В статье рассматриваются теоретические и практические вопросы изготовления трансформатра Теслы (катушки Теслы) в рамках научно-технического студенческого проекта. Даются краткие теоретические сведения о принципах работы такого трансформатора, рассмотрены различные виды катушки Теслы и преимущества (и недостатки) их конструкции, личная оценка автора собственного проекта и этапов его создания.
Ключевые слова: трансформатор, проектная деятельность, катушка Теслы, электрические машины, электротехника, научно-техническое творчество.
Перед стартом проекта по самостоятельному созданию катушки Тесла необходимо в общих чертах ознакомиться с теоретическими сведениями. Катушка Теслы — это трансформатор, который создал в 1986 г. экспериментатор и один из основоположников современной электротехники Н.Тесла [1]. Трансформатором называется электромагнитное устройство, в составе которого находятся две или более связанные индуктивно обмотки (первичная и вторичная), закреплённые на магнитопроводе. Основное предназначение этой электрической машины — преобразование переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения, при этом изменение частоты не происходит [2]. Работа трансформаторов основана на явлении электромагнитной индукции. В отличие от других электрических машин своего класса, особенность катушки Теслы состоит в том, что вторичная обмотка этого трансформатора выпускает электрические разряды в воздух, т. е. происходит газовый разряд.
Катушку Теслы относят к классу резонансных трансформаторов, создающих высокое напряжение с высокой частотой. В дальнейшем условимся, что в данной работе для простоты будем использовать сокращение КТ вместо катушки Теслы или трансформатора Теслы.
Принцип работы катушки заключается в следующем. Есть первичная и вторичная обмотка. В первичной обмотке относительно мало витков. С этой катушкой связаны несколько частей (искровой контур, конденсатор). Обмотка вторичная состоит из тысяч витков, причём провод имеет меньшую площадь попереченого сечения, чем провод первичной обмотки. При совпадении частот контура и стоячих волн во вторичной обмотке генерируется высокое напряжение, вследствии чего возникает сильное электромагнитное поле (благодаря которому рядом с КТ включаются некоторые виды лампочек и нестабильно работают телефоны) и происходит разряд.
Простейшие конструкции КТ не нуждаются в детальном описании, современная электротехническая литература содержит в себе много схем, которые можно без труда найти, в том числе и на специализированных сайтах в сети Интернет. Рассмотрим основные разновидности упомянутого трансформатора:
SGTC – популярный, классический миниатюрный искровой трансформатор. В конструкции могут применяться полупроводниковые приборы (транзистор).
VTTC – в конструкции в качестве генератора используются радиолампы [3] (как правило, пентод ГК-71 или подобные с максимальной частотой 20 Гц и напряжением на аноде 1,5 киловольт).
SSTC — полномостовая катушка. Вместо генератора в конструкции используется электронный инвертор, благодаря чему конструкция выглядит более компактной, отпадает необходимость использования высокого напряжения в первичной катушке. То есть вся установка может питаться от отфильтрованного и прямого напряжения прямо из бытовой сети. Высоковольтные трансформаторы и конденсаторы в этой конструкции не используются. Именно этот тип КТ и был выбран для самостоятельного изготовления.
DRSSTC – резонансный трансформатор с воздушным сердечником. Считается сложным в исполнении для любителей.
В мои планы входил сбор КТ по самой простой схеме, из подручных материалов, как можно дешевле. Современный выбор радиодеталей в интернет-магазинах и обычных торговых точках для любителей радио позволял осуществить всё задуманное. После покупки почти всех составляющих, возник закономерный вопрос: можно ли купить уже готовую схему или набор по сборке, где имеются все нужные узлы и элементы и насколько будет отличаться цена. Как оказалось, потратив некоторое время на поиски, можно заказать готовый набор по сборке, при этом затраты будут примерно в 2,5 раза меньше, чем при покупке отдельных деталей.
Однако, цель моего проекта была в том, чтобы доказать возможность сборки КТ с нуля при базовых знаниях электротехники. Изготовленная таким образом катушка Теслы будет отличаться от готовой (сделанной из набора) меньшей интенсивностью разрядов, но главное продемонстрировать, что у каждого может быть своя КТ и каждый может реализовать свои инженерные и изобретательские амбиции.
КТ была собрана не только по инструкции — иногда приходилось действовать методом логики и подбора, во многом такой план действий был реализован благодаря задержке в доставке комплектующих. В результате КТ была собрана и проверена за несколько недель. Все меры по предосторожности и электробезопасности изделия были соблюдены и катушка Теслы показала свою работоспособность.
Литература:
- Масаев Юрий Алексеевич, Масаев Владислав Юрьевич, Фролова Тамара Валерьевна Этапы знаменательных открытий физических явлений величайшими учеными XVIII-XIX В. В // Вестник КузГТУ. 2015. № 3 (109). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/etapy-znamenatelnyh-otkrytiy-fizicheskih-yavleniy-velichayshimi-uchenymi-xviii-xix-v-v (дата обращения: 29.07.2020).
- В. C. Проскуряков, С. В. Cоболев, Н. В. Хрулькова Электротехника: Трансформатор. — Екатеринбург: ГОУ ВПО " Уральский государственный технический университет — УПИ ", 2007.
- Пентоды // Основы электроакустики URL: http://audioakustika.ru/node/897 (дата обращения: 29.07.2020).
