Transformator Tesli_1.pdf

Projekty AVT

T r a n s f o r m a t o r

T e s l i

część 1

Ze względu na obecność skrajnie

wysokich napięć, osoby niepełnoletnie

i niedoświadczone mogą wykonać

układ wyłącznie pod opieką wykwalifi−

kowanych opiekunów.

Wykonawca buduje urządzenie na

własne ryzyko i ponosi pełną odpowie−

dzialność za efekty jego działania,

w tym zakłócenia elektromagnetyczne

oraz możliwość porażenia, zatrucia

i uszkodzenia wzroku osób trzecich.

wykorzystać swój wynalazek do rozbijania

skorupy ziemskiej. Innym zastosowaniem był

projekt bezprzewodowego przesyłu energii;

temat ten jest do dziś okryty tajemnicą. Tesla

stworzył plany sieci nadajników okalających

Ziemię. System ten miał zapewnić globalną

transmisję energii elektrycznej bez użycia

przewodów. Gotowy był również jeden eg−

zemplarz nadajnika. Tesla jednak zaczął bory−

kać się z problemami finansowymi, w końcu

zła sytuacja zmusiła go do rozbiórki nadajni−

ka. Obecnie transformatory Tesli stosuje się

do sprawdzania wytrzymałości karoserii sa−

mochodów, samolotów, badań laboratoryj−

nych, jonizacji gazów, a przede wszystkim do

widowiskowych pokazów.

szczy obecne w pobliżu urządzenia elektro−

niczne − nie jest to żart − naprawa wieży

Hi−Fi sporo kosztuje – wiemy, bo stała za bli−

sko urządzenia. Jeśli zastosujecie się do na−

szych rad, wszystko będzie OK. Wspomnieć

należy także o świetle UV, które w dużych

ilościach wytwarzane jest przez iskrownik,

jest ono szkodliwe dla wzroku, dlatego nigdy

nie należy patrzeć bezpośrednio w iskrownik.

Z wysokimi napięciami i dużymi często−

tliwościami wiążą się dwa bardzo ważne zja−

wiska, a mianowicie: efekt naskórkowy i kra−

wędziowy.

− Efekt naskórkowy spowodowany prądami

w.cz. nie pozwala elektronom wnikać w głąb

przewodnika, a co za tym idzie, prąd płynie

po powierzchni przewodnika, a czasem tylko

„ślizga” się po niej.

− Efekt krawędziowy polega na gromadzeniu

się ładunku na wszelkich ostrych krawę−

dziach, powoduje to przeskakiwanie iskier

(ulot elektryczny), które są niepożądane

w obwodach wysokonapięciowych.

W cewkach Tesli można też spotkać inne

zjawisko, niebezpieczne dla transformatora

zasilającego i kondensatora, jest to efekt tzw.

nadsprzężenia, objawia się on w tych cew−

kach Tesli, których cewka obwodu pierwot−

nego ma małą średnicę i liczy 2...4 zwoje.

Wtedy to cały strumień „pompowany” jest

w dolną część cewki obwodu wtórnego, po−

wodując przeskoki iskier między zwojami,

jak również przebicia na drodze obwody

wtórne−pierwotne. Jeśli strumień magnetycz−

ny „nie widzi” wyższej części uzwojenia

wtórnego (części rezonansowej), to całe na−

pięcie indukuje się w jego dolnej części.

Fotografia 1 przedstawia najważniejsze

elementy transformatora (cewki) Tesli.

Jednym z badaczy wysokich napięć był mało

znany Nikola Tesla, człowiek ekscentryczny,

lecz o ogromnej wiedzy. Między innymi stwo−

rzył i opatentował urządzenie znane pod kil−

koma nazwami: cewka Tesli, transformator

Tesli, transformator rezonansowy . Transfor−

mator Tesli składa się z dwóch obwodów:

wtórnego i pierwotnego. Obwód pierwotny

składa się ze źródła wysokiego napięcia (po−

winien to być transformator sieciowy podwyż−

szający napięcie, pracujący przy częstotliwo−

ści sieci 50Hz, napięcie pierwotne 220V, moc

około 300−500W, napięcie wtórne 5−10kV;

mając taki transformator, możemy zrobić „te−

slę” dającą ciągłe wyładowania do powietrza

długości 20−30cm), kondensatora, uzwojenia

pierwotnego oraz iskrownika. Obwód wtórny

natomiast składa się z uzwojenia wtórnego

oraz kondensatora. Ten wtórny kondensator to

pojemność między toroidem a ziemią (jest to

tzw. rezonator otwarty). Urządzenie to pozwa−

la wytwarzać zmienne wysokie napięcia rzędu

megawoltów (milionów woltów).

Zastosowań tak ogromnych napięć może

być bardzo dużo. Na przykład Tesla zamierzał

Ostrzeżenia

Transformator Tesli jest urządzeniem bardzo

efektownym, ale także bardzo niebezpiecz−

nym ze względu na występujące w nim wy−

jątkowo wysokie napięcia. Teoretycznie

otrzymywane wyładowanie elektryczne ma

bardzo dużą częstotliwość, więc co za tym

idzie, powinno być niegroźne (chodzi o tzw.

efekt naskórkowy ). Niestety, tak nie jest. Ma−

łe transformatory są wprawdzie w miarę bez−

pieczne, ale duże „tesle” potrafią nieźle kop−

nąć lub poparzyć (albo jedno i drugie). Wie−

my to z doświadczenia, więc nie radzimy ich

dotykać. Należy uważać także na sam trans−

formator zasilający, gdyż jest on w stanie za−

bić o wiele szybciej niż napięcie sieci energe−

tycznej. Ponieważ w cewce Tesli płyną bar−

dzo duże prądy (zmienne), cewka jest więc

źródłem bardzo silnego pola elektromagne−

tycznego, które wytwarzane jest w jej pier−

wotnym obwodzie rezonansowym. Tak wiel−

kie pole elektromagnetyczne z łatwością ni−

Elektronika dla Wszystkich

Wrzesień 2002

Projekty AVT

1 − Toroid

2 − Uzwojenie wtórne części rezonansowej

3 − Zwój zabezpieczający

4 − Kondensator

5 − Iskrownik

6 − Uzwojenie pierwotne części rezonansowej

7 − Transformator zasilający

Budowę transformatora Tesli pokazuje

w uproszczeniu rysunek 1 . Jest to rysunek

poglądowy, pomocny przy omawianiu dzia−

łania urządzenia.

Bardziej pełny schemat, często spotykany

w literaturze, pokazany jest na rysunku 2 .

Tr1 − Źródło zasilania (transformator siecio−

wy, o napięciu wyjściowym np.10kV),

Is2 − Iskrownik zabezpieczający chroni trans−

formator przed zbyt wysokim napięciem (in−

formacji o nim należy szukać w Internecie,

ponieważ uznaliśmy go za mało ważny

i w większości przypadków niepotrzebny, tak

samo jak dławiki),

Dławiki − Zapobiegają przedostawaniu się

zakłóceń w.cz. do sieci

energetycznej,

C − Kondensator,

Is1 − Iskrownik główny,

Tr2 − Transformator re−

zonansowy (część rezo−

nansowa cewki Tesli),

Toroid − Patrz niżej.

wym równoległym, pobudzanym do drgań

gasnących o częstotliwości równej częstotli−

wości rezonansowej obwodu LC w takt prze−

skoków iskry w iskrowniku. Częstotliwość

obwodu rezonansowego zależy od indukcyj−

ności uzwojenia pierwotnego części rezonan−

sowej oraz od pojemności kondensatora. Wy−

licza się ją ze szkolnego wzoru:

Gdzie: f =

2 π

f − częstotliwość pracy cewki (częstotliwość

łuku) [Hz]

L − indukcyjność uzwojenia pierwotnego czę−

ści rezonansowej (ślimaka) [H]

C − pojemność kondensatora w obwodzie

pierwotnym [F]

Obwód rezonansowy, w skład którego

wchodzą cewka pierwotna transformatora re−

zonansowego i kondensator, jest pobudzany

do drgań. Częstotliwość pobudzania (często−

tliwość przeskoków iskry na iskrowniku)

w zasadzie jest równa podwojonej częstotli−

wości sieci (100 razy na sekundę), ale też za−

leży od czasu, po jakim kondensator naładuje

się do napięcia, które umożliwi przebicie po−

wietrza pomiędzy elektrodami iskrownika.

Czas ten z kolei zależy od napięcia i prądu

transformatora zasilającego, pojemności kon−

densatora, no i oczywiście od odległości elek−

trod iskrownika. W ten sposób częstotliwość

przeskoków iskry może być większa od

100Hz. Energia wytworzona w obwodzie

pierwotnym przekazywana jest przez pole

elektromagnetyczne dalej, do obwodu wtórne−

go transformatora rezonansowego. Jednak aby

obwód wtórny wytworzył wysokie napięcie,

wymagana jest zgodność jego częstotliwości

rezonansowej z częstotliwością rezonansową

obwodu pierwotnego. Wtedy to obydwa ob−

wody reprezentują sobą tylko opór rzeczywi−

sty − jeżeli ten warunek jest spełniony, pomię−

dzy okładzinami kondensatora obwodu wtór−

nego występuje bardzo wysokie napięcie.

Pracy transformatora Tesli towarzyszą sil−

ne efekty akustyczne − huk wywołany prze−

skokami iskry na iskrowniku. Widzimy rów−

nież piękne fioletowe wyładowania wędrują−

ce wokół toroidu, w tle można także usłyszeć

łuk elektryczny. Nie należy zapominać, że

„tesla” jest wydajnym źródłem bardzo ak−

tywnego gazu – ozonu, to zresztą daje się sil−

nie odczuć. A ozon w większych dawkach

jest szkodliwy dla zdrowia.

Zasada

działania

Kondensator C jest na

przemian ładowany

dodatnią i ujemną po−

łówką sinusoidy prądu

wypływającego z tran−

sformatora zasilające−

go. Kondensator ładuje

się do napięcia przebi−

cia iskrownika Is1,

wtedy to plazma po−

wstała pomiędzy elek−

trodami iskrownika po−

łączy dotąd odciętą

cewkę pierwotną części

rezonansowej z kon−

densatorem, tworząc

równoległy obwód re−

zonansowy, a zarazem

przekazując energię

zgromadzoną w kon−

densatorze do uzwoje−

nia, mamy więc typo−

wy przykład rezonansu

równoległego, gdzie

przepływ prądu możli−

wy jest dzięki powsta−

niu łuku elektrycznego.

Obwód pierwotny

jest w rzeczywistości

obwodem rezonanso−

Fot. 1

Rys. 1

Rys. 2

schemat transformatora Tesli

Transformator zasilający

Jest to zwykły transformator pracujący

przy napięciu 220V, 50Hz, konwertuje on

napięcie na wartość kilkadziesiąt razy

większą, np. 10000V

Musi to być transformator o mocy od

100W do 5000W, w zależności od oczekiwa−

nego efektu i napięciu wyjściowym od 5kV

wzwyż. Jeżeli ktoś robi małą „teslę”, to pole−

camy transformator o mocy ok. 200−300W.

Wrzesień 2002

Elektronika dla Wszystkich

Projekty AVT

Kupno gotowego transformatora raczej nie

wchodzi w rachubę (choć można użyć trans−

formatora od zasilania neonów lub kilku

transformatorów od mikrofalówek – obydwa

rozwiązania są dosyć drogie). Pozostaje więc

samemu postarać się o niezbędne elementy

i zacząć najbardziej pracochłonną robotę,

czyli nawinięcie transformatora. Ma to swoje

zalety i wady. Po samodzielnym nawinięciu

mniej więcej wiemy, czego można się

spodziewać, a ewentualnie kupione za cięż−

kie pieniądze trafo może się „spalić” w naj−

mniej pożądanym momencie. Podstawowym

problemem, jak już wspomnieliśmy, jest zna−

lezienie rdzenia. Z praktyki wiemy, że na du−

że „tesle” najlepsze są rdzenie transformato−

rów od spawarek. Na małe „tesle” polecamy

rdzenie od transformatora z Rubina – to taki

radziecki telewizor ;−)

Kolejną kwestią jest drut nawojowy na

uzwojenie wysokonapięciowe. Nabycie takie−

go (zwykłego) drutu nawojowego nie stanowi

dużego problemu − można go dostać w więk−

szości sklepów elektrycznych lub w hurtow−

nach elektrycznych. Jedynym problemem

związanym z drutem jest jego cena: ok. 25−

30zł za kilogram, a do nawinięcia trafa o mo−

cy 2000W i napięciu wyjściowym 10000V

potrzeba jakieś 5kg (do transformatora o mo−

cy 400W potrzeba go około1,5kg). Na pocie−

szenie dodamy, że to największy koszt przy

budowie „tesli”. Ostatnią czynnością przed

nawijaniem jest zakup folii ogrodniczej na

przekładki transformatora. Folia taka o grubo−

ści 0,25 mm jest dostępna w każdym sklepie

ogrodniczym. Nie jest to najlepsze rozwiąza−

nie, ponieważ powinniśmy użyć do tego celu

porządnych przekładek preszpanowych lub

jeszcze lepiej teflonowych, lecz przy braku

tych materiałów można wykonać przekładki

z folii polietylenowej, (UWAGA! Temperatu−

ra topnienia to ok. 80 o C, więc jeżeli macie do−

stęp do bardziej wytrzymałych materiałów, to

wykorzystajcie je). Na każdą nawiniętą war−

stwę uzwojenia należy nawinąć warstwę pa−

pieru, a następnie kilka warstw folii polietyle−

nowej i znowu warstwę papieru, zapobiegnie

to przecinaniu folii polietylenowej przez

uzwojenia. Dobrze jest zabezpieczać każdą

warstwę drutu parafiną. Nie używajcie lakieru

– w razie spalenia będzie można naprawić tra−

fo. Przy nawijaniu uzwojenia należy zwracać

uwagę na trzy podstawowe rzeczy. Po pierw−

sze, emaliowa izolacja drutu nie może być za−

drapana, bo może się to zakończyć przebiciem

i spaleniem całej naszej pracy. Po drugie, zwo−

je muszą być nawijane bardzo starannie, blisko

siebie (chyba że nawijamy drutem

jest też pomyśleć o wyprowadzeniach. Osobi−

ście polecamy przylutowanie do początku

i do końca uzwojenia kilku cm linki miedzia−

nej w izolacji, która jest bardziej odporna na

wyginanie niż drut. Zarówno średnicę drutu

na uzwojenie pierwotne, jak i wtórne, oblicza

się stosownie do mocy transformatora (co

wiąże się z wielkością rdzenia). Dla począt−

kujących maniaków wysokonapięciowych

przedstawiamy kilka pomocnych wzorów od−

noszących się do powszechnie używanych

transformatorów sieciowych – patrz rysunek 3 .

grubość drutu trzeba natomiast wyliczyć

z mocy rdzenia

I =

gdzie:

I − prąd w amperach

P − moc rdzenia w watach

U − wtórne napięcie transformatora w woltach

Drut nawojowy na uzwojenie wtórne

transformatora zasilającego może mieć śre−

dnicę od 0,1mm do 1mm. Zawsze drut może

być grubszy, byleby zmieścił się na karkasie.

Gdy dostępny jest tylko goły rdzeń, kar−

kas należy wykonać we własnym zakresie.

Pomocą będzie

rysunek 4 .

x – grubość mate−

riału, z jakiego wy−

konujemy karkas

Rdzeń składa−

my w sposób ty−

powy dla rdzeni

z kształtek EI: na

przemian z oby−

dwu stron wkła−

damy kształtki E,

po wbiciu wszy−

stkich blach, w

szczeliny wkła−

damy „literki” I.

Lepszym rdze−

niem na transfor−

mator zasilający

jest wspomniany

wcześniej rdzeń

od telewizora Ru−

bin, ponieważ po−

siada on osobne karkasy dla uzwojenia pier−

wotnego i wtórnego, co zmniejsza ryzyko

przebicia. Warto minimalizować wszystkie

szczeliny pomiędzy blachami – w fabrycz−

nych rdzeniach nie ma z tym problemu. Jeżeli

kogoś interesują konkrety, oto dane naszych

transformatorów zasilających:

Mała „tesla”: rdzeń od telewizora Rubin,

moc podobno 200W, napięcie pierwotne

220V~, napięcie wtórne 5−6kV~, prąd ok.

30mA .

Średnia „tesla”: rdzeń robiony we wła−

snym zakresie (nie polecamy takich sposo−

bów początkującym, jest z tym dużo kłopo−

tów), moc 500W, napięcie pierwotne 220V~,

napięcie wtórne 7kV~, prąd ok. 60mA.

Rys. 3

Wzór na przekrój środkowej kolumny

rdzenia:

S = a*b gdzie a i b w [cm]

Wzór na moc, jaką można uzyskać z rdzenia:

P= 0,69S 2 (jeśli zdecydowaliście się na

rdzeń od Rubina, to ma on moc ok. 200W)

P − moc [W]

S − przekrój rdzenia w cm 2

Wzór na liczbę zwojów przypadających

na 1V dla tego transformatora:

Z = 45 / S

Wzór na liczbę zwojów uzwojenia pier−

wotnego i wtórnego:

Z1 = U1 * 0,9 * (45/S)

Z2 = U2 * 1,1 * (45/S)

Z1 – liczba zwojów uzwojenia pierwotnego

Z2 – liczba zwojów uzwojenia wtórnego

U1 – 220 V

U2 − 10000V (jest to najlepsze napięcie do

małych transformatorów Tesli)

Wzór na średnicę drutu w mm:

D = 0,8 * I

I – natężenie prądu w A

Jeżeli na transformatorze jest już uzwoje−

nie pierwotne przystosowane do pracy przy

napięciu 220V, to można je wykorzystać (zo−

stawić tak jak jest). Należy jednak uważać na

transformatory (Rubin), gdzie uzwojenia na−

wijane są aluminiowym drutem – nie jest to

optymalne rozwiązanie dla „tesli”. Przy sa−

modzielnym nawijaniu uzwojenia pierwotne−

go powinno się ściśle przestrzegać obliczonej

liczby zwojów, natomiast uzwojenie wtórne

radzimy nawijać na napięcie 10000V±30%.

Prąd uzwojenia wtórnego i wynikającą stąd

Rys. 4

<0,2mm)

i nie mogą na siebie nachodzić. Co tu dużo

mówić, musi to być zrobione jak w dobrej fir−

mie produkującej transformatory. Po trzecie,

należy zostawić ok. 10mm wolnego miejsca po

każdej stronie karkasu czyli na początku i na

końcu każdej warstwy. Zapobiega to później−

szym przebiciom między warstwami. Dobrze

Kondensator

Jest to kondensatorfoliowy, którego budo−

wę przedstawiamy poniżej.

Kondensator powinien mieć taką pojemność,

aby nastąpiło dopasowanie jego impedancji

i impedancji uzwojenia wtórnego transfor−

matora zasilającego. Maniacy mogą ją

zwiększać nawet o jakieś 40%. Trzeba tu

nadmienić, że zwiększenie pojemności kon−

densatora ponad obliczoną stworzy niedopa−

sowanie − krótko mówiąc, kondensator będzie

Elektronika dla Wszystkich

Wrzesień 2002

Projekty AVT

pobierał więcej prądu, transformator będzie

bardziej obciążony, jednakże przy pracy do−

rywczej nie ma to dużego znaczenia. Może

się zdarzyć, że kondensator będzie za duży,

transformator będzie go ładował powoli,

przeskoki na iskrowniku będą pojawiać się

stosunkowo rzadko i w gruncie rzeczy „te−

sla” nie będzie działać zbyt dobrze.

nie zgadza się z pojemnością nam potrzebną,

to tak korygujemy wpisywaną do programu

długość folii aluminiowej, aby trafić na wła−

ściwą pojemność. Program pyta także o dłu−

gość folii polietylenowej, która powinna być

o 20−30cm dłuższa niż folia aluminiowa. Ma−

jąc dokładne dane potrzebne do wykonania

kondensatora, wycinamy pasy folii polietyle−

nowej, na płaskim podłożu układamy połowę

z nich (tyle, ile trzeba na jedną przekładkę),

przykrywamy pasem folii aluminiowej, na−

stępnie lutujemy wyprowadzenia kondensato−

ra, po ich przylutowaniu taśmę aluminiową

przykrywamy następną przekładką złożoną

z pozostałych taśm folii polietylenowej, na to

kładziemy drugi pas foli aluminiowej i znowu

lutujemy wyprowadzenia, lecz po przeciwnej

stronie. Tak przygotowaną „kanapkę” nawija−

my na rurę PCV o średnicy np. 20mm. Musi−

my zwracać uwagę na to, aby pasy folii się nie

przemieszczały (dosyć trudne). Po nawinięciu

cały kondensator owijamy taśmą klejącą, a na−

stępnie tasiemkami zaciskowymi do przewo−

dów elektrycznych. Na koniec łączymy wy−

prowadzenia i pozostaje nam tylko umieścić

nasz kondensator w jakiejś obudowie. Tak

kończy się budowa podstawowej wersji kon−

densatora. Jeżeli ktoś chce, aby jego konden−

sator pracował dłużej jak kilka miesięcy, to

powinien zalać go olejem (najlepiej transfor−

matorowm). Jest to dosyć skomplikowana

procedura, jeżeli ktoś miał do czynienia z ole−

jem transformatorowym, to powinien wie−

dzieć, dlaczego. Nieobeznanych pragniemy

poinformować, że taki olej włazi w każdą

szczelinę, potrafi także wydostawać się z na−

czynia, wychodząc do góry po jego ściankach.

Nam, pomimo prób, nie udało się zalać du−

żych kondensatorów „tesli” olejem („ucie−

kał”), dlatego też nasze kondensatory czasem

ulegają przebiciu. Na pocieszenie dwa mniej−

sze kondensatory zalane olejem ani razu nie

uległy spaleniu. I tu dobra rada, należy pamię−

tać, że mało która guma potrafi uszczelnić

olej, dlatego nie radzimy stosować uszczelek.

Rysunek 5 pokazuje sposób układania

warstw folii polietylenowej i aluminiowej

w kondensatorze rolkowym.

Rysunek 6 przedstawia sposób zwijania

kondensatora rolkowego.

Istnieje też inny sposób wykonania kon−

densatora. Może to być tzw. kondensator

warstwowy. Jego budowa opiera się na wyci−

naniu i warstwowym składaniu kawałków fo−

lii aluminiowej na przemian z folią polietyle−

nową. Dokładne poskładanie takiego kon−

densatora jest trudniejsze i zajmuje więcej

czasu, ponadto z każdej warstwy folii alumi−

niowej trzeba zrobić wyprowadzenia. Kon−

densator ten ma jednak olbrzymią zaletę,

a mianowicie po jakimś niekontrolowanym

przebiciu i spaleniu w jakimś miejscu można

bez większych problemów go rozłożyć

i w razie potrzeby wymienić spaloną war−

stwę. W kondensatorze rolkowym jest to nie−

możliwe. Osobiście spaliliśmy dwa konden−

satory rolkowe przez brak doświadczenia.

Mimo to nie polecamy budowy kondensatora

warstwowego (strasznie dużo roboty).

C =

I wy

fU wy

U wy − Napięcie na wyjściu transformatora za−

silającego w woltach

I wy − Prąd, na jaki przewidziane jest uzwoje−

nie wtórne transformatora zasilającego

w amperach

C − Pojemność kondensatora w faradach

f − Częstotliwość sieci energetycznej w Pol−

sce 50Hz

Przykładowo: mamy transformator zasila−

jący o następujących parametrach uzwojenia

wtórnego: 7kV/60mA, po podstawieniu do

wzoru otrzymujemy pojemność kondensato−

ra w przybliżeniu równą 27nF.

Jeżeli wiemy, jaki konkretnie kondensator

jest nam potrzebny i mamy odpowiednie ma−

teriały, to po obliczeniu jego parametrów

(długość okładzin, grubość izolatora itp.),

najlepiej za pomocą takich programów jak

Capsolve, możemy przystąpić do budowy.

Program do obliczania kondensatorów

Capsolve można ściągnąć na przykład spod

adresu: www.myzlab.qs.pl/download.html

(strona też jest bardzo porządna).

Opiszemy teraz, jak zrobić kondensator

rolkowy, gdyż wykonanie go zajmie mniej

czasu i będzie łatwiejsze niż wykonanie kon−

densatora warstwowego (opisu budowy kon−

densatora warstwowego radzimy szukać w In−

ternecie). Aby zrobić własny kondensator rol−

kowy, potrzebne będą: folia aluminiowa (jed−

na rolka kuchennej folii aluminiowej wystar−

czy), folia polietylenowa o dowolnej grubości

(najlepiej 0,25mm). Ponieważ folia aluminio−

wa ma szerokość ok. 30cm, więc pasy folii po−

lietylenowej powinny być szersze po każdej

stronie o minimum 2cm, tak więc folia polie−

tylenowa powinna mieć szerokość 34cm. Te−

raz sprawdzimy, jaką grubość łączną powinna

mieć każda z przekładek kondensatora − po−

nieważ przyjmuje się 1,5mm foli polietyleno−

wej na każde 10kV napięcia zmiennego, więc

mając przykładowo transformator o napięciu

10kV, potrzebujemy dwóch przekładek o gru−

bości 1,5mm każda. Załóżmy, że mamy do

dyspozycji folię polietylenową o grubości

0,25mm, tak więc potrzeba będzie ułożyć na

sobie 1,5/0,25=6 warstw folii polietylenowej

(to jest jedna przekładka). Dane, które mamy

(całkowita grubość przekładki, szerokość folii

aluminiowej), wpisujemy do programy Ca−

psolve, dodatkowo przyjmujemy pewną przy−

padkową długość folii aluminiowej (np.1m),

po tych operacjach otrzymujemy pojemność

takiego kondensatora. Jeżeli jego pojemność

Rys. 5

Rys. 6

Uzwojenie pierwotne

części rezonansowej

(patrz fotografia 1, odnośnik nr 6)

Na wykonanie kilku zwojów uzwojenia pier−

wotnego (12 zwojów zupełnie wystarczy, za−

pobiegliwi mogą dać jeszcze pięć) potrzebne

będzie kilka metrów grubego przewodu. Mo−

że to być zwykły drut do instalacji elektrycz−

nych ze zdjętą izolacją o średnicy od 4 do 10

mm. Grubszego nie polecamy ze względu na

niemałe problemy z wyginaniem. Istnieje też

możliwość zastąpienia drutu miedzianą rurką

hydrauliczną – rozwiązanie lepsze, ale i bar−

dziej kosztowne. Uzwojenie to można wyko−

nać na trzy sposoby, pionowe ( rysunek 7a ),

które tak naprawdę nadaje się tylko do „Te−

sli” małych mocy, poniżej100W, lub do „Te−

sli półprzewodnikowych”, stożkowe ( rysu−

nek 7b ), zalecane przy małych i średnich,

oraz płaskie ( rysunek 7c ), zalecane przy du−

żych „teslach”. Przekroje poprzeczne uzwo−

jeń używanych w transformatorach Tesli ma−

łej, średniej i dużej mocy pokazane są na rysun−

ku 7. Uzwojenia pionowego nie polecamy.

Uzwojenie stożkowe powinno mieć kąt na−

chylenia uzwojenia do podstawy około 30 o .

Przetestowaliśmy wszystkie typy uzwo−

jeń i możemy śmiało powiedzieć, że płaskie

uzwojenie jest zdecydowanie najlepsze do

dużych „tesli”. Uzwojenie stożkowe nie

nadaje się do dużych transformatorów Tesli

ze względu na wyładowania na drodze

Wrzesień 2002

Elektronika dla Wszystkich

Projekty AVT

uzwojenie wtórne−pierwotne części rezonan−

sowej (po prostu czasem nasz piorun uderza

w ślimaka); nadaje się natomiast do „tesli”

średnich i małych, o mocach do 1000W.

Uzwojenie to wytwarza lepiej skierowane po−

le elektromagnetyczne, w konsekwencji czego

uzwojenie wtórne jest pobudzane bardziej

równomiernie. W obwodzie pierwotnym cew−

ki Tesli mamy do czynienia z wysokoprądo−

wymi oscylacjami o częstotliwościach radio−

wych i wartościach rzędu setek amperów.

Wielka częstotliwość wywołuje dodatkowo

efekt naskórkowy, który powoduje, że elektro−

ny poruszają się tylko w zewnętrznych war−

stwach przewodnika, nie wnikając głębiej.

nawiń drutem 0,35−0,45mm). Uzwojenie

wtórne powinno mieć średnicę 4...5 razy

mniejszą od wysokości. Dopuszczalne jest

stosowanie stosunku nawet 6:1. Powyżej tej

wartości pole elektromagnetyczne wytworzo−

ne przez uzwojenie pierwotne nie będzie

w stanie objąć zasięgiem całego uzwojenia

wtórnego, co w efekcie spowoduje, że ostat−

nie kilkadziesiąt lub nawet kilkaset zwojów

nie będzie absorbowało pola elektromagne−

tycznego. Jak to zwykle bywa, można nawi−

nąć mniej, można więcej. Ogólnie nie nawija

się mniej niż 400 i nie więcej niż 1500 zwo−

jów. Należy jeszcze wspomnieć, że jest to

cewka jednowarstwowa i nawijanie na niej

dwóch warstw jest niedopuszczalne. Jej gór−

ny koniec przymocowujemy do toroidu, dol−

ny zaś do uziemienia.

Na koniec najlepiej jest wszystko polakiero−

wać, co zapobiega rozwijaniu się zwojów (ra−

dzimy tego nie lekceważyć, mieliśmy już dwa

przypadki rozwinięcia się drutu, przy niewiel−

kich zmianach temperatur). Zapobiegliwi mogą

próbować rurę zalewać czymś od środka, ale

nie ma to sensu, nie mieliśmy żadnej awarii

uzwojenia wtórnego, jedynym godnym polece−

nia usprawnieniem jest zatkanie uzwojenia

dwoma kółkami wyciętymi np. ze sklejki na

wcisk. W górnym kółku można wywiercić

otwór na śrubę, do której będzie przymocowy−

wany toroid. I je−

szcze jedna uwaga:

nie radzimy wypro−

wadzać uzwojenia

środkiem rury, może

się coś przebić.

dzi bocznej (kołnierza). Dobrym rozwiąza−

niem byłaby kula, ale zdobycie metalowej

kuli (pustej w środku) jest dosyć trudne (ku−

le od dużych łożysk odpadają, są za ciężkie!).

Wielu konstruktorów, w tym także my, ro−

bi toroid z aluminiowej elastycznej rury wen−

tylacyjnej – rurę taką można łatwo wyginać

i formować. Stosuje się ją do przewodów ko−

minowych (wygląda jak harmonijka), powin−

na ona mieć średnicę 10 lub 11cm. W naszym

przypadku jest to właśnie taka rura. Toroid

ten spisuje się świetnie i wbrew pozorom

otrzymujemy z niego pioruny, a nie iskry (po−

mimo „harmonijkowego” kształtu). Po ufor−

mowaniu okręgu rurę taką zwyczajnie lutuje−

my, najlepiej lutownicą transformatorową

z użyciem dużej ilości cyny i kalafonii (to na−

prawdę da się zrobić, jak ktoś nie wierzy, za−

wsze może skleić). Średnica toroidu powinna

być 2 do 3 razy większa od średnicy rury, na

której nawinięte jest uzwojenie wtórne części

rezonansowej. Takie toroidy są najczęściej

stosowane ze względu na łatwość konstrukcji.

Tak więc nie ma sensu bawić się (chyba że się

komuś nudzi) w oklejanie go taśmą aluminio−

wą, czy szpachlowanie i szlifowanie itp.

Rys. 7

Łukasz Bajda

Radosław Szymczycha

Ciąg dalszy w kolejnym numerze EdW.

Następnym ważnym aspektem uzwojenia

pierwotnego jest rozmiar. Odstęp między−

zwojowy powinien wynosić ok. 1−2cm

(w małych „teslach” odstęp ten powinien wy−

nosić 1cm), odległość pierwszego zwoju od

uzwojenia wtórnego – około 3...7cm (w ma−

łych „teslach” odległość ta powinna wynosić

od 2 do 3cm). Izolatory dystansowe można

wykonać z drewna (sklejka). Zapobiegliwi

mogą je zrobić z bakelitu lub z pleksy (nale−

ży pamiętać, że plastik topi się w niskich

temperaturach, co może mieć znaczenie

w „teslach” dużych mocy, powyżej 1000W).

Rowki można wyciąć piłką do metalu lub

szlifierką (za wyjątkiem plastiku) po uprze−

dnim wytrasowaniu i nawierceniu otworów.

Trzeba także pod uwagę wziąć to, że uzwoje−

nie pierwotne jest „ślimakiem”, tak więc

rowki dwóch sąsiednich izolatorów dystan−

sowych muszą być względem siebie przesu−

nięte. Izolatorów dystansowych powinno być

od 6 do 8, przy ich mniejszej liczbie trudno

jest równo kłaść uzwojenie. Jeżeli ktoś

chciałby zrobić izolatory dystansowe do

uzwojenia stożkowego, to kąt nachylenia do

podstawy wynosi 30 o .

Toroid

(kula)

(patrz fotografia 1,

odnośnik nr 1)

Koniec uzwojenia

wtórnego podłączo−

ny jest do metalowe−

go (przewodzącego)

toroidu (może to być

kula). Generalnie,

czym toroid jest

gładszy, tym dłuższe

są iskry ( efekt

krawędziowy ). Nie

oznacza to wcale, że

toroid z ostrymi kra−

wędziami jest zły,

po prostu z takiego

toroidu będzie wyla−

tywało więcej krót−

szych iskierek.

Gładki toroid moż−

na na przykład wy−

konać z dwóch du−

żych metalowych

misek sałatkowych

po odcięciu lub ze−

szlifowaniu krawę−

Uzwojenie wtórne części

rezonansowej

(patrz fotografia 1, odnośnik nr 2)

Jest to cewka z rdzeniem powietrznym na−

winięta na plastikowej rurze. W zależności

od wysokości rury potrzeba około 0,2−1kg

(dla małych „tesli” 0,5kg z pewnością wystar−

czy) drutu miedzianego w emalii o średnicy

od 0,25 do 1mm (jeżeli robisz małą „teslę”,

Elektronika dla Wszystkich

Wrzesień 2002

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: