Ωmega Labs

Tesla tekercs

A Tesla tekercs egy nagyfrekvenciás rezgőkörökből álló, nagyfeszültségű generátor, amit szokás elosztott paraméterű rezgőkörnek is nevezni. A kimeneti feszültsége az 50kV-tól egészen akár 1MV ig is terjedhet. A kisebb teljesítményű tekercsek általában félvezetős meghajtással működnek, ellentétben a klasszikus tekerccsel, ahol a rendszer áll egy nagyfeszültségű transzformátorból (minimum 4kV), egy rákötött kondenzátorból ( 1-200nF intervallum), egy vele sorban lévő szikraközből, primer és szekunder tekercsből, és egy tetőkapacitásból. A primer tekercs 3 féle lehet:

Helical: a menetek rugószerűen kerülnek kialakításra, a szekundertől azonos távolságra (szolenoid). Ez a legáltalánosabb primerforma. A legjobb csatolást adja, azonban nagyobb tekercseknél veszélyes magasra helyezni a primer legfelső menetét, mivel a kimeneti szikra rácsaphat.

tesla_helicalprimer_small

Öntartó helikális primer 6-os rézcsőből (900W):

tesla_helicalprimerkesz_small

Hegesztőkábeles megoldás (régebbi 900W verzió):

tesla_helicalprimerkesz2_small

Helix:  valamilyen dőlésszögben vannak kialakítva a menetek.

tesla_helixprimer_small

Spirál: a menetek vízszintesen, csigavonalban vannak létrehozva. A csatolás ebben az esetben a legrosszabb, azonban nagy tekercseknél célszerű az alkalmazása.

tesla_spiralprimer_small

Kész spirál primer, 4-es rézcsőből, 20-as PVC rudakkal (2kW tesla):

tesla_spiralprimerkesz_small

Spirál, rézszalaggal: a csatolást növeli az, hogy kicsi lehet a menettávolság. Azonban megnő a menetek közti kapacitás is, valamint csúcshatás léphet fel az éleknél (primer köré védőgyűrű kell nagyobb tesláknál).

tesla_spiralprimerszalag_small

Az elkészült spirál sárgarézszalagos primer:

tesla_spiralprimerszalagkesz_small

A primerek közt számottevő különbség nincsen. A legfontosabb tulajdonásgai:

-csatolás a primer és szekunder közt (a csatolási állandó k=0.2 maximum)
-a primer induktivitása
-a primer anyaga (szinte kizárólag lágy vörösrézből szokás építeni)
-a primer magassága (a túl magas primerbe belecsaphat a kimeneti szikra)

A primernél (is) fontos a geometria. Ez gyakorlatilag egyenlő a látvánnyal. Egy otrombán kinéző primer aként is működik. Sokféle megoldás létezik arra, hogy normálisan legyen lefogatva, de lehetőleg ne érintkezzen közvetlen fával.
A csatolásról:
A primer és szekunder közti távolság nagyban (!) befolyásolja az egész tekercs működését. Azonban figyelni kell arra is, ne legyen túl közel a két tekercs egymáshoz. Ekkor megnő a csatolási tényező, és szekunder felületi szikrák, illetve menetek közti átütés is lehet az eredménye.A primer és szekunder közti távolság 1kW teljesítmény felett minimum 2cm. Nagyobb feszültségű meghajtás esetén (15kV +) ez inkább 4.A primer és szekunder közti csatolást (mivel a primer fixen le kell, hogy legyen rögzítve) a szekunder magasságának állításával lehet megoldani.Mivel a térerő a távolság négyzetével csökken, illetve nő, ha a szekundert 1cm elmozdítással néztük egy próba erejéig, ha ez után még 1cm-t elmozdítunk
rajta ugyan abba az irányba, már nem 2x, hanem 4x is kisebb lehet a térerő. Ez a szám persze nagyban függ a primer geometriától is. Ezért ez a második legfontosabb (a rezonancia után), amit be kell pontosan állítani. Itt a képen látni, a felületi szikrát, amit a túl nagy csatolás okoz:
feluletiszikra

Következzen néhány szó a szekunderről.:
Alapvetően solenoid felépítésű tekercsről van szó, mely a megfelelő csatolással rendelkezik a primer tekercs felé nézve. A szekunder tekerése a legunalmasabb része az építkezésnek, ezért ha csak lehet, ne is fogjunk olyan tekercsbe, aminél 2000 menet felett van a menetszám. Még akkor is érdemes egy primitív tekercselőgépet építeni, ha csak 800 menetet kell feltekerni. Eddig én kb. 10 szekundert tekertem  meg, különféle huzallal, különböző átmérőjű csévetestekre. A nagy részét kézzel, ölben csináltam. Kisebb huzallal nagyon nehéz dolgozni, folyamatosan koncentrálni kell, nehogy elszakadjon, mert a kis huzal teljesen javíthatatlan, nem lehet összeforrasztani a 2 oldalát, így ha elszakad, elölről kell kezdeni. De ez vastagabb huzalokra is érvényes, ha elszakad, vagy megtörik, akkor elölről kell kezdeni a tekercselést. A szekunder körüli térerő ugyanis homogén kell, hogy legyen, máskülönben nagyon gyorsan átüthet a menetei közt, vagy egyszerűen elkezd koronázni. Mindkettő végzetes. A huzal tekerésénél ügyelni kell a megfelelő huzalfeszességre. Ha csak kicsit is lazán van a csévetesten a huzal, és ha csak 1 menet is leesik, az egész tekercselést elölről kell kezdeni. Túlfeszítés esetén pedig elszakadhat a huzal, vagy megnyúlik, és megsérül a zománcréteg. Ez ismét tönkreteszi a tekercset. Tekercselés folyamán, ha meg kell állni, mindenképpen le kell ragasztani hosszan, szigetelőszalaggal, vagy celluxszal az utolsó meneteket, több helyen is. A meneteknek alapvetően egymás mellett kell lennie. Léteznek olyan tekercselési megoldások is, ahol a menetemelkedés több is lehet, mint a huzal saját keresztmetszete. Ez akkor következik be, ha valamilyen vastagabban szigetelt huzalból van tekercselve, vagy ha a zománchuzallal szándékosan nagy menettávolságban tekercselnek egy távtartó segítségével. Létezik egy speciális tekercselés, ami esetében a szekunder menetemelkedés exponenciálisan nő. Azaz alul egymáshoz érnek a menetek, legfelül pedig a huzalkeresztmetszet többszöröse is lehet a menetemelkedés. Ezek a csatolással való kísérletezés miatt lettek kitalálva, ugyanis, ha a primer körül sűrűn vannak szekunder menetek, jó lesz a csatolás, a tekercsen feljebb haladva azonban a menetek közti feszültség nem képes akkora távot átütni,amekkora 2 menet közt van exponenciális tekercselés esetén. Nagyobb teljesítményekhez (1kW+) mindenképpen új, legaláb kétszeresen zománcozott rézhuzalt használjunk. Átlagban pár száz méternyi huzalra van szükség. A csévetest szinte kizárólag PVC cső, mivel ez könnyen hozzáférhető, relatíve olcsó, tartós, és szigetelő is. Ha lehet, új csövet vegyünk, de legalábbis minden kiálló résztől meg kell szabadulni, ami a csövön lehet. Ilyen pl. beütődés, ahol az anyag egy kis ponton kitüremkedik a felületből, ezeket finomreszelővel le kell csiszolni, úgy, hogy tapintásra ne lehessen érezni durva felületeket sehol a csövön. A csövet vízszintesen kell levágni, ennek csak az az oka, hogy nem pisai ferde tornyot készítünk, és nem is absztrakt szobrászversenyen fogunk indulni vele. Akár vasfűrésszel is le lehet nagyon közel vízszintesre vágni, majd reszelővel lesimítani. A szekunderhossz, és a megtekercselt hossz lehetőleg ne térjen el nagyon egymástól. Alul esetleg több szabad részt lehet hagyni (ez maximum pár cm). Felül pedig max 1cm. Nincs ugyanis szükség arra, hogy a tetőkapacitás és a szekunder teteje között fél méter űr tátongjon, ahol a teljesítmény fele elveszik, és a cső is megsérül a koronázó vezeték miatt. A csévetestre szükséges lakkozás is. Ezt a tekercselés előtt kell megtenni. Kisebb tekercseknél a nitrolakk még megfelelő lehet. Nagyobb tekercsek esetén műgyanta (a legjobb az epoxy, de az elég drága, poliészter alapú kiöntőgyanta azonban nagyon olcsó, és abból is van víztiszta), vagy olajbázisú poliuretán lakk. Utóbbit rendkívül nehéz szerezni, létezik akril bázisú is, ami szintén jó, de semmi esetre se vízzel higíthatót alkalmazzunk. A csövet 1 rétegben elég lekenni. Ha marad lakk, akkor a cső belsejét is le lehet kenni.A tekercselés után azonnal érdemes lakkozni, mivel a lakk másodlagos szerepe a menetek egybentartása. Itt nem érdemes kísérletezni másfajta lakkokkal, mert tönkreteheti az egészet. De a lakkréteg ne legyen túl vastag, és legyen teljesen buborékmentes. Több réteg esetén is vigyázni kell, mert képes sztatikus feltöltődésre, és működés közben a szekunder felületén szikrák fognak pattogni (ahogy azt feljebb is látni).
Még egy két információ:
-A szekunder belsejében semmi esetre se legyen a huzal vezetve! A huzal elvezetéseket  kívül kell megoldani.
-Tesztek során át kell nézni a szekunder belsejét, nincs-e égésre utaló jel.
-A felületi szikrák nagyon gyorsan tönkreteszik a szigetelést, rögtön le kell állítani, amennyiben megjelennek, és csökkenteni a csatolást.
A szekunder tekercselése:

tesla_szekunder_normal_small

Valóságban:

tesla_szekunder_menet_small

Forgó szikraköz tárcsa tervezése:

tesla_szikrakoz_small

...és megvalósítása sarokcsiszolóval:

szikrakozujlakk_small

Folyt köv.

2006-2012   © Omega Labs