Как зарядить конденсатор от теслы

Опубликовано: 18.05.2024

Tesla обладает, пожалуй, наибольшим количеством переходников, позволяющим зарядить батарею от различных источников.Несмотря на то, что разъем европейской версии Tesla внешне похож на Type 2, через него возможна зарядка не только переменным, но и постоянным током.
Далее по порядку, начиная с менее мощных способов зарядки. Время заряда будет приводиться для батареи 100 кВт.

1. От штатного зарядного устройства Tesla, входящего в комплектацию электромобиля.

Переносное зарядное устройство Tesla трехфазное, может заряжать как от сети 220 вольт (одна фаза), так и от сети 380 вольт (3 фазы, так называемая красная промышленная розетка). В России есть особенность: в некоторых розетках фаза и ноль перепутаны. При подключении к такой розетке зарядка взрывается, а предприятие обесточивается. Поэтому целесообразно перед подключением проверить, что на ноле действительно ноль.
Зарядка от сети 220 вольт батареи 100 кВт займет больше 30 часов, что выглядит абсурдным. По трем фазам от 380 вольт уже 10 часов, что довольно приемлемо для зарядки дома или в офисе.

2. От собственной зарядной станции

Европейские Tesla оснащаются инверторами двух типов: на 11 и 22 кВт, в зависимости от того, на какой мощности может заряжаться авто с помощью суперчарджера. Если 250 кВт, то мощность бортового инвертора будет 11 кВт, если апгрейд суперчарджера не проведен, то 22 кВт.
Сейчас довольно много производителей зарядных станций переменного тока мощностью 22 квт. В случае, если Tesla укомплектована инвертором на 22 кВт, то зарядка батареи 100 кВт займет менее 5 часов.

3. Через переходник CHAdeMO

CHAdeMO — японский стандарт зарядки постоянным током, придуман был для зарядки Nissan Leaf, и благодаря массовости его выпуска получил распространение в мире. Мощность заряда составляет 50 кВт, что позволяет зарядить электромобиль за 2 часа.

4. Через переходник CCS — суперчарджер

Стандарт CCS-combo — европейский стандарт для зарядки электромобиля постоянным током. Самый мощные суперчарджеры, функционирующие в Европе, имеют мощность 250 кВт. От такой зарядной станции батарея зарядится за полчата. В России есть только один суперчарджер в Сколково, и тот на 100 квт.

В американской версии возможностей куда меньше. Это либо зарядка от сути 220 вольт по одной фазе через переходник Type 1, либо через переходник CHAdeMO, который не всегда работает на зарядных станциях европейского производства, в том числе на распространенных в России АВВ. У нас в продаже нет американских Tesla, иногда приезжают в гости, доволним статью.

Кому привычнее смотреть видео — то же самое в нашем youtube-канале

Необходимая теория и характеристики Теслы

Чтобы точно представлять себе, как и сколько заряжать Теслу, а также представлять ее “расход топлива”, стоит вспомнить немного информации из школьного курса физики. Впрочем, если вы знаете разницу между амперами, вольтами и киловаттами, можете смело переходить к следующему разделу.

Итак, емкость батареи любого электромобиля измеряется в киловатт-часах (кВт·ч). Например, у Tesla Model S P85 соответствующий показатель равен 85 кВт·ч — это значит, что ее батарея способна выдавать мощность в 85 кВт в течении одного часа, или 1 кВт в течении 85 часов. А чтобы зарядить батарею, необходимо соответственно подавать в нее 85 кВт в течении часа, либо наоборот. Конечно, в реальности существуют потери из-за которых скорость зарядки может быть неравномерной, однако в целом все функционирует именно так.

Единицей мощности у электромобилей служит знакомая всем величина — ватт. Мощность определяется умножением напряжения (измеряемого в вольтах) на силу тока(измеряется в амперах). Чтобы объяснить принцип работы наглядно, приведем избитую, но тем не менее эффективную аналогию — скажем, нам необходимо перекачать определенный объем воды через трубу. Напор воды в этом примере служит аналогом напряжения, а сила тока — диаметр трубы. Легко понять, что имея трубу с широким диаметром и хороший напор воды, то один и тот же объем воды перекачается в разы быстрее, чем по тонкой трубе и при слабом напоре. Возвращаясь к электричеству — для высокого напряжения необходима хорошая изоляция проводника, а для высокой силы тока — достаточное сечение кабеля (толщина трубы).

Что все это значит на практике? Все достаточно просто: обычная европейская розетка с номинальным напряжением 220 Вольт обеспечивает силу тока в 16А или менее. Таким образом, максимальная мощность потребителя на такой розетке составляет: 220В х 16А = 3520Вт = 3,5 кВт.

Зарядка на практике — все о видах зарядных устройств, розетках и времени зарядки

Прежде, чем переходить к подробному разбору всех видов розеток, от которых можно зарядиться, стоит упомянуть зарядное устройство, спрятанное в недрах Теслы. Это устройство аналогично зарядке ваших ноутбуков или смартфонов и служит простой цели — преобразовать переменный ток, который “течет” во всех розетках, в постоянный для заряда устройства.

Стандартное зарядное устройство Теслы располагает 11 кВт мощности. Опционально доступен так называемый Dual Charger, который удваивает мощность, а соответственно, и количество получаемых километров пробега за единицу времени зарядки. Мы крайне рекомендуем устанавливать Dual Charger, если вы планируете эксплуатировать свою Tesla регулярно.

Кроме того, стоит помнить об основном различии в зарядке европейской и американской версий Model S — машины из США не имеют возможности заряжаться от трехфазной розетки, которая обычно быстрее зарядки от одной фазы.

Теперь можно приступить к обсуждению конкретных методов зарядки и их параметров. Все приведенные ниже данные актуальны для Dual Charger, так как это априори must have. Также, во избежание путаницы, мы расскажем только об актуальных в России способах зарядки Теслы.

Один из самых эффективных и актуальных для России и СНГ способов зарядки — через красную розетку стандарта IEC 60309 Red. Такая розетка красного цвета имеет 5 контактов и 16А силы тока. Однако, такая розетка поддерживает трехфазный ток, тем самым в разы увеличивая эффективность заряда — ведь напряжение каждой фазы составляет те же 220В, а межфазное — уже 380 вольт! Такая розетка встречается повсеместно , где используется мощное оборудование — на любых АЗС, автомойках, на парковках, в отелях и т.д. — обычно достаточно лишь попросить персонал соответствующей организации подключиться к ней (что мы опробовали недавно на собственном опыте в поездке Москва-Минск ). Кроме того, любой электрик может создать соответствующее подключение в вашем гараже, офисе или на парковочном месте. Скорость заряда — 55 км за час (против 14 км при использовании стандартной бытовой розетки), время полной зарядки батареи посчитать несложно.

Кстати, в комплекте с Теслами для европейского рынка поставляется Mobile Connector — стандартный зарядный кабель с двумя переходниками: для обычной евророзетки и для трехфазной вышеописанного стандарта.

Следующий вариант зарядки, распространенный на территории России и СНГ — так называемый Mennekes Type 2. Именно этот стандарт используется на большинстве общественных зарядок, т.к. был принят в 2009 году как единый европейский стандарт для электромобилей (используется, к примеру, в BMW i3). Разъем на европейской версии Tesla Model S подходит под использование станций Type 2 — необходимо лишь приобрести зарядный кабель (например, в нашем магазине ). Скорость заряда зависит от входных параметров электрического тока в месте установки конкретной зарядной станции, и варьируется от 18 км за час при однофазном токе в 220 В и 16А, до 110 км за час при трехфазном токе, напряжении в 400 В и с силой тока 32А. В Москве достаточно часто встречаются мощные станции стандарта Type 2 — к примеру, зарядка в ТДК “Смоленский Пассаж”, где находится офис Moscow Tesla Club, заряжает Теслу с нуля до 100% всего за 4 часа.

Зарядную станцию стандарта Type 2 можно установить и у себя в гараже, на общей или офисной парковке, собственном машиноместе. Moscow Tesla Club предлагает различные конфигурации таких станций EVlink производства компании Schneider Electric (Германия) для домашнего и общественного пользования, а также полный комплекс услуг по установке.

Пока не слишком распространенный в России, однако крайне перспективный способ заряда Tesla — станции ChaDeMo. Такие станции полностью заряжают Tesla Model S за 1,5 часа, что почти также быстро, как на фирменных станциях Supercharger. ChaDeMo уже достаточно часто встречаются в Европе, а в России, Украине и Республике Беларусь постепенно появляются новые проекты по установке таких станций. Кстати, ChaDeMo-станцию Evlink тоже можно приобрести в Moscow Tesla Club.

Для того, чтобы зарядить Теслу с помощью ChaDeMo необходим специальный адаптер. Такой адаптер позволит зарядить машину на любой станции данного стандарта, что незаменимо в путешествиях по Европе. Адаптер ChaDeMo для Tesla можно также приобрести в Moscow Tesla Club.

Чтобы не запутаться среди всех видов розеток, разъемов и зарядных станций, Tesla Motors подготовили для владельцев Model S такую таблицу, демонстрирующую зависимость скорости заряда от характеристик того или иного источника питания (внимание: данные актуальны для машин, оборудованных Dual Charger):

Бесспорно, в случае с электромобилями Tesla, самый удобный вариант зарядки — это фирменные станции Supercharger. Мало того, что они обладают невероятной скоростью зарядки (270 км за 30 минут, 100% заряда батареи за 75 минут), но и расположены таким образом, чтобы пассажиры не заскучали и смогли отдохнуть от дороги — рядом с кафе, закусочными, отелями и прочими элементами дорожной инфраструктуры. В России и СНГ таких станций пока нет, однако, если верить официальному сайту Tesla Motors, уже в 2016 году появятся станции на территории России и Украины — связав наши страны с Европой. А значит, новый виток истории Tesla в наших широтах уже не за горами.

Тем не менее, уже сегодня у нас есть возможность в полной мере наслаждаться удобством зарядки вместо заправки — без запаха, грязи и прочих неудобств. Существует множество вариантов зарядить Теслу как в общественных местах, так и в собственном гараже или на парковке. Moscow Tesla Club обеспечивает своим клиентам максимальный комфорт эксплуатации электромобилей, ведь мы стремимся к тому, чтобы содержание собственного транспортного средства было столь же удобно, как владение современными гаджетами.

Автономное энергоснабжение. Свободная и альтернативная энергия будущего. Бестопливные генераторы и "вечные двигатели" в каждый дом!

clip_image002
В июне 1900 года вышла статья Николы Тесла «Проблема увеличения энергии человечества».

В ней, кроме всего прочего, очень подробно изложены взгляды ученого на возможность использования энергии окружающей среды, а именно – атмосферного электричества. Вот фрагмент, заслуживающий внимания:

«Электричество, образующееся естественным путем, является еще одним источником энергии, который может стать доступным. В разрядах молнии содержится огромное количество электрической энергии, которую мы могли бы использовать путем ее преобразования и аккумуляции. Несколько лет тому назад я опубликовал описание метода преобразования электричества, который представляет первую часть задачи по аккумулированию энергии разряда молнии, хотя осуществить это будет трудно. Кроме того, известно, что электрические токи постоянно циркулируют сквозь землю, и между землей и каким-либо воздушным слоем существует разность электрических напряжений, которая изменяется пропорционально высоте.

В ходе недавних экспериментов я, в этой связи, открыл два новых важных явления. Одно из них состоит в том, что в проводе, один конец которого заземлен, а другой уходит высоко вверх, возникает ток, что происходит либо благодаря вращению Земли вокруг своей оси, либо благодаря ее поступательному движению. Однако еще нет уверенности в том, что ток станет постоянно проходить по проводу до тех пор, пока электричеству не будет создана возможность просачиваться в воздух. Его истекание в большой степени облегчится, если поднятый конец провода подсоединить к терминалу с большой поверхностью и множеством острых граней и шипов. Так мы сможем получать постоянный приток электрической энергии, просто удерживая провод на высоте, но, к сожалению, количество электричества, которое может быть получено таким способом, мало.

Второе явление, установленное мной, заключалось в том, что верхние слои воздуха имеют постоянные электрические заряды, противоположные заряду Земли. Так, по крайней мере, я интерпретировал свои наблюдения, из которых следует, что Земля с ее внутренней изолирующей и верхней проводящей оболочками образует сильно заряженный электрический конденсатор, содержащий, по всей вероятности, огромное количество электрической энергии, которую можно обратить на пользу человеку, если иметь возможность поднять терминал на большую высоту.»

Говоря о первой части задачи, Тесла, вероятно, имеет в виду метод, подробно описанный в патенте № 462418, полученном 3 ноября 1891 года (почти за 9 лет до публикации статьи).

В патенте описывается метод аккумулирования энергии источника в конденсаторе, который, затем, разряжается в рабочую цепь, содержащую преобразовательные устройства, которыми могут быть лампы, трансформаторы и т.п.

Работая над преобразователями высокой частоты, начиная с 1891 года, ученый разрабатывает множество видов преобразователей, а также тех или иных компонентов устройств.

8 декабря 1891 года, Тесла получает патент № 464667 «Электрический конденсатор». Предложенный конденсатор отличается тем, что в качестве диэлектрика применяется масло, а расстояние между металлическими обкладками может регулироваться. Целью изобретения было исключение из диэлектрика всех возможных пузырьков газа, которые, обычно, приводили к существенным потерям при работе с токами высокой частоты и высокого потенциала.

24 февраля 1893 года, читая лекцию сотрудникам Института Франклина в Филадельфии, Тесла затрагивает следующий важный аспект:

«Во-первых, очень важно было бы узнать, какова емкость Земли? И какой заряд она содержит при электризации? Хотя у нас нет положительных свидетельств тому, что рядом в пространстве есть другие тела, заряженные противоположным образом, вполне возможно, что Земля именно такое тело, ибо каков бы ни был процесс, результатом которого явилось отделение Земли — а именно таковы сегодня общепринятые взгляды на ее происхождение, — она должна была сохранить заряд, как это происходит во всех процессах механического деления. Если это заряженное тело, изолированное в пространстве, то его емкость должна быть крайне мала, менее одной тысячной фарады. Но верхние слои атмосферы — проводники, такой же может являться и среда за пределами атмосферы, а она может иметь противоположный заряд. Тогда емкость может быть несравнимо выше. В любом случае очень важно понять, какое количество электричества содержит Земля. Трудно сказать, получим ли мы когда-нибудь такие знания, но надеюсь, что получим, и именно при помощи электрического резонанса. Если мы когда-либо сможем установить, каков период колебаний Земли при возбуждении ее заряда по отношению к противоположно заряженному контуру, мы получим факт, скорее всего наиболее важный для благополучия всего человечества. Я предлагаю искать этот период при помощи электрического осциллятора, или источника переменного тока. Один из выводов, например, будет соединен с землей, или городским водопроводом, а другой с изолированным предметом больших размеров. Возможно, что верхние слои атмосферы или открытый космос, имеют противоположный заряд и вместе с Землей образуют конденсатор огромной емкости. В таком случае период колебаний может быть очень небольшим, и динамо-машина переменного тока могла бы отвечать целям эксперимента. Затем я бы преобразовал ток так, чтобы получить максимально возможный потенциал и соединил концы вторичной обмотки высокого напряжения с землей и изолированным телом. Варьируя частоту тока и тщательно выдерживая потенциал изолированного тела, а также наблюдая за возмущениями в различных соседних точках земной поверхности, можно обнаружить резонанс. Если, как и полагают большинство ученых, период достаточно мал, то динамо-машина не подойдет и придется построить соответствующий электрический осциллятор, и, возможно, такие быстрые колебания получить невозможно.»

Работая со своими преобразователями, Тесла отмечает, что у цепи, обладающей индуктивностью, вместе с распределенной емкостью, есть собственная резонансная частота. Иногда для получения необходимых параметров к катушке можно добавить параллельно конденсатор, однако, это не всегда удобно и целесообразно. В июле 1893 года Тесла подает заявку на получение патента и 9 января 1894 года, получает патент № 512340 «Катушка для электромагнитов».

Эта катушка отличалась тем, что намотана двумя параллельными проводами, которые соединены последовательно так, что конец одного провода соединялся с началом второго. Это делалось для того, чтобы увеличить разность потенциалов между двумя соседними витками. Как известно, работающая на резонансной частоте катушка (с собственной межвитковой емкостью), может накапливать энергию пропорционально квадрату напряжения между двумя соседними витками.

Поэтому такая катушка во много раз превосходит катушку с однопроводной намоткой. Поясним этот момент: пусть катушка имеет 500 витков в один слой, при этом напряжение на ее концах 500 вольт, значит разность потенциалов между двумя соседними витками 1 вольт. Теперь рассмотрим намотку в два провода, когда 500 витков получены соединением двух катушек из 250 витков каждая, по схеме из патента. Разность теперь не 1 вольт, а 250 вольт. Значит такая катушка может запасать в 62500 раз больше энергии ( 250 2 /1 2 = 62500).

Вероятно, Тесла использовал такие катушки в качестве дросселей (накопительных катушек). В патенте 568176 от 22 сентября 1896 года упоминается возможность обойтись без конденсатора, если сама первичная цепь обладает достаточной емкостью:

«Например, без дроссельной катушки как отдельного устройства можно вполне обойтись при условии, что цепь, в которой она могла бы быть, имеет достаточно высокую индуктивность, получаемую иными путями. Точно также, строго говоря, не обязателен и конденсатор, если сама цепь обладает достаточной емкостью для достижения желаемого результата.»

Рисунок из патента №568176

22 сентября 1896 года Тесла получает сразу пять патентов, которые описывают устройства, работающие примерно по аналогичному принципу, их разрядная первичная цепь везде одинакова:

№568176 «Устройство для генерирования токов высоких частот и потенциала»

№568177 «Устройство для получения озона»

№568178 «Метод регулирования аппаратуры для производства токов высоких частот»

№568179 «Метод и устройство для генерирования токов высоких частот»

№568180 «Устройство для генерирования токов высоких частот»

Из патента №568178:

«Известно, что любая электрическая цепь, если ее омическое сопротивление не превышает определенных пределов, имеет период собственных колебаний, аналогичный периоду колебаний подвешенной пружины. Для циклического заряда заданной цепи внешними периодическими импульсами и наиболее эффективного разряда частота подаваемых импульсов должна находиться в определенном отношении к частоте собственных колебаний цепи. Кроме того, период цепи разряда должен быть связан таким же отношением с периодом заряжающей цепи. Если условия таковы, что общий закон гармонических колебаний не нарушается, цепи входят в резонанс или электромагнитный синхронизм, для моей системы это весьма полезно. Поэтому на практике я регулирую электрические параметры цепи так, что условие резонанса в целом выполняется. С этой целью число импульсов тока, подаваемых за единицу времени в заряжающую цепь, делается равным периоду (частоте) собственных колебаний заряжающей цепи и такое же отношение поддерживается между заряжающей цепью и цепью разряда. Любое отступление от этого условия приведет к уменьшению выходной мощности, и я использую этот факт для ее регулирования варьированием частоты импульсов или вибраций в нескольких цепях.»

16 августа 1898 года Тесла получает семь патентов на различные контроллеры электрической цепи, задача которых – эффективная коммутация зарядной и разрядной цепей. Главная цель, которую преследовал ученый при совершенствованиях – снизить потери при размыкании и замыкании прерывателя, а также повысить, насколько это возможно, скорость коммутации и частоту.

Рисунок из патента №609245

Это следующие патенты:

№ 609245 «Контроллер электрической цепи»

№ 609246 «Контроллер электрической цепи»

№ 609247 «Контроллер электрической цепи»

№ 609248 «Контроллер электрической цепи»

№ 609249 «Контроллер электрической цепи»

№ 609250 «Электрическое зажигание для газовых двигателей»

№ 609251 «Контроллер электрической цепи»

Как видим, Тесла все же смог разработать контроллеры, дающие возможность получать очень высокую частоту прерываний.

В период с 1899 по 1900 годы он использует все свои практические наработки в лаборатории в Колорадо-Спрингс, где и проверяет на практике свои идеи. Рабочий дневник ученого содержит подробное описание проделанной работы.

Стандартная схема передатчика выглядит так:

Когда выключатель замкнут, зарядная катушка накапливает энергию, затем происходит размыкание, энергия, накопленная в катушке принимает форму высоковольтного импульса и устремляется в конденсатор, заряжая его, после этого вновь происходит замыкание, тогда энергия, накопленная в конденсаторе начинает совершать высокочастотные колебания в цепи разряда в то время, как зарядная катушка вновь накапливает энергию от источника. Вторичная обмотка, настроенная в резонанс, находится в несильной индуктивной связи с первичной обмоткой, чтобы свободные колебания могли проявиться с максимальной силой.

Изучив все зависимости и свойства такой системы, Тесла 18 января 1902 года подает заявку на «Устройство для передачи электрической энергии», патент же будет им получен только через 13 лет.

Это патент №1119732 от 1 декабря 1914 года.

Рисунок из патента №1119732

Из патента №1119732:

Становится ясно, что здесь воплощена идея Тесла, высказанная им во время выступления 24 февраля 1893 года о том, как необходимо взаимодействовать с электрическим зарядом Земли, а также способ правильной настройки, соответствующий идее. Отметим, что в патенте №787412, заявка на получение которого была подана 16 мая 1900 года, подробно описан принцип правильной настройки такой системы. Основы также описаны и в патенте №649621 от 15 мая 1900 года.

Примечателен тот факт, что изучая возможность использования энергии атмосферы, Тесла пробовал использовать преобразователь «статического» типа ( патент №685957 от 5 ноября 1901 года), предназначенный для использования энергии излучения, который оказался очень неэффективным в отличии от «кинетического» ( патент №1119732 ).

Рисунок из патента №685957

В статье от 16 октября 1927 года «Мировая система беспроводной передачи энергии» Тесла поясняет отличительную особенность своей системы от метода передачи энергии с помощью радиоволн:

«Чтобы добиться положительных результатов с помощью этого метода, будет, по-видимому, необходимо применять излучения с длиной волны несравнимо меньшей, чем излучаемое рефлектором лучистое тепло, световые, инфракрасные и ультрафиолетовые лучи. Вопреки моим неоднократным разъяснениям специалисты, по-видимому, не понимают, что посредством рефлекторов такая концентрация энергии, какую я получаю с помощью беспроводной энергетической установки, не может и не будет когда-либо достигнута, поскольку при передаче энергии таким способом приемник может улавливать лишь количество энергии, пропорциональное облучаемой площади, т.е. подвергающейся воздействию лучей, в то время как в моей системе он вбирает в себя энергию из безмерного резервуара в несравнимо большем количестве.»

При исследование устройств и патентов Николы Тесла, Вам в работе наверняка может понадобиться оборудование Hach Lange. Например различные колориметры, спектрофотометры и много другого качественного измерительного оборудования.

В 1997 году я заинтересовался катушкой Тесла и решил построить свою. К сожалению, я потерял интерес к ней, прежде чем я смог её запустить. Через несколько лет я нашел свою старую катушку, немного пересчитал её и продолжил строительство. И снова я забросил ее. В 2007 году друг показал мне свою катушку, напомнив мне о моих незавершенных проектах. Я опять нашел свою старую катушку, пересчитал все и в этот раз завершил проект.

Катушка Тесла - это резонансный трансформатор. В основном это LC схемы, настроенные на одну резонансную частоту.

Высоковольтный трансформатор используется для зарядки конденсатора.

Как только конденсатор достигает достаточного уровня заряда, он разряжается на разрядник и там проскакивает искра. Происходит короткое замыкание первичной обмотки трансформатора и в ней начинаются колебания.

Поскольку ёмкость конденсатора фиксирована, схема настраивается путем изменения сопротивления первичной обмотки, изменяя точку подключения к ней. При правильной настройке, очень высокое напряжение будет в верхней части вторичной обмотки, что приведет к впечатляющим разрядам в воздухе. В отличие от традиционных трансформаторов, соотношение витков между первичной и вторичной обмотками практически не влияет на напряжение.

Этапы строительства

Спроектировать и построить катушку Тесла довольно легко. Для новичка это кажется сложной задачей (мне это тоже казалось сложным), но можно получить рабочую катушку, следуя инструкциям в этой статье и проделав небольшие расчеты. Конечно, если вы хотите очень мощную катушку, нет никакого способа кроме изучения теории и проведения множества расчетов.

Вот основные шаги, с которых следует начать:

Выбор источника питания. Трансформаторы которые используются в неоновых вывесках, вероятно, лучше всего подойдут для начинающих, так как они относительно дешевые. Я рекомендую трансформаторы с выходным напряжением не меньше чем 4кВ.
Изготовление разрядника. Это могут быть просто два винта, вкрученных в паре миллиметров друг от друга, но я рекомендую приложить немного больше усилий. Качество разрядника сильно влияет на производительность катушки.
Расчет ёмкости конденсатора. Используя формулу ниже, рассчитайте резонансную емкость для трансформатора. Значение конденсатора должно быть примерно в 1,5 раза больше этого значения. Вероятно, лучшим и наиболее эффективным решение будет сборка конденсаторов. Если вы не хотите тратить деньги, можете попробовать изготовить конденсатор сами, но он может не работать, а его емкость трудно определить.
Изготовление вторичной обмотки. Используйте 900-1000 витков эмалированной медной проволоки 0,3-0,6мм. Высота катушки обычно равна 5 её диаметрам. Водосточная труба из ПВХ, возможно, не самый лучший, но доступный материал для катушки. Полый металлический шар прицеплен к верхней части вторичной обмотки, а её нижняя часть заземлена. Для этого желательно использовать отдельное заземление, т.к. при использовании общедомового заземления есть шанс испортить другие электроприборы.
Изготовление первичной обмотки. Первичная обмотка может быть сделана из толстого кабеля, или ещё лучше из медной трубки. Чем толще трубка, тем меньше резистивных потерь. 6 миллиметровой трубы вполне достаточно для большинства катушек. Помните, что толстые трубы намного сложнее сгибать и медь трескается при многочисленных перегибах. В зависимости от размера вторичной обмотки, от 5 до 15 витков с шагом от 3 до 5 мм должно хватить.
Соедините все компоненты, настройте катушку, и все готово!

Перед тем как начать делать катушку Тесла настоятельно рекомендуется ознакомиться с правилами ТБ и работы с высокими напряжениями!

Также обратите внимание, что не были упомянуты схемы защиты трансформатора. Они не были использованы, и пока проблем нет. Ключевое слово здесь - пока.

Детали

Катушка делалась в основном из тех деталей, которые были в наличии.
Это были:
4кВ 35mA трансформатор от неоновой вывески.
0.3мм медная проволока.
0.33μF 275V конденсаторы.
Пришлось докупить 75мм водосточную трубу ПВХ и 5 метров 6мм медной трубки.

Вторичная обмотка

Вторичная обмотка сверху и снизу покрыта пластиковой изоляцией, для предотвращения пробоя

Вторичная обмотка была первым изготовленным компонентом. Я намотал около 900 витков провода вокруг сливной трубы высотой около 37см. Длина использованного провода была примерно 209 метров.

Индуктивности и емкости вторичной обмотки и металлической сферы (либо тороида) можно рассчитать по формулам которые можно найти на других сайтах. Имея эти данные можно рассчитать резонансную частоту вторичной обмотки:
L = [(2πf) 2 C] -1

При использовании сферы диаметром 14см, резонансная частота катушки равна примерно 452 кГц.

Металлическая сфера или тороид

Первой попыткой было изготовление металлической сферы путем обвертывания пластикового шара фольгой. Я не смог разгладить фольгу на шаре достаточно хорошо, и решил изготовит тороид. Я сделал небольшой тороид, обмотав алюминиевой лентой гофрированную трубу, свернутую в круг. Я не смог получить очень гладкий тороид, но он работает лучше, чем сфера из-за своей формы и за счет большего размера. Для поддержки тороида под него был подложен фанерный диск.

Первичная обмотка

Первичная обмотка состоит из медных трубок диаметром 6 мм, намотанных по спирали вокруг вторичной. Внутренний диаметр обмотки 17см, внешний 29см. Первичная обмотка содержит 6 витков с расстоянием 3 мм между ними. Из-за большого расстояния между первичной и вторичной обмоткой, они могут быть слабо связаны между собой.
Первичная обмотка вместе с конденсатором является LC генератором. Необходимая индуктивность может быть рассчитана по следующей формуле:
L = [(2πf) 2 C] -1
С - емкость конденсаторов, F-резонансная частота вторичной обмотки.

Но эта формула и калькуляторы основанные на ней дают лишь приблизительное значение. Правильный размер катушки должен быть подобран экспериментально, поэтому лучше сделать её слишком большой, чем слишком маленькой. Моя катушка состоит из 6 витков и подключена на 4 витке.

Конденсаторы

Сборка из 24 конденсаторов с гасящим резистором 10МОм на каждом

Так как у меня было большое количество мелких конденсаторов, я решил собрать их в один большой. Значение конденсаторов может быть рассчитано по следующей формуле:
C = I ⁄ (2πfU)

Значение конденсатора для моего трансформатора 27.8 нФ. Фактическое значение должно быть немного больше или меньше этого, так как быстрый рост напряжения в связи с резонансом может привести к поломке трансформатора и / или конденсаторов. Небольшую защиту от этого обеспечивают гасящие резисторы.

Моя сборка конденсаторов состоит из трех сборок с 24 конденсаторами в каждой. Напряжение в каждой сборке 6600 В, общая ёмкость всех сборок 41.3нФ.

Каждый конденсатор имеет свой 10 МОм гасящий резистор. Это важно, так как отдельные конденсаторы могут сохранять заряд в течение очень долгого времени после того, как питание было отключено. Как видно из рисунка ниже, номинальное напряжение конденсатора является слишком низким, даже для 4 кВ трансформатора. Чтобы хорошо и безопасно работать оно должно быть по крайней мере, 8 или 12 кВ.

Разрядник

Мой разрядник это просто два винта с металлическим шариком в середине.
Расстояние регулируется таким образом, что разрядник будет искрить только тогда, когда он является единственным подключенным к трансформатору. Увеличение расстояния между ними теоретически может увеличить длину искры, но есть риск разрушения трансформатора. Для большей катушки необходимо строить разрядник с воздушным охлаждением.

Характеристики

Колебательный контур
Трансформатор NST 4кВ 35мА
Конденсатор 3 × 24 275VAC 0.33μF
Разрядник: два шурупа и металлический шар

Первичная обмотка
Внутренний диаметр 17см
Диаметр трубки обмотки 6 мм
Расстояние между витками 3 мм
Длина трубки первичной обмотки 5м
Витки 6

Вторичная обмотка
Диаметр 7,5 см
Высота 37 см
Проволока 0.3мм
Длина провода около 209m
Витки: около 900

Практически на каждой печатной плате самого простого электронного прибора находится конденсатор – радиоэлектронное устройство, способное оперативно накапливать электрический заряд и так же быстро передавать энергию далее по цепи, питая другие ее элементы. Описанная цикличность является характерным признаком нормальной работы данного устройства.

Содержание статьи

Изделие состоит из двух проводящих обкладок (тонкие металлические пластинки) и диэлектрического материала между ними (бумага, воздух, стекло и керамика, пластик, слюда, оксидные пленки). Несмотря на простую конструкцию, устройство способно выполнять множество полезных функций:

фильтровать высокочастотные помехи;
накапливать энергию;
разделять сигнал на постоянные и переменные составляющие;
использоваться в качестве источника опорного напряжения;
сглаживать и уменьшать пульсации;
усиливать сигнал.

Параметры и принцип работы

Величина электричества, накапливаемого изделием, а также периоды циклов разрядки и зарядки конденсатора определяются характеристиками, зависящими от типа конкретной модели. Благодаря широким пределам параметров и характеристик данные радиодетали могут успешно применяться для различных целей.

Эти параметры без затруднений определяются по маркировке на корпусе элемента. Конденсаторы, произведенные в России и постсоветском пространстве, в обязательном порядке имеют буквенно-цифровую маркировку, обозначающую технологию и тип, ТКЕ, номинальное напряжение, значение емкости и погрешность производства, а также дату изготовления. Для импортных аналогов характерно только обозначение емкости. На схемах конденсатор изображается двумя параллельными черточками.

Основные и дополнительные параметры:

Емкость (С) – способность радиодетали накапливать электричество (измеряется в фарадах). Емкость самых мощных конденсаторов достигает нескольких десятков фарад.
Удельная емкость – помогает определить отношение емкости к массе или объему изделия (очень важный для микроэлектроники параметр).
Номинальное напряжение (Uн) – позволяет определить предельную величину, при которой конденсатор может эксплуатироваться.
Полярность – важный параметр, несоблюдение которого может привести к выходу радиоэлемента из строя и даже взрыву.
Опасность разрушения – для предотвращения взрыва и замыкания устройство может быть оснащено предохранительным клапаном или специальными насечками на крышке.

Существуют также и паразитные параметры, которые производители стараются снизить при изготовлении продукции. Выбирая радиодетали, следует учитывать стабильность, емкость, ток утечки, рабочее напряжение, точность и температурный коэффициент емкости.

Принцип работы заключается в накоплении электрических зарядов благодаря присутствию диэлектрического материала между металлическими пластинками, на которых собираются электроны и ионы. Проходя через данное устройство, сила тока имеет наибольшее значение и минимальное напряжение, но по мере накопления электроэнергии напряжение возрастает, а сила тока наоборот падает до тех пор, пока не исчезнет совсем. При идеальных условиях время зарядки конденсатора равно нулю.

Виды и области применения

Существует много способов классификации современных конденсаторов, которые позволяют группировать их в зависимости от типа конструкции, рабочего напряжения, видов поляризации и назначения, изменению емкости, а также разновидности диэлектрика.

Виды поляризации:

ионная и ионно-релаксационная;
объемная;
дипольно-релаксационная;
электронная и электронно-релаксационная;
спонтанная.

Исходя из конструктивных особенностей, различают трубчатые и цилиндрические, монолитные, пластинчатые и секционные, дисковые, горшкообразные и литые, бочоночные, а также секционные разновидности.

Область применения конденсаторов:

Электроника – радиотехническое и телевизионное оборудование, запоминающие устройства, автоматика и разнообразная телемеханика, телеграфия и телефония.
Электроэнергетика – сварка разрядом, запуск электродвигателей, подавление радиопомех, регулирование напряжения, электроосвещение, отбор энергии, использование в сложных схемах и генераторах, а также защита от напряжения.
Промышленность – добывающая, металлургическая и металлообрабатывающая.
Техника – медицинская, лазерная, электроизмерительная, радиолокационная, фотографическая, автотракторная.

В зависимости от изменения емкости различают постоянные, переменные (изменение осуществляется механически или электрически) и подстроечные конденсаторы (изменение осуществляется разово или периодически).

Способы зарядки и разрядки конденсатора

При зарядке конденсатора энергия источника питания переходит в энергию электрического поля, возникающего между металлическими пластинками радиоэлектронного устройства. Важно учитывать, что на каждом участке цепи существует явное (резистор) или неявное сопротивление (провода, внутреннее сопротивление). В этом случае скорость зарядки конденсатора будет зависеть от его емкости и сопротивления во всей цепи. Процесс считается завершенным, когда подаваемое напряжение по своей величине становится равным напряжению на металлических пластинках.

Процесс зарядки и разрядки конденсатора лучше всего определяется мультиметром или при помощи специального измерительного прибора – индикаторной отвертки.

Можно зарядить конденсатор через лампочку. Для этого потребуется подключить «плюс» к аккумулятору через автомобильную лампочку, а «минус» подключить к массе (кузов автомобиля). Лампочка вспыхнет и погаснет. Таким же образом можно зарядить конденсатор для сабвуфера, если он не имеет системы контроля зарядного тока. Данная схема зарядки конденсатора эффективна, проста и безопасна.

Разрядка может понадобиться при ремонте бытовых приборов и электронных устройств. Это можно сделать при помощи отвертки с изолированной рукояткой, поочередно замыкая контакты, одновременно с этим касаясь массы стержнем отвертки. Если конденсатор извлечен из платы, необходимо, не касаясь руками контактов, приложить стержень отвертки к обеим клеммам изделия (должна появиться искра). Также можно собрать разрядное устройство, припаяв к резистору (на несколько кОм) два провода с зажимами, после чего подсоединить их к клеммам конденсатора. Важно проверять напряжение, чтобы убедиться в разреженности прибора.

Читайте также: