذه العناصر مقاومة للتيارات العالية المتدفقة عبر قوس كهربائي. الخلوص القابل للتعديل والتبريد الجيد أمر لا بد منه.
محطة
يمكن تثبيت هذا العنصر في محول تسلا الرنان في تصميمات مختلفة. قد يكون الجهاز عبارة عن كرة أو دبوس حاد أو قرص. إنه مصمم لإنتاج تفريغات شرارة يمكن التنبؤ بها بحجم كبيرالطول. وبالتالي ، فإن دائرتين متذبذبتين متصلتين تشكلان محول تسلا.
الطاقة من الأثير هي أحد أغراض عمل الجهاز. سعى مخترع الجهاز لتحقيق موجة رقم Z من 377 أوم. لقد صنع لفائف ذات أحجام أكبر من أي وقت مضى. يتم ضمان التشغيل العادي (الكامل) لمحول Tesla عندما يتم ضبط كلتا الدائرتين على نفس التردد. كقاعدة عامة ، في عملية التعديل ، يتم تعديل الأساسي إلى الثانوي. يتم تحقيق ذلك عن طريق تغيير سعة المكثف. يتغير أيضًا عدد الدورات في الملف الأساسي حتى يظهر الحد الأقصى للجهد عند الخرج.
في المستقبل ، من المخطط إنشاء محول تسلا بسيط. ستعمل الطاقة من الأثير للبشرية على أكمل وجه.
الإجراء
محول تسلا يعمل في الوضع النبضي. المرحلة الأولى عبارة عن مكثف يشحن حتى جهد انهيار عنصر التفريغ. والثاني هو توليد التذبذبات عالية التردد في الدائرة الأولية. تغلق فجوة الشرارة المتصلة بالتوازي المحول (مصدر الطاقة) ، وتستثنيها من الدائرة. خلاف ذلك ، سوف يتكبد خسائر معينة. وهذا بدوره سيقلل من عامل الجودة للدائرة الأولية. كما تبين الممارسة ، فإن هذا التأثير يقلل بشكل كبير من طول التفريغ. في هذا الصدد ، في دائرة جيدة البناء ، يتم وضع مانع الصواعق دائمًا بالتوازي مع المصدر.
المسؤول
يتم إنتاجه بواسطة مصدر خارجي عالي الجهد يعتمد على محول تصعيد منخفض التردد.يتم اختيار سعة المكثف بحيث تشكل دائرة معينة مع المحرِّض. يجب أن يكون تردد الرنين الخاص بها مساويًا لدائرة الجهد العالي.
من الناحية العملية ، كل شيء مختلف إلى حد ما. عندما يتم حساب محول Tesla ، لا تؤخذ الطاقة التي سيتم استخدامها لضخ الدائرة الثانية في الاعتبار. جهد الشحن محدود بالجهد عند انهيار الصواعق. يمكن ضبطه (إذا كان العنصر هو الهواء). يتم تصحيح جهد الانهيار عن طريق تغيير الشكل أو المسافة بين الأقطاب الكهربائية. كقاعدة عامة ، يكون المؤشر في حدود 2-20 كيلو فولت. يجب ألا "تقصر" إشارة الجهد المكثف أكثر من اللازم ، والتي تتغير باستمرار العلامة
جيل
بعد الوصول إلى جهد الانهيار بين الأقطاب الكهربائية ، يتشكل انهيار غازي يشبه الانهيار الجليدي في فجوة الشرارة. يتم تفريغ المكثف على الملف. بعد ذلك ، ينخفض جهد الانهيار بشكل حاد بسبب الأيونات المتبقية في الغاز (ناقلات الشحن). نتيجة لذلك ، تظل دائرة دائرة التذبذب ، التي تتكون من مكثف وملف أولي ، مغلقة من خلال فجوة الشرارة. يولد اهتزازات عالية التردد. تتلاشى تدريجياً ، ويرجع ذلك أساسًا إلى الخسائر في الصواعق ، فضلاً عن هروب الطاقة الكهرومغناطيسية إلى الملف الثانوي. ومع ذلك ، تستمر التذبذبات حتى يخلق التيار عددًا كافيًا من ناقلات الشحن للحفاظ على جهد انهيار أقل بكثير في فجوة الشرارة من سعة التذبذبات في دائرة LC. في الدائرة الثانويةيظهر صدى. ينتج عن هذا الجهد العالي في المحطة.
تعديلات
أيا كان نوع دائرة محول تسلا ، فإن الدوائر الثانوية والأولية تظل كما هي. ومع ذلك ، قد يكون أحد مكونات العنصر الرئيسي تصميمًا مختلفًا. على وجه الخصوص ، نحن نتحدث عن مولد ذبذبات عالية التردد. على سبيل المثال ، في تعديل SGTC ، يتم تنفيذ هذا العنصر على فجوة الشرارة.
RSG
يشتمل محول الطاقة العالية Tesla على تصميم أكثر تعقيدًا لفجوة الشرارة. على وجه الخصوص ، هذا ينطبق على نموذج RSG. يشير الاختصار إلى Rotary Spark Gap. يمكن ترجمتها على النحو التالي: شرارة دوارة / دوارة أو فجوة ثابتة مع أجهزة إطفاء القوس (إضافية). في هذه الحالة ، يتم تحديد تردد تشغيل الفجوة بشكل متزامن مع تردد شحن المكثف. يشتمل تصميم فجوة دوار الشرارة على محرك (عادة ما يكون كهربائيًا) ، وقرصًا (يدور) به أقطاب كهربائية. هذا الأخير إما أن يغلق أو يقترب من مكونات التزاوج ليغلق.
يعتمد اختيار ترتيب جهات الاتصال وسرعة دوران العمود على التردد المطلوب للحزم التذبذبية. وفقًا لنوع التحكم في المحرك ، يتم تمييز فجوات دوار الشرارة على أنها غير متزامنة ومتزامنة. أيضا ، استخدام فجوة شرارة دوارة يقلل بشكل كبير من احتمال وجود قوس طفيلي بين الأقطاب.
في بعض الحالات ، يتم استبدال فجوة شرارة تقليديةمتعدد المراحل. للتبريد ، يتم وضع هذا المكون أحيانًا في عوازل غازية أو سائلة (في الزيت ، على سبيل المثال). كتقنية نموذجية لإطفاء قوس فجوة شرارة إحصائية ، يتم استخدام تطهير الأقطاب الكهربائية باستخدام نفاثة هواء قوية. في بعض الحالات ، يتم استكمال محول Tesla ذي التصميم الكلاسيكي بمانع ثانٍ. الغرض من هذا العنصر هو حماية منطقة الجهد المنخفض (التغذية) من زيادات الجهد العالي.
لفائف المصباح
يستخدم تعديل VTTC الأنابيب المفرغة. يلعبون دور مولد التذبذب RF. كقاعدة عامة ، هذه مصابيح قوية جدًا من النوع GU-81. لكن في بعض الأحيان يمكنك العثور على تصميمات منخفضة الطاقة. ومن السمات المميزة في هذه الحالة عدم الحاجة إلى توفير جهد عالي. للحصول على تصريفات صغيرة نسبيًا ، تحتاج إلى حوالي 300-600 فولت. بالإضافة إلى ذلك ، لا تصدر VTTC أي ضوضاء تقريبًا ، والتي تظهر عندما يعمل محول Tesla على فجوة الشرارة. مع تطور الإلكترونيات ، أصبح من الممكن تبسيط وتقليل حجم الجهاز بشكل كبير. بدلاً من تصميم المصابيح ، بدأ استخدام محول تسلا على الترانزستورات. عادة ما يتم استخدام عنصر ثنائي القطب من القوة والتيار المناسبين.
كيف تصنع محول تسلا؟
كما ذكرنا أعلاه ، يتم استخدام عنصر ثنائي القطب لتبسيط التصميم. مما لا شك فيه أنه من الأفضل استخدام ترانزستور تأثير المجال. لكن من الأسهل العمل مع ثنائي القطب لأولئك الذين ليس لديهم خبرة كافية في تجميع المولدات. لفائف ويتم تنفيذ المجمع بسلك يتراوح من 0.5 إلى 0.8 ملم. في الجزء عالي الجهد ، يتم أخذ السلك بسمك 0.15-0.3 مم. يتم إجراء ما يقرب من 1000 دورة. يتم وضع حلزوني عند الطرف "الساخن" للملف. يمكن الحصول على الطاقة من محول بقوة 10 فولت ، 1 أ. عند استخدام طاقة من 24 فولت أو أكثر ، يزيد طول تفريغ الهالة بشكل كبير. للمولد يمكنك استخدام الترانزستور KT805IM
باستخدام الأداة
عند الإخراج ، يمكنك الحصول على جهد بعدة ملايين فولت. إنه قادر على إحداث تصريفات رائعة في الهواء. هذا الأخير ، بدوره ، يمكن أن يصل طوله إلى عدة أمتار. هذه الظواهر جذابة للغاية ظاهريًا لكثير من الناس. يستخدم عشاق محولات تسلا لأغراض الديكور.
استخدم المخترع نفسه الجهاز لنشر وتوليد التذبذبات التي تهدف إلى التحكم اللاسلكي في الأجهزة عن بعد (التحكم اللاسلكي) ونقل البيانات والطاقة. في بداية القرن العشرين ، بدأ استخدام لفائف تسلا في الطب. تم علاج المرضى بتيارات ضعيفة عالية التردد. إنها ، التي تتدفق عبر طبقة سطحية رقيقة من الجلد ، لا تؤذي الأعضاء الداخلية. في الوقت نفسه ، كان للتيارات تأثير علاجي ومنشط على الجسم. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام المحول لإشعال مصابيح تفريغ الغاز والبحث عن التسريبات في أنظمة التفريغ. ومع ذلك ، في عصرنا ، يجب اعتبار التطبيق الرئيسي للجهاز معرفيًا وجماليًا.
تأثيرات
ترتبط بتكوين أنواع مختلفة من تصريفات الغاز أثناء تشغيل الجهاز. كثير من الناساجمع محولات Tesla لتتمكن من مشاهدة التأثيرات المذهلة. في المجموع ، ينتج الجهاز تفريغًا من أربعة أنواع. غالبًا ما يكون من الممكن ملاحظة كيف لا تنحرف التصريفات عن الملف فحسب ، بل يتم توجيهها أيضًا من الأجسام المؤرضة في اتجاهها. يمكن أن يكون لديهم أيضًا توهجات كورونا. يشار إلى أن بعض المركبات الكيميائية (الأيونية) عند وضعها على الطرف قد تغير لون التفريغ. على سبيل المثال ، تجعل أيونات الصوديوم لونًا برتقاليًا لامعًا ، بينما تجعل أيونات البورون لونًا أخضر لامعًا.
اللافتات
هذه قنوات رقيقة متفرعة متوهجة بشكل خافت. تحتوي على ذرات غاز مؤينة وانفصال الإلكترونات الحرة عنها. تتدفق هذه التفريغ من طرف الملف أو من الأجزاء الحادة مباشرة إلى الهواء. في جوهره ، يمكن اعتبار الغاسل تأينًا مرئيًا للهواء (وهج الأيونات) ، والذي يتم إنشاؤه بواسطة حقل BB بالقرب من المحول.
تفريغ القوس
يتشكل في كثير من الأحيان. على سبيل المثال ، إذا كان للمحول طاقة كافية ، يمكن تكوين قوس عند إحضار كائن مؤرض إلى الطرف. في بعض الحالات ، يلزم لمس الكائن للخروج ، ثم التراجع إلى مسافة متزايدة وتمديد القوس. مع عدم كفاية الموثوقية وقوة الملف ، يمكن أن يؤدي هذا التفريغ إلى إتلاف المكونات.
شرارة
تنبعث شحنة الشرارة هذه من أجزاء حادة أو من الطرف مباشرة إلى الأرض (جسم مؤرض). يتم تقديم Spark في شكل خطوط خيطية مشرقة متغيرة بسرعة أو تختفي ، متفرعة بشدة وغالباً. يوجد أيضًا نوع خاص من تفريغ الشرارة. يسمى متحرك
تفريغ كورونا
هذا هو وهج الأيونات الموجود في الهواء. يحدث في مجال كهربائي عالي الجهد. والنتيجة هي زرقة ، ترضي توهج العين بالقرب من مكونات BB للهيكل مع انحناء كبير للسطح.
الميزات
أثناء تشغيل المحول ، يمكن سماع فرقعة كهربائية مميزة. ترجع هذه الظاهرة إلى العملية التي تتحول خلالها اللافتات إلى قنوات شرارة. يرافقه زيادة حادة في كمية الطاقة والقوة الحالية. هناك توسع سريع لكل قناة وزيادة مفاجئة في الضغط فيها. نتيجة لذلك ، تتشكل موجات الصدمة على الحدود. مزيجها من القنوات المتوسعة يشكل صوتًا يُنظر إليه على أنه صوت طقطقة.
تأثير الإنسان
مثل أي مصدر آخر للجهد العالي ، يمكن أن يكون ملف تسلا مميتًا. لكن هناك رأي مختلف فيما يتعلق ببعض أنواع الأجهزة. نظرًا لأن الجهد العالي عالي التردد له تأثير جلدي ، والتيار متأخر بشكل كبير عن الجهد في الطور ، وقوة التيار صغيرة جدًا ، على الرغم من الإمكانات ، فإن التفريغ في جسم الإنسان لا يمكن أن يتسبب في توقف القلب أو اضطرابات خطيرة أخرى في الجسم
