เทสลาหม้อแปลง (หลักการทำงานของอุปกรณ์จะกล่าวถึงในภายหลัง) ได้รับการจดสิทธิบัตรในปี พ.ศ. 2439 วันที่ 22 กันยายน อุปกรณ์ถูกนำเสนอเป็นอุปกรณ์ที่ผลิตกระแสไฟฟ้าที่มีศักยภาพและความถี่สูง อุปกรณ์นี้ถูกคิดค้นโดย Nikola Tesla และตั้งชื่อตามเขา ลองพิจารณาอุปกรณ์นี้ในรายละเอียดเพิ่มเติม
หม้อแปลงเทสลา: หลักการทำงาน
สาระสำคัญของการทำงานของอุปกรณ์สามารถอธิบายได้ด้วยตัวอย่างของวงสวิงที่รู้จักกันดี เมื่อมันแกว่งภายใต้เงื่อนไขของการบังคับแกว่ง แอมพลิจูดซึ่งจะเป็นค่าสูงสุดจะกลายเป็นสัดส่วนกับแรงที่กระทำ เมื่อแกว่งในโหมดอิสระ แอมพลิจูดสูงสุดจะเพิ่มขึ้นหลายครั้งด้วยความพยายามเท่าเดิม นี่คือแก่นแท้ของหม้อแปลงไฟฟ้าเทสลา วงจรทุติยภูมิแบบออสซิลเลเตอร์ถูกใช้เป็นวงสวิงในอุปกรณ์ เครื่องกำเนิดเล่นบทบาทของความพยายามที่ใช้ ด้วยความสม่ำเสมอ (ดันในช่วงเวลาที่จำเป็นอย่างยิ่ง) จึงมีออสซิลเลเตอร์หลักหรือวงจรหลัก (ตามอุปกรณ์) ให้
รายละเอียด
หม้อแปลงเทสลาธรรมดามีคอยล์สองตัว อันหนึ่งเป็นเรื่องหลัก อีกอันหนึ่งเป็นเรื่องรอง นอกจากนี้หม้อแปลงเรโซแนนซ์เทสลายังประกอบด้วย toroid (ไม่ได้ใช้เสมอ)ตัวเก็บประจุ, ตัวจับ คนสุดท้าย - ผู้ขัดขวาง - พบได้ใน Spark Gap เวอร์ชันภาษาอังกฤษ หม้อแปลงไฟฟ้าเทสลายังมีขั้วต่อ "เอาต์พุต"
คอยส์
หลักประกอบด้วย ลวดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่หรือท่อทองแดงที่มีหลายรอบ ขดลวดทุติยภูมิมีสายเคเบิลที่เล็กกว่า รอบของมันอยู่ที่ประมาณ 1,000 ขดลวดปฐมภูมิสามารถมีรูปร่างแบน (แนวนอน) กรวยหรือทรงกระบอก (แนวตั้ง) ที่นี่ไม่มีแกนเฟอร์โรแมกเนติกซึ่งแตกต่างจากหม้อแปลงทั่วไป ด้วยเหตุนี้การเหนี่ยวนำร่วมกันระหว่างคอยส์จึงลดลงอย่างมาก องค์ประกอบหลักประกอบเป็นวงจรออสซิลเลเตอร์ร่วมกับตัวเก็บประจุ รวมถึงช่องว่างประกายไฟ - องค์ประกอบที่ไม่เป็นเชิงเส้น
ขดลวดทุติยภูมิยังเป็นวงจรออสซิลเลเตอร์อีกด้วย ความจุของ toroidal และคอยล์ (อินเตอร์เทิร์น) ของตัวเองทำหน้าที่เป็นตัวเก็บประจุ ขดลวดทุติยภูมิมักเคลือบด้วยชั้นเคลือบเงาหรืออีพ็อกซี่ สิ่งนี้ทำเพื่อหลีกเลี่ยงการพังทลายของไฟฟ้า
ดิสชาร์จเจอร์
วงจรหม้อแปลงเทสลาประกอบด้วยอิเล็กโทรดขนาดใหญ่สองขั้ว องค์ประกอบเหล่านี้ต้องทนต่อกระแสสูงที่ไหลผ่านอาร์คไฟฟ้า ต้องมีระยะห่างที่ปรับได้และการระบายความร้อนที่ดี
เทอร์มินัล
องค์ประกอบนี้สามารถติดตั้งในหม้อแปลงเทสลาเรโซแนนซ์ในรูปแบบต่างๆ ขั้วต่ออาจเป็นทรงกลม หมุดแหลม หรือดิสก์ ได้รับการออกแบบมาเพื่อสร้างการปล่อยประกายไฟที่คาดการณ์ได้ด้วยขนาดใหญ่ความยาว. ดังนั้น วงจรออสซิลเลเตอร์ที่เชื่อมต่อสองวงจรจึงกลายเป็นหม้อแปลงเทสลา
พลังงานจากอีเธอร์เป็นหนึ่งในจุดประสงค์ของการทำงานของอุปกรณ์ ผู้ประดิษฐ์อุปกรณ์พยายามที่จะบรรลุคลื่น Z ที่ 377 โอห์ม เขาทำขดลวดขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ การทำงานปกติ (เต็ม) ของหม้อแปลงเทสลาจะมั่นใจได้เมื่อวงจรทั้งสองถูกปรับเป็นความถี่เดียวกัน ตามกฎแล้ว ในกระบวนการปรับปรุง รายการหลักจะถูกปรับเป็นรายการรอง ทำได้โดยการเปลี่ยนความจุของตัวเก็บประจุ จำนวนรอบที่ขดลวดปฐมภูมิจะเปลี่ยนแปลงเช่นกันจนกว่าแรงดันไฟสูงสุดจะปรากฏที่เอาต์พุต
ในอนาคต มีแผนที่จะสร้างหม้อแปลงไฟฟ้าเทสลาอย่างง่าย พลังงานจากอีเธอร์จะทำงานเพื่อมนุษยชาติอย่างเต็มที่
การกระทำ
เทสลาหม้อแปลงทำงานในโหมดพัลซิ่ง เฟสแรกคือตัวเก็บประจุชาร์จถึงแรงดันพังทลายขององค์ประกอบการปลดปล่อย ประการที่สองคือการสร้างการสั่นความถี่สูงในวงจรปฐมภูมิ ช่องว่างประกายไฟที่เชื่อมต่อแบบขนานจะปิดหม้อแปลง (แหล่งพลังงาน) โดยแยกออกจากวงจร มิฉะนั้น เขาจะสูญเสียบางอย่าง ซึ่งจะทำให้ปัจจัยด้านคุณภาพของวงจรปฐมภูมิลดลง จากการปฏิบัติแสดงให้เห็นว่าอิทธิพลดังกล่าวลดความยาวของการปลดปล่อยลงอย่างมาก ในเรื่องนี้ ในวงจรที่สร้างขึ้นมาอย่างดี ตัวดักจับจะถูกวางขนานกับแหล่งกำเนิดเสมอ
ชาร์จ
ผลิตโดยแหล่งกำเนิดไฟฟ้าแรงสูงภายนอกโดยใช้หม้อแปลงสเต็ปอัพความถี่ต่ำเลือกความจุของตัวเก็บประจุเพื่อให้เกิดวงจรร่วมกับตัวเหนี่ยวนำ ความถี่เรโซแนนซ์ควรเท่ากับวงจรไฟฟ้าแรงสูง
ในทางปฏิบัติ ทุกอย่างค่อนข้างจะแตกต่างออกไป เมื่อคำนวณหม้อแปลงเทสลา พลังงานที่จะใช้ปั๊มวงจรที่สองจะไม่ถูกนำมาพิจารณา แรงดันไฟชาร์จถูกจำกัดโดยแรงดันไฟที่ตัวดักจับ มัน (ถ้าองค์ประกอบเป็นอากาศ) สามารถปรับได้ แรงดันพังทลายได้รับการแก้ไขโดยการเปลี่ยนรูปร่างหรือระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรด ตามกฎแล้วตัวบ่งชี้จะอยู่ในช่วง 2-20 kV สัญญาณของแรงดันไฟฟ้าไม่ควร "สั้น" ตัวเก็บประจุมากเกินไปซึ่งเป็นสัญญาณที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา
รุ่น
หลังจากถึงแรงดันพังทลายระหว่างอิเล็กโทรด จะเกิดการพังทลายของก๊าซที่มีลักษณะคล้ายหิมะถล่มในช่องว่างประกายไฟ คาปาซิเตอร์จะไหลเข้าสู่คอยล์ หลังจากนั้นแรงดันพังทลายจะลดลงอย่างรวดเร็วเนื่องจากไอออนที่เหลืออยู่ในแก๊ส (ตัวพาประจุ) เป็นผลให้วงจรของวงจรการแกว่งซึ่งประกอบด้วยตัวเก็บประจุและขดลวดปฐมภูมิยังคงปิดผ่านช่องว่างประกายไฟ มันสร้างการสั่นสะเทือนความถี่สูง พวกเขาค่อยๆจางหายไป สาเหตุหลักมาจากการสูญเสียในสายดิน เช่นเดียวกับการหลบหนีของพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าไปยังขดลวดทุติยภูมิ อย่างไรก็ตาม การสั่นจะดำเนินต่อไปจนกว่ากระแสจะสร้างตัวพาประจุให้เพียงพอเพื่อรักษาแรงดันพังทลายที่ต่ำกว่าอย่างมีนัยสำคัญในช่องว่างของประกายไฟมากกว่าแอมพลิจูดของการสั่นของวงจร LC ในวงจรทุติยภูมิเสียงสะท้อนปรากฏขึ้น ส่งผลให้เกิดไฟฟ้าแรงสูงที่ขั้ว
การปรับเปลี่ยน
วงจรหม้อแปลงเทสลาชนิดใด วงจรทุติยภูมิและปฐมภูมิยังคงเหมือนเดิม อย่างไรก็ตาม หนึ่งในองค์ประกอบขององค์ประกอบหลักอาจมีการออกแบบที่แตกต่างกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เรากำลังพูดถึงเครื่องกำเนิดการสั่นของความถี่สูง ตัวอย่างเช่น ในการปรับเปลี่ยน SGTC องค์ประกอบนี้จะดำเนินการกับช่องว่างของประกายไฟ
RSG
หม้อแปลงกำลังสูงของเทสลารวมเอาการออกแบบช่องว่างประกายไฟที่ซับซ้อนมากขึ้น โดยเฉพาะสิ่งนี้ใช้กับโมเดล RSG ตัวย่อย่อมาจาก Rotary Spark Gap สามารถแปลได้ดังนี้: ประกายไฟหมุน / หมุนหรือช่องว่างคงที่พร้อมอุปกรณ์ดับเพลิง (เพิ่มเติม) ในกรณีนี้ความถี่ของการทำงานของช่องว่างจะถูกเลือกพร้อมกันกับความถี่ของการชาร์จตัวเก็บประจุ การออกแบบช่องว่างของโรเตอร์หัวเทียนประกอบด้วยมอเตอร์ (ปกติจะเป็นไฟฟ้า) ดิสก์ (หมุน) พร้อมอิเล็กโทรด หลังอาจปิดหรือเข้าใกล้ส่วนประกอบการผสมพันธุ์เพื่อปิด
ตัวเลือกของการจัดเรียงหน้าสัมผัสและความเร็วของการหมุนของเพลานั้นขึ้นอยู่กับความถี่ที่ต้องการของชุดการสั่น ตามประเภทของการควบคุมมอเตอร์ ช่องว่างของหัวเทียนจะแยกออกเป็นอะซิงโครนัสและซิงโครนัส นอกจากนี้ การใช้ช่องว่างประกายไฟที่หมุนได้ช่วยลดโอกาสที่การเกิดอาร์คระหว่างขั้วไฟฟ้าได้อย่างมีนัยสำคัญ
ในบางกรณี ช่องว่างประกายไฟแบบเดิมจะถูกแทนที่หลายขั้นตอน สำหรับการระบายความร้อน ส่วนประกอบนี้บางครั้งถูกวางไว้ในไดอิเล็กตริกที่เป็นก๊าซหรือของเหลว (เช่น ในน้ำมัน) ตามเทคนิคทั่วไปในการดับส่วนโค้งของช่องว่างประกายไฟทางสถิติ การล้างอิเล็กโทรดโดยใช้ไอพ่นลมอันทรงพลังจะถูกนำมาใช้ ในบางกรณี หม้อแปลงไฟฟ้าเทสลาของการออกแบบคลาสสิกเสริมด้วยตัวป้องกันที่สอง จุดประสงค์ขององค์ประกอบนี้คือการป้องกันโซนแรงดันต่ำ (การป้อน) จากไฟกระชากแรงดันสูง
คอยล์โคม
การดัดแปลง VTTC ใช้หลอดสุญญากาศ พวกเขาเล่นบทบาทของเครื่องกำเนิดสัญญาณ RF ตามกฎแล้วสิ่งเหล่านี้เป็นหลอดไฟที่ค่อนข้างทรงพลังของประเภท GU-81 แต่บางครั้งคุณสามารถหาการออกแบบที่ใช้พลังงานต่ำได้ หนึ่งในคุณสมบัติในกรณีนี้คือไม่จำเป็นต้องใช้ไฟฟ้าแรงสูง เพื่อให้ได้การคายประจุที่ค่อนข้างเล็ก คุณต้องใช้ประมาณ 300-600 V นอกจากนี้ VTTC แทบไม่มีเสียงรบกวน ซึ่งจะปรากฏขึ้นเมื่อหม้อแปลง Tesla ทำงานบนช่องว่างประกายไฟ ด้วยการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ทำให้สามารถลดความซับซ้อนและลดขนาดของอุปกรณ์ได้อย่างมาก แทนที่จะใช้การออกแบบหลอดไฟ เริ่มใช้หม้อแปลงเทสลาบนทรานซิสเตอร์ โดยปกติแล้วจะใช้องค์ประกอบสองขั้วของกำลังและกระแสที่เหมาะสม
วิธีทำหม้อแปลงเทสลา
ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น องค์ประกอบสองขั้วถูกใช้เพื่อทำให้การออกแบบง่ายขึ้น ไม่ต้องสงสัยเลย จะดีกว่ามากถ้าใช้ทรานซิสเตอร์แบบ field effect แต่ไบโพลาร์นั้นง่ายกว่าสำหรับผู้ที่ไม่มีประสบการณ์เพียงพอในการประกอบเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ขดลวดที่คดเคี้ยวและตัวสะสมทำด้วยลวด 0.5-0.8 มม. สำหรับชิ้นส่วนไฟฟ้าแรงสูงลวดจะมีความหนา 0.15-0.3 มม. ทำประมาณ 1,000 รอบ เกลียวถูกวางไว้ที่ปลาย "ร้อน" ของขดลวด สามารถรับพลังงานจากหม้อแปลง 10 V, 1 A. เมื่อใช้พลังงานตั้งแต่ 24 V ขึ้นไป ความยาวของการปล่อยโคโรนาจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า คุณสามารถใช้ทรานซิสเตอร์ KT805IM
ใช้เครื่องมือ
ที่เอาต์พุต คุณสามารถรับแรงดันไฟฟ้าได้หลายล้านโวลต์ สามารถสร้างการปลดปล่อยที่น่าประทับใจในอากาศ ในทางกลับกันสามารถมีความยาวได้หลายเมตร ปรากฏการณ์เหล่านี้เป็นที่ดึงดูดใจสำหรับคนจำนวนมาก ผู้ที่ชื่นชอบหม้อแปลงไฟฟ้าเทสลาใช้เพื่อการตกแต่ง
นักประดิษฐ์เองใช้อุปกรณ์ดังกล่าวเพื่อเผยแพร่และสร้างการสั่นซึ่งมีจุดมุ่งหมายเพื่อควบคุมอุปกรณ์แบบไร้สายในระยะไกล (การควบคุมด้วยคลื่นวิทยุ) ข้อมูลและการส่งพลังงาน ในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 ขดลวดเทสลาเริ่มถูกนำมาใช้ในทางการแพทย์ ผู้ป่วยได้รับการรักษาด้วยกระแสไฟอ่อนความถี่สูง พวกเขาไหลผ่านชั้นผิวบาง ๆ ของผิวหนังไม่เป็นอันตรายต่ออวัยวะภายใน ในเวลาเดียวกัน กระแสน้ำมีผลการรักษาและยาชูกำลังต่อร่างกาย นอกจากนี้ หม้อแปลงยังใช้เพื่อจุดไฟหลอดปล่อยก๊าซและเพื่อค้นหารอยรั่วในระบบสุญญากาศ อย่างไรก็ตาม ในสมัยของเรา แอปพลิเคชันหลักของอุปกรณ์ควรได้รับการพิจารณาว่าเป็นองค์ความรู้และสุนทรียภาพ
เอฟเฟกต์
เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของการปล่อยก๊าซประเภทต่างๆ ระหว่างการทำงานของอุปกรณ์ หลายคนรวบรวมหม้อแปลงเทสลาเพื่อให้สามารถรับชมเอฟเฟกต์ที่น่าทึ่ง โดยรวมแล้วอุปกรณ์นี้ผลิตการปลดปล่อยสี่ประเภท บ่อยครั้งสังเกตได้ว่าการปลดปล่อยไม่เพียงแต่ออกจากคอยล์ แต่ยังถูกชี้นำจากวัตถุที่ต่อลงดินในทิศทางของมันด้วย พวกเขายังสามารถมีโคโรนาเรืองแสง เป็นที่น่าสังเกตว่าสารประกอบเคมีบางชนิด (อิออน) เมื่อนำไปใช้กับขั้วอาจทำให้สีของการปล่อยประจุเปลี่ยนไป ตัวอย่างเช่น โซเดียมไอออนทำให้เกิดประกายสีส้ม ในขณะที่ไอออนของโบรอนทำให้เป็นประกายสีเขียว
สตรีมเมอร์
เหล่านี้เป็นช่องบางกิ่งที่เรืองแสงสลัวๆ พวกมันมีอะตอมของก๊าซแตกตัวเป็นไอออนและอิเล็กตรอนอิสระแยกออกจากพวกมัน การปล่อยเหล่านี้ไหลออกจากขั้วของขดลวดหรือจากส่วนที่แหลมที่สุดสู่อากาศโดยตรง ที่แกนกลางของลำแสงนั้น ลำแสงถือได้ว่าเป็นไอออไนซ์ในอากาศที่มองเห็นได้ (การเรืองแสงของไอออน) ซึ่งสร้างขึ้นโดยสนาม BB ใกล้กับหม้อแปลงไฟฟ้า
การปลดปล่อยอาร์ค
เกิดค่อนข้างบ่อย ตัวอย่างเช่น หากหม้อแปลงไฟฟ้ามีกำลังเพียงพอ อาร์คอาจเกิดขึ้นได้เมื่อนำวัตถุที่ต่อลงดินมาที่ขั้ว ในบางกรณี จำเป็นต้องสัมผัสวัตถุกับทางออก จากนั้นจึงถอยกลับเป็นระยะทางที่เพิ่มขึ้นและยืดส่วนโค้ง ด้วยความน่าเชื่อถือและกำลังของคอยล์ไม่เพียงพอ การคายประจุดังกล่าวอาจทำให้ส่วนประกอบเสียหายได้
สปาร์ค
ประกายไฟนี้ปล่อยออกมาจากชิ้นส่วนมีคมหรือจากขั้วโดยตรงไปที่พื้น (วัตถุที่ลงกราวด์) ประกายไฟถูกนำเสนอในรูปแบบของแถบเส้นไฟที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วหรือหายไป แตกแขนงอย่างแรงและบ่อยครั้ง. นอกจากนี้ยังมีการปล่อยประกายไฟชนิดพิเศษ เรียกว่าเคลื่อนไหว
ปล่อยโคโรนา
นี่คือแสงของไอออนที่มีอยู่ในอากาศ เกิดขึ้นในสนามไฟฟ้าแรงสูง ผลที่ได้คือสีน้ำเงิน สบายตาเมื่ออยู่ใกล้ส่วนประกอบ BB ของโครงสร้างโดยมีความโค้งของพื้นผิวอย่างมีนัยสำคัญ
คุณสมบัติ
ระหว่างการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้า จะได้ยินเสียงไฟฟ้าแตก ปรากฏการณ์นี้เกิดจากกระบวนการที่สตรีมเมอร์กลายเป็นช่องประกายไฟ มันมาพร้อมกับปริมาณพลังงานและความแรงของกระแสที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว มีการขยายตัวอย่างรวดเร็วของแต่ละช่องและมีแรงกดดันเพิ่มขึ้นอย่างกะทันหัน เป็นผลให้เกิดคลื่นกระแทกที่ขอบเขต การรวมกันของพวกเขาจากการขยายช่องทำให้เกิดเสียงที่รับรู้เป็นเสียงแตก
ผลกระทบต่อมนุษย์
เทสลาคอยล์อาจถึงตายได้ เช่นเดียวกับแหล่งไฟฟ้าแรงสูงอื่นๆ แต่มีความคิดเห็นที่แตกต่างกันเกี่ยวกับเครื่องมือบางประเภท เนื่องจากไฟฟ้าแรงสูงความถี่สูงมีผลกระทบต่อผิวหนัง และกระแสไฟอยู่เบื้องหลังแรงดันในเฟสอย่างมีนัยสำคัญ และกระแสไฟมีขนาดเล็กมาก แม้ว่าจะมีศักยภาพ การปล่อยเข้าสู่ร่างกายมนุษย์ไม่สามารถกระตุ้นภาวะหัวใจหยุดเต้นหรือความผิดปกติร้ายแรงอื่น ๆ ใน ร่างกาย