Spark Gap Tesla Coil: 14 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:03

นี่คือการสอนเกี่ยวกับวิธีการสร้าง Spark Gap Tesla Coil ด้วยชุดกรงฟาราเดย์

โครงการนี้พาฉันและทีมของฉัน (นักเรียน 3 คน) 16 วันทำการ มีค่าใช้จ่ายประมาณ 500 USD ฉันรับรองว่าจะไม่ได้ผลตั้งแต่ครั้งแรก:) ส่วนที่สำคัญที่สุดคือคุณต้องเข้าใจทฤษฎีเบื้องหลังทั้งหมด และรู้วิธีจัดการกับส่วนประกอบที่คุณเลือก

ในคำแนะนำนี้ ฉันจะนำคุณผ่านทฤษฎีเบื้องหลัง แนวคิด สูตร การสร้างทีละขั้นตอนสำหรับส่วนทั้งหมด หากคุณต้องการสร้างคอยล์ขนาดเล็กหรือใหญ่ขึ้น แนวคิดและสูตรจะเหมือนกัน

ข้อกำหนดสำหรับโครงการนี้:

- ความรู้ใน: อุปกรณ์ไฟฟ้า อิเล็กทรอนิกส์ แม่เหล็กไฟฟ้า และห้องปฏิบัติการ

- ออสซิลโลสโคป

- หม้อแปลงไฟนีออน; 220V ถึง 9kV

- ตัวเก็บประจุไฟฟ้าแรงสูง

- สายทองแดงหรือท่อทองแดง

- ไม้เพื่อสร้างแชสซีของคุณ

- ท่อพีวีซีสำหรับขดลวดทุติยภูมิ

- ท่อโลหะยืดหยุ่นสำหรับ Toroid

- พัดลมไฟฟ้า 220V ขนาดเล็กสำหรับช่องว่างประกายไฟ

- กระดาษอะลูมิเนียมและตาข่ายสำหรับชุดกรงฟาราเดย์

- สายไฟหุ้มฉนวนสำหรับสายรอง

- โคมไฟนีออน

- ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าหากคุณไม่มี 220VAC ที่เสถียร

- การเชื่อมต่อกับกราวด์

- มีความอดทนสูง

ขั้นตอนที่ 1: รู้เบื้องต้นเกี่ยวกับ Spark Gap Tesla Coil

ขดลวดเทสลาเป็นหม้อแปลงสะท้อนที่มีวงจร LC หลักและรอง ออกแบบโดยนักประดิษฐ์ นิโคลา เทสลาในปี พ.ศ. 2434 วงจร LC สองวงจรถูกประกอบเข้าด้วยกันอย่างหลวม ๆ กำลังจ่ายให้กับวงจรหลักผ่านหม้อแปลงแบบสเต็ปอัพซึ่งชาร์จตัวเก็บประจุ ในที่สุด แรงดันไฟฟ้าข้ามตัวเก็บประจุจะเพิ่มขึ้นเพียงพอที่จะทำให้ช่องว่างของประกายไฟสั้นลง ตัวเก็บประจุจะคายประจุผ่านช่องว่างประกายไฟและเข้าไปในขดลวดปฐมภูมิ พลังงานจะแกว่งไปมาระหว่างตัวเก็บประจุหลักและตัวเหนี่ยวนำขดลวดปฐมภูมิที่ความถี่สูง (โดยทั่วไปคือ 50 kHz-2 MHz) ขดลวดปฐมภูมิเชื่อมต่อกับตัวเหนี่ยวนำในวงจรทุติยภูมิที่เรียกว่าขดลวดทุติยภูมิ ที่ติดอยู่ที่ด้านบนของขดลวดทุติยภูมิคือโหลดบนที่ให้ความจุสำหรับวงจร LC ทุติยภูมิ เมื่อวงจรปฐมภูมิสั่น พลังงานจะเหนี่ยวนำให้เกิดในขดลวดทุติยภูมิโดยที่แรงดันไฟฟ้าจะทวีคูณหลายครั้ง สนามไฟฟ้าแรงสูงและกระแสไฟต่ำจะก่อตัวรอบๆ โหลดด้านบนและส่วนโค้งของการปล่อยฟ้าผ่าในการแสดงที่ยอดเยี่ยม วงจร LC หลักและรองต้องสั่นที่ความถี่เดียวกันเพื่อให้ได้การถ่ายโอนพลังงานสูงสุด วงจรในขดลวดมักจะ "ปรับ" เป็นความถี่เดียวกันโดยการปรับความเหนี่ยวนำของขดลวดปฐมภูมิ ขดลวดเทสลาสามารถผลิตแรงดันเอาต์พุตตั้งแต่ 50 กิโลโวลต์ถึงหลายล้านโวลต์สำหรับขดลวดขนาดใหญ่

ขั้นตอนที่ 2: ทฤษฎี

ส่วนนี้จะครอบคลุมทฤษฎีการทำงานของขดลวดเทสลาแบบเดิมทั้งหมด เราจะพิจารณาว่าวงจรปฐมภูมิและทุติยภูมิเป็นวงจร RLC ที่มีความต้านทานต่ำซึ่งสอดคล้องกับความเป็นจริง

ด้วยเหตุผลดังกล่าว ความต้านทานภายในของส่วนประกอบจะไม่ถูกแสดง เราจะเปลี่ยนหม้อแปลงไฟฟ้ากระแสสลับด้วย สิ่งนี้ไม่มีผลกระทบต่อทฤษฎีที่บริสุทธิ์

โปรดทราบว่าบางส่วนของวงจรทุติยภูมิถูกวาดด้วยเส้นประ เนื่องจากไม่สามารถมองเห็นได้โดยตรงบนอุปกรณ์ เกี่ยวกับตัวเก็บประจุรอง เราจะเห็นว่าความจุมีการกระจายจริง โหลดบนเป็น "แผ่นเดียว" ของตัวเก็บประจุนี้เท่านั้น เกี่ยวกับช่องว่างประกายไฟทุติยภูมิ จะแสดงในแผนผังเพื่อแสดงตำแหน่งที่ส่วนโค้งจะเกิดขึ้น

ขั้นตอนแรกของวงจรนี้คือการชาร์จตัวเก็บประจุหลักโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เราจะสมมติว่าความถี่เป็น 50 Hz เนื่องจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (NST) ถูกจำกัดด้วยกระแสไฟ จึงต้องเลือกความจุของตัวเก็บประจุอย่างระมัดระวัง เพื่อให้ชาร์จจนเต็มภายใน 1/100 วินาทีพอดี แท้จริงแล้ว แรงดันไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะเปลี่ยนสองครั้งในระยะเวลาหนึ่ง และในรอบถัดไป มันจะชาร์จตัวเก็บประจุใหม่ด้วยขั้วตรงข้าม ซึ่งจะไม่เปลี่ยนแปลงการทำงานของขดลวดเทสลาอย่างแน่นอน

เมื่อตัวเก็บประจุถูกชาร์จจนเต็ม ช่องว่างประกายไฟจะลุกไหม้และดังนั้นจึงปิดวงจรหลัก เมื่อทราบความเข้มของสนามไฟฟ้าที่แตกสลายของอากาศ จะต้องตั้งค่าความกว้างของช่องว่างประกายไฟเพื่อให้ไฟทำงานอย่างแม่นยำเมื่อแรงดันไฟฟ้าข้ามตัวเก็บประจุถึงค่าสูงสุด บทบาทของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสิ้นสุดที่นี่

ตอนนี้เรามีตัวเก็บประจุแบบโหลดเต็มที่ในวงจร LC กระแสและแรงดันไฟจึงจะสั่นที่ความถี่เรโซแนนซ์ของวงจรดังที่แสดงไว้ก่อนหน้านี้ ความถี่นี้สูงมากเมื่อเทียบกับความถี่ของแหล่งจ่ายไฟหลัก โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 50 ถึง 400 kHz

วงจรปฐมภูมิและทุติยภูมิเชื่อมต่อกันด้วยสนามแม่เหล็ก การแกว่งที่เกิดขึ้นในเบื้องต้นจะทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าในแกนทุติยภูมิ เมื่อพลังงานของหลักถูกทิ้งไปยังพลังงานทุติยภูมิ แอมพลิจูดของการแกว่งในหลักจะค่อยๆ ลดลงในขณะที่พลังงานของหลักรองจะขยายเพิ่มขึ้น การถ่ายโอนพลังงานนี้กระทำโดยการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ค่าคงที่ของคัปปลิ้ง k ระหว่างสองวงจรมีจุดประสงค์ให้ต่ำ โดยทั่วไปแล้วจะอยู่ระหว่าง 0.05 ถึง 0.2

การแกว่งในหลักจะทำหน้าที่เหมือนเครื่องกำเนิดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่วางอยู่ในอนุกรมบนวงจรทุติยภูมิ

ในการผลิตแรงดันไฟขาออกที่ใหญ่ที่สุด วงจรปรับปฐมภูมิและทุติยภูมิจะถูกปรับให้สัมพันธ์กัน เนื่องจากวงจรทุติยภูมิมักจะไม่สามารถปรับได้ โดยทั่วไปแล้วจะทำโดยการต๊าปที่ปรับได้บนขดลวดปฐมภูมิ ถ้าขดลวดทั้งสองแยกจากกัน ความถี่เรโซแนนซ์ของวงจรปฐมภูมิและทุติยภูมิจะถูกกำหนดโดยการเหนี่ยวนำและความจุในแต่ละวงจร

ขั้นตอนที่ 3: การกระจายความจุภายในวงจรทุติยภูมิ

ความจุทุติยภูมิ Cs เป็นสิ่งสำคัญมากในการทำให้เทสลาคอยล์ทำงานได้ ความจุของคอยล์ทุติยภูมินั้นจำเป็นสำหรับการคำนวณความถี่เรโซเนต หากคุณไม่คำนึงถึงพารามิเตอร์ทั้งหมด คุณจะไม่เห็นประกายไฟ ความจุนี้ประกอบด้วยส่วนสนับสนุนมากมายและคำนวณได้ยาก แต่เราจะพิจารณาส่วนประกอบหลักของมัน

โหลดสูงสุด - กราวด์

ส่วนสูงสุดของความจุรองมาจากโหลดบนสุด อันที่จริง เรามีตัวเก็บประจุที่มี "เพลต" ที่โหลดบนและล่าง อาจเป็นที่น่าแปลกใจว่านี่คือตัวเก็บประจุจริง ๆ เนื่องจากแผ่นเหล่านี้เชื่อมต่อกันผ่านขดลวดทุติยภูมิ อย่างไรก็ตาม อิมพีแดนซ์ของมันค่อนข้างสูง ดังนั้นจึงมีความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นได้จริง เราจะเรียก Ct ผลงานนี้

การหมุนของขดลวดทุติยภูมิ

ผลงานใหญ่อื่น ๆ มาจากขดลวดทุติยภูมิ มันทำมาจากลวดทองแดงเคลือบหลายเส้นที่อยู่ติดกัน ดังนั้นการเหนี่ยวนำจึงกระจายไปตามความยาว นี่หมายความว่ามีความแตกต่างเล็กน้อยระหว่างการหมุนสองรอบที่อยู่ติดกัน จากนั้นเรามีตัวนำสองตัวที่มีศักย์ต่างกัน คั่นด้วยไดอิเล็กตริก: ตัวเก็บประจุ หรืออีกนัยหนึ่ง อันที่จริงมีตัวเก็บประจุกับสายไฟทุกคู่ แต่ความจุของมันลดลงตามระยะทาง ดังนั้นจึงสามารถพิจารณาความจุได้เฉพาะระหว่างสองรอบที่อยู่ติดกันเท่านั้นซึ่งเป็นค่าประมาณที่ดี

เรียก Cb ว่าความจุรวมของขดลวดทุติยภูมิ

ที่จริงแล้วไม่จำเป็นต้องมีโหลดบนขดลวดเทสลาเนื่องจากคอยล์ทุติยภูมิทุกอันจะมีความจุของตัวเอง อย่างไรก็ตาม การรับน้ำหนักสูงสุดนั้นเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการมีประกายไฟที่สวยงาม

จะมีความจุพิเศษจากวัตถุโดยรอบ ตัวเก็บประจุนี้ประกอบขึ้นจากโหลดบนสุดที่ด้านหนึ่งและนำวัตถุ (ผนัง ท่อประปา เฟอร์นิเจอร์ ฯลฯ) อีกด้านหนึ่ง

เราจะตั้งชื่อตัวเก็บประจุของปัจจัยภายนอกเหล่านี้ว่า Ce

เนื่องจาก "ตัวเก็บประจุ" เหล่านี้ขนานกัน ความจุรวมของวงจรทุติยภูมิจะได้รับโดย:

Cs = Ct + Cb + Ce

ขั้นตอนที่ 4: แนวคิดและการก่อสร้าง

ในกรณีของเรา เราใช้เครื่องปรับแรงดันไฟฟ้าอัตโนมัติเพื่อรักษาแรงดันไฟฟ้าขาเข้าสำหรับ NST ที่ 220V

และมีตัวกรองสายไฟฟ้ากระแสสลับในตัว (YOKOMA ELECTRIC WORKS., LTD. ในประเทศญี่ปุ่น-รุ่น AVR-2)

เครื่องมือนี้สามารถพบได้ในเครื่อง X-Ray หรือซื้อโดยตรงจากตลาด

หม้อแปลงไฟฟ้าแรงสูงเป็นส่วนที่สำคัญที่สุดของขดลวดเทสลา มันเป็นเพียงหม้อแปลงเหนี่ยวนำ บทบาทของมันคือการชาร์จตัวเก็บประจุหลักที่จุดเริ่มต้นของแต่ละรอบ นอกเหนือจากกำลังของมันแล้ว ความทนทานของมันเป็นสิ่งสำคัญมาก เนื่องจากต้องทนต่อสภาวะการทำงานที่ยอดเยี่ยม (บางครั้งจำเป็นต้องมีตัวกรองป้องกัน)

หม้อแปลงสัญญาณไฟนีออน (NST) ที่เราใช้สำหรับขดลวดเทสลาของเรา ลักษณะ (ค่า rms) มีดังต่อไปนี้:

Vout = 9000 V, Iout = 30 mA

อันที่จริงกระแสไฟขาออกคือ 25mA, 30mA คือพีคซึ่งลดลงเหลือ 25 mA หลังจากสตาร์ท

ตอนนี้เราสามารถคำนวณกำลังของมัน P = VI ได้ ซึ่งจะเป็นประโยชน์ในการกำหนดขนาดทั่วโลกของขดลวดเทสลา ตลอดจนแนวคิดคร่าวๆ เกี่ยวกับความยาวของประกายไฟ

P = 225 W (สำหรับ 25 mA)

อิมพีแดนซ์ NST = NST Vout ∕ NST Iout =9000/ 0.25=360 KΩ

ขั้นตอนที่ 5: วงจรหลัก

ตัวเก็บประจุ:

บทบาทของตัวเก็บประจุหลักคือการจัดเก็บประจุจำนวนหนึ่งสำหรับวัฏจักรที่จะมาถึง และสร้างวงจร LC พร้อมกับตัวเหนี่ยวนำหลัก

ตัวเก็บประจุหลักมักจะทำจากแคปหลายสิบตัวต่อสายในรูปแบบอนุกรม/ขนานที่เรียกว่า Multi-Mini Capacitor (MMC)

ตัวเก็บประจุหลักใช้กับขดลวดหลักเพื่อสร้างวงจร LC หลัก ตัวเก็บประจุขนาดเรโซเนตสามารถสร้างความเสียหายให้กับ NST ได้ ดังนั้นจึงแนะนำอย่างยิ่งให้ใช้ตัวเก็บประจุขนาดใหญ่กว่าเรโซเนต (LTR) ตัวเก็บประจุ LTR จะส่งพลังงานมากที่สุดผ่านขดลวดเทสลา ช่องว่างหลักที่แตกต่างกัน (โรตารีแบบสถิตและแบบซิงโครไนซ์) จะต้องใช้ตัวเก็บประจุหลักที่มีขนาดต่างกัน

Cres = ความจุเรโซเนตปฐมภูมิ (uF) = 1 ∕ (2 * π * อิมพีแดนซ์ NST * NST Fin)=1/ (2*π*360 000 * 50) =8.8419nF

CLTR = ความจุกระแสเกินเรโซแนนซ์ปฐมภูมิ (LTR) ความจุคงที่ (uF) = ความจุเรโซเนทปฐมภูมิ × 1.6

= 14.147nF

(ค่านี้อาจแตกต่างจากค่าประมาณอื่นเล็กน้อย ค่าสัมประสิทธิ์ที่แนะนำ 1.6-1.8)

เราใช้ตัวเก็บประจุ 2000V 100nF, Nb= Cunit/Cequiv= 100nF/0.0119 uF= 9 ตัวเก็บประจุ ดังนั้นสำหรับ 9 แคป เรามีความจุ Ceq= 0.0111uF= MMC

ลองนึกถึงการเชื่อมต่อตัวต้านทานกำลังสูง 10MOhms ขนานกับตัวเก็บประจุแต่ละตัวเพื่อความปลอดภัย

ความเหนี่ยวนำ:

บทบาทของตัวเหนี่ยวนำหลักคือการสร้างสนามแม่เหล็กเพื่อฉีดเข้าไปในวงจรทุติยภูมิรวมทั้งสร้างวงจร LC ด้วยตัวเก็บประจุหลัก ส่วนประกอบนี้ต้องสามารถขนส่งกระแสไฟฟ้าได้มากโดยไม่สูญเสียมากเกินไป

รูปทรงต่างๆ เป็นไปได้สำหรับขดลวดปฐมภูมิ ในกรณีของเรา เราจะปรับเกลียวโค้งแบนเป็นขดลวดปฐมภูมิ เรขาคณิตนี้นำไปสู่การมีเพศสัมพันธ์ที่อ่อนแอกว่าและลดความเสี่ยงที่จะเกิดอาร์คในขดลวดปฐมภูมิ ดังนั้นจึงนิยมใช้กับคอยล์ทรงพลัง อย่างไรก็ตามมันเป็นเรื่องธรรมดาในคอยล์กำลังต่ำเพื่อความสะดวกในการก่อสร้าง สามารถเพิ่มการมีเพศสัมพันธ์ได้โดยการลดขดลวดทุติยภูมิลงในขดลวดปฐมภูมิ

ให้ W เป็นความกว้างของเกลียวที่กำหนดโดย W = Rmax − Rmin และ R รัศมีเฉลี่ย นั่นคือ R = (Rmax + Rmin)/2 ทั้งคู่แสดงเป็นเซนติเมตร ถ้าขดลวดมี N รอบ สูตรเชิงประจักษ์ที่ให้ค่าความเหนี่ยวนำ L ในไมโครเฮนรีคือ:

Lflat =(0.374(NR)^2)/(8R+11W).

สำหรับรูปร่างเกลียว ถ้าเราเรียก R รัศมีของเกลียว H ความสูง (ทั้งเป็นเซนติเมตร) และ N จำนวนรอบของมัน สูตรเชิงประจักษ์ที่ให้ค่าความเหนี่ยวนำ L ในไมโครเฮนรีคือ Lhelic =(0.374(NR)^2) /(9R+10H).

เหล่านี้เป็นสูตรมากมายที่คุณสามารถใช้และตรวจสอบได้ จะให้ผลลัพธ์ที่ใกล้เคียง วิธีที่แม่นยำที่สุดคือการใช้ออสซิลโลสโคปและวัดการตอบสนองความถี่ แต่สูตรก็จำเป็นสำหรับการสร้างคอยล์เช่นกัน คุณยังสามารถใช้ซอฟต์แวร์จำลองสถานการณ์ เช่น JavaTC

สูตรที่ 2 สำหรับรูปทรงแบน: L= [0.25*N^2*(D1+N*(W+S))^2]/[15*(D1+N*(W+S))+11*D1]

โดยที่ N: จำนวนรอบ, W: เส้นผ่านศูนย์กลางลวดเป็นนิ้ว, S: ระยะห่างของลวดเป็นนิ้ว, D1: เส้นผ่านศูนย์กลางภายในเป็นนิ้ว

ป้อนข้อมูลของขดลวดเทสลาของฉัน:

รัศมีภายใน: 4.5 นิ้ว, 11.2 รอบ, ระยะห่าง 0.25 นิ้ว, เส้นผ่านศูนย์กลางลวด = 6 มม., รัศมีภายนอก = 7.898 นิ้ว

L โดยใช้สูตร 2=0.03098mH จาก JavaTC= 0.03089mH

ดังนั้น ความถี่หลัก: f1= 271.6 KHz (L=0.03089 mH, C=0.0111MFD)

ประสบการณ์ในห้องปฏิบัติการ (การปรับความถี่หลัก)

และเราได้รับเสียงสะท้อนที่ 269-271KHz ซึ่งตรวจสอบการคำนวณ ดูรูปที่

ขั้นตอนที่ 6: Spark Gap

หน้าที่ของช่องว่างประกายไฟคือการปิดวงจร LC หลักเมื่อตัวเก็บประจุมีประจุเพียงพอ จึงทำให้เกิดการแกว่งอิสระภายในวงจร นี่เป็นองค์ประกอบที่มีความสำคัญอย่างยิ่งในขดลวดเทสลาเนื่องจากความถี่ในการปิด/เปิดจะมีอิทธิพลอย่างมากต่อเอาต์พุตขั้นสุดท้าย

ช่องว่างประกายไฟในอุดมคติต้องเริ่มทำงานเมื่อแรงดันไฟฟ้าข้ามตัวเก็บประจุมีค่าสูงสุดและเปิดใหม่เมื่อตกลงไปที่ศูนย์ แต่นี่ไม่ใช่กรณีในช่องว่างของประกายไฟจริง บางครั้งมันไม่ยิงเมื่อควรจะหรือยังคงยิงเมื่อแรงดันไฟฟ้าได้ลดลงแล้ว

สำหรับโครงการของเรา เราใช้ช่องว่างประกายไฟแบบคงที่กับขั้วไฟฟ้าทรงกลมสองขั้ว (สร้างขึ้นโดยใช้ที่จับลิ้นชักสองอัน) ซึ่งเราออกแบบด้วยตนเอง และสามารถปรับได้ด้วยตนเองด้วยการหมุนหัวทรงกลม

ขั้นตอนที่ 7: วงจรรอง

ม้วน:

หน้าที่ของขดลวดทุติยภูมิคือการนำส่วนประกอบอุปนัยไปยังวงจร LC ทุติยภูมิและเพื่อรวบรวมพลังงานของขดลวดปฐมภูมิ ตัวเหนี่ยวนำนี้เป็นโซลินอยด์แบบแกนอากาศ โดยทั่วไปจะมีการหมุนรอบที่อยู่ติดกันระหว่าง 800 ถึง 1500 รอบอย่างใกล้ชิด ในการคำนวณจำนวนรอบที่ได้รับบาดเจ็บ สูตรด่วนนี้จะหลีกเลี่ยงการทำงานที่ยุ่งยากบางอย่าง:

เกจลวด 24 = 0.05 ซม. เส้นผ่านศูนย์กลาง PVC 4 นิ้ว จำนวนรอบ = 1100 ยอด ความสูงที่ต้องการ = 1100 x 0.05= 55 ซม. = 21.6535 นิ้ว => L= 20.853 mH

โดยที่ H คือความสูงของขดลวดและ d เส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นลวดที่ใช้ พารามิเตอร์ที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือความยาว l ที่เราต้องทำเพื่อให้ทั้งม้วน

L=µ*N^2*A/ชม. โดยที่ µ แทนการซึมผ่านของแม่เหล็กของตัวกลาง (≈ 1.257 · 10−6 N/A^2 สำหรับอากาศ) N คือจำนวนรอบของโซลินอยด์ H ความสูงทั้งหมด และ A พื้นที่ของการหมุน

โหลดสูงสุด:

โหลดบนสุดทำหน้าที่เหมือน "เพลท" ด้านบนของตัวเก็บประจุที่เกิดจากโหลดบนสุดและกราวด์ เพิ่มความจุให้กับวงจร LC ทุติยภูมิและมีพื้นผิวที่ส่วนโค้งสามารถก่อตัวได้ เป็นไปได้จริง ๆ ที่จะใช้ขดลวดเทสลาโดยไม่มีโหลดสูงสุด แต่ประสิทธิภาพในแง่ของความยาวของส่วนโค้งมักจะไม่ดี เนื่องจากพลังงานส่วนใหญ่กระจายไประหว่างการหมุนของขดลวดทุติยภูมิแทนที่จะป้อนประกายไฟ

Toroid Capacitance 1 = ((1+ (0.2781 - เส้นผ่านศูนย์กลางวงแหวน ∕ (เส้นผ่านศูนย์กลางโดยรวม))) × 2.8 × sqrt ((pi × (เส้นผ่านศูนย์กลางโดยรวม × เส้นผ่านศูนย์กลางวงแหวน)) ∕ 4))

Toroid Capacitance 2 = (1.28 − เส้นผ่านศูนย์กลางวงแหวน ∕ เส้นผ่านศูนย์กลางโดยรวม) × sqrt (2 × pi × เส้นผ่านศูนย์กลางวงแหวน × (เส้นผ่านศูนย์กลางโดยรวม − เส้นผ่านศูนย์กลางวงแหวน))

Toroid Capacitance 3 = 4.43927641749 × ((0.5 × (เส้นผ่านศูนย์กลางวงแหวน × (เส้นผ่านศูนย์กลางโดยรวม - เส้นผ่านศูนย์กลางวงแหวน))) ^0.5)

ความจุ Toroid เฉลี่ย= (ความจุ Toroid 1 + ความจุ Toroid 2 + ความจุ Toroid 3) ∕ 3

ดังนั้นสำหรับ toroid ของเรา: เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 4” เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก = 13” ระยะห่างจากปลายขดลวดทุติยภูมิ = 5 ซม.

C=13.046 pf

ความจุคอยล์รอง:

ความจุทุติยภูมิ (pf)= (0.29 × ความสูงของขดลวดทุติยภูมิ + (0.41 × (เส้นผ่านศูนย์กลางแบบฟอร์มรอง ∕ 2)) + (1.94 × sqrt (((เส้นผ่านศูนย์กลางของรูปแบบรอง ∕ 2) 3) ∕ ความสูงของขดลวดทุติยภูมิ))

Csec= 8.2787 pF;

นอกจากนี้ยังเป็นเรื่องที่น่าสนใจที่จะทราบความจุ (กาฝาก) ของขดลวด นอกจากนี้สูตรยังมีความซับซ้อนในกรณีทั่วไปอีกด้วย เราจะใช้ค่าที่ได้จาก JAVATC ("ความจุ shunt ที่มีประสิทธิภาพ" โดยไม่ต้องโหลดสูงสุด):

Cres = 6.8 pF

ดังนั้นสำหรับวงจรทุติยภูมิ:

Ctot=8.27+13.046=21.316pF

Lsec=20.853mH

ผลการทดลองในห้องปฏิบัติการ:

ดูภาพด้านบนสำหรับขั้นตอนการทดสอบและผลการทดสอบ

ขั้นตอนที่ 8: การปรับเสียงสะท้อน

การตั้งค่าวงจรปฐมภูมิและทุติยภูมิที่เรโซแนนซ์ ให้พวกมันมีความถี่เรโซแนนซ์เท่ากันเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการทำงานที่ดี

การตอบสนองของวงจร RLC จะแรงที่สุดเมื่อขับเคลื่อนด้วยความถี่เรโซแนนท์ ในวงจร RLC ที่ดี ความเข้มของการตอบสนองจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อความถี่ในการขับขี่เลื่อนจากค่าเรโซแนนซ์

ความถี่เรโซแนนซ์ของเรา = 267.47 kHz

วิธีการปรับแต่ง:

การปรับจูนโดยทั่วไปทำได้โดยการปรับการเหนี่ยวนำหลัก เนื่องจากเป็นองค์ประกอบที่ง่ายที่สุดในการปรับเปลี่ยน เนื่องจากตัวเหนี่ยวนำนี้มีวงเลี้ยวกว้าง จึงง่ายต่อการปรับเปลี่ยนการเหนี่ยวนำตัวเองโดยการแตะขั้วต่อสุดท้ายที่จุดใดจุดหนึ่งในเกลียว

วิธีที่ง่ายที่สุดในการปรับนี้คือการลองผิดลองถูก ด้วยเหตุนี้ เราจึงเริ่มแตะหลัก ณ จุดที่ควรจะใกล้เคียงกับเรโซแนนซ์ ติดไฟขดลวด และประเมินความยาวส่วนโค้ง จากนั้นเกลียวจะถูกกรีดหนึ่งในสี่ของการเลี้ยวไปข้างหน้า/ถอยหลัง และหนึ่งครั้งจะประเมินผลอีกครั้ง หลังจากพยายามไม่กี่ครั้ง เราสามารถดำเนินการตามขั้นตอนเล็กๆ น้อยๆ ได้ และในที่สุดจะได้จุดกรีดที่ส่วนโค้งยาวที่สุด โดยปกติการแตะนี้

จุดจะตั้งค่าการเหนี่ยวนำหลักเช่นวงจรทั้งสองที่กำทอน

วิธีที่แม่นยำยิ่งขึ้นจะเกี่ยวข้องกับการวิเคราะห์การตอบสนองส่วนบุคคลของทั้งสองวงจร (ในการกำหนดค่าแบบคู่แน่นอน นั่นคือโดยไม่ต้องแยกวงจรทางกายภาพ) ด้วยเครื่องกำเนิดสัญญาณและออสซิลโลสโคป

อาร์คเองสามารถสร้างความจุพิเศษได้ ดังนั้นจึงแนะนำให้ตั้งค่าความถี่เรโซแนนซ์ปฐมภูมิให้ต่ำกว่าความถี่รองเล็กน้อย เพื่อชดเชยสิ่งนี้ อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้สามารถสังเกตได้เฉพาะกับขดลวดเทสลาอันทรงพลังเท่านั้น (ซึ่งสามารถสร้างส่วนโค้งที่ยาวกว่า 1 เมตร)

ขั้นตอนที่ 9: แรงดันไฟฟ้าที่ Secondary-Spark

กฎของปาเชนเป็นสมการที่ให้แรงดันพังทลาย นั่นคือ แรงดันที่จำเป็นในการเริ่มต้นการคายประจุหรืออาร์คไฟฟ้า ระหว่างอิเล็กโทรดสองขั้วในแก๊สในฐานะฟังก์ชันของแรงดันและความยาวของช่องว่าง

โดยไม่ได้รับการคำนวณโดยละเอียดโดยใช้สูตรที่ซับซ้อน สำหรับสภาวะปกติ ต้องใช้ 3.3MV เพื่อทำให้อากาศแตกตัวเป็นไอออน 1 เมตรระหว่างอิเล็กโทรดสองขั้ว ในกรณีของเรา เรามีส่วนโค้งประมาณ 10-13 ซม. ดังนั้นจะอยู่ระหว่าง 340KV ถึง 440KV

ขั้นตอนที่ 10: ชุด Faraday Cage

กรงฟาราเดย์หรือโล่ฟาราเดย์เป็นกรงที่ใช้ปิดกั้นสนามแม่เหล็กไฟฟ้า โล่ฟาราเดย์อาจเกิดขึ้นจากการหุ้มวัสดุนำไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง หรือในกรณีของกรงฟาราเดย์ โดยใช้ตาข่ายของวัสดุดังกล่าว

เราออกแบบกรงฟาราเดย์แบบมีสายดินและสวมใส่ได้สี่ชั้นตามที่แสดงในภาพ (วัสดุที่ใช้แล้ว: อลูมิเนียม ผ้าฝ้าย หนัง)คุณสามารถทดสอบได้ด้วยการวางโทรศัพท์มือถือของคุณเข้าไปข้างใน มันจะสูญเสียสัญญาณ หรือวางไว้หน้าเทสลาคอยล์ของคุณแล้วใส่หลอดไฟนีออนเข้าไปในกรง พวกมันจะไม่ส่องสว่าง จากนั้นคุณสามารถลองสวมมันได้

ขั้นตอนที่ 11: ภาคผนวกและเอกสารอ้างอิง

ขั้นตอนที่ 12: สร้างขดลวดปฐมภูมิ

ขั้นตอนที่ 13: ทดสอบ NST

ขั้นตอนที่ 14: สร้างขดลวดปฐมภูมิ