Катушка тесла схемы и описание. Главные свойства катушки Тесла

Clone PI-W и, вот, дело дошло до изготовления поисковой моно-катушки. А так как в настоящее время я испытываю некоторые финансовые затруднения, то передо мной стояла непростая задача - сделать катушку самому из максимально дешевых материалов.

Забегая вперед, сразу скажу, что с задачей я справился. В итоге у меня получился вот такой датчик:

Кстати говоря, получившаяся катушка-кольцо отлично подойдет не только для Clone, но и практически для любого другого импульсника (Кощей, Tracker, Пират).

Рассказывать буду очень подробно, так как дъявол зачастую кроется в деталях. Тем более, что коротких историй изготовления катушек в инете пруд пруди (типо, берем вот это, тут отрезаем, обматываем, склеиваем и готово!) А начинаешь делать сам и оказывается, что о самом важном упомянули вскользь, а кое о чем вообще забыли сказать... И получается, что все сложнее, чем казалось в самом начале.

Здесь такого не будет. Готовы? Поехали!

Задумка

Проще всего для самостоятельного изготовления мне показалась такая конструкция: берем диск из листового материала толщиной ~4-6 мм. Диаметр этого диска определяется диаметром будущей обмотки (в моем случае он должен быть равен 21 см).

Затем к этому блинчику с обоих сторон приклеиваем два диска чуть большего диаметра, чтобы получилась как бы шпулька для намотки проволоки. Т.е. такая сильно увеличенная по диаметру, но сплюснутая по высоте катушка.

Для наглядности попробую изобразить это на чертеже:

Надеюсь, основная задумка ясна. Просто три диска, склеенные между собой по всей площади.

Выбор материала

В качестве материала я планировал взять оргстекло. Оно отлично обрабатывается и клеится дихлорэтаном. Но, к сожалению, так и не смог найти его забесплатно.

Всякие колхозные материалы типа фанеры, картона, крышек от ведер и т.п. я сразу отбросил, как непригодные. Хотелось чего-то прочного, долговечного и желательно водонепроницаемого.

И тогда мой взор обратился к стеклоткани...

Ни для кого не секрет, что из стеклоткани (или из стекломата, стеклохолста) делают все, что душе угодно. Даже моторные лодки и бамперы для автомобилей. Ткань пропитывают эпоксидной смолой, придают ей нужную форму и оставляют до полного отвердения. Получается прочный, водостойкий, легкообратываемый материал. А это как раз то, что нам нужно.

Итак, нам нужно сделать три блинчика и уши для крепления штанги.

Изготовление отдельных частей

Блины №1 и №2

Расчеты показали, что для получения листа толщиной 5.5 мм нужно взять 18 слоев стеклоткани. Чтобы снизить расход эпоксидки, стеклоткань лучше заранее нарезать кружочками требуемого диаметра.

Для диска диаметром 21 см как раз хватило 100 мл эпоксидной смолы.

Каждый слой нужно тщательно промазать, а затем всю стопку положить под пресс. Чем больше будет давление, тем лучше - лишняя смола выдавится, масса конечного изделия станет чуточку меньше, а прочность чуточку больше. Я нагрузил сверху примерно сотню килограмм и оставил до утра. На следующий день получился вот такой блинчик:

Это самая массивная часть будущей катушки. Весит он - будь здоров!

Потом расскажу, как за счет этой запчасти можно будет ощутимо снизить массу готового датчика.

Точно таким же образом был сделан диск диаметром 23 см и толщиной 1.5 мм. Его масса - 89 г.

Блин №3

Третий диск клеить не пришлось. В моем распоряжении оказался лист стеклотекстолита подходящего размера и толщины. Это была печатная плата от какого-то древнего устройства:

К великому сожалению, плата была с металлизированными отверстиями, поэтому пришлось потратить какое-то время на их высверливание.

Я решил, что это будет верхний диск, поэтому проделал в нем отверстие под ввод кабеля.

Уши для штанги

Остатков текстолита как раз хватило на уши для крепления корпуса датчика к штанге. Выпилил по два кусочка на каждое ухо (чтобы было прочно!)

В ушах надо сразу же просверлить отверстия под пластиковый болт, так как потом будет очень неудобно этим заниматься.

Кстати, это крепежный болт для стульчака унитаза.

Итак, все составляющие нашей катушки готовы. Осталось все это склеить в один большой бутерброд. И не забыть завести внутрь кабель.

Сборка в одно целое

Сначала верхний диск из дырявого стеклотекстолита склеил со средним блинчиком из 18 слоев стеклоткани. На это ушло буквально несколько миллилитров эпоксидки - этого хватило, чтобы промазать обе склеиваемые поверхности по всей площади.

Монтаж ушей

С помощью лобзика пропилил пазы. В одном месте, естественно, слегка перестарался:

Чтобы ухи хорошо легли, сделал небольшой скос на краях пропилов:

Теперь надо было решить, какой вариант лучше? Уши-то можно поставить по-разному...

Катушки промышленного производства чаще сделаны по правому варианту, мне же больше нравится левый. Я вообще частенько принимаю левые решения...

По идее, правый способ лучше сбалансирован, т.к. крепление штанги оказывается ближе к центру тяжести. Но далеко не факт, что после облегчения катушки, ее центр тяжести не сместится в ту или иную сторону.

Левый способ крепления чисто визуально выглядит приятнее (ИМХО), к тому же в этом случае общая длина металлоискателя в сложенном виде будет на пару сантиметров меньше. Для того, кто планирует возить прибор в рюкзаке, это может оказаться важным.

В общем, я свой выбор сделал и приступил к вклеиванию. Обильно намазал бокситкой, надежно зафиксировал в нужном положении и оставил застывать:

После застывания, все торчащее с обратной стороны сошкурил наждачкой:

Ввод кабеля

Затем с помощью круглого надфиля подготовил канавки для проводников, завел соединительный кабель через отверстие и вклеил его намертво:

Для предотвращения сильных перегибов, кабель в месте ввода нужно было как-то усилить. Для этих целей я заюзал, невесть откуда взявшуюся у меня, вот такую резиновую фигнюшку:

Оставалось приклеить третий блин (донышко).

Доделываем каркас

Чтобы приклеить третий блинчик потребовалось несколько миллилитров бокситки и пару часов времени на то, чтобы все схватилось. Вот результат:
Таким образом, я получил жесткий и прочный каркас, полностью подготовленный для намотки провода.

Герметизация обмотки

В качестве обмоточного провода был использован медный эмалированный провод диаметром 0.71 мм. После намотки 27 витков, датчик потяжелел еще на 65 грамм:

Теперь обмотку надо было как-то законопатить. В качестве замазки применил смесь эпоксидной смолы и мелко нарезанного стекловолокна (узнал про этот суперский рецепт из ).

Короче, настругал немного стеклоткани:

и круто замешал ее с бокситкой с добавлением пасты от шариковой ручки. Получилась вязкая субстанция, похожая на мокрые волосы. Таким составом можно замазывать любые щели без проблем:

Кусочки стекловолокна придают шпатлевке необходимую вязкость, а после застывания обеспечивают повышенную прочность клеевого шва.

Чтобы смесь как следует уплотнилась, а смола пропитала витки провода, обмотал все это изолентой в натяг:

Изолента должна быть обязательно зеленой или, на худой конец, синей.

После того, как все хорошенько застыло, мне стало интересно, насколько прочной получилась конструкция. Оказалось, что катушка спокойно выдерживает мой вес (около 80 кг).

На самом деле такая сверхпрочная катушка нам не нужна, гораздо важнее ее вес. Слишком большая масса датчика обязательно даст о себе знать болью в плече, особенно, если вы планируете вести длительный поиск.

Облегчайзинг

Чтобы уменьшить вес катушки, было решено выпилить некоторые участки конструкции:

Данная манипуляция позволила скинуть 168 грамм лишнего веса. При этом прочность датчика практически не уменьшилась, в чем можно убедиться благодаря данному видео:

Теперь задним умом понимаю, как можно было изготовить катушку еще немного легче. Для этого надо было заранее наделать больших отверстий в среднем блинчике (перед тем, как все склеивать). Что-то типа такого:

Пустоты внутри конструкции почти не сказались бы на прочности, но зато снизили бы общую массу еще грамм на 20-30. Сейчас, конечно, уже поздняк метаться, но на будущее учту.

Еще один путь облегчения конструкции датчика - уменьшить ширину наружного кольца (где уложены витки провода) миллиметров на 6-7. Конечно, это можно сделать и сейчас, но пока нет такой необходимости.

Финишная окраска

Нашел отличную краску для стеклотекстолита и изделий из стекловолокна - эпоксидная смола с добавлением красителя нужного цвета. Так как вся конструкция моего датчика изготовлена на основе бокситки, то краска на основе смолы будет иметь отличную адгезию, и ляжет как родная.

В качестве красителя черного цвета применил алкидную эмаль ПФ-115, добавляя ее до получения нужной укрывистости.

Как показала практика, слой такой краски держится очень прочно, а выглядит так, будто изделие обмакнули в жидкий пластик:

При этом цвет может быть любым в зависимости от используемой эмали.

Итоговая масса поисковой катушки вместе с кабелем после покраски - 407 г

Кабель отдельно весит ~80 грамм.

Проверка

После того, как наша самодельная катушка для металлоискателя была полностью готова, надо было проверить ее на отсутствие внутреннего обрыва. Самый простой способ проверки - тестером измерить сопротивление обмотки, которое в норме должно быть очень низким (максимум 2.5 Ома).

В моем случае сопротивление катушки вместе с двумя метрами соединительного кабеля оказалось в районе 0.9 Ом.

К сожалению, таким простым способом не получится выявить межвитковое замыкание, поэтому приходится рассчитывать на свою аккуратность при намотке. Замыкание, если оно есть, сразу же проявит себя после запуска схемы - металлоискатель будет потреблять повышенный ток и иметь крайне низкую чувствительность.

Заключение

Итак, считаю, что поставленная задача была выполнена успешно: мне удалось сделать очень прочную, водостойкую и не слишком тяжелую катушку из самых бросовых материалов. Список расходов:

• Лист стеклотекстолита 27 х 25 см - бесплатно;
• Лист стеклоткани, 2 х 0.7 м - бесплатно;
• Эпоксидная смола, 200 г - 120 руб;
• Эмаль ПФ-115, черная, 0.4 кг - 72 руб;
• Намоточный провод ПЭТВ-2 0.71 мм, 100 г - 250 руб;
• Соединительный кабель ПВС 2х1.5 (2 метра) - 46 руб;
• Кабельный ввод - бесплатно.

Теперь передо мной стоит задача изготовления точно такой же нищебродской штанги. Но это уже .

В этой статье я расскажу о собранном мной устройстве-трансформаторе Тесла и об интересных эффектах, которые в нём наблюдались в процессе его работы.

Сразу хочу расставить точки над "и", данное устройство работает с высокими напряжениями, поэтому соблюдение элементарных правил техники безопасности ОБЯЗАТЕЛЬНО! Несоблюдение правил ведет к серьёзным травмам, помните это! Еще хочу отметить, что основную опасность в этом устройстве представляет ИСКРОВИК (разрядник), который в ходе своей работы является источником излучений широкого спектра в том числе и рентгеновского, помните об этом!

Начнём. Расскажу кратко о конструкции "моего" трансформатора Тесла, в простонародье "катушка тесла". Это устройство выполнено на простой элементной базе, доступной каждому желающему, Блок схема устройства приведена ниже.

Как видите я не стал изобретать велосипед и решил придерживаться классической схемы трансформатора Тесла, единственное что добавлено в классическую схему -это электронный преобразователь напряжения -роль которого повысить напряжение с 12 Вольт до 10 тысяч вольт! Кстати данный преобразователь напряжения может собрать и домохозяйка. В высоковольтной части схемы применяются следующие элементы: Диод VD является высоковольтным марки 5ГЕ200АФ- он имеет высокое сопротивление-это очень важно! Конденсаторы С1 и С2 имеют номинал 2200пФ каждый рассчитан на напряжение 5 кВ в итоге мы получаем суммарную ёмкость 1100пФ и напряжение накапливаемое 10 кВ, что очень для нас хорошо! Хочу заметить что емкость подбирается опытным путём, от неё зависит время длительности импульса в первичной катушки, ну и конечно от самой катушки. Время импульса должно быть меньше времени жизни электронных пар в проводнике первичной катушки трансформатора "Тесла", иначе мы будем иметь низкий эффект и энергия импульса будет тратится на нагрев катушки- что нам не нужно! Ниже показана собранная конструкция устройства.

Особого внимания заслуживает конструкция разрядника "искровика" , большинство современных схем трансформатора тесла имеют особую конструкцию искровика с приводом электродвигателя, где частота разрядов регулируется скоростью вращения, но я решил не придерживаться этой тенденции, так как там есть много отрицательных моментов. Я пошел по классической схеме разрядника. Технический рисунок разрядника приведён ниже.

Дешевый и практичный вариант не шумит и не светится, объясню почему. Данный разрядник выполнен из пластин меди толщиной 2-3 мм размерами 30х30 мм (для выполнения роли радиатора, так как дуга является источником тепла) с резьбой под болты в каждой пластине. Для устранения раскручивания болта при разряде и осуществления хорошего контакта необходимо применить пружину между болтом и пластиной. Для гашения шума при разряде сделаем специальную камеру, где будет происходить горение дуги, у меня камера сделана из куска трубы полиэтиленовой водопроводной (которая не содержит армировку) кусок трубы зажимается плотно межу двумя пластинами и желательно использовать герметизацию, например у меня специальный двусторонний скотч для утепления. Регулировка зазора выполняется вкручиванием и выкручиванием болта, позже объясню для чего.

Первичная катушка устройства. Первичная катушка устройства выполнена и медного провода типа ПВ 2,5мм.кв и тут возникает вопрос: "Для чего такой толстый провод?" Объясняю. Трансформатор Тесла это особое устройств, можно сказать аномальное, которое не относится по типу к обычных трансформаторам, где совсем другие законы. У обычного силового трансформатора важным значением в его работе является самоиндукция (противо ЭДС) которая компенсирует часть тока, при нагрузке обычного силового трансформатора противо ЭДС понижается и соответственно повышается ток, если мы уберем противо ЭДС с обычных трансформаторов, то они вспыхнут как свечки. А в трансформаторе Тесла всё наоборот- самоиндукция-наш враг! Поэтому что бы бороться с этим недугом - мы применяем толстый провод у которого маленькая индуктивность, а соответственно маленькая самоиндукция. Нам нужен мощный электромагнитный импульс и мы его получаем применяя данный тип катушки. Первичная катушка выполнена в виде спирали Архимеда в одной плоскости в количестве 6 витков, максимальный диаметр большого витка в моей конструкции 60 мм.

Вторичная катушка устройства- обычная катушка намотанная на полимерной водопроводной трубе (без армировки) диаметром 15 мм. Намотка катушки осуществляется эмаль проводом 0.01мм.кв виток в витку, в моём устройстве количество витков составляет 980 шт. Намотка вторичной катушки требует терпения и выдержки, у меня на это ушло около 4х часов.

Итак, устройство собрано! Теперь немного о регулировки устройства, устройство представляет собой два LC контура - первичный и вторичный! Для правильной работы устройства -необходимо ввести систему в резонанс, а именно в резонанс контуры LC. Фактически система вводится в резонанс автоматически, из-за широкого спектра частот электрической дуги, некоторые из которых совпадают с импедансом системы, так что нам остаётся сделать так, что бы оптимизировать дугу и выровнять частоты по мощности в ней- делается это очень просто - регулируем зазор разрядника. Регулировку разрядника нужно производить до появления наилучших результатов в виде длинны дуги. Изображение работающего устройства расположено ниже.

Итак устройство собрали и запустили- теперь оно у нас работает! Теперь мы можем производить свои наблюдения и изучать их. Хочу сразу предупредить: хоть токи высокой частоты являются безвредными для организма человека (в плане трансформатора Тесла), но световые эффекты вызванные ими могут влиять на роговицу глаза и вы рискуете получить ожог роговицы, так как спектр излучаемого света смещен в сторону ультрафиолетового излучения. Еще одна опасность, которая подстерегает при использовании трансформатора Тесла - это переизбыток озона в крови, которая может повлечь за собой головные боли, так как при работе устройство производятся большие порции этого газа, помните это!

Приступим к наблюдению за работающей катушкой Тесла. Наблюдения лучше всего производить в полной темноте, так вы более всего ощутите красоту всех эффектов которые просто поразят необычностью и таинственностью. Я производил наблюдения в полной темноте, ночью и часами мог любоваться свечением, которое производило устройство, за что и поплатился на следующее утро: у меня болели глаза как после ожога от электросварки, но это мелочи, как говориться: "наука требует жертв". Как только я в первый раз включил устройство я заметил красивое явление- это светящийся фиолетовый шар который находился посередине катушки, в процессе регулировки искрового промежутка я заметил что шар смещается в верх или в низ в зависимости от длинны промежутка, единственное на данный момент моё объяснение явление импеданса во вторичной катушке, что и вызывает данный эффект. Шар состоял из множества фиолетовых микро дуг, который выходили из одной области катушки и входили в другую, образовывая при этом сферу. Так как вторичная катушка устройства не заземлена, то наблюдался интересный эффект- фиолетовые свечения по обоим концам катушки. Я решил проверить как себя ведёт устройство при замкнутой вторичной катушке и заметил еще одну интересную вещь: усиление свечения и увеличение дуги происходящей от катушки во время прикосновения к ней - эффект усиления на лицо. Повторение эксперимента Теслы, в котором светятся газоразрядные лампы в поле трансформатора. При вводе обычной энергосберегающей газоразрядной лампы в поле трансформатора -она начинает светится, яркость свечение составляет примерно 45% от полной её мощности это примерно 8 Вт, при этом потребляемая мощность всей системы составляет 6 Вт. Для заметки: вокруг работающего устройства возникает высокочастотное электрическое поле которое имеет потенциал примерно 4кВ/см.кв. Так же наблюдается интересный эффект:так называемый щеточный разряд, светящийся фиолетовый разряд в виде густой щётки с частыми иглами размером до 20мм, напоминающие пушистый хвост животного. Этот эффект вызван высокочастотными колебаниями молекул газа в поле проводника, в процессе высокочастотных колебаний происходит разрушение молекул газа и образование озона, а остаточная энергия проявляется в виде свечения в ультрафиолетовом диапазоне. Наиболее яркое проявлением эффекта щетки возникает при использовании колбы с инертным газом, в моём случае использовал колбу от газоразрядной лампы ДНАТ, в которой содержится Натрий (Na) в газообразном состоянии, при этом возникает яркий эффект щетки, который похож на горение фитиля только при очень частых образованиях искр, данный эффект очень красив.

Результаты проведённой работы: Работа устройства сопровождается различными интересными и красивыми эффектами, которые в свою очередь заслуживают более тчательного изучения, известно что устройство генерирует электрическое поле высокой частоты, что является причиной образования большого количества озона, как побочный продукт ультрафиолетовое свечение. Особая конфигурация устройства даёт повод задуматься о принципах его работы, есть только догадки и теории о работе данного устройства, но объективной информации так и не было выдвинуто, так же как и не было досконального изучения данного устройства. В настоящий момент трансформатор Тесла собирается энтузиастами и используется лишь для развлечения по большей части, хотя устройство по моему мнению является ключем для понимания фундаментальной основы вселенной, которую знал и понимал Тесла. Использование трансформатора Тесла для развлечения - это все равно что забивать гвозди микроскопом... Сверх единичный эффект устройства..? возможно..., но у меня пока нет нужного оборудования для определения данного факта.

Мы можем увидеть и приобрести в магазин миниатюрную катушку Тесла в виде игрушки или декоративного светильника. Принцип действия такой же как у самого Тесла. Не чем не отличается, кроме масштабов и напряжения.

Давайте попробуем сделать катушку Тесла в домашних условиях.

— это резонансный трансформатор. В основном это LC схемы, настроенные на одну резонансную частоту.

Высоковольтный трансформатор используется для зарядки конденсатора.

Как только конденсатор достигает достаточного уровня заряда, он разряжается на разрядник и там проскакивает искра. Происходит короткое замыкание первичной обмотки трансформатора и в ней начинаются колебания.

Поскольку ёмкость конденсатора фиксирована, схема настраивается путем изменения сопротивления первичной обмотки, изменяя точку подключения к ней. При правильной настройке, очень высокое напряжение будет в верхней части вторичной обмотки, что приведет к впечатляющим разрядам в воздухе. В отличие от традиционных трансформаторов, соотношение витков между первичной и вторичной обмотками практически не влияет на напряжение.

Этапы строительства

Спроектировать и построить катушку Тесла довольно легко. Для новичка это кажется сложной задачей (мне это тоже казалось сложным), но можно получить рабочую катушку, следуя инструкциям в этой статье и проделав небольшие расчеты. Конечно, если вы хотите очень мощную катушку, нет никакого способа кроме изучения теории и проведения множества расчетов.

Вот основные шаги, с которых следует начать:

1. Выбор источника питания. Трансформаторы которые используются в неоновых вывесках, вероятно, лучше всего подойдут для начинающих, так как они относительно дешевые. Я рекомендую трансформаторы с выходным напряжением не меньше чем 4кВ.
2. Изготовление разрядника. Это могут быть просто два винта, вкрученных в паре миллиметров друг от друга, но я рекомендую приложить немного больше усилий. Качество разрядника сильно влияет на производительность катушки.
3. Расчет ёмкости конденсатора. Используя формулу ниже, рассчитайте резонансную емкость для трансформатора. Значение конденсатора должно быть примерно в 1,5 раза больше этого значения. Вероятно, лучшим и наиболее эффективным решение будет сборка конденсаторов. Если вы не хотите тратить деньги, можете попробовать изготовить конденсатор сами, но он может не работать, а его емкость трудно определить.
4. Изготовление вторичной обмотки. Используйте 900-1000 витков эмалированной медной проволоки 0,3-0,6мм. Высота катушки обычно равна 5 её диаметрам. Водосточная труба из ПВХ, возможно, не самый лучший, но доступный материал для катушки. Полый металлический шар прицеплен к верхней части вторичной обмотки, а её нижняя часть заземлена. Для этого желательно использовать отдельное заземление, т.к. при использовании общедомового заземления есть шанс испортить другие электроприборы.
5. Изготовление первичной обмотки. Первичная обмотка может быть сделана из толстого кабеля, или ещё лучше из медной трубки. Чем толще трубка, тем меньше резистивных потерь. 6 миллиметровой трубы вполне достаточно для большинства катушек. Помните, что толстые трубы намного сложнее сгибать и медь трескается при многочисленных перегибах. В зависимости от размера вторичной обмотки, от 5 до 15 витков с шагом от 3 до 5 мм должно хватить.
6. Соедините все компоненты, настройте катушку, и все готово!

Перед тем как начать делать катушку Тесла настоятельно рекомендуется ознакомиться с правилами ТБ и работы с высокими напряжениями!

Также обратите внимание, что не были упомянуты схемы защиты трансформатора. Они не были использованы, и пока проблем нет. Ключевое слово здесь — пока.

Катушка делалась в основном из тех деталей, которые были в наличии.
Это были:
4кВ 35mA трансформатор от неоновой вывески.
0.3мм медная проволока.
0.33μF 275V конденсаторы.
Пришлось докупить 75мм водосточную трубу ПВХ и 5 метров 6мм медной трубки.

Вторичная обмотка

Вторичная обмотка сверху и снизу покрыта пластиковой изоляцией, для предотвращения пробоя

Вторичная обмотка была первым изготовленным компонентом. Я намотал около 900 витков провода вокруг сливной трубы высотой около 37см. Длина использованного провода была примерно 209 метров.

Индуктивности и емкости вторичной обмотки и металлической сферы (либо тороида) можно рассчитать по формулам которые можно найти на других сайтах. Имея эти данные можно рассчитать резонансную частоту вторичной обмотки:
L = [(2πf) 2 C] -1

При использовании сферы диаметром 14см, резонансная частота катушки равна примерно 452 кГц.

Металлическая сфера или тороид

Первой попыткой было изготовление металлической сферы путем обвертывания пластикового шара фольгой. Я не смог разгладить фольгу на шаре достаточно хорошо, и решил изготовит тороид. Я сделал небольшой тороид, обмотав алюминиевой лентой гофрированную трубу, свернутую в круг. Я не смог получить очень гладкий тороид, но он работает лучше, чем сфера из-за своей формы и за счет большего размера. Для поддержки тороида под него был подложен фанерный диск.

Первичная обмотка

Первичная обмотка состоит из медных трубок диаметром 6 мм, намотанных по спирали вокруг вторичной. Внутренний диаметр обмотки 17см, внешний 29см. Первичная обмотка содержит 6 витков с расстоянием 3 мм между ними. Из-за большого расстояния между первичной и вторичной обмоткой, они могут быть слабо связаны между собой.
Первичная обмотка вместе с конденсатором является LC генератором. Необходимая индуктивность может быть рассчитана по следующей формуле:
L = [(2πf) 2 C] -1
С — емкость конденсаторов, F-резонансная частота вторичной обмотки.

Но эта формула и калькуляторы основанные на ней дают лишь приблизительное значение. Правильный размер катушки должен быть подобран экспериментально, поэтому лучше сделать её слишком большой, чем слишком маленькой. Моя катушка состоит из 6 витков и подключена на 4 витке.

Конденсаторы

Сборка из 24 конденсаторов с гасящим резистором 10МОм на каждом

Так как у меня было большое количество мелких конденсаторов, я решил собрать их в один большой. Значение конденсаторов может быть рассчитано по следующей формуле:
C = I ⁄ (2πfU)

Значение конденсатора для моего трансформатора 27.8 нФ. Фактическое значение должно быть немного больше или меньше этого, так как быстрый рост напряжения в связи с резонансом может привести к поломке трансформатора и / или конденсаторов. Небольшую защиту от этого обеспечивают гасящие резисторы.

Моя сборка конденсаторов состоит из трех сборок с 24 конденсаторами в каждой. Напряжение в каждой сборке 6600 В, общая ёмкость всех сборок 41.3нФ.

Каждый конденсатор имеет свой 10 МОм гасящий резистор. Это важно, так как отдельные конденсаторы могут сохранять заряд в течение очень долгого времени после того, как питание было отключено. Как видно из рисунка ниже, номинальное напряжение конденсатора является слишком низким, даже для 4 кВ трансформатора. Чтобы хорошо и безопасно работать оно должно быть по крайней мере, 8 или 12 кВ.

Разрядник

Мой разрядник это просто два винта с металлическим шариком в середине.
Расстояние регулируется таким образом, что разрядник будет искрить только тогда, когда он является единственным подключенным к трансформатору. Увеличение расстояния между ними теоретически может увеличить длину искры, но есть риск разрушения трансформатора. Для большей катушки необходимо строить разрядник с воздушным охлаждением.

Характеристики

Колебательный контур
Трансформатор NST 4кВ 35мА
Конденсатор 3 × 24 275VAC 0.33μF
Разрядник: два шурупа и металлический шар

Первичная обмотка
Внутренний диаметр 17см
Диаметр трубки обмотки 6 мм
Расстояние между витками 3 мм
Длина трубки первичной обмотки 5м
Витки 6

Вторичная обмотка
Диаметр 7,5 см
Высота 37 см
Проволока 0.3мм
Длина провода около 209m
Витки: около 900

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.

Шаги

Часть 1

Определитесь с размером и расположением катушки Тесла перед тем, как браться за дело. 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, разделите расстояние между электродами в сантиметрах на 4,25 и возведите в квадрат – получите необходимую мощность в Ваттах. Соответственно, чтобы найти расстояние между электродами, умножьте квадратный корень мощности на 4,25. Катушка Тесла, способная создать дугу длинной 1,5 метра, потребует 1 246 Вт. Катушка с блоком питания на 1кВт может создать искру длиной 1,37 метра.

• Ознакомьтесь с терминологией. 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.

• Соберите все необходимые детали. 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.

• Сделайте 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.

• Спроектируйте 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. Для этих целей можно приспособить старый пылесос.

  Сделайте обмотку первичной катушки. 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.

• Соберите первичный конденсатор, разрядник и первичную катушку в одну цепь. Эта цепь образует первичный колебательный контур.

• Сделайте вторичную катушку индуктивности. 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.

Трансформатор Тесла - устройство, изобретённое Николой Теслой и носящее его имя. Является резонансным трансформатором, производящим высокое напряжение высокой частоты. Прибор был заявлен патентом США от 22 сентября 1896 года, как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала».

Простейший трансформатор Тесла состоит из двух катушек - первичной и вторичной, а также разрядника, конденсатора, тороида(используется не всегда) и терминала (на схеме показан как «выход»). Первичная катушка обычно содержит несколько витков провода большого диаметра или медной трубки, а вторичная около 1000 витков провода меньшего диаметра. Первичная катушка может быть плоской (горизонтальной), конической или цилиндрической (вертикальной). В отличие от обычных трансформаторов, здесь нет ферромагнитногосердечника. Таким образом взаимоиндукция между двумя катушками гораздо меньше, чем у трансформаторов с ферромагнитным сердечником. Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур, в который включён нелинейный элемент - разрядник. Разрядник, в простейшем случае обыкновенный газовый, представляет собой два массивных электрода с регулируемым зазором. Электроды должны быть устойчивы к протеканию больших токов через электрическую дугу между ними и иметь хорошее охлаждение. Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора главным образом выполняют ёмкость тороида и собственная межвитковая ёмкость самой катушки. Вторичную обмотку часто покрывают слоем эпоксидной смолы или лака для предотвращения электрического пробоя. Терминал может быть выполнен в виде диска, заточенного штыря или сферы и предназначен для получения предсказуемых искровых разрядов большой длины. Таким образом, трансформатор Тесла представляет собой два связанных колебательных контура, что и определяет его замечательные свойства и является главным его отличием от обычных трансформаторов. Для полноценной работы трансформатора эти два колебательных контура должны быть настроены на одну резонансную частоту. Обычно в процессе настройки подстраивают первичный контур под частоту вторичного путём изменения ёмкости конденсатора и числа витков первичной обмотки до получения максимального напряжения на выходе трансформатора.

1. СХЕМА ТРАНСФОРМАТОРА ТЕСЛА

Как Вы видите, в данной схеме минимум элементов, что нисколько не облегчает нашу задачу. Ведь чтобы она работала необходимо её не только собрать, но и настроить! Начнём по-порядку: МОТЫ: такой трансформатор есть в микроволновке. Представляет собой обычный силовой трансформатор с одной лишь разницей, что его сердечник работает в режиме, близком к насыщению. Это означает, что несмотря на малые размеры, он имеет мощность до 1,5 кВт. Однако, есть и отрицательные стороны у такого режима работы. Это и большой ток холостого хода, около 2-4 А, и сильный нагрев даже без нагрузки, про нагрев с нагрузкой я молчу. Обычное выходное напряжение у МОТа - 2000-2200 вольт при силе тока 500-850 мА. У всех МОТов «первичка» намотана внизу, «вторичка» сверху. Делается это для хорошей изоляции обмоток. На «вторичке», а иногда и на «первичке» намотана накальная обмотка магнетрона, около 3,6 вольт. Причём между обмотками можно заметить две металлические перемычки. Это - магнитные шунты. Основное их назначение - замкнуть на себя часть создаваемого «первичкой» магнитного потока и таким образом ограничить магнитный поток через «вторичку» и её выходной ток на некотором уровне. Делается это из-за того, что при отсутствии шунтов при коротком замыкании во «вторичке» (при дуге) ток через «первичку» многократно возрастает и ограничивается лишь её сопротивлением, которое и так очень мало. Таким образом, шунты не дают трансу быстро перегреться при подключенной нагрузке. Хотя МОТ и греется, но в печке ставят хороший вентилятор для его охлаждения и он не сдыхает. Если же шунты удалить, то мощность, отдаваемая трансом, повышается, но перегрев происходит гораздо быстрее. Шунты у импортных МОТов обычно хорошо залиты эпоксидкой и их не так просто удалить. Но сделать это всё-же желательно, уменьшится просадка под нагрузкой. Для уменьшения нагрева могу посоветовать засунуть МОТ в масло. Дилетантов прошу отказаться от этой работы. Опасно Высокое напряжение. Смертельно для жизни. Напряжение хотя и мало по сравнению со строчником, но сила тока, в сто раз большая, чем безопасный предел 10мА сделает твои шансы остаться живым практически равными нулю. Могу огорчить некоторых людей, сообщив о том, что МОТ, хотя и идеальный источник питания для катушек тесла (малогабаритный, мощный, не сдыхает от ВЧ как NST), но его цена колеблется от 600 до 1500 и выше рублей. К тому же даже если вы имеете такие деньги, вам придётся изрядно побегать по радиорынкам и магазинам в его поисках. Лично я так и не нашёл импортного МОТа, не нового, не подержанного. Но я нашёл МОТ от советской микроволновки «Электроника». Он обладает гораздо большими размерами, чем импортные и работает как обычный транс. Называется от ТВ-11-3-220-50. Его примерные параметры: мощность около 1,5 кВт, выходное напряжение ~2200 вольт, сила тока 800 мА. Приличные параметры. Причём на нём, кроме первички, вторички и накальной присутствует ещё обмотка на 12 В, как раз для питания кулера на искровик теслы. Автор нашей Теслы использовал вот такие моты:

КАПЫ:Подразумеваются высоковольтные керамические конденсаторы (серий К15У1, К15У2, ТГК, КТК, К15-11, К15-14 -для установок высокой частоты!) Самое сложное - это найти их. Представляем фоторобот:

Фильтр от ВЧ: соответственно две катушки, выпоняющие функцию фильтров от напряжения высокой частоты. В каждой 140 витков медного лакированного провода 0.5 мм в диаметре. Очень хорошо различимы на этом рисунке:

Искровик: Искровик нужен для коммутации питания и возбуждения колебаний в контуре. Если в схеме не будет искровика, то питание будет, а колебаний нет. А еще блок питания начинает сифонить через первичку - а это короткое замыкание! Пока искровик не замкнут - капы заряжаются. Как только замыкается - начинаются колебания. Поэтому ставят балласт в виде дроселей - когда искровик замкнут дросель мешает течь току от блока питания заряжается сам, а потом, когда разрядник разомкнется, заряжает капы с удвоенной злостью. Да, если бы в розетке было 200 кгц, разрядник естественно был бы не нужен.