Tesla bobini - Tesla coil

Bu makalenin kurşun bölümü yeterince değil özetlemek içeriğinin temel noktaları. Lütfen potansiyel müşteriyi şu şekilde genişletmeyi düşünün: erişilebilir bir genel bakış sağlayın makalenin tüm önemli yönlerinin. (Eylül 2020)

Tesla bobini

Tesla bobini Questacon Ulusal Bilim ve Teknoloji merkezidir. Canberra, Avustralya
Kullanımlar	Eğitim gösterilerinde uygulama, yenilik aydınlatma, müzik
Mucit	Nikola Tesla
İlgili öğeler	Transformatör, elektromanyetik alan, rezonans

Bir Tesla bobini bir elektrik rezonans trafo devresi mucit tarafından tasarlandı Nikola Tesla 1891'de.^[1][2] Yüksek üretmek için kullanılır.Voltaj, düşükakım, yüksek Sıklık alternatif akım elektrik.^{[3][4][5][6][7][8][9]} Tesla, birleştirilmiş iki veya bazen üçten oluşan bir dizi farklı konfigürasyonu denedi rezonans elektrik devreleri.

Tesla, bu devreleri elektrik alanında yenilikçi deneyler yapmak için kullandı. aydınlatma, fosforesans, X-ışını üretimi, yüksek frekans alternatif akım fenomen elektroterapi, ve elektrik enerjisinin telsiz iletimi. Tesla bobin devreleri ticari olarak kullanılmıştır. sparkgap radyo vericileri için telsiz telgraf 1920'lere kadar^{[1][10][11][12][13][14]} ve gibi tıbbi ekipmanlarda elektroterapi ve menekşe ışını cihazlar. Günümüzde ana kullanımları eğlence ve eğitim ekranları içindir, ancak küçük bobinler hala yüksek vakumlu sistemler için kaçak detektörleri olarak kullanılmaktadır.^[9][15][16]

Operasyon

Çalışırken ev yapımı Tesla bobini gösteriliyor fırça deşarjları toroidden. Yüksek Elektrik alanı yüksek voltaj terminali etrafındaki havanın iyonlaştırmak ve elektriğin renkli olarak havaya sızmasına izin vererek elektrik iletin korona deşarjları, fırça deşarjları ve flama yayları. Tesla bobinleri bilim müzelerinde ve halka açık etkinliklerde eğlence için ve filmlerde ve televizyonda özel efektler için kullanılır.

Bir Tesla bobini bir Radyo frekansı osilatör hava çekirdekli çift ayarlı rezonans transformatörü düşük akımlarda yüksek voltaj üretmek için.^{[10][17][18][19][20][21]} Tesla'nın orijinal devrelerinin yanı sıra çoğu modern bobin basit bir kıvılcım aralığı ayarlanmış transformatördeki salınımları uyarmak için. Daha sofistike tasarımlar kullanır transistör veya tristör^[17] anahtarlar veya vakum tüpü elektronik osilatörler rezonans transformatörünü sürmek için.

Tesla bobinleri 50'den fazla çıkış voltajı üretebilirkilovoltlar büyük bobinler için birkaç milyon volta kadar.^[17][19][21] Alternatif akım çıkışı düşük Radyo frekansı aralık, genellikle 50 kHz ile 1 MHz arasındadır.^[19][21] Bazı osilatör tahrikli bobinler sürekli bir alternatif akım çoğu Tesla bobininin darbeli bir çıkışı vardır;^[17] yüksek voltaj, radyo frekansı alternatif akımının hızlı bir dizi darbesinden oluşur.^[16]

Aşağıda gösterilen yaygın kıvılcım uyarımlı Tesla bobini devresi şu bileşenlerden oluşur:^[18][22]

• Yüksek voltaj kaynağı trafo (T), AC ana şebeke voltajını kıvılcım aralığını atlayacak kadar yüksek bir voltaja yükseltmek için. Tipik voltajlar 5 ile 30 kilovolt (kV) arasındadır.^[22]
• Bir kapasitör (C1) ile ayarlanmış bir devre oluşturan Birincil sargı L1 Tesla transformatörünün
• Bir kıvılcım aralığı (SG) birincil devrede bir anahtar görevi gören
• Tesla bobini (L1, L2), hava çekirdekli çift ayarlı rezonans transformatörü yüksek çıkış voltajını oluşturan.
• İsteğe bağlı olarak kapasitif bir elektrot (üst yük) (E) pürüzsüz bir metal küre şeklinde veya simit bobinin ikincil terminaline takılı. Geniş yüzey alanı, erken hava arızasını ve ark deşarjlarını bastırarak, Q faktörü ve çıkış voltajı.

Rezonans transformatörü

Unipolar Tesla bobin devresi. C2 gerçek bir kapasitör değildir, ancak parazitik kapasite ikincil sargıların L2artı toroid elektrotun topraklama kapasitansı E

Daha detaylı eşdeğer devre çeşitli başıboş kapasitansların katkılarını gösteren ikincil

Tesla bobin devresinde kullanılan özel transformatör, rezonans transformatörü, salınım trafosu veya radyo frekansı (RF) transformatörü, AC güç devrelerinde kullanılan sıradan bir transformatörden farklı şekilde çalışır.^[23][24][25] Sıradan bir transformatör, Aktar birincil sargıdan ikincil sargıya verimli enerji, rezonans transformatörü ayrıca geçici olarak saklamak elektrik enerjisi. Her sarımın bir kapasite karşısında ve bir LC devresi (rezonans devresi, ayarlanmış devre ), salınan elektrik enerjisini depolamak, benzer şekilde a akort çatalı titreşimsel mekanik enerjiyi depolar. birincil bobin (L1) nispeten az sayıda ağır bakır tel veya borudan oluşan, bir kapasitör (C1) içinden kıvılcım aralığı (SG).^[17][18] ikincil bobin (L2) Primerin içinde içi boş silindirik bir form üzerinde çok sayıda (yüzlerce ila binlerce) ince telden oluşur. İkincil, gerçek bir kondansatöre bağlı değildir, ancak aynı zamanda bir LC devresi olarak da işlev görür. (L2) başıboş kapasitans ile rezonansa girer (C2)başıboşluğun toplamı parazitik kapasite bobinin sargıları ve kapasitansı arasında toroidal yüksek voltaj terminaline bağlı metal elektrot. Birincil ve ikincil devreler, aynı frekansta rezonansa girecek şekilde ayarlanmıştır, aynı rezonans frekansı.^[15] Bu, enerji alışverişi yapmalarına izin verir, böylece salınan akım birincil ve ikincil bobinler arasında ileri geri değişir. Fizikte bu iki bağlı tank devresi aynı zamanda bağlantılı osilatörler olarak da bilinir.

Bobinin kendine özgü tasarımı, düşük dirençli enerji kayıpları elde etme ihtiyacıyla belirlenir (yüksek Q faktörü ) yüksek frekanslarda,^[19] bu en büyük ikincil gerilimlerle sonuçlanır:

• Sıradan güç transformatörlerinde bir Demir çekirdek bobinler arasındaki manyetik bağlantıyı artırmak için. Ancak yüksek frekanslarda bir demir çekirdek, girdap akımları ve histerezis bu nedenle Tesla bobininde kullanılmamaktadır.^[25]
• Sıradan transformatörler "sıkıca bağlanacak" şekilde tasarlanmıştır. Demir çekirdek ve sargıların yakınlığı nedeniyle yüksek karşılıklı indüktans (M), birleştirme katsayısı 0.95 - 1.0 birliğine yakındır, bu da birincil sargının neredeyse tüm manyetik alanının ikincilden geçtiği anlamına gelir.^[23][25] Tesla transformatörü ise "gevşek bir şekilde bağlanmıştır",^[17][25] birincil sargı çapı daha büyüktür ve sekonderden ayrıdır,^[18] dolayısıyla karşılıklı endüktans daha düşüktür ve birleştirme katsayısı sadece 0,05 ila 0,2'dir.^[26] Bu, birincil bobinin manyetik alanının yalnızca% 5 ila% 20'sinin açık devre olduğunda sekonderden geçtiği anlamına gelir.^[17][22] Gevşek bağlantı, birincil ve ikincil bobinler arasındaki enerji değişimini yavaşlatır, bu da salınan enerjinin, birincil devreye dönmeden ve kıvılcımda dağılmaya başlamadan önce ikincil devrede daha uzun süre kalmasını sağlar.
• Her sarım aynı zamanda tek bir tel tabakası ile sınırlıdır ve yakınlık etkisi kayıplar. Birincil çok yüksek akımlar taşır. Yüksek frekanslı akım çoğunlukla iletkenlerin yüzeyinde aktığı için cilt etkisi, genellikle direnci azaltmak için geniş bir yüzey alanına sahip bakır boru veya şeritten yapılır ve dönüşleri aralıklı olarak yerleştirilir, bu da yakınlık etkisi kayıplarını ve dönüşler arasındaki ark oluşumunu azaltır.^[27][28]

Modern bobinlerde yaygın olarak kullanılan tek kutuplu bobin tasarımı. Birincisi, alttaki düz kırmızı spiral sargı, ikincil ise ince kırmızı tel ile sarılmış dikey silindirik bobindir. Yüksek voltaj terminali alüminyumdur simit ikincil bobinin üstünde

20. yüzyılın başlarında kullanılan bipolar bobin. Aralarında kıvılcım aralığı bulunan, her biri sekonderin bir ucuna bağlanan iki yüksek voltaj çıkış terminali vardır. Birincil, bobinler arasındaki yayları engellemek için sekonderin orta noktasında bulunan 12 tur ağır teldir.

Çıkış devresinin iki biçimi olabilir:

• Tek kutuplu: İkincil sargının bir ucu tek bir yüksek gerilim terminaline bağlanır, diğer ucu topraklı. Bu tip, eğlence için tasarlanmış modern bobinlerde kullanılır. Birincil sargı, sargılar arasındaki yayları en aza indirmek için sekonderin düşük potansiyel ucu olan tabana yakın yerleştirilir. Toprak (Toprak), yüksek voltaj için dönüş yolu olarak hizmet ettiğinden, terminalden gelen flama yayları, yakındaki herhangi bir topraklanmış nesneye atlama eğilimindedir.
• Bipolar: İkincil sargının hiçbir ucu topraklanmaz ve her ikisi de yüksek voltaj terminallerine çıkarılır. Birincil sargı, ark oluşumunu engellemek için iki yüksek potansiyelli terminal arasında eşit uzaklıkta ikincil bobinin merkezinde bulunur.

Operasyon döngüsü

Devre, besleme trafosunun bulunduğu hızlı ve tekrar eden bir döngüde çalışır. (T) birincil kapasitörü şarj eder (C1) Yukarı, daha sonra kıvılcım boşluğundan bir kıvılcımla boşalır ve ikincil devrede yüksek bir salınım voltajını uyaran birincil devrede kısa bir salınım akımı darbesi oluşturur:^{[20][22][25][29]}

1. Besleme trafosundan akım (T) kondansatörü şarj eder (C1) yüksek bir voltaja.
2. Kondansatör üzerindeki voltaj, arıza gerilimi kıvılcım boşluğunun (SG) bir kıvılcım başlar ve kıvılcım aralığı direncini çok düşük bir değere düşürür. Bu, birincil devreyi tamamlar ve kapasitörden gelen akım, birincil bobinden geçer. (L1). Akım, bobin boyunca kapasitörün plakaları arasında hızla ileri geri akar ve devrenin ana devrelerinde radyo frekansı salınım akımı üretir. rezonans frekansı.
3. Salınan manyetik alan Birincil sargının, sekonder sargıda salınımlı bir akımı indükler (L2), tarafından Faraday'ın indüksiyon yasası. Bir dizi döngü boyunca, birincil devredeki enerji sekonder devrelere aktarılır. Ayarlanmış devrelerdeki toplam enerji, orijinal olarak kapasitörde depolanan enerji ile sınırlıdır. C1sekonderdeki salınım gerilimi genlikte arttıkça ("zil yukarı"), birincil titreşimler sıfıra düşer ("çember aşağı"). İkincil bobinin uçları açık olmasına rağmen, kapasitans nedeniyle ayarlı devre görevi de görür. (C2)toplamı parazitik kapasite bobinin dönüşleri artı toroid elektrotun kapasitansı arasında E. Akım, uçları arasındaki ikincil bobinden hızla ileri geri akar. Küçük kapasitans nedeniyle, çıkış terminalinde görünen sekonder bobin boyunca salınan voltaj, birincil voltajdan çok daha büyüktür.
4. İkincil akım, birincil bobinde gerilimi geri indükleyen bir manyetik alan yaratır ve bir dizi ek döngü boyunca enerji, birime geri aktarılır. Bu süreç, enerji birincil ve ikincil ayarlanmış devreler arasında hızla ileri geri hareket ederek tekrar eder. Birincil ve ikincil akımlardaki salınım akımları, kıvılcım aralığındaki ısı ve bobinin direnci olarak yayılan enerji nedeniyle kademeli olarak söner ("halka aşağı").
5. Kıvılcım aralığından geçen akım, boşluktaki havayı iyonize tutmak için artık yeterli olmadığında, kıvılcım durur ("söner") ve birincil devrede akımı sonlandırır. İkincildeki salınım akımı bir süre daha devam edebilir.
6. Besleme trafosundan gelen akım kondansatörü şarj etmeye başlar C1 tekrar ve döngü tekrar eder.

Tüm bu döngü çok hızlı gerçekleşir, salınımlar bir milisaniye mertebesinde yok olur. Kıvılcım aralığı boyunca her kıvılcım, bobinin çıkış terminalinde bir sönümlü sinüzoidal yüksek voltaj darbesi üretir. Her darbe, bir sonraki kıvılcım oluşmadan önce söner, bu nedenle bobin bir dizi oluşturur sönümlü dalgalar sürekli bir sinüzoidal voltaj değil.^[20] Kondansatörü şarj eden besleme transformatöründen gelen yüksek voltaj 50 veya 60 Hz'dir. sinüs dalgası. Kıvılcım aralığının nasıl ayarlandığına bağlı olarak, ana akımın her yarım döngüsünün zirvesinde genellikle bir veya iki kıvılcım oluşur, bu nedenle saniyede yüzden fazla kıvılcım vardır. Böylece, kıvılcım aralığındaki kıvılcım, bobinin tepesinden gelen yüksek voltajlı flamalar gibi sürekli görünür.

Besleme trafosu (T) ikincil sargı, birincil ayarlı devreye bağlanır. Transformatör, salınımları sönümleyen RF akımı için bir sızıntı yolu gibi görünebilir. Ancak büyük indüktans ona çok yüksek verir iç direnç rezonans frekansında, salınan akıma açık devre görevi görür. Besleme trafosu yetersizse kaçak endüktans, Radyo frekansı boğulma RF akımını engellemek için ikincil uçlarına yerleştirilir.

Salınım frekansı

En büyük çıkış voltajını üretmek için, birincil ve ikincil ayarlanmış devreler şu şekilde ayarlanır: rezonans birbirleriyle.^[19][20][23] rezonans frekansları birincil ve ikincil devrelerin, ${displaystyle scriptstyle f_ {1}}$ ve ${displaystyle scriptstyle f_ {2}}$tarafından belirlenir indüktans ve kapasite her devrede:^[19][20][23]

${displaystyle f_ {1} = {1 over {2pi {sqrt {L_ {1} C_ {1}}}}} qquad qquad f_ {2} = {1 over {2pi {sqrt {L_ {2} C_ {2} }}}},}$

Genel olarak ikincil ayarlanamaz, bu nedenle birincil devre genellikle birincil bobin L üzerindeki hareketli bir musluk ile ayarlanır.₁ikincil ile aynı frekansta rezonansa girene kadar:

${displaystyle f = {1 over {2pi {sqrt {L_ {1} C_ {1}}}}} = {1 over {2pi {sqrt {L_ {2} C_ {2}}}}},}$

Dolayısıyla, birincil ve ikincil arasındaki rezonans koşulu şudur:

${displaystyle L_ {1} C_ {1} = L_ {2} C_ {2},}$

Tesla bobinlerinin rezonans frekansı düşük Radyo frekansı (RF) aralığı, genellikle 50 kHz ile 1 MHz arasındadır. Ancak kıvılcımın dürtüsel doğası nedeniyle geniş bant üretirler. radyo gürültüsü ve ekranlama olmadan önemli bir kaynak olabilir RFI yakındaki radyo ve televizyon alımına müdahale ediyor.

Çıkış gerilimi

Milyonlarca voltluk bir potansiyeli gösteren 3,5 metrelik (10 fit) streamer yayı üreten büyük bobin

Bir rezonans transformatöründe, yüksek voltaj rezonans tarafından üretilir; çıkış voltajı, sıradan bir transformatörde olduğu gibi dönüş oranı ile orantılı değildir.^[25][30] Yaklaşık olarak hesaplanabilir enerjinin korunumu. Döngünün başında, kıvılcım başladığında, birincil devredeki tüm enerji ${displaystyle W_ {1}}$ birincil kapasitörde saklanır ${displaystyle C_ {1}}$. Eğer ${displaystyle V_ {1}}$ kıvılcım aralığının kırıldığı ve genellikle besleme trafosunun tepe çıkış gerilimine yakın olan gerilimdir. T, bu enerji

${displaystyle W_ {1} = {1 bölü 2} C_ {1} V_ {1} ^ {2},}$

"Çalma" sırasında bu enerji ikincil devreye aktarılır. Bazıları kıvılcım ve diğer dirençlerde ısı olarak kaybolsa da, modern bobinlerde enerjinin% 85'inden fazlası ikincilde biter.^[20] Dorukta (${displaystyle V_ {2}}$) sekonder sinüzoidal voltaj dalga formunun, sekonderdeki tüm enerji ${displaystyle W_ {2}}$ kapasitansta saklanır ${displaystyle C_ {2}}$ ikincil bobinin uçları arasında

${displaystyle W_ {2} = {1 bölü 2} C_ {2} V_ {2} ^ {2},}$

Enerji kaybı olmadığını varsayarak, ${displaystyle W_ {2}; =; W_ {1}}$. Bu denklemin yerine geçerek ve basitleştirerek, tepe sekonder voltajı^[19][20][25]

Yukarıdaki ikinci formül, rezonans koşulu kullanılarak birinciden türetilmiştir. ${displaystyle L_ {1} C_ {1}; =; L_ {2} C_ {2}}$.^[25] İkincil bobinin kapasitansı, birincil kapasitör ile karşılaştırıldığında çok küçük olduğundan, birincil voltaj yüksek bir değere çıkarılır.^[20]

Yukarıdaki tepe voltajı yalnızca hava deşarjlarının gerçekleşmediği bobinlerde elde edilir; eğlence bobinleri gibi kıvılcım üreten bobinlerde, terminaldeki tepe voltajı, havanın aktığı voltajla sınırlıdır. yıkar ve iletken hale gelir.^[20][25][27] Her voltaj darbesi sırasında çıkış voltajı arttıkça, yüksek voltaj terminalinin yanındaki havanın bulunduğu noktaya ulaşır. iyonlaşır ve korona, fırça deşarjları ve flama yayları, terminalden ayrılın. Bu ne zaman olur Elektrik alanı gücü aşıyor dielektrik gücü hava, santimetre başına yaklaşık 30 kV. Elektrik alan keskin nokta ve kenarlarda en büyük olduğu için yüksek gerilim terminalinde bu noktalarda hava deşarjları başlar. Yüksek voltaj terminalindeki voltaj, hava kırılma voltajının üzerine çıkamaz, çünkü sekonder sargıdan terminale pompalanan ek elektrik yükü havaya kaçar. Açık hava Tesla bobinlerinin çıkış voltajı, hava arızası ile birkaç milyon volt ile sınırlıdır,^[15] ancak basınçlı tanklara batırılmış bobinler ile daha yüksek voltajlar elde edilebilir. yalıtım yağı.

Üstten yük veya "toroid" elektrot

Toroide bağlı sivri telli katı hal DRSSTC Tesla bobini üretmek için fırça akıntısı

Tesla bobini tasarımlarının çoğu pürüzsüz küresel veya toroidal yüksek voltaj terminalinde şekilli metal elektrot. Elektrot, tek bir plaka görevi görür. kapasitör Dünya ile diğer levha olarak, ayarlanmış devre ikincil sargı ile. "Toroid", tepe voltajını düşürme eğiliminde olan ikincil kapasitansı artırsa da, ana etkisi, geniş çaplı kavisli yüzeyinin, potansiyel gradyan (Elektrik alanı ) yüksek voltaj terminalinde; benzer şekilde çalışır korona yüzük korona ve fırça deşarjları gibi hava deşarjlarının meydana geldiği voltaj eşiğini artırmak.^[31] Erken hava bozulmasını ve enerji kaybını bastırmak, voltajın dalga formunun zirvelerinde daha yüksek değerlere yükselmesine ve sonunda hava deşarjı gerçekleştiğinde daha uzun, daha muhteşem akışlar oluşturmasına izin verir.^[25]

Üst elektrot yeterince büyük ve pürüzsüzse, yüzeyindeki elektrik alanı en yüksek voltajda bile havanın bozulmasına neden olacak kadar asla yükselmeyebilir ve hava deşarjları meydana gelmez. Bazı eğlence bobinleri, deşarjları başlatmak için simitten çıkıntı yapan keskin bir "kıvılcım noktasına" sahiptir.^[31]

Türler

"Tesla bobini" terimi, bir dizi yüksek gerilim rezonans transformatör devresine uygulanır.

Uyarma

Tek kartlı yapıya sahip modern bir katı hal Tesla bobininin içi

Sekonderin toprak ucunun geri besleme akımı fazını transistör osilatörüne sağladığı basit bir tek rezonant katı hal Tesla bobini devresi

Bu blok diyagram, Tesla bobini akım rezonans tipi sürüş devresinin prensibini açıklar.

Tesla bobin devreleri, kullandıkları "uyarma" türüne, rezonans transformatörünün birincil sargısına akım uygulamak için hangi devre türünün kullanıldığına göre sınıflandırılabilir:^[15][32][33]

• Kıvılcım heyecanlı veya Spark Gap Tesla Bobini (SGTC): Bu tür bir kıvılcım aralığı birincil devreyi kapatmak için, rezonans transformatöründe heyecan verici salınımlar. Kıvılcım boşluklarının, üstesinden gelmeleri gereken yüksek birincil akımlar nedeniyle dezavantajları vardır. Çalışırken çok yüksek ses çıkarırlar, zararlı ozon gaz ve genellikle bir soğutma sistemi gerektiren yüksek sıcaklıklar. Kıvılcımda yayılan enerji aynı zamanda Q faktörü ve çıkış voltajı. Tesla'nın bobinlerinin hepsi kıvılcım heyecanlıydı.
  • Statik kıvılcım aralığı: Bu, önceki bölümde ayrıntılı olarak açıklanan en yaygın türdür. Çoğu eğlence bobinlerinde kullanılır. Yüksek voltajlı bir besleme transformatöründen gelen bir AC voltajı, kıvılcım aralığından boşalan bir kondansatörü şarj eder. Kıvılcım hızı ayarlanamaz ancak 50 veya 60 Hz hat frekansı tarafından belirlenir. Her yarım döngüde birden fazla kıvılcım oluşabilir, bu nedenle çıkış voltajı darbeleri eşit aralıklarla yerleştirilmeyebilir.
  • Statik tetiklenen kıvılcım aralığı: Ticari ve endüstriyel devreler, kondansatörü şarj etmek için genellikle bir güç kaynağından bir DC voltajı uygular ve kıvılcımı tetiklemek için bir tetikleme elektroduna uygulanan bir osilatör tarafından üretilen yüksek voltaj darbelerini kullanır.^[17] Bu, kıvılcım oranının ve heyecan verici voltajın kontrolüne izin verir. Ticari kıvılcım boşlukları genellikle aşağıdaki gibi yalıtıcı bir gaz atmosferine kapatılır. sülfür hekzaflorid, uzunluğu ve dolayısıyla kıvılcımdaki enerji kaybını azaltır.
  • Döner kıvılcım aralığı: Bunlar, sabit bir elektrotun yanından geçerken kıvılcım oluşturan bir motor tarafından yüksek hızda döndürülen bir çarkın çevresi etrafındaki elektrotlardan oluşan bir kıvılcım aralığı kullanır. Tesla bu türü büyük bobinlerinde kullandı ve bugün büyük eğlence bobinlerinde kullanılıyor. Elektrotların hızlı ayrılma hızı kıvılcımı hızla söndürerek "birinci çentik" söndürmeye izin vererek daha yüksek voltajları mümkün kılar. Tekerlek genellikle bir senkronize motor, bu nedenle kıvılcımlar AC hat frekansı ile senkronize edilir, kıvılcım her döngüde AC dalga formunda aynı noktada meydana gelir, böylece birincil darbeler tekrarlanabilir.
• Anahtarlı veya Katı Hal Tesla Bobini (SSTC): Bunlar kullanır güç yarı iletken cihazları, genelde tristörler veya transistörler gibi MOSFET'ler veya IGBT'ler,^[17] katı hal tarafından tetiklenen osilatör Bir DC güç kaynağından gelen voltaj darbelerini birincil sargı yoluyla değiştirmek için devre. Kıvılcım boşluğunun dezavantajları olmadan darbeli uyarım sağlarlar: yüksek gürültü, yüksek sıcaklıklar ve düşük verimlilik. Gerilim, frekans ve uyarma dalga biçimi hassas bir şekilde kontrol edilebilir. SSTC'ler çoğu ticari, endüstriyel ve araştırma uygulamasında kullanılır^[17] yanı sıra daha yüksek kaliteli eğlence bobinleri.
  • Tek rezonant katı hal Tesla bobini (SRSSTC): Bu devrede, birincil bir rezonans kapasitörüne sahip değildir ve bu nedenle ayarlanmış bir devre değildir; sadece ikincildir. Anahtarlama transistörlerinden primere akım darbeleri, ikincil ayarlanmış devrede rezonansı uyarır. Tek ayarlı SSTC'ler daha basittir, ancak genellikle rezonans devresinin daha düşük Q faktörü ve belirli bir giriş gücünden DRSSTC kadar yüksek voltaj üretemez.
  • Çift Rezonans Katı Hal Tesla Bobini (DRSSTC): Devre, çift ayarlı kıvılcım uyarımlı devreye benzer, ancak AC yüksek voltaj transformatörü yerine bir DC güç kaynağı kondansatörü yükler ve kıvılcım boşluklu yarı iletken anahtarları kondansatör ile birincil bobin arasındaki devreyi tamamlar.
  • Şarkı söyleyen Tesla bobini veya müzikal Tesla bobini: Basit müzik tonlarını üreten yüksek voltaj deşarjlarıyla bir müzik aleti gibi çalınabilen Tesla bobini. Primer elektriğe uygulanan tahrik voltajı darbeleri, bir katı hal "kesici" devresi tarafından bir ses oranında modüle edilir ve yüksek voltaj terminalinden ark boşalmasının sesler yaymasına neden olur. Şimdiye kadar yalnızca tonlar ve basit akorlar üretildi; bobin bir hoparlör, karmaşık müzik veya ses seslerinin yeniden oluşturulması. Ses çıkışı bir klavye veya MIDI dosyası devreye bir MİDİ arayüz. İki modülasyon teknikler kullanılmıştır: AM (genlik modülasyonu heyecan verici voltajın) ve PFM (darbe frekansı modülasyonu ). Bunlar çoğunlukla eğlence amaçlı yenilikler olarak inşa edilmiştir.
• Devam eden dalga: Bunlarda trafo bir geri besleme osilatörü, RF akımının her döngüsünde birincil sargısına bir akım darbesi uygulayarak sürekli bir salınımı uyarır. Birincil ayarlı devre, tank devresi osilatörün ve devre benzer Radyo vericisi. Darbeli bir çıktı üreten önceki devrelerin aksine, sürekli bir sinüs dalgası çıktı. Güç vakum tüpleri daha sağlam ve aşırı yüklenmelere toleranslı olduklarından, genellikle transistörler yerine aktif cihazlar olarak kullanılırlar. Genel olarak, sürekli uyarma, belirli bir giriş gücünden darbeli uyarmadan daha düşük çıkış voltajları üretir.

Bobin sayısı

Tesla devreleri ayrıca kaç tane ile sınıflandırılabilir bobinler (indüktörler ) içerdikleri:^[34][35]

• İki bobin veya çift ​​rezonans devreler: Hemen hemen tüm mevcut Tesla bobinleri iki bobin kullanır rezonans transformatörü, 1891'de Tesla tarafından icat edilen, akım darbelerinin uygulandığı birincil bir sargı ve yüksek voltajı üreten ikincil bir sargıdan oluşur. "Tesla bobini" terimi normalde bu devreleri ifade eder.
• Üç bobin, üçlü rezonansveya büyüteç devreler: Bunlar, Tesla'nın 1898'den bir süre önce denemeye başladığı ve Colorado Springs laboratuarında 1899-1900'de kurduğu ve 1902'de patenti aldığı "büyütme vericisi" devresine dayanan üç bobinli devrelerdir.^[36][37][38] Tesla transformatörüne benzer iki bobinli bir hava çekirdekli yükseltici transformatörden oluşurlar, sekonder diğerlerine manyetik olarak bağlanmamış üçüncü bir bobine bağlanır, seri beslemeli "ekstra" veya "rezonatör" bobin adı verilir. ve kendi kapasitansı ile rezonansa girer. Üç enerji depolamanın varlığı tank devreleri bu devreye daha karmaşık rezonans davranışı verir ^[39]. Araştırma konusudur, ancak birkaç pratik uygulamada kullanılmıştır.

Tarih

Henry Rowland's 1889 kıvılcım heyecanlı rezonans trafosu,^[40] Tesla bobininin öncülü.^[41]

Tesla'nın Tesla transformatörünü 1891 civarında geliştirmesindeki adımlar. (1) Düşük frekanslarda kullanılan kapalı çekirdekli transformatörler, (2-7) daha düşük kayıplar için sargıların yeniden düzenlenmesi, (8) çıkarılmış demir çekirdek, (9) kısmi çekirdek, (10– 11) son konik Tesla transformatörü, (12–13) Tesla bobin devreleri^[42][43][44] ve Elihu Thomson^[41][45][46]

Tesla'dan önce elektriksel salınım ve rezonant hava çekirdekli transformatör devreleri araştırılmıştı.^[47][46] Rezonans devreleri kullanma Leyden kavanozları tarafından icat edildi 1826'da Felix Savary, Joseph Henry, William Thomson, ve Oliver Lodge.^[48] ve Henry Rowland 1889'da bir rezonans transformatörü yaptı.^[41] Elihu Thomson Tesla bobin devresini Tesla ile aynı anda bağımsız olarak icat etti.^{[49][50][51][40]} Tesla, 25 Nisan 1891'de Tesla bobin devresinin patentini aldı.^[52][2] ve ilk olarak bunu 20 Mayıs 1891 konferansında kamuoyuna gösterdi "Çok Yüksek Frekanslı Alternatif Akımlarla Deneyler ve Yapay Aydınlatma Yöntemlerine Uygulamaları" önce Amerikan Elektrik Mühendisleri Enstitüsü -de Columbia Koleji, New York.^[53][54][44] Tesla bu dönemde birçok benzer devrenin patentini almış olsa da, bu, Tesla bobininin tüm unsurlarını içeren ilk devredir: yüksek voltajlı birincil transformatör, kapasitör, kıvılcım aralığı ve hava çekirdekli "osilasyon transformatörü".

Modern zaman Tesla bobinleri

Bu makale için ek alıntılara ihtiyaç var doğrulama. Lütfen yardım et bu makaleyi geliştir tarafından güvenilir kaynaklara alıntılar eklemek. Kaynaksız materyale itiraz edilebilir ve kaldırılabilir. Kaynakları bulun: "Tesla bobini"  – Haberler  · gazeteler  · kitabın  · akademisyen  · JSTOR (Ağustos 2015) (Bu şablon mesajını nasıl ve ne zaman kaldıracağınızı öğrenin)

Elektrik boşalması gösteren Şimşek -sevmek plazma 'Tesla bobininden' filamentler

Tesla bobini (deşarj)

Teraryumda Tesla bobini (I)

Modern yüksek voltaj meraklıları genellikle Tesla'nın "sonraki" 2 bobinli hava çekirdekli tasarımlarına benzer Tesla bobinleri üretir. Bunlar tipik olarak bir birincil tank devresi, bir dizi LC (indüktans -kapasite ) yüksek voltajdan oluşan devre kapasitör, kıvılcım aralığı ve birincil bobin ve ikincil LC devresi, aşağıdakilerden oluşan bir seri rezonans devresi ikincil bobin artı bir terminal kapasitansı veya "üst yük". Tesla'nın daha gelişmiş (büyüteçli) tasarımında üçüncü bir bobin eklenmiştir. İkincil LC devresi, ayrı bir üçüncü sarmal sarmal rezonatörün tabanını tahrik eden sıkıca bağlanmış bir hava çekirdekli transformatör ikincil bobinden oluşur. Modern 2 bobinli sistemler tek bir ikincil bobin kullanır. İkincilin tepesi daha sonra bir üst yük terminaline bağlanır ve bu da bir 'plakasını' oluşturur. kapasitör, diğer 'levha' topraktır (veya "zemin "). Birincil LC devresi, yankılanır ikincil LC devresi ile aynı frekansta. Birincil ve ikincil bobinler manyetik olarak birleştirilerek çift ayarlı bir rezonant hava çekirdekli transformatör oluşturur. Daha önceki yağ yalıtımlı Tesla bobinleri, havada boşalmayı önlemek için yüksek voltaj terminallerinde büyük ve uzun izolatörlere ihtiyaç duyuyordu. Daha sonra Tesla bobinleri, ilk etapta yüksek elektrik gerilimlerini önlemek için elektrik alanlarını daha geniş mesafelere yayarak serbest havada çalışmaya izin verir. Çoğu modern Tesla bobinleri ayrıca toroid şekilli çıkış terminalleri kullanır. Bunlar genellikle bükülmüş metal veya esnek alüminyum kanallar. Toroidal şekil, kıvılcımları birincil ve ikincil sargılardan uzağa ve dışa doğru yönlendirerek sekonderin tepesine yakın yüksek elektrik alanını kontrol etmeye yardımcı olur.

Tesla tarafından "büyüteç" olarak adlandırılan bir Tesla bobininin daha karmaşık bir versiyonu, daha sıkı bağlanmış bir hava çekirdekli rezonans "sürücü" transformatörü (veya "ana osilatör") ve daha küçük, uzaktan yerleştirilmiş bir çıkış bobini ("ekstra bobin "veya basitçe rezonatör ) nispeten küçük bir bobin formunda çok sayıda dönüşe sahip. Sürücünün ikincil sargısının alt kısmı toprağa bağlanır. Karşı uç, bazen iletim hattı olarak adlandırılan yalıtılmış bir iletken vasıtasıyla ekstra bobinin alt kısmına bağlanır. İletim hattı nispeten yüksek RF voltajlarında çalıştığından, tipik olarak korona kayıplarını azaltmak için 1 "çapında metal borudan yapılmıştır. Üçüncü bobin sürücüden biraz uzakta bulunduğundan, ona manyetik olarak bağlanmamıştır. RF enerjisi bunun yerine sürücünün çıkışından üçüncü bobinin altına doğrudan bağlanarak çok yüksek voltajlara "çınlamasına" neden olur.İki bobinli sürücü ve üçüncü bobin rezonatör kombinasyonu, sisteme başka bir serbestlik derecesi ekler, ayarlamayı 2-bobinli bir sisteminkinden önemli ölçüde daha karmaşık hale getirme Çoklu rezonans ağları için (Tesla büyütecinin bir alt kümesidir) geçici tepkisi daha yeni çözüldü.^[55] Artık çeşitli yararlı ayarlama "modlarının" mevcut olduğu ve çoğu çalışma modunda ekstra bobinin ana osilatörden farklı bir frekansta çalacağı bilinmektedir.^[56]

Birincil anahtarlama

Medya oynatın

Nevada Yıldırım Laboratuvarı 1:12 ölçekli prototip ikiz Tesla Bobininin gösterimi Maker Faire 2008

Modern transistör veya vakum tüpü Tesla bobinleri birincil kıvılcım aralığı kullanmaz. Bunun yerine, transistör (ler) veya vakum tüpü (tüpleri), birincil devre için RF gücü üretmek için gerekli olan anahtarlama veya yükseltme işlevini sağlar. Katı hal Tesla bobinleri, tipik olarak 155 ile 800 volt arasında en düşük birincil çalışma voltajını kullanır ve birincil sargıyı tek bir yarım köprü veya tam köprü düzenlenmesi bipolar transistörler, MOSFET'ler veya IGBT'ler birincil akımı değiştirmek için. Vakumlu tüp bobinleri tipik olarak 1500 ila 6000 volt arasındaki plaka voltajlarıyla çalışırken, çoğu kıvılcım aralığı bobini 6,000 ila 25,000 voltluk birincil voltajlarla çalışır. Geleneksel bir transistör Tesla bobininin birincil sargısı, ikincil bobinin yalnızca alt kısmının etrafına sarılır. Bu konfigürasyon sekonderin pompalanan bir rezonatör olarak çalışmasını gösterir. Birincil, ikincil voltajın en alt kısmına alternatif voltajı 'indükler' ve düzenli 'itmeler' sağlar (bir oyun alanı salınımına doğru zamanlanmış itmeler sağlamaya benzer). Ek enerji, her "itme" ve ikincil çıkış voltajı ("halka-yukarı" olarak adlandırılır) sırasında birincilden ikincil endüktansa ve üst yük kapasitansına aktarılır. Bir elektronik geri bildirim devre genellikle birincil devreyi uyarlamalı olarak senkronize etmek için kullanılır. osilatör sekonderdeki artan rezonans için ve bu, makul bir üst yükün ilk seçiminin ötesindeki tek ayar düşüncesi.

İkili rezonant katı hal Tesla bobininde (DRSSTC), katı hal Tesla bobininin elektronik anahtarlaması, kıvılcım boşluklu Tesla bobininin rezonant birincil devresi ile birleştirilir. Rezonant birincil devre, bir kapasitörün bobinin birincil sargısına seri bağlanmasıyla oluşturulur, böylece kombinasyon bir dizi oluşturur tank devresi ikincil devrenin yakınında bir rezonans frekansı ile. Ek rezonans devresi nedeniyle, bir manuel ve bir uyarlamalı ayar ayarı gereklidir. Ayrıca, bir kesen genellikle azaltmak için kullanılır görev döngüsü tepe güç yeteneklerini geliştirmek için anahtarlama köprüsünün; benzer şekilde, IGBT'ler bu uygulamada, bipolar transistörler veya MOSFET'ler, üstün güç kullanım özellikleri nedeniyle. Akım sınırlayıcı bir devre genellikle maksimum birincil tank akımını (IGBT'ler tarafından değiştirilmelidir) güvenli bir seviyeye sınırlamak için kullanılır. Bir DRSSTC'nin performansı, orta güçlü bir kıvılcım aralığı Tesla bobini ile karşılaştırılabilir ve verimlilik (kıvılcım uzunluğuna karşı giriş gücüyle ölçüldüğü üzere), aynı giriş gücünde çalışan bir kıvılcım aralığı Tesla bobininden önemli ölçüde daha büyük olabilir.

Tasarımın pratik yönleri

Bu bölüm içerir talimatlar, tavsiyeler veya nasıl yapılır içeriği. Wikipedia'nın amacı eğitmek değil gerçekleri sunmaktır. Lütfen yardım et bu makaleyi geliştir ya nasıl yapılır içeriğini yeniden yazarak ya da hareketli ona Vikiversite, Vikikitap veya Wikivoyage. (Haziran 2018)

Yüksek gerilim üretimi

Tesla bobini şemalar

Tipik devre konfigürasyonu. Burada kıvılcım aralığı, alternatif akım tarafından sağlanan birinci transformatör boyunca yüksek frekansı kısaltır. Gösterilmeyen bir endüktans, transformatörü korur. Bu tasarım, nispeten kırılgan bir neon tabela transformatörü kullanıldığında tercih edilir

Alternatif devre konfigürasyonu. İlk transformatöre paralel kondansatör ve Tesla bobini primerine seri kıvılcım aralığı ile, AC besleme transformatörü yüksek frekanslarda yüksek voltajlara dayanabilmelidir.

Daha modern tasarıma sahip büyük bir Tesla bobini, çoğu kez çok yüksek güç seviyelerinde, birçok megawatt'a kadar (milyonlarca watt, yüz binlerce beygir gücü ). Bu nedenle, yalnızca verimlilik ve ekonomi için değil, aynı zamanda güvenlik için de dikkatlice ayarlanır ve çalıştırılır. Yanlış ayarlama nedeniyle, maksimum voltaj noktası, ikincil bobin boyunca terminalin altında, bir deşarj meydana gelirse (kıvılcım ) kopabilir ve bobin teline, desteklere veya yakındaki nesnelere zarar verebilir veya tahrip edebilir.

Tesla, bunları ve diğer birçok devre konfigürasyonunu denedi (sağa bakın). Tesla bobini birincil sargısı, kıvılcım aralığı ve tank kondansatörü seri olarak bağlanmıştır. Her devrede, AC besleme transformatörü, voltajı kıvılcım aralığını kırmak için yeterli olana kadar tank kapasitörünü şarj eder. Boşluk aniden ateşlenir ve yüklü tank kapasitörünün birincil sargıya deşarj olmasına izin verir. Boşluk ateşlendiğinde, her iki devrenin elektriksel davranışı aynıdır. Deneyler, hiçbir devrenin diğerine göre belirgin bir performans avantajı sunmadığını göstermiştir.

Bununla birlikte, tipik devrede, kıvılcım aralığının kısa devre hareketi, yüksek frekanslı salınımların besleme transformatörüne 'yedeklenmesini' önler. Alternatif devrede, kapasitör boyunca görünen yüksek genlikli yüksek frekanslı salınımlar, besleme transformatörünün sargısına da uygulanır. Bu indükleyebilir korona deşarjları transformatörün yalıtımını zayıflatan ve sonunda yok eden dönüşler arasında. Deneyimli Tesla bobin üreticileri, neredeyse yalnızca üst devreyi kullanır ve besleme trafosunun korunmasına yardımcı olmak için besleme trafosu ve kıvılcım aralığı arasındaki düşük geçiş filtreleri (direnç ve kapasitör (RC) ağları) ile onu artırır. Bu, özellikle kırılgan yüksek gerilim sargılarına sahip transformatörler kullanılırken önemlidir. neon burcu transformatörler (NST'ler). Hangi konfigürasyonun kullanıldığına bakılmaksızın, HV transformatörü, ikincil akımını dahili olarak kendi kendini sınırlayan bir tipte olmalıdır. kaçak endüktans. A normal (low leakage inductance) high-voltage transformer must use an external limiter (sometimes called a ballast) to limit current. NSTs are designed to have high leakage inductance to limit their short circuit current to a safe level.

Ayarlama

The primary coil's resonant frequency is tuned to that of the secondary, by using low-power oscillations, then increasing the power (and retuning if necessary) until the system operates properly at maximum power. While tuning, a small projection (called a "breakout bump") is often added to the top terminal in order to stimulate corona and spark discharges (sometimes called streamers) into the surrounding air. Tuning can then be adjusted so as to achieve the longest streamers at a given power level, corresponding to a frequency match between the primary and secondary coil. Capacitive "loading" by the streamers tends to lower the resonant frequency of a Tesla coil operating under full power. A toroidal topload is often preferred to other shapes, such as a sphere. A toroid with a major diameter that is much larger than the secondary diameter provides improved shaping of the electrical field at the topload. This provides better protection of the secondary winding (from damaging streamer strikes) than a sphere of similar diameter. And, a toroid permits fairly independent control of topload capacitance versus spark breakout voltage. A toroid's capacitance is mainly a function of its major diameter, while the spark breakout voltage is mainly a function of its minor diameter. A grid dip oscillator (GDO) is sometimes used to help facilitate initial tuning and aid in design. The resonant frequency of the secondary can be difficult to determine except by using a GDO or other experimental method, whereas the physical properties of the primary more closely represent lumped approximations of RF tank design. In this schema the secondary is built somewhat arbitrarily in imitation of other successful designs, or entirely so with supplies on hand, its resonant frequency is measured and the primary designed to suit.

Air discharges

A small, later-type Tesla coil in operation: The output is giving 43-centimetre (17 in) sparks. The diameter of the secondary is 8 cm (3.1 in). Güç kaynağı bir 10 000 V, 60 Hz current-limited arz

In coils that produce air discharges, such as those built for entertainment, electrical energy from the secondary and toroid is transferred to the surrounding air as electrical charge, heat, light, and sound. The process is similar to charging or discharging a kapasitör, except that a Tesla coil uses AC instead of DC. The current that arises from shifting charges within a capacitor is called a displacement current. Tesla coil discharges are formed as a result of displacement currents as pulses of electrical charge are rapidly transferred between the high-voltage toroid and nearby regions within the air (called uzay yükü bölgeler). Although the space charge regions around the toroid are invisible, they play a profound role in the appearance and location of Tesla coil discharges.

When the spark gap fires, the charged capacitor discharges into the primary winding, causing the primary circuit to oscillate. The oscillating primary current creates an oscillating magnetic field that couples to the secondary winding, transferring energy into the secondary side of the transformer and causing it to oscillate with the toroid capacitance to ground. Energy transfer occurs over a number of cycles, until most of the energy that was originally in the primary side is transferred to the secondary side. The greater the magnetic coupling between windings, the shorter the time required to complete the energy transfer. As energy builds within the oscillating secondary circuit, the amplitude of the toroid's RF voltage rapidly increases, and the air surrounding the toroid begins to undergo Yalıtkan madde arızası, forming a corona discharge.

As the secondary coil's energy (and output voltage) continue to increase, larger pulses of displacement current further ionize and heat the air at the point of initial breakdown. This forms a very electrically conductive "root" of hotter plazma, deniliyor Önder, that projects outward from the toroid. The plasma within the leader is considerably hotter than a corona discharge, and is considerably more conductive. In fact, its properties are similar to an elektrik arkı. The leader tapers and branches into thousands of thinner, cooler, hair-like discharges (called streamers). The streamers look like a bluish 'haze' at the ends of the more luminous leaders. The streamers transfer charge between the leaders and toroid to nearby space charge regions. The displacement currents from countless streamers all feed into the leader, helping to keep it hot and electrically conductive.

The primary break rate of sparking Tesla coils is slow compared to the resonant frequency of the resonator-topload assembly. When the switch closes, energy is transferred from the primary LC circuit to the resonator where the voltage rings up over a short period of time up culminating in the electrical discharge. In a spark gap Tesla coil, the primary-to-secondary energy transfer process happens repetitively at typical pulsing rates of 50–500 times per second, depending on the frequency of the input line voltage. At these rates, previously-formed leader channels do not get a chance to fully cool down between pulses. So, on successive pulses, newer discharges can build upon the hot pathways left by their predecessors. This causes incremental growth of the leader from one pulse to the next, lengthening the entire discharge on each successive pulse. Repetitive pulsing causes the discharges to grow until the average energy available from the Tesla coil during each pulse balances the average energy being lost in the discharges (mostly as heat). Bu noktada, dinamik denge is reached, and the discharges have reached their maximum length for the Tesla coil's output power level. The unique combination of a rising high-voltage Radyo frekansı envelope and repetitive pulsing seem to be ideally suited to creating long, branching discharges that are considerably longer than would be otherwise expected by output voltage considerations alone. High-voltage, low-energy discharges create filamentary multibranched discharges which are purplish-blue in colour. High-voltage, high-energy discharges create thicker discharges with fewer branches, are pale and luminous, almost white, and are much longer than low-energy discharges, because of increased ionisation. A strong smell of ozone and nitrogen oxides will occur in the area. The important factors for maximum discharge length appear to be voltage, energy, and still air of low to moderate humidity. There are comparatively few scientific studies about the initiation and growth of pulsed lower-frequency RF discharges, so some aspects of Tesla coil air discharges are not as well understood when compared to DC, power-frequency AC, HV impulse, and lightning discharges.

Başvurular

Today, although small Tesla coils are used as leak detectors in scientific high vacuum systems^[9] and igniters in arc welders,^[57] their main use is entertainment and educational displays.

Education and entertainment

Elektrum sculpture, the world's largest Tesla coil. Builder Eric Orr is visible sitting inside the hollow spherical high voltage electrode

Tesla coils are displayed as attractions at bilim müzeleri and electronics fairs, and are used to demonstrate principles of high frequency electricity in science classes in schools and colleges.

Since they are simple enough for an amateur to make, Tesla coils are a popular student Bilim Fuarı project, and are homemade by a large worldwide community of hobbyists. Builders of Tesla coils as a hobby are called "coilers". They attend "coiling" conventions where they display their home-made Tesla coils and other high voltage devices. Low-power Tesla coils are also sometimes used as a high-voltage source for Kirlian fotoğrafçılığı.

The current world's largest Tesla coil is a 130,000-watt unit built by Greg Leyh and Eric Orr, part of a 38-foot-tall (12 m) sculpture titled Elektrum tarafından sahip olunan Alan Gibbs and currently resides in a private sculpture park at Kakanui Point near Auckland, Yeni Zelanda.^[58][59] A very large Tesla coil, designed and built by Syd Klinge, is shown every year at the Coachella Valley Müzik ve Sanat Festivali, in Coachella, Indio, California, USA. Austin Richards, a physicist in California, created a metal 'Faraday suit ' in 1997 that protects him from Tesla coil discharges. In 1998, he named the character in the suit Doctor MegaVolt and has performed all over the world and at Yanan adam nine different years.

Tesla coils can also be used to generate sounds, including music, by modulating the system's effective "break rate" (i.e., the rate and duration of high power RF bursts) via MİDİ data and a control unit. The actual MIDI data is interpreted by a microcontroller which converts the MIDI data into a PWM output which can be sent to the Tesla coil via a fiber optic interface.^[60][61] Youtube video Super Mario Brothers theme in stereo and harmony on two coils shows a performance on matching solid state coils operating at 41 kHz. The coils were built and operated by designer hobbyists Jeff Larson and Steve Ward. The device has been named the Zeusaphone, sonra Zeus, Greek god of lightning, and as a play on words referencing the Susafon. The idea of playing music on the şarkı Tesla bobinleri flies around the world and a few followers^[62] continue the work of initiators. An extensive outdoor musical concert has demonstrated using Tesla coils during the Engineering Open House (EOH) at the Illinois Üniversitesi, Urbana – Champaign. The Icelandic artist Björk used a Tesla coil in her song "Thunderbolt" as the main instrument in the song. Müzik grubu ArcAttack uses modulated Tesla coils and a man in a chain-link suit to play music.

Vacuum system leak detectors

Scientists working with high vacuum systems test for the presence of tiny pin holes in the apparatus (especially a newly blown piece of glassware) using high-voltage discharges produced by a small handheld Tesla coil. When the system is evacuated the high voltage electrode of the coil is played over the outside of the apparatus. At low pressures, air is more easily ionized and thus conducts electricity better than atmospheric pressure air. Therefore, the discharge travels through any pin hole immediately below it, producing a corona discharge inside the evacuated space which illuminates the hole, indicating points that need to be annealed or reblown before they can be used in an experiment.

Sağlık sorunları

The high voltage Radyo frekansı (RF) discharges from the output terminal of a Tesla coil pose a unique hazard not found in other high voltage equipment: when passed through the body they often do not cause the painful sensation and muscle contraction of Elektrik şoku, as lower frequency AC or DC currents do.^{[63][19][64][65]} The nervous system is insensitive to currents with frequencies over 10 – 20 kHz.^[66] It is thought that the reason for this is that a certain minimum number of iyonlar must be driven across a nerve cell 's membrane by the imposed voltage to trigger the nerve cell to depolarize and transmit an impulse. At radio frequencies, there is insufficient time during a half-cycle for enough ions to cross the membrane before the alternating voltage reverses.^[66] The danger is that since no pain is felt, experimenters often assume the currents are harmless. Teachers and hobbyists demonstrating small Tesla coils often impress their audience by touching the high voltage terminal or allowing the streamer arcs to pass through their body.^[67][68][19]

If the arcs from the high voltage terminal strike the bare skin, they can cause deep-seated burns called RF burns.^[69][70] This is often avoided by allowing the arcs to strike a piece of metal held in the hand, or a thimble on a finger, instead. The current passes from the metal into the person's hand through a wide enough surface area to avoid causing burns.^[19] Often no sensation is felt, or just a warmth or tingling.

However this does not mean the current is harmless.^[71] Even a small Tesla coil produces many times the electrical energy necessary to stop the heart, if the frequency happens to be low enough to cause ventriküler fibrilasyon.^[72][73] A minor misadjustment of the coil could result in elektriğe maruz kalma. In addition, the RF current heats the tissues it passes through. Tesla coil currents, applied directly to the skin by electrodes, were used in the early 20th century for deep body tissue heating in the medical field of longwave diyatermi.^[64] The amount of heating depends on the current density, which depends on the power output of the Tesla coil and the cross-sectional area of the path the current takes through the body to ground.^[65] Particularly if it passes through narrow structures such as blood vessels or joints it may raise the local tissue temperature to hyperthermic levels, "cooking" internal organs or causing other injuries. Uluslararası ICNIRP safety standards for RF current in the body in the Tesla coil frequency range of 0.1 – 1 MHz specify a maximum current density of 0.2 mA per square centimeter and a maximum power absorption rate (SAR) in tissue of 4 W/kg in limbs and 0.8 W/kg average over the body.^[74] Even low power Tesla coils could exceed these limits, and it is generally impossible to determine the threshold current where bodily injury begins. Being struck by arcs from a high power (> 1000 watt) Tesla coil is likely to be fatal.

Another reported hazard of this practice is that arcs from the high voltage terminal often strike the primary winding of the coil.^[63][71] This momentarily creates a conductive path for the lethal 50/60 Hz primary current from the supply transformer to reach the output terminal. If a person is connected to the output terminal at the time, either by touching it or allowing arcs from the terminal to strike the person's body, then the high primary current could pass through the conductive ionized air path, through the body to ground, causing electrocution.

Skin effect myth

An erroneous explanation for the absence of electric shock that has persisted among Tesla coil hobbyists is that the high frequency currents travel through the body close to the surface, and thus do not penetrate to vital organs or nerves, due to an electromagnetic phenomenon called cilt etkisi.^{[72][19][75][76]}

This theory is false.^{[77][78][79][63][73][80]} RF current does tend to flow on the surface of conductors due to skin effect, but the depth to which it penetrates, called Cilt derinliği bağlıdır direnç ve geçirgenlik of the material as well as the Sıklık.^[81][82] Although skin effect limits currents of Tesla coil frequencies to the outer fraction of a millimeter in metal conductors, the skin depth of the current in body tissue is much deeper due to its higher resistivity. The depth of penetration of currents of Tesla frequency (0.1 – 1 MHz) in human tissues is roughly 24 to 72 cm (9 to 28 inches).^[82][81][63] Since even the deepest tissues are closer than this to the surface, skin effect has little influence on the path of the current through the body;^[80] it tends to take the path of minimum elektriksel empedans to ground, and can easily pass through the core of the body.^[83][63][82] In the medical therapy called longwave diyatermi, carefully controlled RF current of Tesla frequencies was used for decades for deep tissue warming, including heating internal organs such as the lungs.^[83][64] Modern shortwave diathermy machines use a higher frequency of 27 MHz, which would have a correspondingly smaller skin depth, yet these frequencies are still able to penetrate deep body tissues.^[78]

Related patents

Tesla's patents

• "Electrical Transformer Or Induction Device". U.S. Patent No. 433,702, August 5, 1890^[13]
• "Means for Generating Electric Currents", U.S. Patent No. 514,168, February 6, 1894
• "Elektrik Trafosu", Patent No. 593,138, November 2, 1897
• "Method Of Utilizing Radiant Energy", Patent No. 685,958 November 5, 1901
• "Method of Signaling", U.S. Patent No. 723,188, March 17, 1903
• "System of Signaling", U.S. Patent No. 725,605, April 14, 1903
• "Apparatus for Transmitting Electrical Energy", January 18, 1902, U.S. Patent 1,119,732, December 1, 1914 (available at U.S. Patent 1,119,732

Others' patents

• J. S. Stone, U.S. Patent 714,832 , "Apparatus for amplifying electromagnetic signal-waves". (Filed January 23, 1901; Issued December 2, 1902)
• A. Nickle, U.S. Patent 2,125,804 , "Anten". (Filed May 25, 1934; Issued August 2, 1938)
• William W. Brown, U.S. Patent 2,059,186 , "Antenna structure". (Filed May 25, 1934; Issued October 27, 1936).
• Robert B. Dome, U.S. Patent 2,101,674 , "Anten". (Filed May 25, 1934; Issued December 7, 1937)
• Armstrong, E. H., ABD Patenti 1,113,149 , "Wireless receiving system". 1914.
• Armstrong, E. H., U.S. Patent 1,342,885 , "Method of receiving high frequency oscillation". 1922.
• Armstrong, E. H., U.S. Patent 1,424,065 , "Sinyal sistemi". 1922.
• Gerhard Freiherr Du Prel, U.S. Patent 1,675,882 , "High frequency circuit". (Filed August 11, 1925; Issued July 3, 1928)
• Leydorf, G. F., U.S. Patent 3,278,937 , "Antenna near field coupling system". 1966.
• Van Voorhies, U.S. Patent 6,218,998 , "Toroidal helical antenna"
• Gene Koonce, U.S. Patent 6,933,819 , "Multifrequency electro-magnetic field generator". (Filed October 29, 2004; Issued August 23, 2005)

Ayrıca bakınız

• Faraday kafesi
• Henry Leroy Transtrom, an inventor and showman who worked with high voltage electricity.
• Tesla patentlerinin listesi
• Oudin bobini, invented in 1893 by Paul Marie Oudin
• Van de Graaff jeneratör
• Kablosuz enerji transferi

Referanslar

daha fazla okuma

Operation and other information

• Armagnat, H., & Kenyon, O. A. (1908). The theory, design and construction of induction coils. New York: McGraw.
• Haller, G. F., & Cunningham, E. T. (1910). The Tesla high frequency coil, its construction and uses. New York: D. Van Nostrand Co.
• Iannini, R. E. (2003). Electronic gadgets for the evil genius: 21 build-it-yourself projects. TAB electronics. New York: McGraw-Hill. Pages 137–202.
• Corum, Kenneth L. and James F. "Tesla Coils and the Failure of Lumped-Element Circuit Theory "
• Nicholson, Paul, "Tesla Secondary Simulation Project " (Current state of the art in rigorously describing Tesla coil secondary behavior through theoretical analysis, simulation and testing of results in practice)
• Vujovic, Ljubo, "Tesla Bobini ". Tesla Memorial Society of New York.
• Hickman, Bert, "Tesla Coil Information Center "
• Cooper, John. F., "Büyütücü Verici erken tip devre şeması; Daha sonra tip devre şeması ". Tesla-Coil.com

Elektrik Dünyası

• "Pratik Uygulama İçin Yüksek Frekans Akımlarının Geliştirilmesi"., Elektrik Dünyası, Cilt 32, No. 8.
• "Sınırsız Uzay: Bir Otobüs Barı". Elektrik Dünyası, Cilt 32, Sayı 19.

Diğer yayınlar

• Cullen, A. L .; Dobson, J. (1963). "Düşük Basınçta Havadaki Antenlerin Korona Dağılımı". Londra Kraliyet Cemiyeti Bildirileri. Seri A, Matematiksel ve Fiziksel Bilimler. 271 (1347): 551–564. Bibcode:1963RSPSA.271..551C. doi:10.1098 / rspa.1963.0035. S2CID  109593995.
• Bieniosek, F.M. (1990). "Üçlü Rezonans Darbe Trafosu Devresi". Bilimsel Aletlerin İncelenmesi. 61 (6): 1717–1719. Bibcode:1990RScI ... 61.1717B. doi:10.1063/1.1141138.
• Corum, J. F. ve K. L. Corum, "RF Bobinler, Helisel Rezonatörler ve Tutarlı Uzaysal Modlarla Gerilim Büyütme". IEEE, 2001.
• de Queiroz, Antonio Carlos M. "Çoklu Rezonans Ağlarının Sentezi". Universidade Federal do Rio de Janeiro, Brezilya. EE / COPE.
• Haller, George Francis ve Elmer Tiling Cunningham "Tesla yüksek frekans bobini, yapısı ve kullanımları". New York, D. Van Nostrand şirketi, 1910.
• Hartley, R.V.L. (1936). "Doğrusal Olmayan Reaktanslarla Salınımlar". Bell Sistemi Teknik Dergisi. 15 (3): 424–440. doi:10.1002 / j.1538-7305.1936.tb03559.x.
• Norrie, H. S. "İndüksiyon Bobinleri: Nasıl yapılır, kullanılır ve onarılır". Norman H. Schneider, 1907, New York. 4. baskı.
• Reed, J.L. (1988). "Tesla trafo hızlandırıcıları için daha yüksek voltaj kazancı". Bilimsel Aletlerin İncelenmesi. 59 (10): 2300. Bibcode:1988RScI ... 59.2300R. doi:10.1063/1.1139953.
• Reed, J.L. (2012). "Tesla trafo sönümlemesi". Bilimsel Aletlerin İncelenmesi. 83 (7): 076101–076101–3. Bibcode:2012RScI ... 83g6101R. doi:10.1063/1.4732811. PMID  22852736.
• Reed, J.L. (2015). "İletim-bağlı Tesla trafosu". Bilimsel Aletlerin İncelenmesi. 86 (3): 035113. Bibcode:2015RScI ... 86c5113R. doi:10.1063/1.4915940. PMID  25832281.
• Reed, J. L., "Üçlü rezonans Tesla darbe transformatörünün ayarlanması," Google Docs, https://drive.google.com/file/d/0B7PZG_uOiTWwUHVTX05DR2NpeDQ/view?usp=sharing
• Curtis, Thomas Stanley, Yüksek Frekans Aparatı: Yapısı ve Pratik Uygulaması. Everyday Mechanics Co., 1916.
• çok sayıda akademik IEEE yayını [1]

Dış bağlantılar

• Tesla bobini -de Curlie