Aujourd'hui, le transformateur de Tesla est appelé un transformateur résonnant haute tension à haute fréquence, et de nombreux exemples d'implémentations frappantes de ce dispositif inhabituel peuvent être trouvés sur le réseau. Une bobine sans noyau ferromagnétique, constituée de nombreuses spires de fil fin, surmontées d'un tore, émet un véritable éclair, impressionnant les spectateurs émerveillés. Mais est-ce que tout le monde se souvient comment et pourquoi cet appareil étonnant a été créé à l'origine?
L'histoire de cette invention commence à la fin du XIXe siècle, lorsque le brillant scientifique expérimental Nikola Tesla, travaillant aux États-Unis, s'est uniquement fixé pour tâche d'apprendre à transmettre l'énergie électrique sur de longues distances sans fil.
Il n'est guère possible d'indiquer l'année exacte où exactement cette idée est venue au scientifique, mais on sait que le 20 mai 1891, Nikola Tesla a donné une conférence détaillée à l'Université Columbia, où il a présenté ses idées au personnel de l'American Institute of Electrical Engineers, et a illustré quelque chose. montrant des expériences visuelles.
Le but des premières démonstrations était de montrer une nouvelle manière d'obtenir de la lumière en utilisant pour cela des courants haute fréquence et haute tension, et aussi de révéler les caractéristiques de ces courants. Par souci d'équité, nous notons que les lampes fluorescentes modernes à économie d'énergie fonctionnent précisément sur le principe proposé par Tesla pour obtenir de la lumière.
La théorie finale concernant la transmission sans fil de l'énergie électrique émergeait progressivement, le scientifique a passé plusieurs années de sa vie à perfectionner sa technologie, à expérimenter beaucoup et à améliorer minutieusement chaque élément du circuit, il a développé des disjoncteurs, inventé des condensateurs haute tension durables, inventé et modifié des contrôleurs de circuit, mais ainsi Je ne pouvais pas donner vie à mon plan à l'échelle que je voulais.
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Cependant, la théorie nous est parvenue. Les journaux, articles, brevets et conférences de Nikola Tesla sont disponibles, dans lesquels vous pouvez trouver les premiers détails concernant cette technologie. Le principe de fonctionnement d'un transformateur résonnant peut être trouvé en lisant, par exemple, les brevets de Nikola Tesla # 787412 ou # 649621, déjà disponibles sur le réseau aujourd'hui.
Si vous essayez de comprendre brièvement comment fonctionne le transformateur Tesla, considérez sa structure et son principe de fonctionnement, alors il n'y a rien de difficile.
L'enroulement secondaire du transformateur est constitué d'un fil isolé (par exemple, en fil d'émail), qui est posé tour à tour en une couche sur un cadre cylindrique creux, le rapport de la hauteur du cadre à son diamètre est généralement pris égal de 6 à 1 à 4 à 1.
Après enroulement, l'enroulement secondaire est enduit d'époxy ou de vernis. L'enroulement primaire est constitué d'un fil de section relativement grande, il contient généralement de 2 à 10 spires, et prend la forme d'une spirale plate, ou est enroulé comme un secondaire - sur un cadre cylindrique d'un diamètre légèrement supérieur à celui du secondaire.
En règle générale, la hauteur de l'enroulement primaire ne dépasse pas 1/5 de la hauteur du secondaire. Un tore est connecté à la borne supérieure de l'enroulement secondaire et sa borne inférieure est mise à la terre. Ensuite, nous examinerons tout plus en détail.
Par exemple: l'enroulement secondaire est enroulé sur un cadre d'un diamètre de 110 mm, avec un fil d'émail PETV-2 d'un diamètre de 0,5 mm, et contient 1200 tours, donc sa hauteur est égale à environ 62 cm et la longueur du fil est d'environ 417 mètres. Laisser l'enroulement primaire contenir 5 tours d'un tube de cuivre épais, enroulé sur un diamètre de 23 cm, et a une hauteur de 12 cm.
Ensuite, un tore est fait. Sa capacité, idéalement, devrait être telle que la fréquence de résonance du circuit secondaire (bobine secondaire mise à la terre avec le tore et l'environnement) correspondrait à la longueur du fil d'enroulement secondaire de sorte que cette longueur serait égale au quart de la longueur d'onde (pour notre exemple, la fréquence est de 180 kHz) …
Pour un calcul précis, un programme spécial de calcul des bobines Tesla, par exemple VcTesla ou inca, peut être utile. Un condensateur haute tension est sélectionné pour l'enroulement primaire, dont la capacité, avec l'inductance de l'enroulement primaire, formerait un circuit oscillatoire dont la fréquence naturelle serait égale à la fréquence de résonance du circuit secondaire. Habituellement, ils prennent un condensateur de près en capacité, et l'accord est effectué en sélectionnant les spires de l'enroulement primaire.
L'essence du transformateur Tesla dans sa forme canonique est la suivante: le condensateur du circuit primaire est chargé à partir d'une source haute tension appropriée, puis il est connecté par un interrupteur à l'enroulement primaire, et cela se répète plusieurs fois par seconde.
À la suite de chaque cycle de commutation, des oscillations amorties se produisent dans le circuit primaire. Mais la bobine primaire est une inductance pour le circuit secondaire, donc des oscillations électromagnétiques sont excitées, respectivement, dans le circuit secondaire.
Étant donné que le circuit secondaire est accordé en résonance avec les oscillations primaires, une résonance de tension se produit sur l'enroulement secondaire, ce qui signifie que le rapport de transformation (le rapport des spires de l'enroulement primaire et des spires de l'enroulement secondaire couvert par celui-ci) doit également être multiplié par Q - le facteur de qualité du circuit secondaire, puis la valeur du rapport réel la tension sur l'enroulement secondaire à la tension sur le primaire.
Et comme la longueur du fil d'enroulement secondaire est égale au quart de la longueur d'onde des oscillations induites dans celui-ci, alors c'est sur le tore que l'antinode de tension sera situé (et au point de mise à la terre - l'antinode actuel), et c'est là que la panne la plus efficace peut avoir lieu.
Pour alimenter le circuit primaire, différents circuits sont utilisés, d'un éclateur statique (éclateur) alimenté par des MOT (MOT est un transformateur haute tension d'un four à micro-ondes) aux circuits à transistors résonants sur des contrôleurs programmables alimentés par une tension secteur redressée, mais l'essence reste la même.
Voici les types les plus courants de bobines Tesla, en fonction de la façon dont vous les conduisez:
SGTC (SGTTS, Spark Gap Tesla Coil) - Transformateur Tesla sur l'éclateur. Il s'agit d'un design classique, un schéma similaire a été utilisé à l'origine par Tesla lui-même. Un parafoudre est utilisé ici comme élément de commutation. Dans les conceptions à faible puissance, le parafoudre se compose de deux morceaux de fil épais espacés à une certaine distance, tandis que dans les conceptions plus puissantes, des parafoudres rotatifs complexes utilisant des moteurs sont utilisés. Les transformateurs de ce type sont fabriqués si seule une longue longueur de banderole est requise, et l'efficacité n'est pas importante.
VTTC (VTTC, Vacuum Tube Tesla Coil) - Transformateur Tesla sur un tube électronique. Un tube radio puissant, par exemple GU-81, est utilisé ici comme élément de commutation. De tels transformateurs peuvent fonctionner en continu et produire des décharges assez épaisses. Ce type d'alimentation est le plus souvent utilisé pour fabriquer des bobines haute fréquence, appelées «torches» en raison de l'aspect typique de leurs banderoles.
SSTC (SSTC, Solid State Tesla Coil) est un transformateur Tesla dans lequel les semi-conducteurs sont utilisés comme élément clé. Il s'agit généralement de transistors IGBT ou MOSFET. Ce type de transformateur peut fonctionner en mode continu. L'apparence des banderoles créées par une telle bobine peut être très différente. Ce type de transformateurs Tesla est plus facile à contrôler, par exemple, vous pouvez jouer de la musique dessus.
DRSSTC (DRSSTC, Dual Resonant Solid State Tesla Coil) est un transformateur Tesla avec deux circuits résonants, ici les semi-conducteurs sont utilisés comme interrupteurs, comme dans SSTC. DRSSTTS est le type de transformateur Tesla le plus difficile à contrôler et à configurer.
Pour obtenir un fonctionnement plus efficace et plus efficace du transformateur Tesla, ce sont les circuits de topologie DRSSTC qui sont utilisés, lorsqu'une résonance puissante est obtenue dans le circuit primaire lui-même, et dans le secondaire, respectivement, une image plus lumineuse, des éclairs plus longs et plus épais (banderoles).
Tesla lui-même a essayé de son mieux pour atteindre un tel mode de fonctionnement de son transformateur, et les rudiments de cette idée peuvent être vus dans le brevet n ° 568176, où des selfs de charge sont utilisés, Tesla a ensuite développé le circuit précisément le long de cette voie, c'est-à-dire qu'il a cherché à utiliser le circuit primaire aussi efficacement que possible, en y créant résonance. Vous pouvez lire ces expériences du scientifique dans son journal (les notes du scientifique sur les expériences de Colorado Springs, qu'il a menées de 1899 à 1900, ont déjà été publiées sous forme imprimée).
Parlant de l'application pratique du transformateur Tesla, il ne faut pas se limiter uniquement à l'admiration pour le caractère esthétique des décharges obtenues, et traiter l'appareil comme décoratif. La tension sur l'enroulement secondaire du transformateur peut atteindre des millions de volts, c'est après tout une source efficace de très haute tension.
Tesla lui-même a développé son système pour transmettre de l'électricité sur de longues distances sans fil, en utilisant la conductivité des couches supérieures d'air de l'atmosphère. On a supposé la présence d'un transformateur de réception de conception similaire, ce qui abaisserait la haute tension acceptée à une valeur acceptable pour le consommateur, vous pouvez le découvrir en lisant le brevet de Tesla n ° 649621.
La nature de l'interaction du transformateur Tesla avec l'environnement mérite une attention particulière. Le circuit secondaire est un circuit ouvert, et le système n'est en aucun cas isolé thermodynamiquement, il n'est même pas fermé, c'est un système ouvert. La recherche moderne dans ce sens est menée par de nombreux chercheurs, et le point sur cette voie n'a pas encore été fixé.
Auteur: Andrey Povny