我们如何制造俄罗斯最大的特斯拉线圈

历史背景

在电磁实验物理学中，十九世纪是狂野西部的时代。 罗伯特·范·德格拉夫（Robert Van de Graaff），开尔文勋爵（Lord Kelvin），尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）和许多其他科学家，研究人员和工程师发现了越来越多的新现象，然后将其装置规模扩大到了巨大的规模。 他们的某些作品仍然可以使用-例如， 波士顿科学博物馆的六米巨型Van de Graaff发电机 ，还有一些像著名的Wordencliff塔那样从未诞生。



随着时间的流逝和科学技术的发展，科学家的注意力转移到了其他方向，但是个人发烧友们继续收集，研究和改进高压，静电，等离子体物理领域的经典发展-由于人们对醚论和自由能有着坚不可摧的信念，出于好奇或为了解决高度专业化的应用问题而来的某人，仅仅是因为它已交付给他。

最近，自90年代末以来，该工程部门经历了一场复兴，与演艺界和娱乐业的兴趣有关，以吸引人们关注特斯拉线圈的类别，在DRSSTC发明之后的最近十年中， 特斯拉线圈一直在加剧，目前， DRSSTC代表了最多特斯拉线圈的技术上完美的形式，使用功率晶体管而不是经典的火花隙，这使您可以在几个振荡周期内快速改变放电频率 （ BPS ），从而在新兴的闪电的帮助下直接播放音乐。 一个例子是著名的OneTesla生产模型，该模型与作者提出的所有构思不佳的构造函数一样，在一定的手工应用中非常实用。

目前，各种尺寸和娱乐性的特斯拉变压器和相关设备（雅各布的楼梯，马克思和考克福特-沃尔顿发生器，等离子柱，范德格拉夫发生器等）一直在围绕它们组织的多个展览项目中使用。美国（Arc Attack），俄罗斯（TeslaFX），英国（Lightnings），中国（alas，未经训练的象形文字）和其他国家/地区，在演艺界定期发光（在Harry Potter，巫师的学徒，Metallica音乐会等中有特殊效果）。 ），并且也作为展览品展示 每一个自我尊重科学博物馆。

大小很重要

简而言之，一群长期坚定地扎根于tesstroeniya的业余工程师决定，他们已经厌倦了在沙盒中玩游戏，制作小型室内（甚至中型户外）线圈，并决定做一些特别的事情。 到那时，我们（在我们看来）已经拥有足够的经验来开发各种拓扑的特斯拉线圈，并且可用的数学模型允许对典型设计进行多次缩放。 实际上，唯一明显值得注意的限制是可用房间的大小，网点的力量和财务状况（尽管那里存在什么，最终归结为财务状况）。 在估算了预算，工时和其​​他无聊的琐事之后，决定将安装高度限制在三米左右，估算功率为30-40 kW。 对于那些熟悉此事的人：





当然，这项技术是DRSSTC特别选择的，因为采用正确的方法并且没有错误，其成本（以及重量和尺寸）远低于具有相同最终参数的其他选项（火花隙或无线电管）。 好了，当然，您可以在上面播放音乐。

模块化原理

在足够大的Tesla线圈的初始设计中，该项目可以分为几个模块（初级绕组，次级绕组，环形线圈，外壳，电源逆变器，驱动器，控制面板，辅助电气设备等），每个模块分别进行发明和制造，之后，它们聚在一起，在此过程中被依次调谐和调试，结果它们爆炸，开始发出闪电。 通常，大多数特斯拉变压器都是由发烧友从头到尾组装的，但是首先，我们已经有一个或多或少协调良好的团队，他们的职能分布（项目经理，设计师，开发人员（又名测试人员），以及几名工作人员） -安装程序，锁匠等），其次，这项任务本身就非常雄心勃勃，我想在没有不必要费用的情况下完成这项工作，但同时或多或少地要在质量上做到这一点，以尽可能获得原型和独特的设计。 因此，每个人都可以做自己的事情，同时沟通以使模块彼此同步，作为这个项目经理，我可以分别讨论每个模块，并展示最终发生的情况。

准备和物料搬运

经过讨论，思考和对该主题的各种措辞，总体概念得到了集体决策的认可，我在3ds max中绘制了原始草图。 需要草图来了解任务的规模，了解模块的基本相互比例，以此作为设计的起点并提高团队的士气。 根据草图，设计师将项目组装在Creo Elements中（当时仍为Pro / Engineer），已经观察到特定的尺寸，将零件彼此连接的方式以及其他细微差别。 根据该项目的结果，绘制了图纸：外壳零件，初级绕组座，环形线圈，用于自动化和电气的盒以及一组初级电路电容器（ MMC ）。









作为结构材料，我们使用18毫米厚的玻璃纤维，通过水刀切割进行加工（由于其高的结构和热稳定性，结果证明其他加工方法无利可图），机壳为厚胶合板，自动化单元为铝塑复合材料（用于屏蔽强力线圈）电磁干扰（不利地影响其自身的控制电路）以及许多地方的聚碳酸酯。 胶合板和塑料是在一家工厂邻居拥有的CNC铣床上加工的，我们的团队参与了所有这些in亵行为。 Creo Elements使您可以立即为CNC创建现成的控制程序，这在过程中有很大帮助-实际上，我们简单地租用了一台机器，并在需要时根据需要进行了操作。

小学和中学

次级绕组缠绕在经典框架上-大型橙色PVC下水道管道（严重的是，就价格，可用性和适用性而言，这是任何尺寸的特斯拉线圈的最佳选择）。 漆包线（直径1.06毫米）一层又一层地缠绕，然后涂上环氧树脂，将管子变成一个巨大的电感器，期待它的辉煌时刻-特斯拉巨型线圈的次级绕组。 管道的总尺寸为310x1800毫米。







初级绕组-也是经典绕组-我们缠绕了直径22毫米（7/8英寸）的用于空调的铜管。 线圈整齐地放置在玻璃纤维切割的凹槽中，在数千个大气压的压力下，用水喷射水和磨料，现在两个模块，一个和一个模块（任何特斯拉线圈的骨架）相互连接。 该项目逐渐形成了形状和色彩。

环型

环形线圈是任何强大的Tesla线圈中必不可少的元素，但是，事实证明一切都变得更加复杂。 最初，还计划沿着一条经过验证的道路使用铝波纹板进行通风。 实际上，事实证明，这是一种非常一次性的解决方案-波纹会由于任何不小心的移动而立即增加，并且按计划的尺寸，每次运输设备时都必须更换波纹。



因此，在对该问题进行了一些研究之后，我窃取了一个想法，即我在Web上遇到了一个有趣的选项，然后设计师考虑到我们的规模对其进行了建模，并发布了一个组装项目。 事实是，从电磁场的角度来看，特斯拉线圈环形线圈的主要要求是其“平滑度”，因为任何逐渐变细或不规则都代表了电晕放电的形成点，该电晕放电会在达到最大功率之前导致空气击穿，此外，拿走拉链有用长度的一部分。 但是这里有个警告，一个事实是，磁场的磁力线似乎用等电势区域包围了环形线圈，因此，可以将其组装成组件，这些组件正确放置后形成的磁场足够光滑，可以防止特斯拉线圈工作在没有必要的地方排放。



总的来说，与特斯拉线圈这一重要部分的其他知名版本相比，结果在外观上非常不寻常，制造相对简单，运行可靠并且出奇地有效。 铝管的直径为50毫米，看起来像不明飞行物的整个物体的总直径约为2米。 在同一台CNC铣刀上，用胶合板切出用于管子的圆形垫片，然后从钢角焊接中央框架。







基于此，原则上完成了结构部分。

电源部分

在用于大型Tesla线圈的功率逆变器中，通常使用IGBT模块 -它们是黑色（或白色）砖，带有两到三个（有时多达10个）功率端子和几个用于控制的端子，通常用于功率逆变器中-强大的充电单元，变电站，用于电动机，电动汽车等的变频器。由于晶体尺寸较大，这些模块能够承受很大的短期工作电流过载（高达标称值的10倍），这是非常大的 ygodno脉冲逆变器泰斯拉线圈根据DRSSTC-技术中，由于占空比（在此期间的振动发生在通过晶体管的电路和电流流动时，晶体的升温时间），有通常为约5-10％。 但是，另一方面，这些IGBT模块中的绝大多数是为至少几十千赫兹的单位数量级的工作频率而设计的（但是，近来情况有所改善，现代模块可以工作至100 kHz）。 以较高的频率使用它们通常会导致快门控制，过热和爆炸（没有爆炸）的问题。



即使使用一个模块，其成本也可能相对较高（从单位到数十万卢布），因此我们决定安全使用，并提供两个具有浪涌电流储备的CM600DU-24NFH模块（600安培的连续电流，1200伏特，两个晶体管）按照“全桥”方案（如您所知，全桥由两个半桥-K. O.组成），或简称为“桥”。 通过将两茶匙的KPT-8导热膏放在与其尺寸对应的散热器上，通过铜轮胎将它们连接起来，并配备必要的车身套件-功率电解和薄膜电容器。



在发明将这些零件连接在一起的实际方法时，有很多狡猾的经验性诀窍，旨在降低风险并最大程度地提高此类结构的可靠性，但是如果您了解我的意思，那么本条目的领域太狭窄了，我无法告诉您有关它们的信息。 无法保证所产生的东西在初次打开时不会爆炸，但在当时看来，这是可以接受的风险。

自动化与电气

控制电工没有任何特别有趣的东西。 必须确保电解质的顺畅充电（以免在打开设备时它们会击中屏蔽罩中的机器）-自动启动器（实际上是一个大功率继电器）和几个与此相对应的功率电阻器。



150安培的二极管桥拉直了网络（顺便说一句，整个设计是针对三相电源创建的，当然，这与许多不同的有趣发现相关联-在我们不对三相进行任何操作之前，尤其是对此类电源不做任何处理），风扇将二极管桥和同时，功率单元的散热器和前面板上的灯描绘了一个交通信号灯，恳请告知何时可以用手触摸线圈的部分，何时最好不要用手触摸以及何时希望尽可能远离线圈以免使放电物陷入表冠。

司机

控制驱动程序是一个单独的主题，也许有一天我可以告诉您更多有关它的信息。 其主要目的是在适当的时候将控制信号施加到晶体管的栅极，以维持和放大初级电路中产生的振荡的方式打开和关闭它们，同时使用从控制面板提供给它的频率对其进行调制（这正是回放所需要的）特斯拉卷轴）。 好吧，还有大量的各种功能可以优化此过程并处理所有异常（例如，超过晶体管的最大允许电流-OCD ，过热保护等），即所谓的相位检测器。 提供零电流开关晶体管的预测器，以及其他特斯拉线圈逆变器操作必不可少的东西。 它的当前电路（以及电路板的布局，电路板的照片，有关使用的组件的信息以及该电路板的存在）是开发人员的知识产权，因此我无法共享它，但是即使我能分享，恐怕我也没有足够的理解和理解。要清楚地讲出专业精神。 特斯拉线圈很容易用手指上的类比来描述，但是从电子学发展的角度来看，正确的数学模型非常复杂，并且包含许多明显的微妙之处（以及电源部分），因此大多数teslostroiteley都只使用一套经验法则和现成的解决方案线圈的结构，在我们的案例中不适用。 网络上有很多关于DRSSTC功能原理以及开放（和封闭，但可供购买）驱动程序项目的文章，例如，来自中国同事Loneoceans的人-在那里可以阅读更多内容。

MIDI遥控器

控制面板（也称为Interrater）是具有几个原始设置的简单MIDI合成器，可接收MIDI文件（或来自控制旋钮的数据）并通过光缆为驾驶员输出控制信号。 原则上和他在一起，一切都是简单易懂的，因为我们决定不浪费时间去开发自己可以买的东西，而我们这样做了-我们买了成品。 当然，它实际上是一个有问题的半成品，但另一方面，它节省了数百个工时，用于研究MIDI协议，制作电路板，调试微控制器并捕获不可避免的错误。 最主要的是，那时他完美地完成了任务。 该遥控器是从美国同事teslostroitel购买的，当时是唯一出售的支持SD卡的遥控器，它无需外接MIDI设备或笔记本电脑即可播放音乐。 这很关键，因为人们有理由担心，如此大的线圈产生的干扰会将所有电子设备紧紧地悬在其一定半径内，并且悬挂某些MIDI键盘，而这些键盘的开发人员无法在可怕的梦境中提供如此水平的虚假信号，如果这些键盘控制着特斯拉线圈，从而对其造成干扰，充满了不受控制的正反馈，结果……正确地爆炸了。 我们不想爆炸。



由于遥控器是以焊接和缝合的板的形式出售的，散布着一些远程零件，因此我们必须为其开发一个外壳，其中板本身，电源，四个编码器，四个按钮，一个显示器和多个连接器（四个光学发射器，MIDI输入，USB输入，插槽用于SD卡）。 在此过程中，作者发现了许多种缺陷，特别是缺乏任何营养控制（由Krona？锂离子驱动？我听不到）的控制，必须对其进行纠正和完善，以便可以将其用于预期目的。 尽管在某些不成功的情况下出现了一系列令人作呕的小故障，但最终产生的嵌合体成功地完成了迄今为止的主要任务。我以某种方式没有找到他的照片，但是可以在下面的其中一个框架的“初始检查”部分中看到它-照片右侧电源线旁边的黑匣子。电路和固件作者的视频中还有一帧-就是这里。

电容器库

作为谐振电容器，我们选择了国内一家制造商的功率膜电容器，该电容器是专门为脉冲操作开发的（根据制造商的目录）。五件总容量约为1.2微法拉，最大电压为20千伏的零件，通过铜总线与黄铜螺丝连接。顺便说一下，在整个项目中花费了大量的黄铜紧固件-由于千安培的大电流，再加上一次绕组的强大磁场，镀锌钢和不锈钢紧固件会立即发热，这最终会导致计划外的特殊效果（是的）。是的，爆炸）。因此，在电容器的母线中，通常在一次电路的所有电源连接中，仅需使用铜和黄铜。最初的测试表明，试图在其中放置铁磁和/或无法充分传输电流是天真的想法。

下一步是配置驱动程序。为此，只需组装一次电路（电容器组，一次设备和电桥），将驱动器连接到电桥的晶体管，然后平稳地开始施加电压，就可以在示波器上跟踪电路不同部分的波形。如果一切都正确完成，则自动生成会在一次电路中以计算出的频率（在我们的情况下约为50 kHz）发生。同时，不需要次级，也不会发生放电，但是收集的数据足以设置预测变量，OCD并注意零件安装或所选参数中的错误。这部分非常简单（顺便说一下，在这种模式下，初级绕组可以很好地用作电磁炉做饭-有在先端锅中煎锅煎鸡蛋的先例），然后我们带着几乎快要出生的后代来到该工厂的一个大半被遗弃的工厂，最终在体内检查了我们的创造力。





测试结果证明是快速，明亮且有点可预测的：特斯拉线圈发出了四米长的放电，说“你让我厌倦了，我要走了”，并停止在表壳内的某个地方大声工作。对该现象的后续研究表明，在选择最佳频率的过程中，我们在一次绕组上犯了一个错误，并且在切换晶体管时所产生的失配足以使他们像在专业teslostroitelnoy argo中所说的那样被强奸，也就是说，由于过渡，它们变得完全不可用它们以气态包含在硅中（就像开玩笑说的那样，晶体管在魔术般的烟雾下工作-当它冒出来时，它们就停止了工作）。实验室中还有一个备用晶体管套件，在剩下的分配时间中，我们互相吵架，并开始了其他特斯拉线圈，作为GEEK PICNIC音乐节排练的一部分（在该时间安排了发布时间）。

这都是为了什么？

好了，然后有一些关于虫子的工作，繁重的费用，到达了Elagin岛，上述的GEEK PICNIC传统上在圣彼得堡举行，在我们的线圈节之前每晚进行测试，已经有了一个新的管状环形线圈，并且进行了充分的测试（抱歉，故意重言式）。 第二天是小时X（在大约15分钟内，我们跳了人群，他们不希望开始制作杰作，直到我们发现安装的门框-电流互感器的相位错了），Vivaldi，Imperial March和Mario都被闪电剥了皮所有带相机的直升机，五万名观众看着发生的事情，有些钦佩，有些惊讶，有些冷漠不懂，有些通过他们的智能手机和平板电脑的屏幕，有些在日光下再次发射，在那儿几乎没有发现放电现象（ 它可以很好闻）和 - 节日结束后，但公园闭幕前 - 最大的音乐特斯拉线圈俄罗斯在夏季黄昏，仍然有时会站在我的眼前的几分钟。















从这样的东西中拿起遥控器，并看着几乎真实的六米长的闪电，触碰着触手的触角，手指的动作会产生和变化-这仍然是我从事特斯拉线圈长达九年的研究以及对高压产生的特殊影响中最强烈的记忆之一。 但是，可惜，一切都不会永远持续下去，而且对正在发生的事情感到愤慨（他们说人们在您在这里玩耍时不想离开），公园护卫要求将商店折叠起来并铺开，这样做就可以了。





不幸的是，从那时起，我们再也没有成功发射过这种特斯拉线圈。 我们重新设计了动力装置项目，升级了驱动程序，在理解整体原理方面取得了重大进展，但是，缺少适合此类实验的平台，可惜仍然是无法克服且昂贵的障碍。 线圈以零件的形式躺在我家中，并在机翼中等待。 有一天我会再次打开它。 也许不是她，而是新的两倍或三倍。 谁知道

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