Skąd wziąć transformator zasilający
Dlaczego długosc spodziewanej iskry uzaleznia sie od mocy transformatora zasilajacego
Jaki kształt uzwojenia pierwotnego jest najlepszy
Jaki kondensator najlepiej wykonać
Dlaczego napięcie na kondensatorze jest 2 razy większe
Jaka jest różnica między uzwojeniem cylindrycznym, płaskim i stożkowym
Jaki wykonać toroid

Skąd wziąć transformator zasilający?

Nie da się ukryć, że najtrudniejsze w budowie cewki tesli jest zdobycie transformatora zasilającego. Zakup transformatora dającego na wyjściu kilkanaście kilowoltów, w pierwszym lepszym sklepie elektrycznym, jest niemal niemożliwy. Transformatory takie używa się często do zasilania reklam neonowych. Transformator od neonów (Neon Sign Transformar) jest rozwiązaniem niemal najlepszym, gdyż ma ograniczenie mocy, co zabezpiecza transformator przed uszkodzeniem. Można go kupić tam gdzie robią reklamy neonowe, lub przynajmniej spytać gdzie można dostać. Można również kupić bezpośrednio od producenta takich transformatorów do neonów, np. w firmie ACM z Krakowa (można wysyłkowo). Koszt nowego transformatora to kilkaset zł.
Innym sposobem zdobycia transformatora zasilającego jest złączenie szeregowo uzwojeń wtórnych kilku transformatorów na niższe napięcia (uzwojenie pierwotne łączy się równolegle). W ten sposób można łączyć np. transformatory od mikrofalówek (30zł za szukę), które dają 2100V (moc ok. 700W). Transformator zasilający można również zrobić na zamównienie tam gdzie przewija się transformatory i silniki. Można również zrobić samemu, ale do tego jest wymagana pewna wiedza. Do obliczenia parametrów niezbędny może się okazać arkusz kalkulacyjny tesla2000 do pobrania w dziale download.
Transformatora tesli nie można zasilać innymi źródłami wysokiego napięcia niż transformatory (np. trafopowielacz), gdyż mają zbyt małą moc. Przeciętna moc transformatora tesli to 500-2000W.

Dlaczego długosc spodziewanej iskry uzaleznia sie od mocy transformatora zasilajacego?

Moc transformatora zasilającego jest ograniczeniem górnym długości iskry. Oczywiście iskra może być krótsza niż winikałoby to z obliczeń (np. przy zastosowaniu zbyt małego toroidu lub niedokładnym dostrojeniu obwodu pierwotnego do wtórnego. Nie chodzi również tylko o napięcie, które jest często mierzone na oko po długości iskry (1cm/10kV). Aby ikrę można było zobaczyć, oprócz odpowiednio wysokiego napięcia musi również przepływać odpowiednio wysoki prąd. Napięcie razy natężenie daje moc, dlatego właśnie moc transformatora jest ograniczeniem górnym długości iskry.

Jaki kształt uzwojenia pierwotnego jest najlepszy?

Są trzy najczęściej stosowane rodzaje uzwojenia pierwotnego: płaskie (spirala), stożkowe (spodek) i cylindryczne (solenoid). Wszystkie mają swoje wady i zalety, ale najlepsze parametry ma uzwojenie stożkowe. Łączy one zalety uzwojenia typu solenoid i spirala. Każdy następny (bardziej oddalony od środka) zwój uzwojenia ma większą średnicę i jest przymocowany trochę wyżej niż poprzedni. Ostatni zwój jest największy i najwyższy. Kąt nachylenia wynosi najczęściej 15-40 stopni.

Jaki kondensator najlepiej wykonać?

Najczęściej stosowanym typem kondensatorów są kondensatory rolkowe lub warstwowe wykonane z dobrej jakości folii polietylenowej (ogrodowej). Mimo, że jest to rozwiązanie najczęściej stosowane, nie jest one najlepsze. Jeżeli użyje się za cienkiej folii lub folia będzie złej jakości, to taki kondensator będzie miał przebicia lub będzie się nagrzewał. Jeżeli nagrzeje się za bardzo, to może ulec stopieniu i spaleniu. Zywotność kondensatorów polietylenowych jest więc najkrótsza. W celu zwiększenia ich żywotności trzeba użyć grubszej folii (więcej warst folii).
Ostatnio coraz bardziej popularne stają się baterie kondensatorów komercyjnych, połączonych szeregowo w celu zwiekszenia maksymalnego napięcia, np. jeżeli połaczy się szeregowo 10 kondensatorów 100nF na 2500V, to otrzyma się jeden kondensator 10nF na 25kV. Rozwiązanie to jest jednym z lepszych i dokładniejszych, lecz zakup kilkudziesięciu czy nawet kilkuset kondensatorów jest dosyć dużym wydatkiem.
Niektórzy konstruktorzy do swoich transformatorów tesli wykorzystują kondensatory typu butelka lejdejska. Dielektrykiem jest zwykła szklana butelka. Z zewnątrz butelka taka jest obłożona folią aluminiową, która stanowi jedną z okładek. Drugą okładką jest słona woda lub jakiś inny elektrolit, który wlewa się do butelki i zanurzą się w nim przewód wyprowadzający. Tego typu rozwiązanie jest najtańsze, ale nie jest zbyt eleganckie (taka butelka ma pojemność ok. 1nF, więc trzeba ich użyć co najmniej kilka). Jeżeli natomiast liczysz każdą złotówkę to ten typ kondensatora jest dla ciebie ciekawą alternatywą (o ile wykonasz go bardzo starannie).
Generalnie, polecam warstwowe kondensatory z folii polietylenowej. Kondensatory takie w razie jakichś kłopotów można łatwo zdemontować i naprawić lub zmodernozować.

Dlaczego napiecie na kondensatorze jest 2 razy większe tzn. 2*Uac*1.41, a nie Uac*1.41, czyli napiecie wyjściowe z transformatora zasilającego razy pierwiastek z 2 (napiecie maksymalne)?

Mówimy o napięciu przemiennym Vp-p (peak to peak ) a nie stałym V. Aby to przybliżyć pomyśl że kondensator został już wcześniej naładowany do napięcia +1000 V, i nagle dostarczamy na jego zaciski impuls o napięciu -1000 V, to wtedy wypadkowe napięcie na okładkach wyniesie 2000 V, ( proste ) Ale z tego co ostatnio wyczytałem z fachowych książek napięcie podczas rezonansu może dochodzić nawet do 7*Uac*1.41, tak więc trzeba brać poprawkę i na to.

Jaka jest różnica między uzwojeniem cylindrycznym, płaskim i stożkowym?

Konstrukcja i wykonanie uzwojenia pierwotnego jest dość krytycznym momentem podczas projektowania TC, i decyduje o wydajności całego urządzenia. Na początek podyskutujmy o rodzaju przewodnika potrzebnego do budowy uzwojenia pierwotnego. W obwodzie pierwotnym Cewki Tesli mamy do czynienia z wysoko prądowymi oscylacjami o częstotliwościach radiowych i wartościach rzędu setek amperów. Wielka częstotliwość wywołuje dodatkowo efekt naskórkowy, który powoduje, że elektrony poruszają się tylko w zewnętrznych warstwach przewodnika nie wnikając głębiej, tak więc mając to na uwadze optymalnym przewodnikiem wydaje się być płaska taśma o grubości kilku milimetrów, zrobiona np: ze srebra którego rezystancja jest 3 razy lepsza niż miedzi. Jednak taka taśma nie jest dobrym rozwiązaniem, ze względu na efekt ulotu elektrycznego który jest związany ze zwiększeniem natężenia pola elektrycznego na wszelkich ostrych krawędziach przewodnika i objawiającego się iskrzeniem i silną jonizacją powietrza w ich sąsiedztwie, warto tutaj wspomnieć, że zjonizowane powietrze staje się doskonałym przewodnikiem a samej jonizacji towarzyszy zwykle wysoka temperatura. Efekt ten wprowadza do pierwotnego obwodu rezonansowego spore straty. Ponadto na skutek częstego występowania zjawiska overcouplingu ( o czym będzie mowa dalej ) efekt ulotu; może utorować drogę wysokiemu napięciu z terminala HV w kierunku uzwojenia pierwotnego i w rezultacie może być przyczyną zniszczenia kondensatora rezonansowego w obwodzie pierwotnym. Rozwiązaniem tego problemu jest maksymalne zaokrąglanie wszelkich ostrych krawędzi i zwiększenie grubości taśmy, pomimo tych zabiegów nie mamy jednak wystarczającej pewności. Idealnym rozwiązaniem jest zastosowanie okrągłej miedzianej rurki stosowanej w wodnych instalacjach CO, o różnych średnicach i ogólne dostępnych w hurtowniach sprzętu hydraulicznego. Okrągły kształt zapewnia najmniejsze straty na skutek ulotów, koszt takiej rurki (10 mm średnicy) waha się w granicach 5 zł za metr, dodatkowo produkowane są do niej specjalne plastikowe uchwyty ścienne które idealnie nadają się do jej przymocowywania. Czasami praktykuje się rółwnoległe nawijanie dwółch rurek co poprawia geometrię emitowanego pole e.m. aczkolwiek zwiększa koszty.
Następnym aspektem uzw. pierwotnego jest rozmiar i kształt. W przeszłości konstruktorzy preferowali niewielkich rozmiarów uzwojenia pierwotne o co najwyĹźej 5 zwojach lub mniej. Ta koncepcja wynikała z teorii radiowych gdzie zysk napięcia związany był ze stosunkiem ilości zwojów w obydwu uzwojeniach, po prostu projektanci traktowali TC jak zwykły transformator sieciowy gdzie U1*Z2 = U2*Z1, dziś wiemy, że popełniali oni pewien błąd myślowy. Transformator Tesli jest w rzeczywistości otwartym rezonatorem, gdzie stosunek ilości zwojów w obydwu uzwojeniach odgrywa drugorzędną rolą. Najważniejszą sprawą jest jednolite pobudzanie rezonatora polem e.m. któłre jest w 75 % przyczyną powstawania tak wielkich napięć elektrycznych. Uzwojenia pierwotne o niewielkiej liczbie zwojów pompują większość energii w dolny obszar uzwojenia wtórnego ( które musi być nawinięte z dużym rastrem ) wywołując tym samym overcoupling (nad sprzężenie) który objawia się iskrzeniem między zwojami uzwojenia wtórnego i wyładowaniami do uzwojenia pierwotnego, niszcząc tym samym izolację na uzwojeniach. Górna część uzwojenia wtórnego pozostaje jakby niewidoczna dla fal e.m. promieniowanych przez uzw. pierwotne. W układzie takim na skutek znikomej reaktancji uzw. pierwotnego transformator zasilający pracuje cały czas na zwarciu co zmniejsza jego żywotność, z kolei kondensatory o ogromnych pojemnościach nieustannie bombardowane są udarami szpilkowymi o ogromnej mocy przyśpieszającymi ich zużywanie się. Dlatego obecnie projektanci zwiększają liczbę zwojów do co najmniej 15, takie uzwojenie pierwotne generuje o wiele większe fluktuacje pola które ogarnia całe uzwojenie wtórne. W rezultacie konfiguracja taka jest bardziej wydajna. Ponieważ uzwojenie wtórne jest jednolicie pobudzane, uzwojenia mogą być nawinięte ściślej i efekt overcouplingu nie powinien występować, co za tym idzie indukcyjność jego wzrasta i stosunek transformacji napięcia pierwotnego do wtórnego pozostaje taki sam jak w pierwszym przypadku z małą liczbą zwojów w pierwotnym, tak więc uzyskujemy ten sam efekt lecz mniejszym kosztem. W takiej konfiguracji transformator i kondensator mniej cierpią na skutek udarów szpilkowych, poza tym wymagana pojemność kondensatora jest o wiele mniejsza i można pokusić się o zakupienie baterii kondensatorów komercyjnych. Gdy już wybraliśmy jedną z powyższych konfiguracji pierwotnego, czas aby zająć się jego kształtem. Badania przeprowadzone przez liczne zespoły projektantów dowiodły, że uzwojenia o kształcie cylindrycznym (solenoid) nie opłaca się stosować w układach Cewek Tesli innych niż Magnifier (Soczewka), z powodu geometrii emitowanego pola i problemach z wyładowaniami wtórne-pierwotne. Do małych Cewek Tesli, operujących przy dużych częstotliwościach zalecany jest kształt spodka (odwrócony stożek) gdzie nachylenie krawędzi bocznej do pozimu powinno wynosić 30 stopni, kształt ten zapewnia najbardziej efektywne przekazywanie energii między uzwojeniami pierwotnym i wtórnym przy zasilaniu niewielkiej mocy transformatorem. Wszędzie tam gdzie generowane napięcie przekracza 300 kV, zalecane jest stosowanie płaskiej spirali, w tym przypadku problem wyładowań do pierwotnego jest już niewielki, oczywiście obowiązkowo trzeba zabezpieczyć uzw. pierwotne uziemionym kabłąkiem ochronnym umieszczonym kilka centymetrów nad nim aby zapobiec wyładowaniom wtórne-pierwotne. Powyższy przegląd to jedynie dobre rady, tak więc jeśli się ktoś upiera może eksperymentować z dowolnymi kształtami uzwojeń pierwotnych z lepszym lub gorszym skutkiem. Na koniec postaram się nieco przybliżyć problem Przez sprzężenie należy rozumieć wzajemne interakcje między uzwojeniem pierwotnym i wtórnym. W cewce Tesli impuls prądowy wytworzony w uzw. pierwotnym wytwarza potężne pole magnetyczne, które jest wypromieniowywane w kierunku uzwojenia wtórnego. Jeżeli zbyt wiele energii dotrze do uzwojenia wtórnego zaczną się w nim generować pasożytnicze napięcia harmoniczne na większych częstotliwościach, które zwiększą ulot elektryczny z uzwojeń i będą powodować iskrzenie między zwojami wtórnego, stan ten można określić jako nad sprzężenie, problem ten występuje jeszcze wtedy gdy obserwujemy silną jonizację powietrza (niebieska poświata) w przestrzeni między pierwotnym a wtórnym. W takiej sytuacji należy zmniejszyć sprzężenie odsuwając nieco od siebie uzwojenia pierwotne i wtórne. Czasami zdaża się sytuacja w której oba obwody są za słabo sprzężone, np: na skutek dużego stosunku wysokości do szerokości uzw. wtórnego, w tedy należy przebudować całą Cewkę Tesli od podstaw, w przeciwnym wypadku będzie ona generować jedynie iskierki a nie pioruny.

Jaki toroid najlepiej wykonać?

Generalnie, czym toroid jest gładszy tym dłuższe iskry. Nie oznacza to wcale, że toroid z ostrymi krawędziami jest zły, po prostu z takiego kanciastego toroidu będzie wylatywało wiecej krótszych iskier. Gładki toroid można wykonać z dwóch dużych metalowych misek sałatkowych (po odcięciu lub zeszlifowaniu krawędzi bocznej). Najbardziej gładkim toroidem byłaby kula, ale zdobycie metalowej kuli (pustej w środku) jest dosyć trudne.
Wielu konstruktorów robi toroid z aluminiowej elastycznej rury wentylacujnej (rurę taką można łatwo wyginać i formować). Niestety taki toroid ma nieporządane ostre krawędzie. W celu ich wyeliminowania można taki toroid wygładzić szpachlą gipsową i okleić aluminiową taśmą samoprzylepną lub folią aluminiową. Takie toroidy są najczęsciej stosowane ze względu na łatwość konstrukcji.

Strona główna TTesli