Tesla Coil

[mișa]

DA sunt pe cont propriu.(pacat, am observat asta si in alte proiecte) Ori fac ce vreau eu, ori nu fac nimic. Vreau transformator de 15-20KV.Pina la urma am gasit miez pentru 2.5-3 KW. E cam mic pentru ce vreau eu dar am sa consider ca e un proiect de inceput, asa cum a zis teslina. Poate e mai bine asa.Cu sursa de inalta tensiune pe care o am, am sa testez foliile de izolatie pe care urmeaza sa le folosesc ca izolatie in secundar.Chiar am sa-l fac. Miine incep lucrul. Problema era miezul. L-am gasit. Am sa-l fac cu putere variabila (ca transformatoarele de sudura) fara sa se modifice tensiunea din secundar (cu reluctanta variabila) . Stiti faza? - cum se face....Merita!

[teslina]

Hmm, hai sa facem cateva calcule.

 

Sa presupunem ca traful tau de alimentare scoate 3 kW, la o tensiune de iesire de 10 kV, asta presupune un curent de 300 mA.

 

La curentul asta, capacitatea maxima din circuitul primar care ar putea fi incarcata ar fi :

 

C = I / (2*pi*f*U) = 0,3 /(2*3,14*50*10.000) = 95,5 nF

 

Asta ar fi capacitatea pentru incarcare la rezonanta ceea este bine sa fie evitata (datorita supratensiunilor ce pot apare intre infasurarile transformatorului la frecventa de 50 Hz), dar pentru usurinta calculelor vom folosi in continuare aceasta valoare. In practica ar fi bine sa folosim sub 75-80% din valoarea capacitatii rezonante.

 

Puterea procesata in transformatorul tesla este:

 

P = Ec * BPS, unde Ec este energia maxima din condensatorul primar la sfarsitul timpului de incarcare iar BPS este frecventa peak-urilor de tensiune/sec ale retelei, in cazul nostru BPS = 100. Deci

 

P = {[95,5 * 10^(-9) * 10 ^(8)] / 2} * 100 = 472 wati

 

Conform formulei lui Freau lungimea maxima a scanteii L ar fi:

 

L = 1,77 * sqrt(P) = 38,45 inci = 97,67 cm

 

si asta in cazul unui sistem foarte bine construit.

 

Vei obtine o scanteie asemanatoare cu cea obtinuta de mine in transformatorul meu tesla alimentat cu un traf de masura la 13.200 volti:

 

http://www.geocities.com/teslinasite/BTC.html

 

Solutii de marire a scanteii:

-tensiune mai mare de la transformator (20 kV): pot apare probleme de izolatie

 

-dublezi tensiunea de incarcare a condensatorului primar cu ajutorul unui inductor (vezi postul meu anterior) si faci un eclator rotativ sincron pentru o stingere rapida a arcului (pentru a obtine tensiunea de autoinductie din bobina inductor). Cu eclatorul static nu merge.

 

-redresezi iesirea de inalta tensiune cu o punte de diode (full wave) si construiesti un eclator rotativ asincron, de turatie mare, astfel incat BPS poate fi crescut la valori mari de pana la 500-1000/sec. Pentru redresare poti folosi diode cu siliciu (sensibile la pulsurile RF) sau diode cu vid (se gasesc pe internet kenotroane de 30 kV la cateva sute de mA).

 

-inventezi tu un sistem cu totul original.

 

Succes!

[mișa]

Hmmm...Deci transformatorul... Am miez din tole I de 50 cm2. 12 cm ar fi lungimea maxima a bobinajului. Nu ma apropiu prea tare de margini si bobinez doar pe 10 cm cu 0.25, 38 straturi de cite 400 spire. (pentru 15KV) Intre straturi izolez cu folie transparenta pentru imprimante laser. Am testat-o si eu cred ca e buna. Intre 2 straturi, in mod normal ar trebui sa am in mod normal 800VAC si respectiv o tensiune de virf de 1128V. Cred ca ajung 2 straturi de folie. Carcasa bobinajului imi va ridica ceva probleme dar nu de nerezolvat. Intentionez sa o fac din sticlotextolit in 2 straturi lipit cu epoxi.Cred ca am sa scufund transformatorul in ulei.Cam de la ce distanta se declansaza arcul la 15 KV AC in aer?Cam la ce valori pot fi supratensiunile din secundar? De ele imi e cel mai frica, in sensul ca e destul de mult de lucru pe transformator si mi-ar parea rau sa ia foc din prima.M-am gindit si la redresare si filtrare dar condensatorii de filtraj ar trebui sa fie de ceva sute de nF.... As putea sa fac redresare trifazica dar parca nu as face 3 transformatoare.

[blue]

Misa, o data am desfacut un transformator de 3Kv industrial (DDR) si cea ce mi-a atras atentia a fost o distantare a spirelor la inceputul si sfirsitul secundarului , se pare ca repartizarea tensiunii induse nu este liniara !

[teslina]

Pentru descarcarea intre doua varfuri potentialul de strapungere ar fi 1,1kv/mm.

 

Nu poti sa ai 400 spire pe fiecare strat. Numarul de spire trebuie sa scada progresiv de la stratul interior la cel exterior, datorita riscului de strapungere la capetele bobinajului. Practic sectiunea prin bobinaj ar trebui sa arate in felul urmator:

 

strat extern

oooooooooooooooo

__________________________________

000000000000000000000

____________________________________

00000000000000000000000000

_____________________________________

0000000000000000000000000000000

______________________________________

strat intern

(benzile negre sunt straturile de izolatie, iar ooo = straturile de spire)

 

La 10 kV trebuie scufundat in ulei. In plus trebuie eliminate toate bulele de aer. O solutie ar fi amplasarea transformatorului intr-o cuva etansa, umplerea cuvei cu ulei fierbinte (pentru a usura eliminarea bulelor de aer captive) si vidarea cuvei (tot pentru absorbtia aerului).

 

O idee buna ar fi sa ai totusi un spatiu intre primar si secundar (secundarul la exterior), asa cum este construit un traf de inalte de la un aparat cu raze X:

 

http://www.youtube.com/watch?v=oFlcpGQQW-w

 

Protectia transformatorului impotriva curentilor de RF inseamna:

-un filtru RC intre iesirea secundarului si eclator (cu rezistori in serie si condensatori ceramici in paralel cu iesirea secundarului):

http://4hv.org/e107_files/public/1147212498_117_FT0_nst.jpg

 

-eclatorul de siguranta (care este reprezentat si in figura de mai sus) Acesta este montat chiar pe bornele de iesire ale transformatorului de inalte si este setat la distanta la care nu mai apare arcul electric, la punerea in functiune a transformatorului (acesta nu este legat la traful tesla).

 

-eclatorul principal urmeaza dupa filtrul RC si este montat paralel cu alimentarea de inalta tensiune, astfel incat, prin el se vor descarca toate pulsurile de inalta frecventa provenite de la circuitul primar al trafului tesla. In eventualitatea in care eclatorul principal rateaza o aprindere (tensiune mica, electrozi corodati, eclator rotativ iesit din conditia de sincronism), transformatorul de inalta va fi protejat de filtrul RF si eclatorul de siguranta (safety gap). O chestie importanta de retinut este pastrarea unui spatiu convenabil in eclatorul principal. Multi maresc distanta dintre electrozi, in speranta obtinerii unor scantei mai mari de la traful tesla (eclatorul se va aprinde la o tensiune mai mare si deci voltajul la care se incarca condensatorul primar va fi mai mare). Dar exista pericolul ca eclatorul sa aiba timpi morti (sa nu se aprinda) ceae ce este foarte periculos pentru traful de alimentare.

 

Oricum, descarcarea de la un traf tesla este proportionala cu puterea introdusa in circuit, nu cu voltajul, pentru ca arcurile de inalta frecventa odata aparute la electrodul teslei, cresc in dimensiuni pe baza aportului de putere. Practic in circuitul primar, se cere o tensiune mai mare pentru aprinderea confortabila a eclatorului (mai mare de 4 kV de ex), dar nu exista nici un beneficiu pentru utilizarea unor tensiuni mai mari de 12-15 kV datorita problemelor de izolatie. Se poate alege o tensiune convenabila (sa zicem 10 kV) si in rest transformatorul de alimentare trebuie sa asigure puterea necesara pentru obtinerea unor streameri cat mai lungi. De ceea eu zic Misa, sa nu mergi pe foarte inalta tensiune, pentru ca vei avea mai multe probleme decat beneficii. In plus condensatorii din primar, mai ales daca sunt homemade nu vor tine mult.

[mișa]

Multumesc de informatii.Primarul transformatorului de alimentare e complet separat, pe latura opusa a miezului. Intre primar si secundar, intra reglabil mecanic pachetul de tole (tot I) pentru reglarea puterii, dupa cum am spus, exact ca la aparatele de sudura.Cunosc treaba cu eliminarea bulelor de aer.E intr-adevar primul transformator de inalta tensiune care il fac (am mai facut numai de 2000V) si incerc sa prevad eventualele probleme.

[teslina]

M-am mai gandit un pic si cred ca o izolatie mai buna s-ar putea obtine daca bobinarea s-ar face pe galeti, sau daca secundarul ar fi format din doua bobine inseriate (cu priza mediana conectata la miez, respectiv la impamantare). Daca traful va scoate 12 kV peak to peak, izolatia fata de miez va trebui sa suporte cel mult 6 kV (bineinteles teoretic, practic poti sa o faci sa reziste la valori de 10 ori mai mari).

Transformatoarele pentru lampi spectrale (lampile cu neon, fara filament si starter) sunt construite dupa acelasi principiu, respectiv secundar din doua bobine inseriate cu mediana la masa si un primar intre cele doua secundare. Exista si varianta europeana cu doua secundare si cu doua primare inseriate, pe fiecare brat al miezului existand o bobina secundara si una primara, ca in desenul urmator:

 

 

Iata imaginea transformatorului:

 

http://www.ctc-labs.de/assets/images/detaill.jpg

 

Suntul magnetic poate fi reglat cu ajutorul unui surub.

 

De obicei strapungerea poate apare doar la una din cele doua bobine secundare, cealalta ramanad intacta. Ma gandesc ca in acest fel ar putea fi reparat mai usor (in cazul in care pateste ceva ) decat un singur secundar care trebuie sa suporte toti cei 12 kV.

[mișa]

Zici tu ceva...O sa vad cum incape varianta cu 4 bobine pe miezul care-l am. Intr-adevar se simplifica semnificativ izolatiile. In cazul propus de tine, asa fac impamintarile?

[teslina]

Da, legarea la pamant se face exact ca in desenul tau.

 

Doua lucruri de mentionat:

 

-filtrul RF (intre traful de inalta si circuitul primar) fa-l tip RC. S-a discutat mult varianta cu bobine pe tesla list si s-a ajuns la concluzia ca metoda inductiva poate duce la aparitia de oscilatii de inalta frecventa care afecteaza transformatorul de alimentare. Asta in cazul unor bobine de filtraj cu miez de aer. In cazul unor bobine cu miez, problema oscilatiilor nu se mai pune, dar pot apare tensiuni de autoinductie care sa pericliteze izolatiile transformatorului si in plus bobinele de filtraj se pot strapunge.

 

-eclatorul principal conecteaza-l in paralel cu iesirea transformatorului de inalta tensiune, nu in serie cu inductanta primarului. In varianta ta, cu condensatorul primar in paralel cu traful de inalta, pot apare supratensiuni pe condensator care se repercuteaza pe traful de inalta tensiune. In varianta cu eclatorul in paralel, orice supratensiune aparuta pe traf se descarca prin eclator, acesta jucand rolul unui limitator de tensiune la bornele transformatorului de inalta.

 

http://www.nic.funet.fi/pub/sci/electrical/tesla/pictures/misc/tesladia.gif

 

Citeste si la "Utilisation and production" aici, ca sa vezi avantajele si dezavantajele fiecarui montaj:

 

http://en.wikipedia.org/wiki/Tesla_coil

 

Se mai poate adauga un eclator de siguranta (safety gap), chiar pe iesirea de inalta tensiune, inainte de filtrul RF, setat la o distanta ceva mai mare decat eclatorul principal (cu cativa mm) astfel incat daca eclatorul principal refuza dintr-un motov oarecare sa se aprinda, traful sa fie protejat. Uite am scris si un text despre el pe site:

 

http://www.geocities.com/teslina/ecprot.html

 

O mentiune despre importanta safety gap pe site-ul lui Bert Hickman, fost inginer energetician, care stie ce spune:

 

http://members.boardhost.com/tesla/msg/1464.html

 

Sugestii interesante de constructie vei gasi pe site-ul lui Terry Blake:

 

http://www.teslamap.com/guide.html

 

Succes!

[mișa]

Am inceput lucrul la transformator. Am ales varianta cu 2 bobine pentru secundar si 1 bobina pentru primar.De unde fac rost de ulei de transformator?Am testat un ulei de motor. Nu stiu ce sa zic. Pare a fi bun, adica daca arcul se aprinde in aer de la 4 cm, in ulei se aprinde de la 4-5 mm. De asemenea, un arc electric in aer, aproape de suprafata uleiului nu are tendinta sa sa se propage pe suprafata acestuia.

[em2006]

Nu te complica cu alte uleiuri. Gasesti de transformator la orice laborator de incercari PRAM. Tine-l intr-un vas metalic etans, cu garnitura, curata vasul in prealabil cu alcool tehnic. Inainte de turnare, incinge bine uleiul. Il mai gasesti in vechile condensatoare care se foloseau pt compensarea factorului de putere. Daca cuva e etansa, gasesti inauntru ulei curat ca lacrima, ramane doar sa-l fierbi sa se evapore apa, daca are. Daca-l poti ridica din Bucuresti, iti dau eu ulei nefolosit, am completat recent la un traf de 1000KVA.

[teslina]

Uleiul de motor nu e bun, poate contine apa sau tot felul de aditivi.Uleiul de transformator este alegerea ideala. Ai putea sa storci bobine de inductie dar ar trebui multe. Daca em2006 nu are destul ulei sau daca nu reusesti sa gasesti, recomand uleiul de parafina (e bun, l-am incercat). E folosit ca laxativ si il poti gasi la magazinele cu produse pentru animale sau chiar in farmacii.

[mișa]

E clar ca uleiul de transformator e cel mai bun la transformatoare. Am fost doar curios de cum se comporta un ulei de motor, din ala nu prea aditivat.Oricum, pina termin bobinele si carcasa, sper sa gasesc ulei undeva mai aproape, deoarece imi trebuie pentru traf si pentru condensator (eventual pentru redresor....) deci destul de mult. Daca nu, aduc de la Bucuresti. (multumesc em2006)

[radhoo]

Am alimentat tesla coilul meu folosind un flyback cu driver ZVS. Teslina, multumesc de sugestii, dioda incorporata a rezistat foarte bine, si rezultatele au fost mult mai bune ca data trecuta:

 

 

Iata si un film pe youtube:

 

Mai multe detalii despre acest test aici: http://www.pocketmagic.net/?p=332

[teslina]

Extra, rezultate foarte bune!Am facut cateva sugestii in plus pe site:-pune condensatorul primar in locul spark gap-ului si invers, in felul asta si traful (impreuna cu dioda incorporata) si condensatorul primar vor fi mai protejate impotriva RF din primarul tesla.-izoleaza spirele de la varful secundarului cu banda izolatoare.-etanseaza capatul de sus al secundarului cu un capac de plastic-firul pe care ai acum descarcarea ruleaza-l si ataseaza-l la capacul de plastic-construieste un mic toroid (nu foarte mare, raza lui sa fie cel mult dublu fata de sectiunea secundarului, iar sectiunea toroidului sa fie cam de 2,5-3 cm. Acopera-l cu folie de aluminiu pe care o netezesti bine cu un obiect neted, astfel incat sa nu exista asperitati. Daca exista cute ale foliei, lipeste pe deasupra banda schoch. Ideea este ca suprafata toroidului sa fie cat mai neteda. Ataseaza acest toroid la capatul de sus al secundarului. In felul asta vei reduce pierderea de putere prin corona, si crescand capacitatea secundara vei avea arcuri mai lungi si mai puternice.-foloseste o impamantare buna pentru traful tesla (calorifer, instalatie de apa, etc) -foloseste un eclator multiplu (3-4 spatii de descarcare)Rezultatele sunt excelente, dar inca nu ai obtinut maximul de scanteie.