Teslův transformátor: Porovnání verzí

Tesla zamýšlel využít transformátor pro dálkový přenos [[energie]]. Vzhledem k obtížím se zpětnou přeměnou vysokofrekvenční energie, složitostí jejího směrování, nízké účinnosti přenosu a velkým ztrátám vlivem vyzařování, silnému rušení veškerého rádiového spektra atd. se tento přenos průmyslově nevyužívá. Dosti je však oblíbené jeho využívání ve formě speciálního efektu -– například na některých koncertech.

Sekundární vinutí je tvořeno velkým počtem závitů, navinutých tenkým izolovaným vodičem na nevodivém jádře (např. na PVC trubce). Spodní konec je uzemněný, na horní konec se pro zvýšení účinnosti nasazuje přídavná kapacita -– toroid (v amatérských podmínkách se užívá i polystyrénový věnec obalený staniolem).

* transformátor pro olejové topení (10kV10 kV, 150VA150 VA)

* rozptylový transformátor na neonové trubice (5 - 10 kV, vysoký pracovní proud -– asi 20-150 mA, drahý)

* Tranzistor IGBT je nutné nějak spínat. Nejlepší je k tomu použít nějaký generátor impulzů s regulovatelnou frekvencí (1 - 20 imp./s). Impulzy stačí dost krátké, jen na dobu zakmitání primárního obvodu. Před zdroj je dobré opět zařadit cívku -– tlumivku.

Slayer Exciter -– Nejjednodušší samokmitací SSTC postavené z jediného tranzistoru, frekvence se ladí automaticky pomocí vodiče z báze tranzistoru připojeného na spodní kontakt sekundární cívky.

SSTC dělíme dle zapojení koncového stupně na plný most (čtyři tranzistory a spínají proud do primární cívky křížem na střídačku)a polomost(Dva tranzistory spínají na střídačku proti kondenzátorovému děliči). Polomost má tu výhodu, že při kolapsu odejdou pouze dva tranzistory, zatímco u plného mostu všechny čtyři. Z plného mostu vytáhnete samozřejmě delší výboje. Tranzistory se používají buď MOSFET (Třeba IRFP460A), nebo lepší IGBT (Třeba HGTG30N60B3D 600V/30A -– ale jeden stojí 250 Kč).

Tímto se dostáváme k budiči koncového stupně. Lze použít třeba integrovaný obvod IR2153, který budí koncové tranzistory přímo, ale pouze polomost. Má vestavěný obvod Death Time a frekvenci musíte ručně naladit potenciometrem. Navíc při průrazu koncáků odejde tento obvod někdy také. Testoval jsem jej a následně zavrhnul. Lepší je použití takzvaného GDT (Gate Drive Transformer) - toroidní feritový transformátor galvanicky oddělující budič od koncáků. GDT navíc dle začátků a konců vinutí fázuje správně tranzistory. Pro buzení GDT je nejlepší použít dvojici gatedriverů UCC37321 a UCC37322 od Texas Instruments o které si můžete napsat na stránkách výrobce jako samply zadarmo. Gatedrivery mají i druhý ENABLE vstup, kam lze připojit interrupter a přerušováním buzení tak snížit střední výkon transformátoru. Navíc to i prodlouží výboje. Jako budič gatedriverů můžete zvolit integrovaný obvod 4046 v zapojení potenciometrem laděného oscilátoru. Ladění frekvence je však dosti problematické, proto je lepší použít nějaké zapojení z netu -– samokmitající zapojení se zpětnou vazbou z paty sekundární cívky Teslova transformátoru. Na zemnící přívod k sekundáru je jednoduše navlečený toroidní proudový transformátor. Kmity se nahodí připojeným interrupterem, prvními pulzy se nabudí proud v primární cívce, přenese do sekundáru a pomocí zpětné vazby se celý budič automaticky chytne na rezonanci sekundární cívky Teslova transformátoru. Není tedy potřeba nic ladit a vše kmitá, tam kde má.

Ještě k napájení -– nejsnadnější je použít přímé usměrnění síťového napětí 230V230 V a následně jej vyfiltrovat elektrolytickými kondenzátory. Je však nutné, postarat se o pozvolné nabití elytů a to buď nabíjením přes rezistor, který se následně přemostí spínačem či relátkem, nebo stykačem. Výhodnější je však použití regulačního autotransformátoru -– reguláku. Rozsah regulace je pak 0-250V a je možné regulovat délku výbojů.

DRSSTC (Dual Resonant Solid State Tesla Coil) je transformátor spínaný polovodiči -– IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) tranzistory s laděným sekundárem i primárem do rezonance. Výsledkem tohoto řešení jsou maximální výboje, možnost jejich regulace a charakteru (toho se dociluje Interrupterem, který umožňuje snížit střední výkon a tím docílit delší výboje na úkor příkonu). Dále je možno výboje modulovat hudbou pomocí audio interruptoru, čímž je tento typ transformátoru řazen na první místo co se týče výsledného efektu.

Problematika DRSSTC: Mohou být obavy z naladění primáru pomocí sériově řazené kapacity MMC (Multi Mini Capacitors). To je rozdíl od SSTC, kde je do rezonance laděný pouze sekundár. Tady se ladí do rezonance i primár. Postup je následující -– při sníženém výkonu se posouvá svorka po primárním vinutí a sleduje se délka výbojů. Cca 2 závity na primáru nehrají příliš velkou roli. Pokud budete podobné zařízení stavět, lze doporučit použít budič od Steva Warda se zpětnou vazbou z primárního obvodu. Dalším problémem je, že ten jednodušší budič neřeší tzv. Dead Time -– čas který je potřeba nechat polovodičům, aby došlo k bezpečnému rozepnutí a sepnutí. Jinak tranzistory spínají proti sobě do zkratu, a to má za následek jejich přetěžování. Výsledkem je rozžhavený chladič, přehřátý přívodní kabel, čmoudíky z 10A reguláku (regulační autotransformátor, kterým se reguluje síťové napájecí napětí a tím i délka výbojů -– mimo jiné je přes regulák potřeba s citem nabít filtrační elektrolytické kondenzátory -– to připojením přímo na 230V není možné) a v neposlední řadě i odpálení IGBT tranzistorů s maximálním kolektorovým proudem 200A. Tranzistory navíc pracují na hranicích své maximální spínací frekvence.

Je to Teslův transformátor, buzený výkonnou elektronkou -– vhodná je pentoda, tetroda nebo trioda). U větších elektronek, jako je například GU-81M (ruská vysílací pentoda), se používá k napájení MOT -– transformátor z mikrovlnné trouby. Pro VTTC existuje mnoho zapojení, nejčastější je však zapojení flyback. Toto zapojení je založeno na kladné zpětné vazbě ze zpětnovazebního (feedback) vinutí, zpětnou vazbou se obvod rozkmitá netlumenými kmity,kterými je buzeno primární vinutí. Je možno použít i hlasovou modulaci, ale jsou větší nároky na napájení.

+ 2 100 V při 0,5 A, výkon okolo 900W900 W<br />

- poddimenzovaný -– nutno použít tlumivku<br /><br />

- Malý výkon, do 500W500 W a při větším hrozí zničení VN trafa, napětí až 30kV30 kV, proud je řádově v mA, nutnost budit na vysoké frekvenci (cca 15kHz15 kHz), využití pro malé TC o malém výkonu.<br /><br />

+ 10kV10 kV při 0,3 A, omezení proudu (není potřeba používat tlumivku jako u MOTu), <br />

- při výkonu cca 1kW1 kW může vážit i 30 kg<br /><br />

+ 10-50kV50 kV s usměrněním, výkon různý, podle napájení, zkratuvzdorný jako NST <br />