Приобретение навыков получения высокого переменного напряжения. Передача энергии без проводников

Актуальность

Для распространения энергии на расстояние можно использовать разные способы, самый популярный в наше время – её передача по проводам. Есть факторы, ограничивающие ток, который можно пустить по проводу. Например, разогрев самого провода: тонкий и толстый провода от одинакового тока будут по-разному разогреваться.

Если попытаться пропустить большой ток через тонкий провод, то он сильно нагреется или даже сгорит. Поскольку мощность есть ток, умноженный на напряжение, то для передачи большой мощности можно поднять напряжение, тогда не будет нужен очень толстый провод. От электростанции строятся линии электропередачи, напряжение в которых достигает 220–1000 кВт.

Однако нужно понимать, что эти линии электропередачи сделаны из меди или алюминия со сталью, которые в любом случае нагреваются. Соответственно, будут потери энергии, и чем длиннее линия электропередачи, тем больше потери, так как у проводов есть сопротивление. Потери могут доходить до 10–30%. Во избежание потерь энергии можно использовать другую технологию её передачи – беспроводную передачу электричества.

Цель

Создать катушку Тесла на IRFP 460.

Задачи

1. Собрать катушку Тесла для получения навыков создания устройств, с помощью которых можно получить высокое переменное напряжение.
2. Изучить явление электромагнитной индукции.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Полевой транзистор IRFP 460
• Медный провод и герметичная туба для первичной намотки
• Потенциометр
• Резистор и электролитический конденсатор
• Радиатор

Описание

Во всех видах катушки Тесла главным элементом являются контуры: первичный и вторичный. По сути дела, катушка Теслы состоит из двух катушек, не имеющих металлического сердечника.

Коэффициент трансформации катушки Тесла в несколько десятков раз выше отношения числа витков обеих обмоток. Поэтому выходное напряжение трансформатора достигает нескольких миллионов вольт, что и обеспечивает мощные электрические разряды длиной в несколько метров. Важным условием является образование контура колебаний первичной обмоткой и конденсатором, вхождение в резонанс этого контура со вторичной обмоткой.

Трансформатор Теслы работает в импульсном режиме. Первая фаза — это заряд конденсатора до напряжения пробоя разрядника. Вторая фаза — генерация высокочастотных колебаний в первичном контуре. Разрядник, включённый параллельно, замыкая источник питания (трансформатор), исключает его из контура, иначе источник питания вносит определённые потери в первичный контур и этим снижает его добротность. На практике это влияние может во много раз уменьшить длину разряда, поэтому в схеме трансформатора Теслы разрядник всегда ставится параллельно источнику питания.

Заряд конденсатора производится внешним источником высокого напряжения на базе повышающего низкочастотного трансформатора. Ёмкость конденсатора выбирается таким образом, чтобы вместе с индуктором она составляла резонансный контур с частотой резонанса, равной высоковольтному контуру. Однако частота будет отличаться от расчётной, так как в первом контуре существуют заметные потери на «накачку» второго контура. Напряжение заряда ограничено напряжением пробоя разрядника, которое (в случае воздушного разрядника), можно регулировать, изменяя расстояние между электродами или их форму. Обычно напряжение заряда конденсатора лежит в диапазоне 2–20 киловольт.

После достижения между электродами разрядника напряжения пробоя в нём возникает лавинообразный электрический пробой газа. Конденсатор разряжается через разрядник на катушку. После разряда конденсатора напряжение пробоя разрядника резко уменьшается из-за оставшихся в газе носителей заряда (ионов). Поэтому цепь колебательного контура, состоящего из первичной катушки и конденсатора, остаётся замкнутой через разрядник, и в ней возникают высокочастотные колебания.

Результаты работы/выводы

Все цели и задачи исследования были выполнены. В ходе выполнения проекта автор собрал и экспериментально протестировал катушку Тесла. В процессе выполнения проекта автор приобрёл навыки чтения электрических схем, пайки различных компонентов электрической цепи и получения высокого переменного напряжения.

Перспективы использования результатов работы

В дальнейшем навыки, полученные в процессе выполнения данной работы, будут использованы при создании демонстрационной плазменной установки.