کویل های تسلا حالت جامد و نحوه عملکرد آنها: 9 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:54

برق ولتاژ بالا می تواند خطرناک باشد ، هنگام کار با کویل های تسلا یا هر وسیله فشار قوی دیگر ، همیشه از احتیاط های ایمنی مناسب استفاده کنید ، بنابراین ایمن بازی کنید یا بازی نکنید.

کویل های تسلا یک ترانسفورماتور است که بر اساس اصل نوسان ساز خود طنین عمل می کند ، که توسط نیکولا تسلا ، دانشمند صربستانی آمریکایی ابداع شده است. عمدتا برای تولید ولتاژ فوق العاده بالا ، اما جریان کم ، فرکانس بالا AC استفاده می شود. سیم پیچ تسلا از دو گروه مدارهای رزونانس متصل شده تشکیل شده است ، گاهی اوقات سه گروه به هم متصل می شوند. نیکولا تسلا تعداد زیادی پیکربندی از کویل های مختلف را امتحان کرد. تسلا از این سیم پیچ ها برای انجام آزمایشاتی مانند روشنایی الکتریکی ، اشعه ایکس ، الکتروتراپی و انتقال انرژی رادیویی ، انتقال و دریافت سیگنال های رادیویی استفاده کرد.

از زمان اختراع کویل های تسلا ، پیشرفت چندانی صورت نگرفته است. بجز اجزای حالت جامد ، سیم پیچ های تسلا در بیش از 100 سال تغییر چندانی نکرده اند. تقریباً همه می توانند به آموزش و پرورش و اسباب بازی های علمی تنزل دهند ، هر کسی می تواند یک کیت به صورت آنلاین بخرد و یک سیم پیچ تسلا بسازد.

این دستورالعمل بر اساس ساخت یک سیم پیچ تسلا حالت خود ، نحوه عملکرد آنها ، و نکات و ترفندهایی است که در رفع هرگونه مشکل در طول مسیر مشکل ایجاد می کند.

تدارکات

منبع تغذیه 12 ولت منبع تغذیه SMP مورد استفاده من 12 ولت 4 آمپر بود.

چسب Torus برای نصب سیم پیچ ثانویه.

گریس سیلیکونی حرارتی برای نصب ترانزیستور روی هیت سینک.

لحیم کاری

ابزار مونتاژ کیت ،

لحیم کاری و برش های جانبی.

مولتی متر

اسیلوسکوپ

مرحله 1: الکترومغناطیس

برای درک سیم پیچ ها و ترانسفورماتورهای تسلا ، باید الکترومغناطیس را بشناسید. هنگامی که یک جریان (پیکان قرمز) روی یک هادی اعمال می شود ، یک میدان مغناطیسی در اطراف هادی ایجاد می کند. (فلش های آبی) برای پیش بینی جهت جریان میدان های مغناطیسی از قانون دست راست استفاده کنید. دست خود را روی هادی قرار دهید در حالی که انگشت شست شما در جهت جریان است و انگشتان شما در جهت جریان میدان های مغناطیسی قرار دارند.

هنگامی که هادی را در اطراف فلز آهنی مانند فولاد یا آهن می پیچید ، میدان های مغناطیسی هادی پیچ خورده با هم ادغام شده و هم تراز می شوند ، به این حالت الکترومغناطیس می گویند. میدان مغناطیسی که از مرکز سیم پیچ حرکت می کند ، یک سر الکترومغناطیس را در خارج از سیم پیچ و در انتهای مخالف به مرکز سیم پیچ باز می گرداند.

آهن ربا دارای قطب شمال و جنوب است ، برای پیش بینی اینکه کدام انتهای قطب شمال یا جنوب در سیم پیچ است ، دوباره از قانون دست راست استفاده می کنید. فقط این بار با دست راست خود روی سیم پیچ ، انگشتان خود را در جهت جریان جاری در رسانای سیم پیچ نشان دهید. (فلش های قرمز) در حالی که انگشت شست راست شما به سمت تنگه در امتداد سیم پیچ است ، باید به انتهای شمالی آهنربا اشاره کند.

مرحله 2: نحوه عملکرد ترانسفورماتورها

این که چگونه یک جریان نوسان در یک سیم پیچ اولیه یک جریان را در سیم پیچ ثانویه ایجاد می کند ، قانون لنز نامیده می شود.

ویکی پدیا

همه سیم پیچ های ترانسفورماتور باید در یک جهت پیچیده شوند.

یک سیم پیچ در برابر تغییر مغناطیسی مقاومت می کند. هنگامی که AC یا یک جریان تپنده به سیم پیچ اولیه اعمال می شود ، یک میدان مغناطیسی نوسان در سیم پیچ اولیه ایجاد می کند.

هنگامی که میدان مغناطیسی نوسان به سیم پیچ ثانویه می رسد ، یک میدان مغناطیسی مخالف و یک جریان مخالف در سیم پیچ ثانویه ایجاد می کند.

می توانید از قانون دست راست در سیم پیچ اصلی و ثانویه برای پیش بینی خروجی ثانویه استفاده کنید.

بسته به تعداد دور در سیم پیچ اولیه و تعداد دور در سیم پیچ ثانویه ، ولتاژ به ولتاژ بالاتر یا پایین تغییر می کند.

اگر به نظر می رسد که مثبت و منفی را در سیم پیچ ثانویه دنبال کنید ، سیم پیچ ثانویه را به عنوان منبع تغذیه یا باتری که در آن برق خارج می شود تصور کنید و اصلی را به عنوان بار در محل مصرف برق در نظر بگیرید.

کویل های تسلا ترانسفورماتورهای هسته هوا هستند ، میدان مغناطیسی و جریان به همان شکل ترانسفورماتورهای هسته آهن یا فریت عمل می کند.

مرحله 3: سیم پیچ ها

اگرچه در شماتیک ترسیم نشده است ؛ سیم پیچ ثانویه بلندتر سیم پیچ تسلا در داخل سیم پیچ اولیه کوتاهتر قرار دارد ، این تنظیم نوسان ساز خود تشدید نامیده می شود.

سیم پیچ خود را درست بگیرید ؛ سیم پیچ اولیه و ثانویه باید در یک جهت پیچیده شوند. مهم نیست که سیم پیچ ها را با پیچ و تاب دست راست بپیچانید یا دست چپ را بچرخانید تا زمانی که هر دو سیم پیچ در یک جهت پیچیده شوند.

هنگام پیچاندن سیم پیچ دوم ، مطمئن شوید که سیم پیچ شما روی هم قرار نمی گیرد یا در همپوشانی می تواند باعث ایجاد کوتاهی در قسمت دوم شود.

سیم پیچ های متقاطع سیم پیچ ها می تواند باعث شود که بازخورد ثانویه به پایه ترانزیستور یا دروازه mosfet قطبی اشتباه باشد و این می تواند از نوسان مدار جلوگیری کند.

سیم پیچهای اولیه مثبت و منفی تحت تأثیر پیچش سیم پیچ قرار می گیرند. از قانون دست راست روی سیم پیچ اصلی استفاده کنید. مطمئن شوید که قطب شمال سیم پیچ اولیه به سمت بالای سیم پیچ ثانویه باشد.

سیم کشی سیم پیچ اصلی می تواند باعث شود که بازخورد ثانویه به پایه ترانزیستور یا دروازه mosfet قطبی اشتباه باشد و این می تواند از نوسان مدار جلوگیری کند.

مادامی که سیم پیچ ها در یک جهت پیچیده شوند. خرابی در نوسان برای عبور از سیم کشی سیم پیچ اولیه در اکثر مواقع رفع آسانی است ، فقط سیم های سیم پیچ اولیه را معکوس کنید.

مرحله 4: نحوه عملکرد سیم پیچ تسلا حالت جامد

سیمای حالت جامد اولیه تسلا می تواند به اندازه پنج قسمت باشد.

منبع تغذیه ؛ در این شماتیک یک باتری

یک مقاومت ؛ بسته به ترانزیستور 1/4 وات 10 kΩ و بالاتر.

ترانزیستور NPN با هیت سینک ، ترانزیستور در این مدارها داغ می شود.

یک سیم پیچ اولیه از 2 یا بیشتر پیچ در همان جهت سیم پیچ ثانویه پیچیده می شود.

یک سیم پیچ ثانویه تا 1،000 دور یا بیشتر 41 AWG در همان جهت اولیه زخمی می شود.

مرحله 1. هنگامی که برق برای اولین بار به سیم پیچ تسلا حالت جامد اعمال می شود ، ترانزیستور موجود در مدار باز یا خاموش می شود. قدرت از طریق مقاومت به پایه ترانزیستورها می رسد و ترانزیستور را می بندد و آن را روشن می کند و اجازه می دهد جریان از سیم پیچ اولیه عبور کند. تغییر فعلی آنی نیست ، زمان کوتاهی طول می کشد تا جریان از صفر به حداکثر جریان برسد ، این زمان افزایش نامیده می شود.

مرحله 2. در همان زمان میدان مغناطیسی در سیم پیچ از صفر به مقداری از میدان می رسد. در حالی که میدان مغناطیسی در سیم پیچ اولیه در حال افزایش است ، سیم پیچ ثانویه در برابر تغییر خرید مقاومت می کند و یک میدان مغناطیسی مخالف و یک جریان مخالف در سیم پیچ ثانویه ایجاد می کند.

مرحله 3. سیم پیچ ثانویه به پایه ترانزیستور متصل شده است بنابراین جریان در سیم پیچ ثانویه ، (بازخورد) جریان را از پایه ترانزیستورها دور می کند. با این کار ترانزیستور باز می شود و جریان را به سیم پیچ اصلی خاموش می کند. مانند زمان صعود ، تغییر فعلی نیز آنی نیست. زمان کوتاهی طول می کشد تا جریان و میدان مغناطیسی از حداکثر به صفر برسد ، این زمان سقوط نامیده می شود.

سپس به مرحله 1 بازگردید.

این نوع مدار را مدار نوسان خودتنظیم کننده یا نوسان کننده رزونانس می نامند. فرکانس این نوع اسیلاتور به دلیل تأخیر مدار و ترانزیستور یا mosfet محدود می شود. (زمان ظهور زمان پاییز و زمان فلات)

مرحله 5: کارآیی

این مدار چندان کارآمد نیست ، یک موج مربعی تولید می کند ، سیم پیچ اولیه تنها در جریان انتقال میدانهای مغناطیسی از قدرت میدان صفر به قدرت میدان کامل و بازگشت به قدرت میدان صفر ، یک جریان در سیم پیچ ثانویه ایجاد می کند که زمان صعود نامیده می شود. زمان سقوط. بین زمان صعود و سقوط یک فلات وجود دارد که ترانزیستور بسته یا روشن و ترانزیستور باز یا خاموش است. وقتی ترانزیستور خاموش است ، فلات از جریان استفاده نمی کند ، اما وقتی ترانزیستور روی فلات است از حرارت ترانزیستور استفاده می کند و جریان را هدر می دهد.

می توانید از سریع ترین ترانزیستور سوئیچینگ که می توانید استفاده کنید. با فرکانس های بالاتر ، میدان مغناطیسی می تواند بیشتر از آنچه که تصور می شود ، انتقال یابد و سیم پیچ تسلا را کارآمدتر کند. با این حال ، حرارت ترانزیستور متوقف نمی شود.

با افزودن یک LED 3 ولت به پایه ترانزیستورها ، زمان افزایش و سقوط را افزایش می دهد و باعث می شود ترانزیستورها بیشتر از موج مربعی مثلثی باشند.

برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد ترانزیستور می توانید دو کار دیگر انجام دهید. برای از بین بردن گرمای اضافی می توانید از هیت سینک استفاده کنید. می توانید از ترانزیستور با توان بالا استفاده کنید تا ترانزیستور بیش از حد کار نکند.

مرحله 6: سیم پیچ مینی تسلا

من این سیم پیچ 12 ولت مینی تسلا را از خرده فروشی آنلاین تهیه کردم.

کیت شامل:

1 عدد تخته PVC

1 x خازن یکپارچه 1nF

مقاومت 1 x 10 kΩ

مقاومت 1 x 1 kΩ

سوکت برق 1 x 12V

1 عدد سینک حرارتی

1 عدد ترانزیستور BD243C

1 x سیم پیچ ثانویه 333 دور

1 عدد پیچ ثابت

2 x Led

1 عدد لامپ نئون

کیت شامل موارد زیر نمی شود:

منبع تغذیه 12 ولت منبع تغذیه SMP مورد استفاده من 12 ولت 4 آمپر بود.

توروس

برای نصب سیم پیچ ثانویه چسب بزنید.

گریس سیلیکونی حرارتی برای نصب ترانزیستور روی سینک حرارتی.

لحیم کاری

مرحله 7: آزمایش

پس از مونتاژ سیم پیچ Mini Tesla ، آن را روی لامپ نئون ، CFL (نور فلورسنت جمع و جور) و لوله فلورسنت آزمایش کردم. کشتی کوچک بود و تا زمانی که آن را در عرض 1/4 اینچ قرار می دادم ، همه چیز را که سعی کردم روشن می کند.

ترانزیستور بسیار داغ می شود بنابراین به سینک حرارتی دست نزنید. سیم پیچ 12 ولت تسلا نباید یک ترانزیستور 65 وات را بسیار داغ کند مگر اینکه به حداکثر پارامترهای ترانزیستورها نزدیک شوید.

مرحله 8: استفاده از برق

ترانزیستور BD243C یک ترانزیستور NPN ، 65 وات 100 ولت 6 آمپر 3 مگاهرتز است ، در ولتاژ 12 ولت نباید بیش از 5.4 آمپر بکشد تا از 65 وات تجاوز نکند.

وقتی جریان را در هنگام شروع به کار بررسی کردم 1 آمپر بود ، پس از یک دقیقه کارکرد جریان به 0.75 آمپر کاهش یافت. با ولتاژ 12 ولت که قدرت کار را 9 تا 12 وات می کند ، بسیار کمتر از 65 وات ترانزیستور برای آن درجه بندی شده است.

وقتی چک کردم ترانزیستورها بارها بالا و پایین می شوند ، موجی مثلثی دریافت می کنم که تقریباً همیشه در حال حرکت است و آن را به یک مدار بسیار کارآمد تبدیل می کند.

مرحله 9: بار بالا

بارهای بالا اجازه می دهد تا بار به جای خونریزی در هوا افزایش یابد و قدرت بیشتری را به شما منتقل کند.

بدون بار بالا ، بارها در نوک تیز سیم جمع می شوند و به هوا می ریزند.

بهترین بارهای بالا مانند یک توروس یا یک کره به صورت گرد هستند ، به طوری که هیچ نقطه ای از بار ناشی از بارندگی در هوا وجود ندارد.

من بالاترین بار خود را از توپی که از موش نجات دادم و روی آن را با فویل آلومینیوم پوشاندم ، کاملا صاف نبود اما به خوبی کار می کرد. حالا می توانم CFL را تا یک اینچ دور روشن کنم.