Sstc из хлама (катушка тесла)

SSTC катушка Тесла своими руками

Приветствую, радиолюбители-самоделки, а также все любители высоких напряжений!

Обычно при упоминании словосочетания «катушка Тесла» люди сразу же представляют себе огромные столбы с человеческий рост с металлическими шарами наверху, из которых с сильнейшим грохотом бьют невиданных размеров молнии. Такие конструкции представляются чем-то невероятно сложным, дорогим в изготовлении, требующим для создания немалого опыта и многих лет работы — по сути, всё именно так, построить полномасштабную катушку Тесла с человеческий рост достаточно трудоёмко, особенно в домашних условиях, кроме того, компоненты потребуют значительных финансовых вложений. Тем не менее, многие энтузиасты по всему миру строят подобные конструкции, которые позже демонстрируют на различных шоу, концертах — ведь большие катушки очень часто умеют ещё и петь, за счёт аудиомодуляции. Помимо полномасштабных катушек, конструкции которых очень часто оказываются уникальными и трудноповторимыми в сборке и настройке, в сети представлено большое множество транзисторных катушек Тесла, выполненных в меньшем масштабе — с высотой вторичной обмотки до 1 метра. Такие конструкции представляют большой интерес многих радиолюбителей, так как не требуют для построения слишком больших финансов, состоят из доступных и распространённых деталей, к тому же их сборка и настройка достаточно проста, хоть и требует наличия определённых навыков, в том числе работы с высоковольтными устройствами. Эти факторы обеспечили популярность транзисторных катушек Тесла — их можно обнаружить в интернете по аббревиатуре SSTC. Существуют также другие типы подобных устройств, например, ламповые, они обозначены уже другой аббревиатурой. Особую популярность получили именно полумостовые транзисторные схемы — их силовая часть состоит всего из двух транзисторов, обеспечивает высокую мощность, в отличие от однотактных схем, но менее капризна в настройке, чем полноценные мостовые схемы. Именно о полумостовой транзисторной схеме и пойдёт речь в этой статье, схема представлена ниже.

Также на схеме имеется логическая микросхема, которая содержит в себе логические элементы — инверторы, совместно с каскадом на транзисторе и антенной она занимается генерацией высокочастотных импульсов, частота которых будет равна собственной резонансной частотой вторичной обмотки. Именно равенство этих частот и позволяет катушке Тесла генерировать такие эффектные разряды, ведь работает она именно за счёт резонанса частот. Казалось бы, зачем на схеме катушки Тесла антенна — ведь это не радиоприёмник, но на самом деле всё хитрее — антенна служит для обеспечения обратной связи, позволяя генератору работать именно на той частоте, на которой «хочет» колебаться сама вторичная. Существуют также катушки Тесла с фиксированной частотой — в них генератор вручную нужно настроить на частоту резонанса, этот способ плох тем, что резонансная частота вторичной обмотки зависит от многих факторов, расположения, влажности, окружающих предметов, а потому резонанс постоянно теряется при изменении внешних факторов.

Процесс намотки вторичной обмотки многим кажется очень страшным делом — ведь намотать нужно много витков, как минимум 500, лучше — 1000 или 1500. Чем больше витков — тем больше напряжение, но переусердствовать тоже не стоит, иначе лишние витки просто будут лежать мёртвым грузом, не давая прироста напряжения. Наматывать катушку действительно сложно, если не сделать хотя бы простенького намоточного станка, как на фото выше — с ним работа пойдёт и быстро, и аккуратно. Наматывается обмотка на диэлектрическом каркасе, например, из под канализационной трубы, на 1 метр длины катушки оптимально взять 10 см диаметра, ориентируясь на эти пропорции размер катушки можно уменьшить. Провод можно брать диаметром 0,1-0,2 мм, он обязательно должен быть в лаковой изоляции.

Вся конструкция собирается на двух печатных платах — отдельно силовая и отдельно логическая часть. В силовой части можно применить практически любые мощные полевые либо IGBT транзисторы — ключевыми параметрами здесь являются ток и рабочее напряжение. Например, подойдут IRF840, они достаточно дёшевы, но обладают не самыми совершенными характеристиками, на них можно производить первые включения и настройку катушки. GDT трансформатор наматывается на небольшой ферритовом колечке, рекомендуется брать синие от компании Epcos — они лучше всего подходят для данной цели. Наматывать можно как просто эмалированный медный проводов диаметром 0,4-0,6 мм, так и провод в изоляции, например, от витой пары. Трансформатор содержит три обмотки, каждая из них может содержать 16-25 витков, количеством витков в каждой обмотке должно быть одинаковым. Количество можно подобрать экспериментально, глядя на сигналы на затворах транзисторов — там должен быть ровный не искривлённый прямоугольный сигнал.

Вся конструкция устанавливается в круглый деревянный корпус, силовая часть питается непосредственно от сети через выпрямитель, логическая через понижающий трансформатор. Силовые транзисторы устанавливаются на радиатор.

У автора получилась весьма симпатичная и аккуратная конструкция — радует глаз даже в выключенном состоянии. Первое включение катушки нужно проводить аккуратно, подавать на силовую часть сперва пониженное напряжение и через балласт — если появились небольшие разряды и ничего не греется, можно увеличивать напряжение. Таким образом, получилась довольно простая конструкция сетевой транзисторной катушки Тесла, которая выдаёт красивые высоковольтные разряды — при желании их можно даже подкрашивать различными солями, как на фото ниже. Удачной сборки! Все вопросы и дополнения пишите в комментарии.

Катушка Тесла из хлама

Собрал вот такую мини-SSTC. Горсть деталей, макетная плата, обрезки сантехнических труб, немного 3д-печати и пара вечеров сборки- и простейшая катушка Тесла готова. Пускает маленькие стриммеры и зажигает люминисцентные лампы на расстоянии.

По размеру — можно поставить на ладонь.

Дубликаты не найдены

Пару слов о том, как строилась «карманная» SSTC

Прошлый мой пост, в котором было только это фото, собрал комменты в духе «Маловато будет, пили длиннопост». =)

В общем, встречайте. Этот текст о том, как строилась маленькая, буквално 20 см в высоту, катушка Тесла.

Что это и с чем его едят?

По-сути, КТ — это игрушка, хотя некоторые их виды могут быть очень даже практичны. К таким я отношу музыкальные SSTC, звук которых ни с чем не спутать. В будущем буду строить такую, подключать к миди-клавиатуре и играть.

А эта может только зажигать лампы на расстоянии и давать высокое напряжение для различных высоковольтных опытов.

Но делал я её не поэтому. Я хотел посмотреть, как поведут себя напечатанные на 3д принтере детали в SSTC. Допустим, всеми узнаваемый тор.

Две половины напечатаны на принтере и склеены суперклеем. Тор — это верхняя обкладка развёрнутого конденсатора, потому он должен проводить электричество. Я обернул его алюминиевым скотчем для вентиляций

Алюминиевый скотч был надрезан таким образом, чтобы по центру он оставался одним куском, а по краям разрезы сформировали лепестки. После обклейки необходимо сгладить неровности и острые углы, иначе на них может появиться коронный разряд.

Основание, в которые укладывается первичная обмотка, тоже распечатано на принтере

Вообще, всё это добро печаталось долгих 6 часов, и это при скорости печати в 130%

Основание нужно, чтобы держать витки первичной обмотки в воздухе. Вот так

А чтобы всё это красиво намотать, пришлось печатать ещё и конус-кондуктор.

Но мотать первичку — это полбеды (особенно с 3д принтером).

Всех обычно останавливает намотка вторичной обмотки. Она мотается на трубку тонким проводом, виток к витку. Тут нужно взять свой темп и аккуратно, без нервов, желательно на успокоительных и транквилизаторах, мотать..

Хотя мотать с шуруповёртом мне понравилось больше, чем в прошлый раз, когда я мотал катушку вручную наощупь, т.к. глазами я в тот момент смотрел аниме.

Чтобы закрепить витки и уменьшить вероятность пробоя высоким напряжением, катушку нужно покрыть несколькими слоями электроизоляционного лака.

Если мотать небольшую, настольную КТ, то намотка займёт от 3 до 10 минут, ничего сложного.

Чтобы красиво оформить свою катушку Тесла, я решил приспособить корпус от сгоревшего автомобильного преобразователи из 24 в 12 вольт.

Провода я спрятал прямо внутрь самой катушки, потому, чтобы завести их в корпус, пришлось прорезать в нём окно.

Само же основание я прикрутил на саморезы

Да, вы уже видели это фото, но после сборки верхней части, должно выглядеть так.

Тор надевается сверху, причём у него должен быть контакт с концом обмотки. На фото виден провод от терминала и антенна, которая также находится внутри трубки катушки.

Схема простейшая — это Micro-SSTC Стива Варда. Причём схему я заметно упростил.

Сама плата крепится за транзистор к радиатору винтом через корпус. Тут стоит не забывать об изолирующих прокладках и термопасте.

Ещё немного техногурятины.

Ну, а так как я видеоблоггер, я не могу не поделиться своим видео. Там и демонстрация работы есть (хотя фото крупным планом я делал специально для Пикабу)

Ну, и ещё немного свеженьких фото, сделанных буквально полчаса назад.

Лампочка фонарика в поле катушки. На очень короткой выдержке, чтобы показать плазму внутри, потому так неярко.

В реальности она выглядит больше вот так

Но намного лучше и приятнее светятся газоразрядные индикаторы. Они светятся синим и оранжевым цветом, а внутри них куча тлеющих разрядов почти красного цвета.

Но снимать всё это очень трудно. Матрица начинает давать огромное количество шумов при приближении к КТ, но, тем не менее, фото позволяют оценить работу катушки.

КАТУШКА ТЕСЛА SSTC

Представляем очередную мощную полупроводниковую катушку Тесла, которая как и предыдущий вариант была подсмотрена в буржунете. Катушки Тесла, как мы знаем, являются устройствами, используемыми для генерации высокого напряжения. В случае SSTC это напряжение около 80 — 100 кВ.

Структура SSTC (электронная катушка Тесла) отличается от классических катушек (SGTC) использованием электронного инвертора вместо генератора на основе искрового промежутка. Это обеспечивает гораздо более компактную конструкцию и устраняет необходимость в высоком напряжении на первичной стороне (схема питается от прямого и отфильтрованного сетевого напряжения). В результате нет необходимости использовать дорогие и труднодоступные высоковольтные трансформаторы и конденсаторы.

Работа катушки основана на использовании явления электрического резонанса. Резонансный контур расположен на вторичной стороне, созданной индуктивностью многослойной однослойной воздушной катушки, и рассеянной емкостью, создаваемой как обмотками, так и емкостью тора, верхней клеммы катушки и даже самого коронного разряда. Чтобы катушка работала, вторичный резонансный контур должен быть «накачан» сильным сигналом с частотой, идеально синхронизированной с возникающим в нем резонансом. Здесь источником этого сигнала является электронный инвертор.

Схема высоковольтного генератора SSTC

Что касается данной конструкции, это типичная схема, использующая мост с транзистором. Ниже приведены принципиальные схемы мощной Теслы SSTC (блок питания, контроллер и мост). Функции напряжений БП:

  • 15 В используется для питания драйверов.
  • 5 В для 74HC14 — эта микросхема имеет ограниченное рабочее напряжение.
  • 12 В предназначено для питания вентиляторов охлаждения и NE555.
Читайте также  Многотональный автомат звуковых эффектов

Принцип работы довольно прост. Антенна принимает электрическое поле резонатора, получая сигнал с формой волны, всегда соответствующей резонансу на вторичной стороне. Этот сигнал сначала «обрезается» до соответствующего уровня с помощью диодного ограничителя, а затем формируется цепью 74HC14 в прямоугольную волну. Используя эту обратную связь, катушка невосприимчива к отстройке — обычно емкость во вторичной цепи зависит от окружающей среды, и даже приближение руки к резонатору может вызвать значительное изменение резонансной частоты. Если сигнал управления поступает на контур от генератора постоянной частоты, это приведет к потере разряда, а часто даже к сгоранию транзисторов в мосту. Данное схемное решение полностью устраняет такие проблемы.

Сформированный сигнал управляет парой драйверов MOSFET, которые в свою очередь управляют мостовыми транзисторами через трансформатор.

Участок схемы, использующий м/с NE555, является так называемым прерывателем. Он нужен для включения / выключения работы катушки регулируемыми интервалами. Это позволяет изменять поведение разрядов и разгружает электронику, давая ей время остыть, а в случае более продвинутого прерывателя даже модулировать разряды так, чтобы они воспроизводили звук. Другая функция прерывателя — генерировать импульс, который вызывает одиночное переключение моста при включении катушки. Этот импульс вызывает колебания в резонаторе, позволяя катушке начать работать.

Сам мост является типичным H-мостом на МОП-транзисторах. Он питается от сетевого напряжения, которое фильтруется одним твердотельным конденсатором 2200 мкФ 400 В. В качестве устройства плавного пуска использован сильноточный термистор NTC.

Транзисторы в мосту защищены набором диодов. Стабилитроны на затворе также должны защищать полевые ключи. Диоды MBR2545 и 15ETX06 используются для блокировки и замены встроенных транзисторных диодов внешними сверхбыстрыми диодами. Поскольку внешние диоды работают в десятки раз быстрее, это уменьшает явление перекрестных замыканий и потерь на переключение. Наличие этих диодов имеет важное значение, так как они отвечают за защиту от скачков напряжения, возникающих при переключении. Эти импульсы замыкаются на шину питания, где поглощаются конденсаторами С1 и С2, затем накопленная в них энергия берется мостом и, таким образом, восстанавливается.

Антипараллельный дискретный диод во много раз быстрее, чем ключевой диод, поэтому с ним таких проблем не возникает, диод Шоттки на стоке и блокирует протекание тока через диод MOSFET, предотвращая его включение. Это является необходимым дополнением, поскольку несмотря на то, что более быстрые и более медленные диоды различаются по времени отключения, они закрываются почти так же быстро — во время, ограниченное главным образом паразитными факторами, такими как индуктивность соединений.

В общем SSTC — это особый случай высоковольтного генератора, который не следует рассматривать как обычный инвертор, работающий на ферритовом стержне. Здесь у нас есть резонансная вторичная система, на которую динамически настраиваем часть мощности.

Вторичная цепь LC активно налагает синусоидальную форму волны тока на первичной обмотке, которую пытаемся синхронизировать, чтобы минимизировать потери на переключение. Если ключи переключаются не синхронно с ходом резонатора, это заставляет ток течь через него, вызывая перенапряжения и повышенные потери. Поэтому крайне важно минимизировать время простоя — ключи должны переключаться как можно ближе к нулевому току, в то время как большое простойное время переключает их «жестко» и увеличивает время, в течение которого диоды должны проводить ток, индуцированный вторичной цепью.

К сожалению, на практике (по крайней мере, на таком простом контроллере) всегда будут небольшие перенапряжения, приводящие к переключению диодов с антипараллельными ключами. Проблема в том, что диоды, встроенные в МОП-транзисторы, очень медленные, их отключение занимает много времени. Это приводит к перекрестным замыканиям, потому что диоды не могут выйти из проводимости, а тут уже включится противоположный ключ, что очевидно, очень вредное явление. В обычном инверторе это просто увеличивает время простоя — при блокировке ключа генерируется только короткое замыкание, после которого достаточно дождаться выключения диодов. Здесь же этого сделать нельзя, поскольку после закрытия ключей резонатор все же заставляет ток течь.

Установлены ключи попарно на старые процессорные кулеры, чтобы обеспечить надежное охлаждение. Когда вентиляторы включены, заметного увеличения температуры радиаторов не происходит.

Конденсаторы, соединенные последовательно с первичной обмоткой, предотвращают прохождение постоянного тока, которое может повредить ключи.

  1. Затворные резисторы R1..R4 вместе с параллельными диодами выполняют две важные функции. Первое — это предотвращение перекрестных коротких замыканий — резистор замедляет зарядку затвора, задерживая активность транзистора, а диод обеспечивает быструю разрядку затвора и закрытие ключа. Это исключает риск возникновения ситуации, когда верхнее и нижнее плечо одновременно открыты.
  2. Вторая функция — подавление паразитных колебаний — индуктивность обмотки GDT и емкость затвора создают систему LC, которая может возбуждаться во время переключения. Такие колебания могут выводить транзистор из состояния насыщения, что приводит к большим потерям и создает риск его повреждения.

Здесь следует упомянуть, что значение резисторов на затворах транзистора зависит от конкретной их модели. Некоторые типичные значения известны, но их следует определять индивидуально с помощью экспериментов и измерений с помощью осциллографа, чтобы установить наиболее оптимальное время простоя.

Резонатор был намотан на трубу из ПВХ диаметром 110 мм (канализационная) с помощью провода диаметром 0,18 мм; длина самой намотки 45 см. Эти значения довольно велики, так что при желании вы можете легко использовать гораздо меньший резонатор.

Тор изготовлен из алюминиевой гибкой трубки (также стандартная) 80 мм и имеет внешний диаметр 280 мм, что дает ёмкость около 12 пФ. Резонансная частота вторичного контура составляет около 100 кГц.

Первичная обмотка была сделана на трубе из ПВХ диаметром 160 мм, с центром вокруг резонатора. Это обеспечивает хорошую механическую поддержку обмоток. Оригинальный вариант насчитывает 13 витков 2,5 мм2.

Антенна сделана из медного провода 0,8 мм, 4 катушки по 20 мм внизу и около 60 мм основания, она помещена под резонатор вместе со всей электроникой в открытом корпусе. Когда она торчала наверх результат был намного хуже. В схеме транзисторы IRFP 460, диоды Шотки SBL3060, S40D45 и MUR860, потому что были под рукой, все остальное по схеме. GDT на данный момент работает на сердечнике 3E5, но можно и 3E25 диаметром 25 мм. Резисторы 12R вместо 27R.

Как видите, мощное электрическое поле катушки Тесла способно эффективно зажигать газоразрядные лампы, на фото светится трубчатая люминесцентная лампа. Максимальное расстояние, с которого она может засветиться, почти в три раза больше, чем показано на фотографии.

И ещё несколько разрядов на фотографиях:

Разряды имеют около 20-25 сантиметров.

Внимание: человек практически не чувствует поражения таким электрическим током поскольку он не стимулирует нервные окончания, это также означает, что даже относительно сильный удар не влияет на частоту сердечных сокращений мышц, как это происходит при постоянном или переменном напряжении 50 Гц. Тем не менее, несмотря на это и учитывая тот факт, что имеется опасный ток (для SSTC это миллиамперы, но для DRRSTC или SGTC ток может достигать мгновенных значений, рассчитанных в амперах), высокая мощность (малый ток, хотя и умноженный на десятки кВ), которую излучает катушка накачки — ткани человека подвергаются воздействию и это может привести к обширному термическому повреждению. Причём первой страдает нервная система!

Кроме того, следует учитывать, что прерыватель добавляет к излучению низкочастотную форму волны (например 10 — 50 Гц), а вот она уже может быть опасной. Всё это приводит к дополнительному риску, так как человек, который не знает об этом, может сознательно продлить касание, ошибочно думая, что если не чувствуется ток электричества, он в безопасности. Конечно, часто люди, которые касались разрядов от небольших катушек, не чувствовали негативных последствий (или, скорее, они были слишком малы, чтобы быть очевидными), но также есть случаи, когда игры с DRSSTC заканчивались парастазами и другими заболеваниями. Так что будьте осторожны с ВВ всегда!

Форум по обсуждению материала КАТУШКА ТЕСЛА SSTC

Sstc из хлама (катушка тесла)

Трансформатор Тесла на MOSFET(SSTC)

Автор: Товарищ Кутепов, zloycree@gmail.com
Опубликовано 22.09.2014
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса «Поздравь Кота по-человечески 2014»

Поздравляю Кота с Днём Рождения, желаю тёплой батареи, свежего вискаса лосося и уютного шкафа! Ещё хочу сказать огромное спасибо всей администрации сайта за то, что поддерживаете сайт и предоставляете нам такой отличный источник качественной и интересной информации.

Предисловие

Ещё в начале этого лета я буквально заболел идеей построить трансформатор Тесла. В конце июля сделал сетевой качер, а вот на этой неделе я закончил делать SSTC(Solid State Tesla Coil — катушка Тесла на твёрдотельных элементах). Почему именно SSTC? Потому, что для этого типа не нужно ни дефицитных и дорогих конденсаторов, ни не менее дорогих ламп. Все детали были купленны в радиолюбительском магазине в областном центре, пришлось немнгого поездить на электричках, но постройка Трансформатора Тесла (далее — ТТ) обошлась мне всего в 800р и заняла 2 недели. Теперь обо всём по порядку.

Основные понятия (те, кто представляют, что такое ТТ — могут не читать)

Трансформатор Тесла — это устройство для получения высокого напряжения, запатентованное Н.Теслой в 1896г. Работает он по принципу резонанса — т.е. высокое напряжение на выходе достигается путём подачи на первичную обмотку импульсов в нужный момент. Подробнее об этом в своём видео рассказывает Сергей Булавинов.

Изготовление трансформатора

В первую очередь сделаем резонатор. Для этого нам понадобится:

Труба пластиковая канализационная диаметром 110мм;

Провод намоточный, я использовал ПЭВТЛ 1071 диаметром 0,15мм, но лучше подойдёт ПЭТВ2 диаметром 0,18мм.

Гофрированный воздуховод 80*1500мм, но если есть возможность — лучше взять 60 или 70мм в диаметре;

Пистолет с термоклеем;

Шруповёрт и сверло 1,5мм.

Для начала намотаем саму обмотку. Для этого отрезаем кусок пластиковой трубы длиной 200мм и со стороны, отрезанной на заводе — она немножко заострённая, сделаем бортик из термоклея. Он нужен для того, чтобы провод не сползал. Теперь сверлим два отверстия. Одно около бортика, другое — отступив 180мм.

В отверстие около бортика продеваем начало нашего провода, оставляем внутри трубы около 20см — это — холодный конец обмотки. Теперь начинаем наматывать провод в произвольную сторону, фиксируя каждые 5см малярным скотчем. Наматываем обмотку длиной 180мм, отрезаем, оставляя «хвост» длиной сантиметров 10 и продеваем его через верхнее отверстие. Также заливаем отверстие термоклеем. Вроде всё просто, но это самая трудоёмкая часть, на неё у меня ушло два вечера. В итоге имеем это:

Теперь изготовим тороид. Вокруг нашей трубы делаем «бублик» из воздуховода и оборачиваем стык алюминиевым скотчем.Надеваем этот «бублик» сверху на обмотку. Приклееваем. Теперь лудим маленькую площадочку на воздуховоде со внутренней стороны и припаеваем «хвост», который мы оставили. Резонатор готов. Теперь делаем первичную обмотку. Нам нужно:

Читайте также  Импульсник на любой вкус

10см кусок пластиковой трубы 160мм в диаметре или подходящий по размеру цветочный горшок;

Шуруповёрт, сверло 5-6мм;

Пластиковые хомуты;

Сам провод, примерно 4 метра, я использовал одножильный «мягкий» провод 6мм.

Сверлим 4 отверстия на высоте 2см на противоположных сторонах. Теперь отмеряем от каждого отверстия ещё 4,5см вверх и сверлим ещё 4 отверстия. Также просверлим отверстие для провода заземления, который пойдёт ко вторичке. Должно получиться примерно так:

Теперь пропускаем через отверстия пластиковые хомуты, наматываем 5 витков провода и фиксируем это хомутами. Получится что-то наподобие этого:

Первичка готова, осталось лишь соединить её с резонатором. Для этого я вначале приклеил первичку к куску фанеры, пропустил через просверленное отверстие провод заземления и потом уже приклеил резонатор. Получилось вот так:

Теперь к электроннике.

Изготовление управляющей схемы

В интернете есть много вариаций управляющих схем для SSTC, но все они состоят из перывателя, генератора сигнала, драйвера, трансформатора развязки затворов по напряжению и силовой части — моста или полумоста. За основу была взята эта схема:

Но в связи с невозможностью достать драйвер MOSFET ucc37321, была изменена на такую:

Да-да, схема не моя(ну почти), но в рунете нету гайдов по постройке SSTC, по этому не надо говорить, что это копипаста. На NE555 построен генератор прямоугольных импульсов, выполняющий роль прерывателя, первые 2 элемента 74hc14 приводит сигнал к ттл уровням, а 3 — инвертирует для замены комплиментарной пары из ucc37322 и ucc37321 на пару из двух ucc37322. TR1 – GDT. Намотан на ферритовом кольце марки р3, но лучше использовать N87, 3 обмотки по 7 витков. Для этого рекомендую использовать распущенную витую пару. Вот, собственно он: К PAD1 подключаем антенну-проволоку примерно 20см, в непосредственной близости от катушки. К PAD3 был подключён плюс блока питания на 16 вольт, к PAD3 – минус его-же. К PAD4 и PAD5 подключаются провода от первичной обмотки. А вот к PAD6 и PAD7 – питающее напряжение. Так как у меня нет ЛАТРа — я питал от советского понижающего трансформатора на 50в. Ток был достигал 3 ампера, по этому я поставил не очень мощную диодную сборку AC1, но если вы будете питать от сети или через ЛАТР — поставьте диодную сборку на достаточно большой ток. Электролитический конденсатор лучше заменить более ёмким, желательно на тысячу-две микрофарад, но у меня такового не было. Если трансформатор не начнет работать — поменяйте эти провода местами. Таким образом изменится полярность первички. Разводку приложил.

Заключение

Если вам интересно — можете рассчитать резонансную частоту трансформатора во этим формулам:

В следующих своих статьях расскажу о беспроводной передаче энергии с помощью ТТ, для этого нам и понадобится знать резонансную частоту. Пока что всё.

Также не забываем о технике безопасности! Я вот, всего за сутки существования этого ТТ получил 3 удара током. Будьте предельно осторожны! Хоть здесь и высокая частота, но напряжение действительно большое, да и ток может быть немалый. Ещё при первом пуске рекомендую накрыть силовую часть листом бумаги, чтобы в случае взрыва конденсатора или транзисторов вы не пострадали. Удачи в постройке, и берегите лапы!

Моя биполярная катушка Тесла

Информация предоставлена исключительно в образовательных целях!
Администратор сайта не несет ответственности за возможные последствия использования предоставленной информации.


Катушка Тесла представляет опасность при нарушении техники безопасности!

Катушка Тесла (Tesla Coil, TC) — это повышающий высокочастотный резонансный трансформатор — два колебательных контура, настроенных на одинаковую резонансную частоту.

Катушка Тесла названа так в честь ее изобретателя Николы Тесла (около 1891 года).

Существует несколько вариантов исполнения катушки Тесла:

  • SGTC (Spark Gap Tesla Coil) — искровая катушка Тесла (рассматривается в дальнейшем), колебания генерируются при срабатывании разрядника;
  • VTTC (Vacuum Tube Tesla Coil) — ламповая катушка Тесла, для генерации колебаний применяются радиолампы;
  • SSTC (Solid State Tesla Coil) — полупроводниковая катушка Тесла, содержит задающий генератор и силовые ключи на полупроводниках.

Выходное напряжение катушки Тесла может достигать несколько мегавольт!

Классическая (четвертьволновая) катушка Тесла предполагает наличие разрядного терминала (тороида) на верхнем конце вторичной обмотки и требует хорошего РЧ-заземления (RF grounding) нижнего конца, вблизи которого располагается первичная обмотка:

Отсутствие заземления в классической катушке Тесла приведет к пробою между первичной и вторичной обмотками!

Биполярная катушка Тесла (Bipolar Tesla Coil) является полуволновой вариацией обычной катушки Тесла с горизонтальным расположением вторичной обмотки и расположенными на концах катушки разрядными электродами, а первичная — располагается в середине (ноль напряжения).
Я реализовал искровую катушку Тесла в биполярном варианте, который не требует наличия заземления и позволяет создавать сильные электрические поля (можно присоединить пластины к разрядным электродам):

Биполярный вариант катушки Тесла распространен намного меньше, чем классический:
запрос в Google «tesla coil» — 2 640 000 результатов
запрос в Google «bipolar tesla coil» — 42 000 результатов
(на 13.11.2015)

Основными элементами искровой катушки Тесла являются:
— источник высокого постоянного напряжения, состоящий из генератора импульсного высокого напряжения (1) и высоковольтного выпрямителя (2);
— искровой разрядник
(spark gap, SG) (3), сделан из двух винтов M4; настроен на пробой при напряжении около 4 кВ
(меняя длину разрядного промежутка, можно изменять напряжение конденсатора, при котором происходит разряд)

— высоковольтный конденсатор (tank capacitor) (4); резонансная емкость при приведенных ниже параметрах обмоток составляет около 10 — 30 нФ;
— первичная обмотка катушки (5) — 6 витков медного провода диаметром 0,7 мм на каркасе из ПЭТ-бутылки диаметром 7 см, длина намотки 2 см; индуктивность 3,37 мкГн;
— вторичная обмотка катушки (6) — длина намотки 26 см на пластиковой канализационной трубе диаметром 5 см медным проводом диаметром 0,15 мм; индуктивность 26 мГн; емкость 4 пФ;
— разрядные электроды из толстого медного провода (7);
— разрядный промежуток (8)

Высоковольтный импульсный генератор описан здесь.
Схема установки:

Возможны два варианта взаимного расположения разрядного промежутка, конденсатора и первичной обмотки трансформатора Тесла:

Вариант а — конденсатор C включается последовательно с первичной обмоткой трансформатора Тесла T, а искровой разрядник — параллельно источнику высокого напряжения

Вариант б — искровой разрядник включается последовательно с первичной обмоткой трансформатора Тесла T, а конденсатор C — параллельно источнику высокого напряжения

Я использовал вариант а, обеспечивающий защиту высоковольтного источника.

Как работает катушка Тесла
При подключении установки к высоковольтному источнику постоянного напряжения начинается заряд конденсатора C через первичную обмотку трансформатора T:

При достижении напряжением на конденсаторе значения, при котором происходит пробой воздушного промежутка, в искровом разряднике происходит пробой (проскакивает искра). Возникший плазменный канал замыкает контур «конденсатор C — первичная обмотка» и начинается разряд конденсатора на первичную обмотку. При разряде ток в первичной обмотке представляет собой затухающие синусоидальные колебания:

Этот переменный ток наводит напряжение во вторичной обмотке трансформатора, индуктивно связанной с первичной.
Индуктивность вторичной обмотки L2 вместе с ее собственной емкостью Cs2 и емкостью разрядного промежутка Cd представляет колебательный контур, настроенный в резонанс с контуром первичной обмотки из индуктивности L1, собственной емкости обмотки Cs1, конденсатора C:

Из-за этого колебания напряжения во вторичной обмотке резко усиливаются, что приводит к возникновению высокой напряженности электрического поля между разрядными электродами, вызывающей пробой (разряд):

Разряды катушки Тесла
одноэлектродные разряды (one-electrode discharges):
коронный разряд (corona discharge) — возникает в резко неоднородных полях с большой напряженностью возле остриев и тонких проводов (радиус кривизны меньше 1 мм), причем свечение имеет вид короны (эффективная энергия 0,1 мДж)
кистевой разряд (brush discharge) — от острия расходится пучок искр (кисть), не достигающий второго электрода (эффективная энергия 10-20 мДж)
стримерный (нитевидный или шнуровой) разряд (streamer discharge) — возникает из-за лавинной ионизации воздуха сильным электрическим полем (для воздуха при атмосферном давлении > 30 кВ/см), наблюдается вблизи электродов, между которыми действует большая разность потенциалов

двухэлектродные разряды (two-electrode discharges):
искровой разряд (spark discharge) — одиночный разряд между двумя разноименно заряженными проводниками в виде светящейся нити (полный пробой искрового промежутка)

Искровой разрядник

Обмотки трансформатора Тесла
Первичная и вторичная катушки в моей установке однослойные цилиндрические (helical coil).
Индуктивность такой катушки в микрогенри определяется формулой (Harold A. Wheeler, «Simple Inductance Formulas for Radio Coils,» Proceedings of the I.R.E., October 1928, pp. 1398-1400):
$ L = <<<(N R)>^2>over <9 R + 10 H>> $, где $N$ — количество витков, $R$ — радиус катушки в дюймах, $H$ — высота катушки в дюймах:

Собственная емкость вторичной катушки в пикофарадах определяется формулой (Medhurst):
$ C = <0,29 L + 0,41 R + 1,94 over L>>>$ , где $L$ — длина катушки в дюймах, $R$ — радиус катушки в дюймах.

Трансформатор Тесла представляет собой два связанных колебательных контура.

Мои эксперименты с биполярной катушкой Тесла
Для увеличения напряжения между электродами и соответственно длины разряда необходимо подобрать емкость конденсатора в резонанс.
Для этого можно применить конденсаторы К78-2 (импортный аналог CBB81) емкостью единицы-десятки нФ на напряжение 1 или 2 кВ и собрать из них батарею (MMCMulti Micro Capacitor):

MMC 4,4
(4 параллельных ветви из 3 конденсаторов по 3,3 нФ)

* Конденсатор Бумажный Герметизированный

** Конденсатор Слюдяной Опрессованный 13-го типа

Видео работы моей биполярной катушки Тесла:
https://youtu.be/FSOuu3Cgkfs

Наибольшая длина разряда (6,2 см) получена при общей емкости батареи MMC в 22 нФ:

При поднесении цоколя лампы накаливания к разряду катушки Тесла возникает разряд внутри лампы между ее нитью и стеклянным корпусом лампы, за который держит лампу экспериментатор:

Фиолетовый цвет разряда определяется наличием в колбе лампы инертного газа — аргона Ar.

Увеличение выходного напряжения высоковольтного источника приводит к увеличению частоты разрядов — конденсаторы быстрее заряжаются до напряжения пробоя разрядника.

Раздвигание электродов разрядника повышает выходное напряжение и снижает частоту разрядов.

Раздвигание электродов вторичной обмотки на расстояние, превышающее некоторую критическую величину приводит к превращению разряда в кистевой.

А вот как появляется пробой между витками вторичной катушки:

Опасность катушки Тесла


При соприкосновении с элементами первичной и вторичной цепей трансформатора Тесла экспериментатор может попасть под опасное действие электрического тока.
Распостраненным заблужденим является представление о том, что разряды от такой катушки не вызывают электрошока из-за проявления поверхностного эффекта. При этом не учитывается то обстоятельство, что удельное сопротивление тканей человека вовсе не равно удельному сопротивлению хорошего проводника, например, меди. Из-за этого глубина проникновения высокочастотных токов в организм составляет несколько десятков (!) сантиметров. Но болевого ощущения не возникает из-за того, что электрические токи высокой частоты вызывают не электрошок, а нагрев. Этот эффект, открытый дАрсонвалем, широко использовался в физиотерапии.

Читайте также  Ремонт и регулировка телевизоров "витязь 37/51/54 ctv 6612/6622"


Разряды катушки Тесла являются источником сильного электромагнитного излучения.
При проведении моих опытов наблюдались нарушения Wi-Fi-коммуникаций, а также нарушение функционирования USB-колонок.
Также электромагнитное излучение вблизи катушки представляет опасность и для экспериментатора. При этом наиболее опасным является возможное воздействие на головной мозг — вихревые токи, наводимые переменным электромагнитным полем, могут вызвать опасные для мозговой деятельности температурные изменения в мозге. Вредные последствия могут возникать даже при незначительных изменениях температуры — например, на один-два градуса.


Также электрические разряды приводят к образованию вредных газов:

озон — вырабатывается при искровых, коронных и кистевых электрических разрядах

оксиды азота — вырабатываются при искровых разрядах, особенно сильно — в искровом разряднике.
Оксид и диоксид азота находятся при этом в подвижном равновесии:
2NO + O2 → 2NO2
Также при взаимодействии диоксида азота с озоном образуется пентоксид (пятиокись) азота N2O5 :
2NO2 + O3 → N2O5 + O2

Продолжение следует

Sstc из хлама (катушка тесла)

Компактненькая, удобненькая, высокочастотная SSTC

Как-то насмотрелся я на толпы толкиенистов и их магов. Посохи у магов, представляли собой простые деревяшки, и появилась у меня идея сделать «магический» посох с теслой на макушке. Для этого хорошо подходила бы SSTC в E-классе — простая реализация, возможность получения неплохих искорок, низковольтное питание. Планировал я сделать посох полностью металлическим, чтобы его поверхности хватало как «противовеса». После игр с E-классом, все, что получилось получить — на снимке:

Ну раз уж вторичка была намотана, грех был не сотворить с ней чего-нить поинтереснее )) И решил я сделать полноценную CW (способную работать без пропуска периодов) SSTC.

Тут я попробую рассказать, как я рассчитываю SSTC. Сразу предупреждаю, что это повествование отражает лишь мое мнение по этому поводу и не явлется истинной в последней инстанции.

Для расчетов я использую 4 программы:

VcTesla — https://vcoder.flyback.org.ru/programs/vctesla/vctesla.html
Программа написана человеком с ником vcoder. Умеет рассчитывать резонансные частоты, индуктивности и емкости по геометрическим данным теслы.

Inca — так как адреса я не знаю, выкладываю ее прямо тут. Умеет расчитывать идуктивности и, что самое главное, коэфициент связи обмоток.

MandK — тоже программа для расчета коэфициента связи. Умеет считать несколько конфигураций подряд, но имеет несколько не привычный консольный нитерфейс. Кажется, считает точнее, чем предыдущая.

SWCad — симулятор. Собственно, очень полезная штука, чтобы посмотреть, что будет твориться в тесле.

Технология расчета примерно такая — сначала прикидываю геометрические размеры какие бы мне хотелось. К примеру, для этой катушки — 15 см в высоту и 5 см диаметром. Далее считаю в VcTesl’е индуктивности, частоту, а в MandK или Inca — коэффициент связи и вбиваю все эти параметры в модель в SWCad’е. К сожалению, моя модель потерялась при переезде сайта, так-что, извиняйте. Смотрю, что получается и как нарастает ток в первичной обмотке. Подгоном добиваюсь таких параметров, при которых он ни при каких условия не становится больше допустимого тока транзисторов. В реальной тесле присутствует еще и стример, который не даст току вырасти до таких значений так как снижает добротность колебательного контура, поэтому индуктивность первички прийдеться еще подстраивать, если хочется добиться максимального результата. Коэффициент связи для SSTC должен быть довольно большим, обычно его выбирают в пределах 0.2-0.35.

После всего этого начинаю строить силовую часть. Сначала построил на IRF740, получилось довольно хорошо. Но хотелось большего и я начал переделывать силовуху под более мощные IRFP460. Очень повезло, что с самого начала я рассчитывал места под корпуса TO247

А вот и схемка, в принципе, классический полумост, но иногда спрашивают:

Небольшое пояснение, для чего нужны диоды с сопротивления на затворах. Как известно, преобразователям необходимо так называемое мертвое время — время между переключениями транзисторов. Картинка ниже показывает (в сильно гипертрофированной форме) как это достигается в этой схеме. Затвор мееедленно заряжается через резистор и быстро разряжается через диод. таким образом можно получить эту самую паузу.

Почему навесной монтаж? Это просто. Он обеспечивает минимальную индуктивность, удобно менять сгоревшие транзисторы, да и просто красиво ) Более того, еще и не нужно травить плату )

У народа, изготовление некоторых деталей может вызывать трудности, поэтому пробегусь кратко по тому, как я это все делал. Первое, что было сделано — это вторичка. Первая трудность — как отрезать ровно трубу ? Очень просто! Берем обычный лист A4 — у него идеально ровные края, обматываем вокруг трубы, совмещаем края, так чтобы они были точно параллельны, далее намечаем линию разреза маркером (карандашом). Далее режем либо ножом (придется приложить некие усилия) либо электролобзиком.

Теперь намотка вторички. Для этого необходима опора на которой будет лежать вторичка. В данном случае я использовал штатив от фотоаппарата. Нужен так-е крепеж для катушки с проводом, который позволит ей вращаться. У меня это — стальной прут, который лежит на двух стульях. Провод должен быть натянут, и тогда наматывать будет очень удобно.

Возникает проблема — что делать с первым концом проволоки который так и норовит оторваться? Я делаю 3 отверстия и продеваю проволоку через них зигзагообразно — таким образом катушка не разматывается. Далее проволоку приклеиваю малярным скотчем к стенке вторички — таким образом предотвращаю его повреждение при намотке вторички. После того как вторичку намотал, к проволоке я припаиваю толстый изолированный провод, а место спая вплавляю в пластмассу и заклеиваю малярным скотчем.

Далее я покрываю вторичку эпоксидкой. Тут тоже есть несколько нюансов. Во-первых сразу хочу сказать — если хотите аккуратную вторичку, слой эпоксидки должен быть тонким! Настолько тонким, насколько это вообще возможно — эпоксидку стоит буквально капнуть и втирать по всей поверхности обмотки. Смысл в том, чтобы силы поверхностного натяжения смогли удержать эпоксидку и не дали образоваться каплям. Если нужен толстый слой, то можно эту операцию проделать несколько раз )

Еще «хитрость» как узнать — достаточно ли отвердителя? Очень просто. Смешиваем эпоксидку и отвердитель и берем немного на спичку, а другой спичкой подогреваем (но не зажигаем) через несколько секунд смесь вспенится. Когда это произойдет, даем остыть смеси и пробуем на ощупь. Примерно такой-же консистенции будет и застывшая эпоксидка.

В результате всех этих манипуляций, у нас получается вторичка:

Теперь как бы к ней приделать тор? И из чего бы его сделать? К сожалению, гофр такого как мне нужно было размера я не нашел, поэтому решил сделать из пластиковой гофры — она как раз подходила. (к сожалению, фотка немного пересвечена, но, думаю, понятно)

Эта гофра очень ребристая, а поэтому после того как из нее был согнут тороид, я его хорошо обмотал малярным скотчем — это сильно сгладило ребра, дальше обмотал обыкновенной кухонной фольгой и вклеил кусочки фольги в центры, чтобы они были ровными. Фольга хорошо клеится моментом резиновым. Получилось следующее:

Следующий вопрос — как и чем ровно приклеить тор к вторичке? Мне кажется, это лучше всего делать так: Переворачиваем вторичку и ищем, как визуально со всех сторон она будет казаться вертикальной. Далее заливаем термоклеем место соединения. Термоклей держит достаточно хорошо:

Как надежно прицепить верхний провод к тору, я к сожалению, не знаю ( Я просто оголил его на 5 см, сделал отверстие в фольге и запустил его под фольгой. Надеюсь, не отвалится )))

Теперь о том, как прикрепить вторичку к корпусу. Я это делаю совсем просто — вырезаю деревянный кругляшек с диаметром, равным внутреннему диаметру вторички приклеиваю его к корпусу моментом и просто одеваю вторичку на него. Можно, конечно, еще и шурупами прикрутить, но для мини-теслы это лишнее, и так туго:

Первичку можно сделать как на фотографии выше, если нужен маленький коэффициент связи. Кто не понял провод — это антенный кабель из-за скин — эффекта его можно использовать на маленьких мощностях (пока потери в диэлектрике кабеля не плавят его) Белые штуки которые его крепят — это нейлоновые стяжки, которые сейчас на каждом углу.

Немного более технологичный вариант. Позволяет поднять первичку и увеличить коэффициент связи. Оправка вырезана из 100 мм воздухопровода и притянута стяжками к основанию. Провод притянут стяжками к оправке. Чистый Китай)

Ну теперь про электронику.

После первых экспериментов я понял, что жрать эта установка по шине 12 вольт будет неимоверно (около 700мА в CW режиме), поэтому сделал импульсный блок питания. Блок питания не представляет собой чего-то очень умного. Простой блок питания на TNY266. Схема, плата и расположение деталей вот:

Тех. задание на трансформатор можно почитать ТУТ:

Естественно, можно сделать все по проще. Ножки трансформатора в тех задании и схеме разные! Не забудте про зазор между половинками феррита — он должен быть 0.1мм!

Тех. задание Схема
1 1
2 5
6 9
7 10

Получилась вот такая платка:

Зачем 4 UCC ? У меня на прошлой платке у меня они жудко грелись, поэтому я решил тут поставить 4. Можно 2 убрать — это не повлияет на работоспособность, если будет греться, поставить ) Я собрал сразу с четырьмя.

Из оригинальных решений — пассивный фазовращатель. Он предназначен для компенсации задержки возникающей в схеме. Переменником R1 подстраивается фаза до тех пор, пока разряды не станут максимально энергичными. При этом на затворах транзисторов исчезнет «звон». Оптопара отвязывает интерраптер. ее применение не очень то целесообразно в этом случае, но это я понял уже после того, как сделал (ну, это как всегда), но не помешает.

После соединения этого всего проводочками разного сечения и настройки (это отдельная статья) получилось примерно вот такое:

В результате это работает примерно так:

В процессе настройки оказалось, что сердечник ГДТ насыщается от расположенной рядом первичной обмотки, а потому катушка переодически взрывалась. Я решил исправить эту досадную оплошность самым простым образом — просто поднял первичную обмотку над ГДТ. Получилось что-то типа этого:

На этом я решил остановиться, и так получился здоровый факел который без проблем зажигает аллюминий из которого собственно и сделан тороид.

Дополнение! Позднее оказалось, что такой тороид не выдерживает никакой критики. На одном из запусков он загорелся.

На скорую руку сделал прерыватель, который может играть миди файлы. Конструкцию прерывателя пока не выкладываю, как как он был сделан временно, и некачественно. Вот результат: