ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 13.04.2024
Просмотров: 26
Скачиваний: 0
Иными словами, режим последовательного резонанса позволяет трансформатору Тесла достигать таких величин напряжений, что на поверхности сферы появляется коронарный разряд и даже молнии. Весь фокус состоит в том, что коэффициент трансформации резонансного трансформатора выше соотношения витков катушек L1/L2 и значительно выше, чем в трансформаторах с ферро сердечниками. Здесь индуктивность L2, сфера и заземление, представляют из себя открытый резонансный колебательный контур. Именно по этому трансформатор Тесла называется резонансным.
Рассмотрим работу трансформатора Тесла, как последовательный колебательный контур: - этот контур необходимо рассматривать как обычный LC – элемент, рис. 1а.б, а так же рис. 2а, где включены последовательно индуктивность L, открытый конденсатор С и сопротивление среды Rср. Угол сдвига фаз в последовательном колебательном контуре между напряжением и током равен нулю (φ=0), если ХL = - ХС, т.е. изменения тока и напряжения в нем происходят синфазно. Это явление называется резонансом напряжений (последовательным резонансом). Следует отметить, что при понижении частоты от резонанса, ток в контуре уменьшается, а резонанс тока несет емкостной характер. При дальнейшей расстройке контура и понижении тока на 0,707, его фаза смещается на 45 градусов. При расстройке контура вверх по частоте, он приобретает индуктивный характер. Это явление часто используют в фазоинверторах.
Стоит отметить, что при резонансе энергия передается из первичного контура во вторичный, и, со временем, вся она окажется там. Этот момент называется "узел энергии первичной обмотки". Амплитуда колебаний и тока и напряжения первичной обмотки в этот момент становятся равной нулю. Однако процесс обмена энергии на этом не заканчивается.
В идеальной ситуации когда ток через первичную обмотку прекращается, разрядник перестает проводить ток. К сожалению, на практике этого очень сложно добиться, разрядник продолжает проводить. Из-за этого, энергия возвращается обратно из вторичной обмотки в первичную. Так-же, как и в предыдущем абзаце, существует такой момент, когда вся энергия вторичной обмотки возвратиться обратно (этот момент называется узлом энергии вторичной обмотки). Энергия будет переходить из одного контура в другой до тех пор пока дуга в разряднике не погаснет.
Когда дуга погаснет, оставшаяся энергия окажется "запертой" во вторичном контуре и постепенно рассеется, а конденсатор C начнет опять заряжаться через дроссель L.
Дальше все повториться снова. Чем сильнее связаны контура (чем ближе одна катушка к другой), тем быстрее контура будут обмениваться энергией. Сильно маленький коэффициент связи ( меньше 0.05 ) приведет к тому, что вся энергия рассеется в первичном контуре, так и не добравшись во вторичный. Большой коэфицент связи потребует расположить первичную и вторичную обмотки рядом, из-за чего между ними будут проскакивать стримеры.
Даже если оба контура (и первичный и вторичный) по отдельности имели одинаковую резонансную частоту, все меняется при появлении между контурами магнитной связи. Каждая катушка "видит" часть емкости противоположного контура, из-за этого резонансные частоты контуров расползаются. Чем больше коэффициент связи, тем большую часть емкости видит противоположная катушка и тем больше расползаются резонансные частоты.
Для того, что бы схема работала без каких-либо сбоев, необходимо применение балласта. Итак, балласт предназначен для того, чтобы: 1) дать возможность дуге в разряднике G1 потухнуть. Если убрать балласт, разрядник будет замыкать высоковольтный трансформатор и тесла работать не будет.
2) уменьшить ток зарядки емкости Cp. Если этого не сделать, ток через высоковольтный трансформатор может стать совсем не входящим в рамки расчётов и разрушить его.
Если мы рассмотрим схему изображенную на рис. 3, то мы сможем предоставить простые расчеты, из которых видно, что напряжение на пластинах излучателя вычисляется исходя из добротности контура Q, которая реально может находиться в пределах 20 – 50 и много выше.
Где
полоса пропускания определяется
добротностью контура:
Δf=fo/Q;
Тогда напряжение на пластинах излучателя будет выглядеть согласно следующей формуле:
U2= Q * U1.
В таблице 1 расчетные данные приведены для частоты 7.0 МГц не случайно, это дает возможность любому желающему на коротких волнах провести радиолюбительский эксперимент в эфире. Здесь входное напряжение U1 условно взято за 100 Вольт, а добротность за 26.
|
f ( МГц) |
L (мкГн) |
ХL (Ом) |
C (пФ) |
- Xc (Ом) |
Δf (кГц) |
Q |
U 1/U 2 (В.) |
|
7 |
30,4 |
1360 |
17 |
1340 |
270 |
26 |
100/2600 |
Таблица 1.
Напряжение U2 согласно расчетам составляет 2600В, что подтверждается практической работой трансформатора Тесла. Данное утверждение приемлемо в тех случаях, когда отсутствует изменение частоты или сопротивления нагрузки данного контура. В трансформаторе Н. Тесла оба фактора постоянны.
Полоса пропускания трансформатора Тесла зависит от нагрузки, т.е., чем выше связь открытого конденсатора С (сфера-земля) со средой, тем больше нагружен контур, тем шире его полоса пропускания. Тоже происходит с контуром, нагруженным активной нагрузкой. Таким образом, площадь пластин излучателя антенны определяет его емкость С и соответственно диктует ширину полосы пропускания. Тем не менее, здесь нужно понимать, что чрезмерное увеличение полосы пропускания за счет увеличения объема излучателей приведет к снижению добротности контура и соответственно приведет к уменьшению эффективности резонансного трансформатора и всего устройства в целом.
Подводя итог, мы приходим к выводу, что излучает не индуктивность трансформатора Тесла L2, а элементы открытого конденсатора (сфера-земля рис. 1а.) являющегося частью резонансной системы. Это емкостной излучатель с двумя полюсами, который создает вокруг себя мощное и концентрированное электромагнитное излучение. Трансформатор Тесла обладает особенностью накопления энергии, что характерно только последовательному LC – контуру, где суммарное выходное напряжение значительно превосходит входное, что наглядно видно из результатов таблицы. Данное свойство давно практикуют в промышленных радиоустройствах для повышения напряжения в устройствах с большим входным сопротивлением.
Таким образом, мы можем сделать следующий вывод: - трансформатор Тесла, это высокодобротный последовательный колебательный контур, где сфера является открытым элементом, осуществляющим связь со средой. Индуктивность L является лишь закрытым элементом и резонансным трансформатором напряжения не участвующим в излучении.