ما هو محول تسلا

اليوم ، يُطلق على محول Tesla اسم المحول الرنان عالي الجهد العالي ، وفي الشبكة يمكنك العثور على العديد من الأمثلة للتطبيقات الحية لهذا الجهاز غير العادي. ملف بدون نواة مغناطيسية ، يتكون من عدة لفات من السلك الرقيق ، والذي يتوج بطوق ، ينبعث صاعقة حقيقية ، ويثير إعجاب المتفرجين المدهشين. ولكن هل يتذكر الجميع كيف ولماذا تم إنشاء هذا الجهاز المذهل في الأصل؟

يبدأ تاريخ هذا الاختراع في أواخر القرن التاسع عشر ، عندما كان عالمًا تجريبيًا رائعًا نيكولا تسلاأثناء عمله في الولايات المتحدة الأمريكية ، حدد لنفسه فقط مهمة تعلم كيفية نقل الطاقة الكهربائية على مسافات طويلة دون أسلاك.

من الصعب تحديد السنة المحددة عندما جاءت هذه الفكرة للعالم بالتأكيد ، ولكن من المعروف أنه في 20 مايو 1891 ، ألقى نيكولا تسلا محاضرة مفصلة في جامعة كولومبيا ، حيث قدم أفكاره لموظفي المعهد الأمريكي للمهندسين الكهربائيين ووضحت عرض التجارب البصرية.

كان الغرض من المظاهرات الأولى هو إظهار طريقة جديدة للحصول على الضوء باستخدام التيارات عالية التردد والجهد العالي لهذا الغرض ، وكذلك للكشف عن ميزات هذه التيارات. في الإنصاف ، نلاحظ أن مصابيح الفلورسنت الحديثة الموفرة للطاقة تعمل على المبدأ الذي تم اقتراحه للتو من أجل تسلا.

النظرية النهائية فيما يتعلق بالضبط نقل الطاقة الكهربائية اللاسلكية لقد تلوح في الأفق تدريجيًا ، قضى العالم عدة سنوات حتى يتذكر تقنيته ، ويختبر كثيرًا ويحسن كل عنصر من عناصر الدائرة بشكل مضني ، وطور قواطع ، واخترع المكثفات عالية الجهد المقاومة ، اخترع وتعديل دوائر التحكم ، لكنه لم يستطع أن يخطط لخطته. على النطاق الذي أراد.

ومع ذلك ، فإن النظرية وصلت إلينا. تتوفر اليوميات والمقالات وبراءات الاختراع والمحاضرات التي كتبها Nikola Tesla ، حيث يمكنك العثور على التفاصيل الأولية المتعلقة بهذه التكنولوجيا. يمكن العثور على مبدأ تشغيل المحول الرناني من خلال قراءة ، على سبيل المثال ، براءات اختراع نيكولا تيسلا رقم 787412 أو رقم 649621 ، وهي متاحة بالفعل اليوم على الشبكة.

إذا حاولت فهم كيفية عمل محول Tesla لفترة وجيزة ، والنظر في هيكلها ومبدأ عملها ، فلا يوجد شيء معقد.

يتكون اللف الثانوي للمحول من سلك معزول (على سبيل المثال ، من سلك مطلي بالمينا) ، يتم وضعه دائريًا دائريًا دائريًا في طبقة واحدة على إطار أسطواني مجوف ، وعادة ما يتم أخذ نسبة ارتفاع الإطار إلى قطره من 6 إلى 1 إلى 1 إلى 1.

بعد اللف ، يتم لف اللف الثانوي براتنج الإيبوكسي أو الورنيش. يتكون اللف الأولي من سلك كبير المقطع العرضي ، وعادة ما يحتوي على 2-10 المنعطفات ، ويناسب شكل لولب مسطح ، أو يتم الجرح مثل واحد ثانوي - على إطار أسطواني بقطر أكبر بقليل من قطر ثانوي.

لا يتجاوز ارتفاع الملء الأساسي ، كقاعدة عامة ، 1/5 من ارتفاع الثانوي. يرتبط التوربيد بالمحطة العلوية للملف الثانوي ، ويتم ترصيع الطرف السفلي. بعد ذلك ، ضع في اعتبارك المزيد من التفاصيل.

على سبيل المثال: يتم لف الملف الثانوي على إطار يبلغ قطره 110 ملم ، وسلك مطلي بالطلاء PETV-2 يبلغ قطره 0.5 مم ، ويحتوي على 1200 دورة ، بحيث يبلغ ارتفاعه حوالي 62 سم ​​، ويبلغ طول السلك حوالي 417 مترًا. دع اللف الرئيسي يحتوي على 5 لفات من أنبوب نحاسي سميك ، ويبلغ قطره حوالي 23 سم ، ويبلغ ارتفاعه 12 سم.

المقبل ، وجعل حلقي. يجب أن تكون السعة الخاصة به من الناحية المثالية بحيث يتوافق تردد الرنين للدائرة الثانوية (الملف الثانوي المؤرض مع الملف اللولبي والبيئة) مع طول سلك اللف الثانوي بحيث يساوي هذا الطول ربع طول الموجة (على سبيل المثال ، يكون التردد مساوياً لـ 180 كيلو هرتز) .

للحساب الدقيق ، يمكن أن يكون البرنامج الخاص لحساب ملفات Tesla ، على سبيل المثال VcTesla أو inca ، مفيدًا.يتم اختيار مكثف عالي الجهد للملف الأولي ، حيث تشكل السعة ، مع محاثة اللف الأولي ، دائرة مذبذبة ، يكون ترددها الطبيعي مساوياً لتردد الرنين للدائرة الثانوية. عادة ، يتم أخذ مكثف قريب في السعة ، ويتم الضبط عن طريق اختيار لفات لفيفة الأولية.

إن جوهر محول Tesla في شكل أساسي هو كما يلي: يتم شحن مكثف الدائرة الأولية من مصدر جهد عالي مناسب ، ثم يتم توصيله بواسطة التبديل إلى اللف الأولي ، وبالتالي يتكرر عدة مرات في الثانية.

نتيجة لكل دورة التبديل ، تحدث التذبذبات المثبطة في الدائرة الأولية. لكن الملف الرئيسي هو محث للدائرة الثانوية ، وبالتالي ، فإن الموجات الكهرومغناطيسية متحمسة في الدائرة الثانوية ، على التوالي.

نظرًا لأن الدائرة الثانوية مضبوطة على الرنين مع التذبذبات الأولية ، ينشأ صدى للجهد على اللف الثانوي ، وبالتالي فإن معامل التحويل (نسبة لفات اللف الأولية واللفائف الثانوية التي تغطيها) يجب ضربها بـ Q - عامل الجودة للدائرة الثانوية ، ثم يجب مضاعفة النسبة الحقيقية الجهد على لف الثانوية إلى الجهد على الابتدائي.

ونظرًا لأن طول سلك اللف الثانوي يساوي ربع الطول الموجي للتذبذبات التي تحدث فيه ، فإنه من اللولبي أن يكون هناك antinode للجهد (وعند نقطة الأرض - وهو antinode الحالي) ، وهنا يمكن أن يحدث الانهيار الأكثر فعالية.

تستخدم دوائر مختلفة لتشغيل الدائرة الأولية ، من فجوة شرارة ثابتة (فجوة شرارة) تعمل بواسطة MOTs (منظمة العمل الدولية - محول عالي الجهد من فرن ميكروويف) إلى دارات ترانزستور رنانة على وحدات تحكم قابلة للبرمجة مدعومة بفلطية رئيسية مصححة ، ومع ذلك ، لا يتغير جوهر ذلك.

فيما يلي أكثر أنواع ملفات تسلا شيوعًا ، اعتمادًا على كيفية التحكم بها:

SGTC (SSTC ، سبارك جاب تسلا لفائف) - محول تسلا في فجوة الشرارة. هذا هو تصميم كلاسيكي ، تم استخدام مخطط مماثل في الأصل من قبل تسلا نفسه. كعنصر تبديل ، يتم استخدام فجوة شرارة هنا. في الإنشاءات منخفضة الطاقة ، يكون الصواعق عبارة عن قطعتين من الأسلاك السميكة تقع على مسافة ما ، بينما يتم استخدام أجهزة تفريغ دوارة معقدة تستخدم المحركات في الأسلاك الأكثر قوة. يتم إجراء المحولات من هذا النوع إذا كان طول محرك الشريط مطلوبًا فقط وكفاءة ليست مهمة.

vttc (wtc ، فراغ أنبوب تسلا لفائف) - محول تسلا على مصباح الكتروني. يتم استخدام أنبوب راديو قوي ، على سبيل المثال GU-81 ، هنا كعنصر تبديل. يمكن لهذه المحولات أن تعمل بشكل مستمر وتنتج تصريفات سميكة إلى حد ما. غالبًا ما يتم استخدام هذا النوع من الطاقة لإنشاء ملفات عالية التردد ، والتي تُعرف باسم "المشاعل" نظرًا للظهور النموذجي لتياراتها.

SSTC (SSTC ، لفائف تسلا الحالة الصلبة) - محول تسلا ، حيث يتم استخدام أشباه الموصلات كعنصر رئيسي. عادة ما يكون الترانزستورات IGBT أو MOSFET. هذا النوع من المحولات يمكن أن تعمل بشكل مستمر. يمكن أن يكون مظهر اللافتات التي تم إنشاؤها بواسطة هذا الملف مختلفًا تمامًا. هذا النوع من محول تسلا أسهل في التحكم ، على سبيل المثال ، يمكنك تشغيل الموسيقى عليها.

DRSSTC (DRSTC ، لفائف تسلا الحالة الصلبة الرنين المزدوج) - محول تسلا مع دائرتين الرنانة ، هنا ، كمفاتيح في SSTC ، وتستخدم أشباه الموصلات. ДРССТЦ - أصعب أنواع محولات Tesla في التحكم والضبط.

للحصول على تشغيل أكثر كفاءة وفعالية لمحول Tesla ، يتم استخدام مخططات طوبولوجيا DRSSTC ، عند تحقيق صدى قوي في الدائرة الأولية نفسها ، وفي الصورة الثانوية ، على التوالي ، صورة أكثر إشراقًا ، وبروق أطول وأسمك.

حاول تسلا نفسه قدر المستطاع لتحقيق مثل هذا النمط من التشغيل لمحوله ، ويمكن رؤية بدايات هذه الفكرة في براءة الاختراع رقم 568176 ، حيث يتم استخدام مفاعلات شحن ، ثم طور تسلا الدائرة على طول هذا المسار ، أي أنه سعى إلى استخدام الدائرة الأولية بكفاءة قدر الإمكان ، وخلق الرنين. يمكنك أن تقرأ عن تجارب العالم في مذكراته (نُشرت ملاحظات العالم عن التجارب في كولورادو سبرينغز ، التي أجراها في الفترة من 1899 إلى 1900 ، في شكل مطبوع).

عند الحديث عن التطبيق العملي لمحول تسلا ، لا ينبغي لأحد أن يقتصر على الإعجاب بالطبيعة الجمالية للتصريفات المستلمة ، وأن يعامل الجهاز كجهاز زخرفي. يمكن أن يصل الجهد على اللف الثانوي للمحول إلى ملايين فولت ، وهو في النهاية مصدر فعال للجهد العالي للغاية.

طور تسلا نفسه نظامه لنقل الكهرباء عبر مسافات طويلة دون أسلاك ، وذلك باستخدام التوصيل من طبقات الهواء العلوي من الغلاف الجوي. كان من المفترض أن يكون هناك محول استقبال لتصميم مشابه ، من شأنه أن يخفض الجهد العالي المقبول إلى قيمة مقبولة لدى المستهلك ، ويمكنك معرفة ذلك عن طريق قراءة براءة تسلا رقم 649621.

وتجدر الإشارة بوجه خاص إلى طبيعة تفاعل محول تسلا مع البيئة. الدائرة الثانوية هي دائرة مفتوحة ، والنظام ليس معزولًا بالديناميكا الحرارية ، ولا حتى مغلق ، بل هو نظام مفتوح. يتم إجراء البحوث الحديثة في هذا الاتجاه من قبل العديد من الباحثين ، ولم يتم بعد تحديد نقطة على هذا المسار.