Ωmega Labs

DC Tesla tekercs

Tesla a váltóáram népszerűsítésével, és használatával lett leginkább népszerű. Az eredeti tesla tekercs is váltóárammal működött, nem valami jó hatásfokkal. Ma már léteznek a félvezetős FET-es, illetve IGBT-s tekercsek, amiknek sokkal jobbnak mondható a hatásfokuk. A kettő között foglalja el helyét az egyenáramú, de nem félvezetőkből megépített meghajtással rendelkező, alapvetően nagyfeszültséget igénylő DCTC. A legegszerűbb DCTC meghajtása áll egy nagyfeszültségű transzformátorból (esetleg egy hozzá készített feszültség sokszorozóból), egy egyutas, vagy kétutas (graetz) egyenirányításból, és egy hozzá tartozó nagyfrekvenciás fojtásból. Fontos, hogy ha az egyenirányítás diódái nem nagyfrekvenciások, akkor teljes mértékben árnyékolni kell őket, hiszen a szekunder körül hatalmas a nagyfrekvenciás elektromágneses tér, ami veszélyes a félvezetőkre nézve. A hálózat irányában pedig zavarszűrőket kell elhelyezni, hogy egyrész a hálózat felé se legyen semmiféle nagyfrekvenciás komponens, másrészt a kimeneten lévő nagyfrekvencia, ami esetleg a hálózati kábel közelében van, ne juthasson vissza a diódákra. Itt a legjobb megoldás, ha az egész meghajtást trafóstul, diódástul belerakjuk egy faraday ketrecbe (legjobb földelt acélfalú doboz), illetve nagyobb áramú, és nagyfrekvenciás diódát használunk.  A DCTC-nél kötelező a forgó szikraköz használata, mivel ha sztatikus szikraközünk van, nem fogja feltölteni a kondenzátort, mivel egyenáram szempontjából a kondenzátor szakadást jelent. De a forgó szikraköznél van olyan pillanat, amikor a szikraköz teljesen szakadásként viselkedik, így az egyenáram fel fogja tölteni a kondenzátort, és a megfelelően kiszámolt sebességgel üzemelő forgó szikraköz épp akkor süti ki, mikor maximum feszültségre töltődött fel a primerköri kondenzátor. Van egy nagy előnye a DCTC-nek, mégpedig az, hogy akármekkora lehet a kondenzátor, a forgó szikraköz sebességétől, és a meghajtóáram nagyságától függően.
DCTCsima-full
Két típusú DCTC létezik, egy a fentebb említett még néhány kiegészítő elemmel, a második az um. charging reaktoros. Itt ugyan csak 1 elemmel bővül a rajz, mégis hatalmas jelentősége van. Ha az egyenáram útjába rakunk egy hatalmas induktivitást, akkor ahogy áthalad rajta az áram, létrehoz egy bizonyos méretű mágneses teret. A mágneses tér pedig képes feszültséget indukálni másik tekercsben, de akár a saját induktivitásán is képes hatalmas feszültséget előidézni, ha hirtelen nagyot változik rajta a mágnesesség (ez az önindukció). Így, ha a kondenzátor elé rakunk egy nagy induktivitást, áthalad rajta a kondenzátor töltőárama, ami létrehoz egy mágneses teret, és amint feltöltődött teljesen a kondenzátor, viszonylag hirtelen megszűnik a töltőáram, ami önindukciót hoz létre a tekercsben, amin egy x feszültség fog keletkezni, és a kondenzátor feszültségéhez fog hozzáadódni a tekercsen keletkezett önindukciós feszültség. A szikraköznek ilyenkor kell kisütő állásban állnia, és akkor kisütni a kondenzátort, mikor az maximálisan fel van töltve. A tekercs elé viszont kell rakni egy újabb egyenirányítást, hogy megelőzzük, hogy visszafelé szétrobbantsa a meghajtó trafó egyenirányítására berakott diódákat.
DCTCcharging-full

A nagyfrekvenciás szűrésről bővebben

Lássunk néhány képletet is:

Váltakozó áramú effektív középérték (szinusz esetén): Ucs = Ueff * √(2)     Ahol   Ucs = csúcsfeszültség

Töltések áramlása : 1C =  1A / 1s

Kondenzátor töltéskapacitása: Q = U * C   [Coulomb]

Kondenzátor energiája:  W = (C / 2) * U ˛   [ J ] Joule

Rezonancia frekvencia (Thompson-képlet): F0 = 1 / [ 2 π * √ ( L * C ) ] 

Ezekből a képletekből már meghatározható egy sima DCTC primerköri kondenzátor kapacitása. Példa:

Van egy 10kV feszültségű nagyfeszültségű trafó, ami 100mA-t képes leadni. Egyenirányítás után a feszültség :

Ucs = 10 000 V * 1,41
Ucs= 14 100V

Tehát a primerköri kondenzátort kb. dupla ekkora feszültség elviselésére kell méretezni.

A kondenzátor kapacitása:
A kondenzátor  tulajdonképpen a forgó szikraközön múlik, mennyire gyorsan képes azt kisütni, illetve mi mekkorát szeretnénk csinálni. PL: 3000rpm fordulatú (1-1 álló elektróda közt forgó) fordulatú motorral meghajtott 8 elektródás tárcsának a bps értéke (átütés/másodperc)

3000/60 = 50 fordulat/másodperc a motor sebessége.
Mivel két forgóelektródás szikraköznél csak fél fordulat szükséges 1 átütés eléréséhez, ezért 8 forgó elektródásnál a bps érték (50*2) * 2 *2 = 400 bps  (a 4, illetve 8 elektróda miatt kell 2x megszorozni kettővel)
Ha 1 másodperc alatt 400 x sül ki a kondenzátor, akkor a meghajtásnak 1/400, azaz 0,0025 másodperce van, hogy feltöltse a kondenzátort. 0,1 amper = 0,1 Coulomb/másodperc, viszont 0,0025 másodperc alatt
0,1 * 0,0025 Coulombot tud leadni a meghajtás, ami azt jelenti, hogy a kondenzátornak is MAXIMUM annyi lehet a töltéskapacitása. Ha a feszültség 14 100V, és tudjuk, hogy
0,00025 C töltést tud tárolni, ki lehet számolni a kapacitását :

C = Q / U  = 0, 00025 C / 14 100 V  == >   0,000 000 017 7 F = 17,7 nF

2006-2012   © Omega Labs