Πηνίο Τέσλα

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Μετάβαση σε: πλοήγηση, αναζήτηση
Πηνίο Τέσλα στο Questacon, το Εθνικό Κέντρο Επιστήμης και Τεχνολογίας στην Κανμπέρρα της Αυστραλίας

Το πηνίο Τέσλα είναι ένα είδος συντονιζόμενου μετασχηματιστή που εφευρέθηκε από τον Νίκολα Τέσλα το 1891. Χρησιμοποιείται για την παραγωγή υψηλής τάσης, χαμηλού φορτίου (εναλλασσόμενο ρεύμα) ηλεκτρικής ενέργειας. Τα πηνία Τέσλα παράγουν υψηλότερη τάση ρεύματος από άλλες ηλεκτροστατικές μηχανές. Ο Τέσλα πειραματίστηκε με μία σειρά από διαφορετικές διατάξεις, οι οποίες μπορεί να αποτελούνται από δύο ή και από τρεις συζεύξεις ηλεκτρικών κυκλωμάτων. Ο Τέσλα χρησιμοποίησε αυτές τις σπείρες για τη διεξαγωγή πρωτοπόρων πειραμάτων στον φωτισμό με πηγή το ηλεκτρικό ρεύμα, στο φωσφορισμό, στις ακτινογραφίες με ακτίνες Χ, στην ηλεκτροθεραπεία με εναλλασσόμενο ρεύμα και τέλος στην μαζική μεταφορά μεγάλων ποσοτήτων ηλεκτρικής ενέργειας χωρίς καλώδια. Τα κυκλώματα του πηνίου Τέσλα χρησιμοποιήθηκαν επίσης στο εμπόριο σε ραδιοπομπούς sparkgap για την ασύρματη τηλεγραφία μέχρι τη δεκαετία του 1920. Σήμερα χρησιμοποιείται κυρίως για διασκέδαση και για εκπαιδευτικούς σκοπούς.

Θεωρία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ένα πηνίο Τέσλα λειτουργεί με πολύ διαφορετικό τρόπο από ένα συμβατικό μετασχηματιστή σιδερένιου πυρήνα. Σε ένα συμβατικό μετασχηματιστή, οι περιελίξεις είναι πολύ στενά συνδεδεμένες και το κέρδος τάσης καθορίζεται από την αναλογία του αριθμού των στροφών στις περιελίξεις. Αυτό λειτουργεί καλά σε κανονικές τάσεις, αλλά, σε υψηλές τάσεις η μόνωση μεταξύ των δύο τυλιγμάτων διασπάται εύκολα και αυτό εμποδίζει τον πυρήνα σιδήρου μετασχηματιστών από το να λειτουργήσει σε εξαιρετικά υψηλές τάσεις χωρίς ζημιές.

Με το πηνίο Τέσλα, σε αντίθεση με ένα συμβατικό μετασχηματιστή οι περιελίξεις σε ένα πηνίο Τέσλα είναι "χαλαρές" σε συνδυασμό με ένα μεγάλο κενό αέρος και έτσι η πρωτοβάθμια και δευτεροβάθμια μοιράζονται συνήθως μόνο 10-20% των αντίστοιχων μαγνητικών πεδίων τους. Αντί για σφιχτές ζεύξεις, το πηνίο μεταφέρει ενέργεια (μέσω χαλαρής σύνδεσης) από το ένα ταλαντευόμενο συντονιζόμενο κύκλωμα (ο κύριος) στο άλλο (δευτερογενή), επί σειρά RF κύκλων.

Δεδομένου ότι ο κύριος μεταφορέας ενέργειας στον δευτερογενή πηνίο, αυξάνει την τάση του δευτερεύοντος της εξόδου έως ότου όλα τα διαθέσιμα πρωτογενούς ενέργειας έχουν μεταφερθεί στη δευτερεύουσα (μείον τις απώλειες). Ακόμη και με σημαντικές απώλειες κενού, ένα καλά σχεδιασμένο πηνίο Τέσλα μπορεί να μεταφέρει πάνω από το 85% της ενέργειας που αποθηκεύεται αρχικά στον πρωτογενή πυκνωτή για να μεταφερθεί στο δευτερεύον κύκλωμα. Η τάση μπορεί να επιτευχθεί από ένα πηνίο Τέσλα που μπορεί να είναι σημαντικά μεγαλύτερη από ό,τι ένας συμβατικός μετασχηματιστής, επειδή η δευτερεύουσα περιέλιξη είναι ένα μακρύ και μόνο σωληνοειδές στρώμα σε μεγάλη απόσταση από το περιβάλλον και ως εκ τούτου καλά μονωμένος, επίσης, η τάση ανά στροφή, σε κάθε πηνίο είναι μεγαλύτερη, διότι το ποσοστό μεταβολής της μαγνητικής ροής είναι υψηλό σε υψηλές συχνότητες.

Με τη χαλαρή σύνδεση και το κέρδος τάσης είναι αντιστρόφως ανάλογη προς την τετραγωνική ρίζα του λόγου της πρωτοβάθμιας και δευτεροβάθμιας επαγωγής. Επειδή η δευτερεύουσα περιέλιξη είναι δυνατή με την ίδια συχνότητα όπως και το κύριο, αυτό το κέρδος τάσης είναι επίσης ανάλογη προς την τετραγωνική ρίζα του λόγου των πρωτογενούς πυκνωτή για την αδέσποτη χωρητικότητα της δευτεροβάθμιας.

Ιστορία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Σύγχρονοι λάτρεις της υψηλής τάσης κατασκευάζουν συνήθως πηνία Τέσλα που είναι παρόμοια με κάποια από τα σχέδια του Τέσλα. Αυτά αποτελούνται συνήθως από ένα πρωτεύον κύκλωμα , με σειρά LC (αυτεπαγωγή-χωρητικότητα) κύκλωμα που αποτελείται από ένα υψηλής τάσης πυκνωτή, χάσμα σπίθας και πρωτεύον πηνίο, και το δευτερεύον κύκλωμα LC, μια σειρά από συντονιζόμενο κύκλωμα που αποτελείται από το δευτερεύον πηνίο συν μια χωρητικότητα τερματικό ή "κορυφή του φορτίου." Σε πιο προχωρημένο σχεδιασμό του Τέσλα, το δευτερεύον κύκλωμα LC αποτελείται από ένα air-core μετασχηματιστή δευτεροβάθμιου πηνίου που τοποθετείται σε σειρά με ένα ελικοειδή αντηχείο. Η ελικοειδής σπείρα στη συνέχεια συνδέεται με την χωρητικότητα του τερματικού σταθμού. Οι περισσότερες σύγχρονες σπείρες χρησιμοποιούν μόνο μια ελικοειδή σπείρα που περιλαμβάνει τόσο το δευτεροβάθμιο και πρωτοβάθμιο αντηχείο. Η χωρητικότητα του τερματικού αποτελεί στην πραγματικότητα ένα «πιάτο» που είναι ο πυκνωτής, και μια άλλη «πλάκα» που είναι η Γη (ή το "έδαφος"). Το πρωτεύον κύκλωμα LC είναι ρυθμισμένο έτσι ώστε να έχει απήχηση στην ίδια συχνότητα όπως και το δευτερεύον κύκλωμα LC. Τα πρωτοβάθμια και δευτεροβάθμια μαγνητικά πηνία σε συνδυασμό μεταξύ τους, δημιουργούν ένα διπλό-συντονισμένο μετασχηματιστή.

Τα περισσότερα σύγχρονα πηνία Tesla χρήση απλών Toroids, συνήθως κατασκευασμένα από μέταλλο ή ίνες ευέλικτη αγωγούς αλουμινίου, για τον έλεγχο των υψηλών ηλεκτρικό πεδίο κοντά στην κορυφή της δευτεροβάθμιας και να κατευθύνει σπίθα προς τα έξω και μακριά από την πρωτοβάθμια και δευτερεύουσες περιελίξεις.

Οι πιο προχωρημένοι πομποί του πηνίου Τέσλα περιλαμβάνουν μια περισσότερο στενού συντονισμού μετασχηματιστή δικτύου ή "ταλαντωτή master" η έξοδος από το οποίο στη συνέχεια τροφοδοτείται σε ένα άλλο αντηχείο, που μερικές φορές ονομάζεται "έξτρα πηνίο." Η αρχή είναι ότι η ενέργεια συσσωρεύεται στο επιπλέον πηνίο και ο ρόλος του μετασχηματιστή δευτεροβάθμιας παίζεται από το ξεχωριστό master ταλαντωτή δευτεροβάθμια; Οι ρόλοι δεν είναι κοινά με ένα μόνο δευτερεύοντα. Σε ορισμένες σύγχρονες περιπτώσεις τριών πηνίων, το πηνίο τοποθετείται σε κάποια απόσταση από το μετασχηματιστή. Άμεση μαγνητική σύζευξη με την ανώτερη βαθμίδα της δευτεροβάθμιας δεν είναι επιθυμητή, δεδομένου ότι το τρίτο πηνίο έχει σχεδιαστεί για να οδηγείται από την έγχυση ρεύματος ραδιοσυχνοτήτων απευθείας στο κάτω άκρο.

Ένα μεγάλο πηνίο Τέσλα του πιο μοντέρνου σχεδιασμού λειτουργεί συχνά σε πολύ υψηλά επίπεδα ισχύος αιχμής, έως πολλά μεγαβάτ (εκατομμύρια βατ). Θα πρέπει, συνεπώς, να προσαρμοστούν και να λειτουργούν με προσοχή, όχι μόνο για την αποτελεσματικότητα και την οικονομία, αλλά και για την ασφάλεια. Εάν, λόγω ακατάλληλης ρύθμισης, το μέγιστο σημείο τάσης εμφανίζεται κάτω από το τερματικό, καθώς και το δευτερεύον πηνίο, μια απαλλαγή (με σπινθήρα), μπορεί να ξεσπάσει και να βλάψει ή να καταστρέψει τον αγωγό του πηνίου, υποστηρίζει, ή κοντινά αντικείμενα. Ο Tesla πειραματίστηκε με αυτά, και πολλά άλλα, κυκλώματα και διαμορφώσεις. Το πηνίο Τέσλα στην πρωτεύουσα περιέλιξη,έχει χάσμα σπινθήρων και πυκνωτή δεξαμενής συνδεδεμένες σε σειρά. Σε κάθε κύκλωμα, το ρεύμα από μετασχηματιστή τέλη του πυκνωτή στη δεξαμενή μέχρι την τάση που της αρκεί. Ο σπινθήρας παράγει "φωτιά" ξαφνικά, επιτρέποντας την δεξαμενή και τον πυκνωτή για την απόρριψη της στη πρωτεύουσα περιέλιξη. Μόλις οι "πυρκαγιές" αρχίσουν, η ηλεκτρική συμπεριφορά των κυκλωμάτων είναι πανομοιότυπα. Πειράματα έχουν δείξει ότι κανένα άλλο κύκλωμα δεν προσφέρει οποιαδήποτε έντονη πλεονέκτημα απόδοσης έναντι των άλλων.

Ωστόσο, το τυπικό κύκλωμα (παραπάνω), η σύντομη δράση των βραχυκυκλωμάτων απ΄το χάσμα των σπινθήρων που αποτρέπει ταλαντώσεις υψηλής συχνότητας από «τη δημιουργία αντιγράφων ασφαλείας» στο μετασχηματιστή της προσφοράς. Στο εναλλακτικό κύκλωμα, υψηλή εύρος υψηλής συχνότητας ταλαντώσεις που εμφανίζονται σε όλο τον πυκνωτή και εφαρμόζονται με τη διάλυσή της προσφοράς μετασχηματιστή. Αυτό μπορεί να προκαλέσει στέμμα απορρίψεις μεταξύ στροφές που αποδυναμώσει και τελικά να καταστρέψουν μόνωση του μετασχηματιστή. Οι έμπειροι κατασκευαστές πηνίο Τέσλα σχεδόν αποκλειστικά τη χρήση στην κορυφή κύκλωμα, συχνά αυξάνοντας με χαμηλής διέλευσης φίλτρα, (αντίσταση και πυκνωτή (RC) των δικτύων) μεταξύ του μετασχηματιστή προσφοράς και σπίθα χάσμα για να συμβάλει στην προστασία του μετασχηματιστή εφοδιασμού. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό όταν χρησιμοποιείτε μετασχηματιστές με εύθραυστη περιελίξεις υψηλής τάσης, όπως Neon-σύμβολο μετασχηματιστές (NSTs). Ανεξάρτητα από το ποια ρύθμιση χρησιμοποιείται, το HV μετασχηματιστής πρέπει να είναι τέτοιου τύπου που αυτο-όρια δευτεροβάθμιας σημερινή της μέσω της εσωτερικής αυτεπαγωγή διαρροής. Μια κανονική (χαμηλή αυτεπαγωγή διαρροής) μετασχηματιστή υψηλής τάσης, πρέπει να χρησιμοποιήσετε έναν εξωτερικό περιοριστή (μερικές φορές ονομάζεται ballast) για να περιορίσουν την κατανάλωση ρεύματος. NSTs έχουν σχεδιαστεί για να έχουν υψηλό αυτεπαγωγή διαρροής να περιορίσουν βραχυκύκλωμα τους ρεύμα σε ένα ασφαλές επίπεδο.

Σε συχνότητα συντονισμού, το πρωτεύον πηνίο θα πρέπει να είναι συντονισμένο με αυτή του δευτερογενούς, με τη χρήση χαμηλής ισχύος ταλαντώσεις, στη συνέχεια, αυξάνοντας τη δύναμη μέχρι η συσκευή έχει τεθεί υπό έλεγχο. Ενώ η ρύθμιση, μια μικρή προβολή (που ονομάζεται «ξεμπλοκάρισμα χτύπημα") προστίθεται στην κορυφή του τερματικού, προκειμένου να τονωθεί στέμμα (μερικές φορές ονομάζεται σερπαντίνες) στον περιβάλλοντα αέρα. Βελτιώσεις μπορούν στη συνέχεια να ρυθμιστεί έτσι ώστε να επιτευχθεί η μεγαλύτερη απόδοση σε ένα δεδομένο επίπεδο ισχύος, που αντιστοιχεί σε έναν αγώνα συχνότητα μεταξύ του πρωτογενούς και δευτερογενούς πηνίου.

Το πηνίο Τέσλα μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την ασύρματη μετάδοση. Εκτός από την τοποθέτηση των αυξημένων τερματικό αρκετά πάνω από την κορυφή τη σειρά του την ελικοειδή αντηχείο, μια άλλη διαφορά από την σπινθηροβόλα πηνίο Τέσλα είναι ο κύριος συντελεστής διάλειμμα. Η βελτιστοποιημένη πομπός πηνίο Τέσλα είναι μια συνεχής ταλαντωτή κύμα με ρυθμό διάλειμμα που ισοδυναμεί με την συχνότητα λειτουργίας. Ο συνδυασμός ενός ελικοειδούς αντηχείο με αυξημένο τερματικό χρησιμοποιείται επίσης για την ασύρματη λήψη. [9] [10] [11] [12] [13] [14] Ο δέκτης πηνίο Τέσλα προορίζεται για την παραλαβή των μη ακτινοβολεί ηλεκτρομαγνητική ενέργεια τομέα παράγεται από τον πομπό πηνίο Τέσλα. Ο δέκτης πηνίο Τέσλα είναι επίσης προσαρμόσιμη για την αξιοποίηση της πανταχού κάθετη κλίση τάσης στην ατμόσφαιρα της Γης. Tesla κατασκευαστεί και χρησιμοποιούνται διάφορες συσκευές για την ανίχνευση ηλεκτρομαγνητική ενέργεια τομέα. Νωρίς ασύρματη συσκευή του λειτουργεί βάσει των ερτζιανών κυμάτων ή κοινές ραδιοκύματα, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που διαδίδονται στο διάστημα χωρίς τη συμμετοχή της αγώγιμη επιφάνεια καθοδήγηση. [15] Κατά τη διάρκεια της εργασίας του στο Colorado Springs, ο Tesla πίστευε ότι είχε καθιερώσει ηλεκτρικό συντονισμό του συνόλου της Γη χρησιμοποιώντας τον πομπό πηνίο Τέσλα με δική του "πειραματικού σταθμού». [16] Tesla δήλωσε μια από τις απαιτήσεις του Συστήματος ασύρματο κόσμο ήταν η κατασκευή του συντονισμού δεκτών [17] Οι σχετικές έννοιες και οι μέθοδοι αποτελούν μέρος του συστήματος ασύρματης μετάδοσης του (US1119732 - Συσκευές για τη μετάδοση Ηλεκτρική Ενέργεια - 1902 18 Ιανουαρίου).. Tesla έκανε μια πρόταση που είναι αναγκαίο να υπάρξουν πολλά περισσότερα από τριάντα μετάδοση-λήψη σταθμούς παγκοσμίως. [18] Σε μία μορφή από την παραλαβή κυκλώματος είναι οι δύο ακροδέκτες εισόδου που συνδέονται με κάθε μηχανικό σύστημα διαμόρφωσης εύρους παλμού προσαρμοσμένα για την αναστροφή της πολικότητας σε προκαθορισμένα χρονικά διαστήματα του χρόνου και του χρεώνει έναν πυκνωτή. [19] Αυτή η μορφή του δέκτη συστήματος Tesla έχει μέσα για commutating την τρέχουσα ερεθίσματα στο κύκλωμα φόρτισης, έτσι ώστε να καθίστανται κατάλληλα για τη φόρτιση της συσκευής αποθήκευσης, μια συσκευή για το κλείσιμο του κυκλώματος που λαμβάνουν, και τα μέσα για την πρόκληση ο δέκτης να λειτουργεί από την συσσωρευμένη ενέργεια. [20]

Ένα πηνίο Τέσλα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως δέκτης και αναφέρεται ως ένα μετασχηματιστή Tesla. Οι παράμετροι του, ο ένας πομπός το πηνίο Τέσλα είναι όμοια και ισχύουν στη συγκεκριμένη περίπτωση είναι ένα δέκτη (π.χ., μια κεραία κύκλωμα), λόγω της αρχής της αμοιβαιότητας. Γενικά όμως, δεν εφαρμόζεται σε μια προφανή τρόπο; Για την ηλεκτρική αντίσταση, η αντίσταση στο φορτίο (π.χ., όπου η ισχύς που καταναλώνεται) είναι η πιο κρίσιμη και, για ένα δέκτη πηνίο Τέσλα, αυτό είναι στο σημείο χρήσης (όπως σε επαγωγικό κινητήρα) και όχι στη λήψη. Σύνθετη αντίσταση μιας κεραίας έχει σχέση με το ηλεκτρικό μήκος της κεραίας στο μήκος κύματος που χρησιμοποιείται. Συνήθως, σύνθετη αντίσταση είναι προσαρμοσμένη στο φορτίο με ένα δέκτη ή ένα ταιριάζοντας με τα δίκτυα αποτελούνται από πηνία και πυκνωτές.

Ένα πηνίο Τέσλα μπορεί να λαμβάνει τα ηλεκτρομαγνητικά ερεθίσματα από την ατμοσφαιρική ηλεκτρικής ενέργειας και η ενέργεια της ακτινοβολίας, εκτός από κανονικό ασύρματης μετάδοσης. Radiant ενέργειας ρίχνει μακριά με μεγάλη ταχύτητα λεπτά σωματίδια τα οποία είναι έντονα ηλεκτρισμένη και οι άλλες ακτίνες πέφτουν πάνω στα μόνωση αγωγών συνδέεται με συμπυκνωτή (δηλαδή, ένας πυκνωτής)που μπορεί να προκαλέσει το συμπυκνωτή για επ 'αόριστον χρέωση ηλεκτρικά. Το ελικοειδές αντηχείο μπορεί να είναι "ηλεκτρικώς σοκαρισμένο"λόγω της ακτινοβολίας και όχι μόνο στο θεμελιώδες κύμα σε ένα τέταρτο μήκος κύματος, αλλά και είναι αρμονισμένο με τις αρμονικές του. Ερτζιανών μέθοδοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να διεγείρει το δέκτη πηνίο Τέσλα με τους περιορισμούς που έχουν ως αποτέλεσμα μεγάλα μειονεκτήματα για αξιοποίηση, όμως. Οι λεπτομέρειες της διεξαγωγής του εδάφους και τις διαφορετικές μεθόδους εισαγωγής μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για να διεγείρει το δέκτη πηνίο Τέσλα, αλλά και πάλι σε μειονεκτήματα για αξιοποίηση. Η χρέωση κυκλώματος μπορούν να προσαρμοστούν να ενεργοποιείται από τη δράση των διαφόρων άλλων διαταραχών και των αποτελεσμάτων σε μια απόσταση. Αυθαίρετη και διαλείπουσες ταλαντώσεις που μεταδόθηκε μέσω αγωγής για την παραλαβή ταλαντωτή θα χρεώσει ο πυκνωτής του δέκτη και θα γίνει χρήση των δυνατοτήτων της ενέργειας με περισσότερη αποτελεσματικότητα. Διάφορες πηγές ακτινοβολίας μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να χρεώνουν την απαλλαγή τους αγωγούς, με τις ακτινοβολίες θεωρείται ηλεκτρομαγνητικών δονήσεων από διάφορα μήκη κύματος και της ιοντίζουσας δυναμικού. Ο δέκτης Tesla χρησιμοποιεί τα αποτελέσματα ή τις διαταραχές για να φορτίσει μια συσκευή αποθήκευσης με ενέργεια από μια εξωτερική πηγή (φυσικών ή τεχνητών) και ελέγχει τη φόρτιση της συσκευής, δήλωσε από τις ενέργειες των επιπτώσεων ή διαταραχές (κατά τη διάρκεια της διαδεχόμενος χρονικά διαστήματα καθορίζεται μέσω των αποτελεσμάτων αυτών και διαταραχές που αντιστοιχούν σε διαδοχή και τη διάρκεια των αποτελεσμάτων και διαταραχές). Η αποθηκευμένη ενέργεια μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για να ενεργοποιήσει τη συσκευή λήψης. Η συσσωρευμένη ενέργεια μπορεί, για παράδειγμα, λειτουργεί ένα μετασχηματιστή με εκκένωση μέσα από ένα πρωτεύον κύκλωμα σε προκαθορισμένους χρόνους που, από τη δευτερογενή ρεύματα, λειτουργεί η συσκευή λήψης.