Teslamuuntaja

Teslamuuntajan sekä ensiö- että toisiopiiri ovat oskillaattoreita, joilla on tietty värähtelytaajuus. Ensiö- ja toisiopiirien taajuuksien tulee olla mahdollisimman lähellä toisiaan, jotta muuntaja toimisi parhaalla mahdollisella tavalla. Seuraavaksi lasketaan toisiopiirin värähtelytaajuus. Sivuston  Tesla Coil Design, Theory and Construction  kohdasta  Equations and Data Lists/Freq of LC   löytyy laskuri. Osassa 3 . laskimme toisiokäämin induktanssiksi 19,87 mH ja kapasitanssiksi 8,394 pF, osassa 4 . toroidin kapasitanssiksi 15,465 pF. Kapasitanssien summa on 23,859 pF tai 0,000023859 µF. Laskuri antaa toisiopiirin resonanssitaajuudeksi 231,15 kHz.

Suunnitellun kokoisen teslamuuntajan toroidi tehdään tavallisesti 4" taipuisasta alumiinisesta ilmastointiputkesta . Se on teknisesti hyvä ratkaisu, mutta vähän tyhmän näköinen. Ajattelin valmistaa toroidin ruostumattomista putkiosista. Hitsaamalla 4 kpl 90° käyriä yhteen, syntyy kaunis toroidi. Jossain kylläkin sanottiin, että ruostumaton tai haponkestävä teräs eivät ole hyviä materiaaleja tähän tarkoitukseen, koska näiden terästen sähkönjohtavuus on huonompi kuin alumiinilla. Niinhän se on onkin. Alumiinin sähkönjohtavuus on  3,77×10 7  kun se ruostumattomalla teräksellä on  1,45 x 10 6.  Jos toroidin tekee 2 mm paksusta ruostumattomasta teräkseksästä, siinä on seinämänvahvuutta reilusti enemmän kuin alumiinisessa haitariputkessa. Suurjännitteellä johtimen resistanssi ei ole samanlainen ongelma kuin pienjännitteillä. Toisaalta jossain joku oli valmistanut pallon muotoisen terminaalin kahdesta Ikean teräskulhosta , jotka ovat ruostumatonta terästä. S...

Sivuston  Tesla Coil Design, Theory and Construction  kohdasta Equations and Data Lists/Helical Coil   löytyy laskuri. Syöttämällä laskuriin aiemmin määritellyt arvot, saatiin tulokset: Toisiokäämin induktanssi: 19865,636 μH = 19,87 mH ( millihenry ) Kapasitanssi: 8,394 pF ( pikofaradi ) Kuvassa näkyvät kaavat toimivat, mutta niihin pitää sijoittaa lähtötiedot tuumamitoissa. Senttimetrit muuttuvat tuumiksi kertomalla luvulla 2,54. Kaikissa ko. sivuston laskureissa tulee desimaalierottimena käyttää pistettä.

Kaikessa mitoituksessa tästä eteenpäin käytämme ohjeita sivustolta Tesla Coil Design, Theory and Construction Sivustolta löytyy kaikki tarvittava tieto ja kaavat teslamuuntajan mitoitukseen. Tietenkin, jos haluaisi perehtyä syvällisesti teslamuuntajan teoriaan, kaavat pitäisi laatia itse alusta alkaen. Tyydymme nyt kuitenkin valmiiksi mietittyihin lähteisiin. Aloitetaan päämittojen hahmottamisella. Toisiokäämin halkaisija nähdään taulukosta: Osassa 1. päätettiin muuntajan tehoksi 450 wattia, joten suositus on 3...4 tuumaa, 7,5...10 cm. Toisiokäämi tulee käämiä muoviputken päälle. Muovista viemäputkea saa 110 mm halkaisijalla. Akryyliputkea löytyy halkaisijalla  100 mm . Nämä päämitat eivät ole niin kovin tarkkoja, joten valitaan näistä 110 mm toisiokäämin halkaisijaksi. Viemäriputkea saa rautakaupasta ja se on halpaa, ei tosin yhtä kaunista kuin kirkas akryyli. Ohjeellinen toisiokäämin pituus on 110 mm halkaisijalla viisi kertaa halkaisija, eli 550 mm . ...

Teslamuuntajan eri osat täytyy mitoittaa huolella, jotta kokonaisuus toimii odotetulla tavalla. Projektin lähtökohtana on päättää, minkä kokoisen muuntajan aikoo rakentaa. Lähtökohtana tässä projektissa on noin metrin mittaisen purkauksen tuottava muuntaja. Sitä voi pitää keskikokoisena teslamuuntajana. Purkauksen pituus lasketaan kaavasta jossa P = teho (W) L = pituus (cm) Pituus lasketaan kaavasta Lasketaan metrin mittaisen purkaukseen tarvittava teho: Aliexpressistä löytyi 450 watin neon-muuntaja. Lasketaan, millaisen purkauksen sillä saisi aikaan: 92 cm on melkein metri, jota valitaan tämä. Muuntajia voi kytkeä rinnan useampia kappaleita. Jos laitetaan kaksi muuntajaa, saadaan 900 watin teho. Purkauksen pituus silloin olisi Toinen potenssi kaavassa aiheuttaa sen, että kaksinkertaiseen purkauspituuteen tarvitaan nelinkertainen teho. Kahden metrin purkaukseen tarvitaan yli 2000 watin teho. Muuntajaksi valikoitui siis tämä...

Teslamuuntaja on suhteellisen yksinkertainen kokonaisuus, joskin sen osat on mitoitettava ja valmistettava huolella, jotta laite ylipäätään toimii. Palataan mitoitukseen myöhemmin, nyt katsotaan mitä osia laitteessa on ja miten se suunnilleen toimii. Yllä olevassa kaaviossa nähdään teslamuuntajan pääosat. Suurjännitemuuntaja -  usein myös kutsutaan ensiömuuntajaksi, englanniksi Primary transformer . Sen tehtävä on nostaa verkkojännite 230 volttia suurjännitteeksi välille 5000 ja 15000 volttia. Ensiömuuntajana voidaan käyttää öljypolttimen sytytysmuuntajaa ( OBT - Oil Burner Ignition Transformer ), mikroaaltouunin muuntajaa ( MOT - Microwave Oven Transformer ) tikapuukytkennällä , neonvalomuuntajaa ( NST - Neon Sign Transformer ), tai sitten ihan itse varta vasten tähän tarkoitukseen rakennettua muuntajaa. Jos tavoitteena on noin metrin pituisiin purkauksiin pystyvä laite, tarvitaan tehoa n. 500 wattia. Esimerkiksi 10000 voltin jännitteellä se tarkoittaa 50 mA vir...

Kipinävälikytkin on teslamuuntajan osa, jonka tehtävänä on sulkea välipiiri, kun kondensaattorit ovat täyteen ladatut. Kytkentä tapahtuu sähköpurkauksena kipinävälin yli, siitä nimi kipinävälikytkin. Kipinävälikytkin voidaan toteuttaa kiinteänä tai pyörivänä, joista kiinteä on yksinkertaisempi, pyörivä on toiminnaltaan parempi. Pyörivä kytkin voidaan toteuttaa synkronisena tai asynkronisena, joista synkroninen on parempi. Se voidaan virittää sulkemaan välipiiri juuri halutussa kohdassa vaihtovirran jaksoa. Pyörivä kytkin myös sammuu luotettavasti, kiinteä saattaa jäädä sulkeutuneeksi liian pitkäksi aikaa, jolloin ensiömuuntajan teho kuluu kipinävälin valokaareen eikä toisiopiiriin, kuten on tarkoitus. Itse kipinävälikytkimestä myöhemmin lisää. Nyt keskitytään synkronisen pyörivän kipinävälikytkimen moottoriin, jonka täytyy olla tahtimoottori. Sen pitää pyöriä tahtikierrosluvulla, jotta kytkentä tapahtuu aina samassa kohtaa vaihtovirran puoliaaltoa. Tahtimoottorin löytyminen osoitta...