Bobines Tesla d’estat sòlid i com funcionen: 9 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

L’electricitat d’alta tensió pot ser PERILLOSA; utilitzeu les precaucions de seguretat adequades en tot moment quan treballeu amb bobines Tesla o qualsevol altre dispositiu d’alta tensió, així que jugueu amb seguretat o no jugueu.

Les bobines Tesla són un transformador que funciona segons el principi de l’oscil·lador autoreonant, inventat per Nicola Tesla, un científic nord-americà de Sèrbia. S’utilitza principalment per produir energia de corrent altern d’alta tensió, però de baixa intensitat i corrent. La bobina de Tesla es compon de dos grups de circuits ressonants acoblats, de vegades tres grups acoblats. Nicola Tesla va provar un gran nombre de configuracions de diverses bobines. Tesla va utilitzar aquestes bobines per dur a terme experiments, com ara il·luminació elèctrica, raigs X, electroteràpia i transmissió d'energia per ràdio, transmissió i recepció de senyals de ràdio.

Realment no hi ha hagut molts avanços en les bobines Tesla des de la seva invenció. A més dels components d’estat sòlid, les bobines de Tesla no han canviat gaire en més de 100 anys. Principalment relegat a l’educació i a les joguines de la ciència gairebé qualsevol persona pot comprar un kit en línia i construir una bobina Tesla.

Aquest instructiu consisteix a construir una bobina Tesla d’estat sòlid, com funcionen i consells i trucs per solucionar problemes al llarg del camí.

Subministraments

La font d'alimentació de 12 volts que vaig utilitzar era de 12 volts i 4 amperes.

Cola Torus per muntar la bobina secundària.

Greix de silicona tèrmica per muntar el transistor al dissipador de calor.

Soldar

Les eines per muntar el kit, soldador i talladores laterals.

Multímetre

Oscil·loscopi

Pas 1: electroimant

Per entendre les bobines i transformadors de Tesla, heu d’entendre els electroimants. Quan s’aplica un corrent (fletxa vermella) a un conductor, es crea un camp magnètic al voltant del conductor. (Fletxes blaves) Per predir la direcció del flux de camps magnètics utilitzeu la regla de la mà dreta. Col·loqueu la mà sobre el conductor amb el polze apuntant en la direcció del corrent i els dits apuntaran en la direcció del flux de camps magnètics.

Quan envolteu el conductor al voltant d’un metall ferrós com l’acer o el ferro, els camps magnètics del conductor enrotllat es fonen i s’alineen, això s’anomena electroimant. El camp magnètic viatja des del centre de la bobina i passa per un extrem de l'electroimant al voltant de l'exterior de la bobina i, a l'extrem oposat, torna al centre de la bobina.

Els imants tenen un pol nord i un sud, per predir quin extrem és el pol nord o sud en una bobina, torneu a utilitzar la regla de la mà dreta. Només aquesta vegada, amb la mà dreta a la bobina, apunteu els dits en la direcció del flux de corrent del conductor enrotllat. (Fletxes vermelles) Amb el polze dret apuntant estret al llarg de la bobina, hauria d’assenyalar l’extrem nord de l’imant.

Pas 2: Com funcionen els transformadors

La forma en què un corrent fluctuant en una bobina primària crea un corrent en una bobina secundària sense fils s’anomena llei de Lenz.

Viquipèdia

Totes les bobines d’un transformador s’han d’enrotllar en la mateixa direcció.

Una bobina resistirà un canvi en un magnètic; camp, de manera que quan s’aplica un corrent altern o un corrent polsador a la bobina primària, crea un camp magnètic fluctuant a la bobina primària.

Quan el camp magnètic fluctuant arriba a la bobina secundària crea un camp magnètic oposat i un corrent oposat a la bobina secundària.

Podeu utilitzar la regla de la mà dreta a la bobina primària i la secundària per predir la sortida del secundari.

Depenent del nombre de voltes de la bobina primària i del nombre de voltes de la bobina secundària, la tensió canvia a una tensió superior o inferior.

Si és difícil seguir el positiu i el negatiu a la bobina secundària; penseu en la bobina secundària com una font d’energia o una bateria on surt l’energia, i penseu en la primària com una càrrega on es consumeix energia.

Les bobines Tesla són transformadors de nucli d’aire, els camps magnètics i el corrent funcionen de la mateixa manera que els transformadors de nucli de ferro o ferrita.

Pas 3: Winding’s

Tot i que no està dibuixat a l’esquema; la bobina secundària més alta d’una bobina de Tesla es troba dins de la bobina primària més curta, aquesta configuració s’anomena oscil·lador d’autoresonació.

Aconsegueix el teu sinistre; tant el bobinatge primari com el secundari s’han d’enrotllar en la mateixa direcció. Tant se val si enroleu les bobines amb un gir a la mà dreta o amb un gir esquerre, sempre que les dues bobines estiguin enrotllades en la mateixa direcció.

Quan bobineu el secundari, assegureu-vos que el vostre bobinatge no se superposa o que es pugui provocar un curt a la secundària.

L’enrotllament creuat de les bobines pot fer que la retroalimentació del secundari lligat a la base del transistor o la porta del mosfet sigui la polaritat equivocada i això pot evitar que el circuit oscil·li.

Les bobines primàries positives i negatives es veuen afectades pel gir del bobinatge. Utilitzeu la regla de la mà dreta a la bobina principal. Assegureu-vos que el pol nord de la bobina primària apunti cap a la part superior de la bobina secundària.

El cablejat creuat de la bobina principal pot provocar que la retroalimentació del secundari lligat a la base del transistor o la porta del mosfet sigui la polaritat equivocada i això pot evitar que el circuit oscil·li.

Sempre que les bobines s’enrotllin en la mateixa direcció; la manca d’oscil·lació per fer el cablejat creuat de la bobina primària és una solució fàcil la majoria de les vegades, només cal invertir els cables de la bobina primària.

Pas 4: Com funciona una bobina Tesla d'estat sòlid

La bobina bàsica d’estat sòlid de Tesla pot tenir només cinc parts.

Una font d'energia; en aquest esquema una bateria.

Una resistència; depenent del transistor un 1/4 de watt de 10 kΩ i més.

Un transistor NPN amb dissipador de calor, el transistor d’aquests circuits tendeix a escalfar-se.

Una bobina primària de 2 o més voltes s’enrotlla en la mateixa direcció que la bobina secundària.

Una bobina secundària de fins a 1.000 voltes o més de 41 AWG enrotllada en la mateixa direcció que la primària.

Pas 1. Quan s'aplica la potència per primera vegada a una bobina Tesla d'estat sòlid bàsic, el transistor del circuit està obert o apagat. La potència passa per la resistència fins a la base dels transistors tancant el transistor encenent-lo permetent que el corrent flueixi a través de la bobina primària. El canvi actual no és instantani, triga poc temps perquè el corrent passi del corrent zero al corrent màxim, això s’anomena temps de pujada.

Pas 2. Al mateix temps, el camp magnètic de la bobina passa de zero a una intensitat de camp. Tot i que el camp magnètic augmenta a la bobina primària, la bobina secundària resisteix el canvi de compra creant un camp magnètic oposat i un corrent oposat a la bobina secundària.

Pas 3. La bobina secundària està lligada a la base del transistor, de manera que el corrent de la bobina secundària (Feedback) traurà el corrent de la base dels transistors. Això obrirà el transistor apagant el corrent a la bobina primària. Igual que el temps de pujada, el canvi actual no és instantani. El corrent i el camp magnètic triguen poc a passar del màxim al zero, això s’anomena temps de caiguda.

A continuació, torneu al pas 1.

Aquest tipus de circuit s’anomena circuit oscil·lant autoregulador o oscil·lador ressonant. Aquest tipus d’oscil·lador està limitat en freqüència pels temps de retard del circuit i del transistor o del mosfet. (Temps de pujada Hora de tardor i hora de Plateau)

Pas 5: Eficiència

Aquest circuit no és molt eficient, produint una ona quadrada, la bobina primària només produeix un corrent a la bobina secundària durant els camps magnètics que passen de la intensitat del camp zero a la intensitat del camp complet i de tornada a la intensitat del camp zero, anomenat temps de pujada i temps de tardor. Entre el temps de pujada i el de caiguda hi ha un altiplà amb el transistor tancat o encès i el transistor obert o apagat. Quan el transistor està fora de l’altiplà, no s’utilitza corrent, però quan el transistor es troba a l’altiplà s’utilitza i malgasta corrent escalfant el transistor.

Podeu utilitzar el transistor de commutació més ràpid que pugueu obtenir. Amb freqüències més altes, el camp magnètic pot transitar més del que és pla, fent que la bobina de Tesla sigui més eficient. Tanmateix, això no impedirà que el transistor s'escalfi.

En afegir un LED de 3 volts a la base dels transistors, amplia els temps de pujada i baixada fent que els transistors accionin més com una ona triangular que una ona quadrada.

Hi ha dues coses més que podeu fer per evitar que el transistor s’escalfi. Podeu utilitzar un dissipador de calor per dissipar l’excés de calor. Podeu utilitzar un transistor d’alta potència perquè el transistor no estigui sobrecargat.

Pas 6: Mini bobina Tesla

He obtingut aquesta bobina Mini Tesla de 12 volts d’un distribuïdor en línia.

El kit inclou:

1 x tauler de PVC

1 x condensador monolític 1nF

1 resistència de 10 kΩ

1 x 1 kΩ resistència

1 presa de corrent de 12V

1 x Dissipador de calor

1 transistor BD243C

1 x bobina secundària de 333 voltes

1 x cargol de fixació

2 x Led

1 x llum de neó

El kit no inclou:

La font d'alimentació de 12 volts que vaig utilitzar era de 12 volts i 4 amperes.

Torus

Pega per muntar la bobina secundària.

Greix de silicona tèrmica per muntar el transistor al dissipador de calor.

Soldar

Pas 7: proves

Després de muntar el Mini Tesla Coil, el vaig provar amb una làmpada de neó, un CFL (llum fluorescent compacta) i un tub fluorescent. L’arca era petita i sempre que la posés a 1/4 de polzada il·lumina tot el que he provat.

El transistor s’escalfa molt, així que no toqueu el dissipador de calor. Una bobina Tesla de 12 volts no hauria de fer molt calent un transistor de 65 watts tret que us apropeu als paràmetres màxims dels transistors.

Pas 8: Ús d'energia

El transistor BD243C és un transistor NPN, de 65 watts, 100 volts, 6 ampères, 3 MHz, a 12 volts, no hauria de treure més de 5,4 amperes per no superar els 65 watts.

Quan vaig comprovar el corrent a l’inici era de 1 amper, després d’haver funcionat durant un minut el corrent va caure a 0,75 amperes. A 12 volts, el que fa que la potència de funcionament sigui de 9 a 12 watts, molt per sota dels 65 watts per als quals es calcula el transistor.

Quan vaig comprovar els transistors pujant i baixant, obtenia una ona triangular que gairebé sempre està en moviment, cosa que el converteix en un circuit molt eficient.

Pas 9: càrrega superior

Les càrregues superiors permeten que s’acumuli la càrrega en lloc de purgar a l’aire, cosa que proporciona una major potència.

Sense una càrrega superior, les càrregues es reuneixen a les puntes punxegudes del filferro i s’escapen a l’aire.

Les millors càrregues superiors són rodones com un Torus o unes esferes, de manera que no hi ha punts que sagnin de la càrrega a l’aire.

Vaig fer la meva càrrega superior a partir d’una bola que vaig recuperar d’un ratolí i la vaig cobrir amb paper d’alumini, no era perfectament llisa, però funcionava bé. Ara puc il·luminar un CFL a una polzada de distància.