Как сделать катушку тесла

16

Как сделать катушку тесла

Изобретенная в 1891 году Николой Тесла, катушка Тесла была создана для проведения экспериментов по изучению высоковольтных разрядов. Это устройство состоит из источника питания, конденсатора, двух катушек, между которыми будет циркулировать заряд, и двух электродов, между которыми будет проскакивать разряд. Катушку Тесла, нашедшую применение в великом множестве устройств (от ускорителя частиц и телевидения до детских игрушек) можно сделать дома из радиодеталей.

Инструкция по сборке

Шаг 1 — Размер имеет значение

Вы можете сделать настолько большую катушку Тесла, насколько позволяет ваш бюджет; но учтите, создаваемые катушкой искровые разряды разогревают воздух, который сильно расширяется (в результате создавая гром). Электромагнитное поле, создаваемое катушкой, может вывести из строя электроприборы, так что лучше расположить ее в отдаленном месте, вроде гаража или мастерской. Чтобы выяснить, насколько длинную дугу вы сможете получить, или какой мощности блок питания потребуется, воспользуйтесь калькулятором ниже.

Шаг 2 — Терминология

Создание катушки Тесла потребует от вас понимания определенных научных терминов и знания единиц измерения. Вам будет необходимо понимать их значение и смысл, чтобы сделать все правильно. Здесь представлена некоторая информация, которая вам пригодится:

• Электрическая емкость – это способность накапливать и удерживать электрический заряд определенного напряжения. Устройство, созданное для накапливания электрического заряда, называется конденсатор. Единица измерения электрического заряда – фарад (обозначается «Ф»). Фарад можно выразить как 1ампер секунда (Кулон), умноженная на вольт. Зачастую емкость измеряется в долях фарада, таких как микрофарад (мФ) – миллионная доля фарада, пикофарад (пкФ) – триллионная доля фарада.

• Самоиндукция – это явление возникновения ЭДС в проводнике при изменении проходящего через него тока. Высоковольтные провода, по которым течет низкоамперный ток, обладают высокой самоиндукцией. Единица измерения самоиндукции – генри (сокращенно «Гн»). Один генри соответствует цепи, в которой изменение тока со скоростью один ампер в секунду создает ЭДС 1Вольт. Индуктивность часто измеряют в долях генри: миллигенри («мГн»), тысячная доля генри или микрогенри («мкГн»), миллионная часть генри.

• Резонансная частота – это частота, на которой потери на передачу энергии минимальны. Для катушки Тесла это частота минимальных потерь при передачи энергии между первичной и вторичной обмотками. Частота измеряется в герцах (сокращенно «Гц»), определяется как один цикл в секунду. Зачастую, резонансная частота измеряется в килогерцах («кГц»), килогерц равняется 1000 Гц.

Шаг 3 — Поиск деталей

Схема катушки Тесла

Вам понадобится: трансформатор, первичный конденсатор высокой емкости, разрядник, первичная катушка низкой индуктивности, вторичная катушка с высокой индуктивностью, вторичный конденсатор с небольшой емкостью и устройство для гашения высокочастотных импульсов, которые возникают при высоких напряжениях во время работы катушки Тесла. Более подробную информацию о необходимых деталях вы найдете в разделе статьи «Изготовление катушки Тесла». Источник питания должен через дроссель питать первичный или накопительный колебательный контур, который состоит из первичного конденсатора, первичной катушки и разрядника. Первичная катушка должна располагаться рядом с вторичной катушкой, которая является элементом вторичного колебательного контура, но контуры не должны быть соединены проводами. Как только вторичный конденсатор накопит достаточный заряд, он будет испускать электрические разряды в воздух.

Силовой трансформатор:

Ваш питающий трансформатор определяет, насколько большую катушку вы сможете сделать. Большинство подобных катушек работает от трансформаторов, которые могут выдавать при напряжении 5,000-15,000 вольт ток 30-100 миллиампер. Вы можете поискать трансформатор на местном радиорынке, купить через интернет или снять с неоновой вывески.

Разрядник:

Если вы хотите сделать одиночный разрядник, вам нужно использовать провод минимум 6 миллиметров толщиной, чтобы электроды могли выдерживать тепло, выделяемое во время разряда. Вы также можете сделать многоэлектродный разрядник, роторный разрядник или охлаждать электроды, обдувая воздухом.

Первичный конденсатор:

Его можно сделать из множества маленьких конденсаторов, соединенных в цепь, которые будут накапливать равные доли заряда в первичном контуре. Для этого все конденсаторы должны иметь одинаковую емкость. Такой конденсатор называется составным. Конденсаторы малой емкости и нагрузочные резисторы можно приобрести в магазине радиодеталей или снять керамические конденсаторы со старого телевизора. Вы также можете сделать конденсаторы из алюминиевой фольги и полиэтиленовой пленки. Чтобы добиться максимальной мощности, первичный конденсатор должен полностью заряжаться каждые пол цикла подачи энергии. Для 60 Гц источника питания, заряд должен происходить 120 раз в секунду.

Первичная катушка:

Сама катушка будет сделана из проволоки, но вам потребуется форма, вокруг которой наматывать проволоку. Следует использовать лакированную медную проволоку, которую вы сможете купить в магазине радиодеталей или снять с ненужного электроприбора. Форма, вокруг которой вы будете обматывать проволоку, должна быль либо цилиндрической, например картонная или пластиковая трубка, либо коническая, например, старый абажур. Длина проволоки будет определять индуктивность первичной катушки. Первичная катушка должна обладать низкой индуктивностью, так что она будет состоять из небольшого количества витков. Проволока для первичной катушки не обязательно должна быть сплошной, вы можете скреплять секции, чтобы регулировать индуктивность походу сборки.

Вторичная катушка:

Как и для первичной катушки, вам нужна цилиндрическая форма, на которую вы будете наматывать проволоку. Вторичная катушка должна иметь такую же резонансную частоту, как и первичная, чтобы избежать потерь. Вторичная катушка должна быть длиннее/выше, чем первичная, так как должна обладать большей индуктивностью и препятствовать разряду вторичного контура, который может привести к тому, что первичная катушка сгорит. Если у вас не хватает материалов сделать достаточно большую вторичную катушку, вы можете сделать разрядный электрод, чтобы защитить первичный контур, но это приведет к тому, что большая часть разрядов будет приходиться на этот электрод и их не будет видно.

Используйте эти таблицы как примерное руководство по выбору диаметра вашей вторичной катушки.

Терминал:

Вторичный конденсатор, или терминал, должен быть скругленной формы, две самые популярные – тор (кольцо в форме бублика) и сфера.

Резонансная частота вторичной цепи

Соедините вторичный конденсатор и вторичную катушку. Это будет вторичным колебательным контуром. Ваш вторичный контур должен быть заземлен отдельно от вашей проводки по дому, которая питает источник катушки Тесла. Это необходимо, чтобы избежать блуждания высоковольтных токов по проводке дома и нанесению вреда подключенным электроприборам. Сделать отдельное заземление можно, вогнав металлический штырь в землю.

Электромеханическая катушка Тесла

Пару лет назад ко мне в СПб приехал @C0NTEMPLATOR, он был в восторге от стоявшей у меня тогда полумостовой DRSSTC и выразил желание заиметь подобное чудо себе на дачу для развлечения гостей. В общем-то эта просьба успела постепенно забыться, но одним погожим сентябрьским днем мне нечего было делать и хотелось чего-то эпичного.

И я решил собрать SGTC (Spark Gap Tesla Coil), потому как 1)цена компонентов стремится к нулю 2)постройка и отладка проста и весела 3)вероятность ошибки — минимальна и почти ничем не грозит. Тем более что не одной нормальной катушки на разряднике я до этого так и не собрал.
Я не буду описывать принципы работы резонансного трансформатора и копипастить описание генератора на искровом промежутке для того, чтобы статья казалась умнее и больше. Только матчасть, только хардкор!

Часть первая — корпус

Скажу сразу — шасси у меня уже было от одного из старых, так и не законченных проектов. Самый распространенный вариант — взять две советские круглые табуретки и разломать их, хе-хе. Далее по желанию скрепить седалища табуреток саморезами и какой-то матерью. По середине доской высотой 350мм, шириной в диаметр, толщиной 15-20мм и тремя четырьмя досками по окружности, дабы предать конструкции жесткость. Для монтажа стоит использовать уголки например и саморезы.

Можно взять не табуретки, а кошерный толстый электротехнический текстолит, которым выполняется монтаж панелей в электрошкафах, но он может встать вам в копеечку, если вы конечно не купите его за бутылку у электрика Васи.

Крепления для первичной обмотки можно выполнить при помощи деревянного бруска 22х75, вспомнив уроки труда в школе, хе-хе.

(да-да, веса линий для слабаков, фиг его знает, почему оно так конвертировалось, но вроде читабельно).

Часть вторая. Монтаж первички.

Саму обмотку лучше делать из медной шины шириной 1.5х25мм, метров 8 можно купить за вполне вменяемые деньги.

1) Изготавливаем 6 штук креплений
2) Сажаем их на эпоксидку (ну или на столярный клей там например) на верхнюю табуретку 3) берем шину, с одной стороны сверлим отверстие, пайкой закрепляем кусок медного провода длинной эдак 400мм, сечением от 25 квадратов.
3) Укладываем шину в 8 витков, начиная с центра, выведя провод из начала через отверстие в верхнем седалище бывшей табуретки в то место, где у нас будет мотор с диском.
4) Поверх ту-же эпоксидку клеим деревянный брусок толщиной 10мм и ширной и 22мм толщиной для окончательной фиксации шины.
5) Сверху планки, что прикреплена на двух саморезах, крепим стяжками\проволокой\чем придется не замкнутый круг из медной трубки.
6) Proffit!

Часть третья. Вторичная обмотка.

Берем провод ПЭВ, диаметром 0.5мм, берем канализационную трубу, диаметром 16 мм(оранжевая такая), мотаем виток к витку до достижения высоты намотки в 400мм, покрываем получившееся безобразие эпоксидкой в несколько слоев. Можно использовать провод ПЭЛШО в шелковой изоляции (если сможете его найти, лол), добротность катушки снизится из-за увеличения расстояния между витками, но возрастет электрическая прочность, его проще покрывать эпоксидкой и после покрытия катушка прикольно-чОрно-готишно выглядит. Все это звучит легко, но без токарного станка с маленькими оборотами и желательно плавным пуском долго и гемморно.
В качестве станка вы можете использовать своего товарища и швабру, дыа.

Сверху вставляем стандартную заглушку(алярм! Вы же не отпилили расширение трубы для установки заглушки?), в заглушке делаем дырку (не отверстие, а имено дырку! Паяльником, да-да), в нее крепим через шайбы шпильку M6, снизу подключаем верхний конец провуда к шпильке, потом переварачиваем катушку и заливаем внутрь трубы эдак поллитра эпоксидки, гы.

Снизу припаиваем намоточный провуд к провуду в силиконовой изоляции длинной эдак 300мм, крепим через два отверстия, изолируем, proffit.

Мсье ее еще и покрасил алкидной эмалью из баллончика. Потому что мог. Как оказалось, это было, кхм, лишним, но об этом позднее.

Часть четвертая. Электромонтаж.

Классная, мегапонятная схема этого высокотехнологичного девайса.

Самая главная часть катушки, это, гы, задающий генератор, помеченный на схеме как F2 Он выполнен по последнему слову техники начала 20 века. Конструкционно он представляет собой асинхронный двигатель 2750 об/мин, на валу которого закреплен текстолитовый диск диаметром ок 130мм, толщиной 8мм. на расстоянии 10 мм от края диска просверлены 12 отверстий, в которые вставленны латунные шпильки, закрепленные болтами с двух сторон.

Ахтунг! Алярм! Аттеншн! Доверьте изготовление диска дяде-токарю, в противном случае у вас есть неиллюзорный шанс получить гайкой в лоб. Или диском. Или еще чем. C двух сторон от диска — два медных электрода. Конструкционно — просто два прутка, обжатые в шины, шины — на болтах через изоляторы в центральную доску, дабы ослабив болты можно было изменять расстояние разрядника. Расстояние — чем меньше тем лучше. Но чтоб не било. Идеально — меньше миллиметра. Двигатель подключен через кондер напрямую в сеть.

Далее — MMC (дословно расшифровывается как «много маленьких конденсаторов»), C1 на схеме. Но настоящие пацаны юзают большие конденсаторы и их немного, да-да.

Лично я использовал 6 шт к75-25, 10кВ, 10нФ. Краткое лирическое отступление — в контуре C1 — L1, коммутируемом разрядником, в импульсе гуляют килоамперные токи, по этому отложи свои проводки, юзернейм. Коммутация должна быть соответствующая — максимально короткие соединения, пайка шин кастрюльным паяльником, болтовые соединения, провода от 25 квадратов и больше. А остальное уже можно как прийдется, но в пределах разумного.

Питание. Тут все просто — ломаем мамкину микроволновку, хабарим у соседей и ломаем еще одну. Ну или честно покупаем два ВВ трансформатора из них. Два трансформатора монтируем на общей, желательно стальной или не очень станине, главное — связать электрически магнитопроводы, на которые выведен холодный конец вторичной обмотки трансформаторов. Получившуюся среднюю точку — через делитель на пленочных конденсаторах в 10-50нФ кидаем на фазу и ноль сети, это спасет МОТы от последствий ударов разрядов в корпус. Здоровый сетевой дроссель L4 на 6-8 Гн нафиг не нужен если вы не питаете катушку выпрямленным удвоенным напряжением, так как прибавляет к разряду мало, изготавливается долго и гемморно (виток-к-витку, прокладки из фторопласта\масляной бумаги между слоями), мотать много.

Фильтровые дроссели и емкости. Дабы всякие обратные выбросы не лезли в нежную вторичную обмотку трансформаторов, пришлось изготовить два дросселя по 500-600 витков каждый на оправе из трубки 50мм. Внутрь трубки напихал битого феррита. Также перед и после ферритов желательно повесить два конденсатора по 1000пФ, каких-нибудь дисковых КВИ-3
Фильтра на отличненько влезли в тумбу, где им и самое место.

Часть пятая. Пусконаладка

Конструкция практически готова, остается только изготовить торроид. Я мог бы конечно выложить чертежи фирменного торроида имени Зерга, но боюсь он придет ко мне в дом и убьет мою собаку(хоть у меня и нет собаки, но вдруг притащит!). Так что например его можно изготовить из вент.трубы диаметром 150мм и притянуть его сверху металлическим диском через шпильку на верх вторички.

В результате получается вот такая, местами даже симпатичная конструкция. Нижний отвод со вторичной катушки в силиконовом проводе пропускаем под витками первички и припаиваем к разрядному кольцу из медной трубки. От этого кольца спускаем провод заземления, который нужно повесить на хорошую, годную землю.

Второй шиной от конденсаторов нужно поискать тот виток вторичной обмотки, при подключении которого разряды мощнее, я просто подключил к 6 витку и припоял так, понадеявшись на расчеты.

И так включаем мотор вращающегося разрядника, проверяем отсутствие дребезга и вибрации, включаем питание.

Если все хорошо, то девайс выдаст годные, длинной в пару метров, разряды с очень специфическим и громким шумом. Если нет — проверьте фазировку трансформаторов, возможно они включены в противофазе.

По идее нужно было облагородить блок трансформаторов, сделать автоматику на реле времени для включения разрядника, а только затем уже подачи напряжения, но на тот момент у меня не нашлось нормальных реле (эта штука кушает от 2 до 4 кВт за милую душу), да и было лень.

В последствии девайс мною был перевезен в МСК, презентован, а оттуда уже на дачу к товарищу, где был заново собран и запущен.

Правда в последствии или сырой погоды или фигового покрытия вторичной обмотки или всего вместе она прогорела к чертям собачьим и недавно мне пришлось вновь вылетать, дабы перемотать катушку, а старая была торжественно разбита к чертям собачьим (на самом деле нет, просто снимать эпоксидку при помощи ударов доской — очень фиговая идея, лол)

Девайс с новой катушкой по прежнему успешно работает и радует товарища, который правда пихает на торроид всякоэ, но иногда прикольно получается.