Биографы Николы Тесла называют его «человеком, который изобрел ХХ век», желая указать на влияние его изобретений конца XIX- начала ХХ веков на весь дальнейший ход технического прогресса, тесно связанный с развитием электротехники.
Вот и резонансный трансформатор, часто называемый трансформатором или катушкой Тесла, запатентованный еще в 1896 году, не раскрыл всех своих возможностей. Выходное напряжение в этом устройстве достигает несколько миллионов вольт, при этом образуются многометровые разряды-молнии.
Пока эти уникальные физические характеристики используются фактически только для создания впечатляющих спецэффектов в сценических или концертных шоу-представлениях или для декоративного украшения помещений.
Схема простейшей катушки Тесла
Простейший вариант устройства представлен всего лишь несколькими функциональными элементами (рис. 1):
- источником питания;
- маловитковой первичной обмоткой для инициирования колебаний в системе;
- контурным конденсатором для «накопления» напряжения разрядного пробоя;
- статическим разрядником для формирования электродуги, замыкающей контур;
- многовитковой вторичной обмоткой для инициирования высокого напряжения на выходе из устройства;
- разрядным терминалом) для формирования стримеров и спарков (на рис. 1 обозначен как «выход»).
рис.1
Функционирование катушки Тесла
Первичка (маловитковая катушка) и контурный конденсатор (синий цвет на рис. 2) образуют специфический колебательный контур, имеющий в своем составе нелинейную составляющую — разрядник.
Другой колебательный контур образован вторичкой, представляющей собой катушку с тороидом в верхней части. Здесь в роли конденсаторных емкостей выступают межвитковая емкость обмотки-катушки и емкость тороида.
Функционирование прибора Тесла происходит в двухфазном режиме импульсного характера:
- в начальной фазе функционирования конденсатор заряжается вплоть до достижения разрядного напряжения;
- в конечной фазе генерируются колебания сверхвысоких частот.
Рассмотрим поподробнее обе фазы функционирования резонансного трансформатора Николо Тесла.
Зарядка конденсатора
Контурный конденсатор заряжается от внешнего источника переменного тока. Максимальный вольтаж для накопления в емкости зависит от напряженности электродугового разряда. Конструктивно разрядник представлен двумя электродами с небольшим зазором.
На практике конденсатор «заряжают» до 20 кВ. Разрядное устройство включается параллельно к источнику питания, чтобы исключить его влияние на работу колебательного контура и на характеристики полученного разряда.
Генерация высокочастотных резонансных колебаний
Пробой в системе сопровождается образованием электродуги, замыкающей контур. При этом емкость разряжается на контурную первичку. В цепи магнитного контура, образованного первичкой и емкостью, возникают электромагнитные колебания высокой частоты.
Соответственно, во вторичной контурной цепи с катушкой-вторичкой образуются колебания резонансные, приводящие к возникновению сверхвысокого напряжения в несколько мегавольт на выходе разрядного терминала. Выходы терминалов выполняются сферическими, дисковыми или штырьевыми и служит для получения молниеподобных многометровых искровых зарядов.
Конструктивные особенности обмоток в катушках Тесла
Уникальные физические свойства детища великого изобретателя привлекают многих мастеров к сборке резонансного трансформатора своими руками из незатейливых подручных средств.
- Первичная катушка. Обмотка первичной катушки навивается всего лишь из нескольких витков (от трех до пятнадцати) толстого электропровода или медной трубки (диаметра 6 мм достаточно). Шаг навивки 3-5 мм.
- Вторичная катушка. Для вторички достаточно 900-1000 витков медного провода небольшого диаметра (0,3-0,6 мм). Высоту вторички принимают равной 5 диаметрам. Во избежание пробоя вторичку покрывают эпоксидкой или лаком.
Главной особенностью катушек в трансформаторе Тесла является отсутствие ферромагнитных сердечников, столь необходимых для традиционных преобразователей напряжения.
Резонансные трансформаторы работают с высокими напряжениями. Особую опасность представляет терминал – кроме искровых разрядов он является источником весьма широкого спектра излучений, включая и рентгеновское излучение. При эксплуатации катушек Тесла всегда нужно соблюдать правила техники безопасности.
