Teslamuuntaja

Yksi tällaisen älyttömän laitteen rakentamisen pointti on oppia ymmärtämään sen toimintaa ja siihen liittyviä ilmiöitä. Tiedämme, että kyseessä on resonanssimuuntaja, jonka toiminta perustuu ensiön ja toisin resonanssiin ja ne on mitoitettava vastaamaan toisiaan. Mitoituksen osassa 5 laskimme toisiokäämin resonanssitaajuudeksi 231,15 kHz, jonka mukaan ensiöpiiri on mitoitettu. Ensiön taajuuteen vaikuttavat kondensaattorin kapasitanssi ja käämin induktanssi. Valmiin ensiöpiirin induktanssi voitaneen mitata kytkemällä siihen ulkoinen virtalähde, jolla kondensaattori varataan. Sen jälkeen kytkimellä kytketään varattu kondensaattori käämiin, jolloin systeemin pitäisi alkaa värähdellä ominaistaajuudellaan joksikin aikaa, kunnes jännite katoaa häviöiden vuoksi. Värähtelyn havaitsemiseksi tarvitaan oskilloskooppi. Virtalähteenä käytetään laboratoriovirtalähdettä, josta otetaan täydet 60 volttia. Oskillosskooppi näyttää sen mikä oli oletuskin; vaimeneva värähtely. Sko...

Kipinävälikytkimeen ja Terry-filtteriin tarvitaan hyvät elektrodit. Kokeillaan näitä 25 mm kokoisia ruostumattomasta teräksestä valmistettuja palloja. Purkaus näyttää alkavan hallitusti aina suunnilleen samalla välimatkalla. Purkausvälimatka ilmassa tämän kokoisilla palloilla pitäisi olla 3000 V/mm, riippuen ilman lämpötilasta ja etenkin kosteudesta. Käsivaralta on vaikea sanoa välimatkaa, mutta mitataan se myöhemin tarkemmin. Neonvalomuuntajan toisiojännite on tehollinen 15000 V huippu 21000 V. Oletan, että tässä määräävänä tekijänä on huippujännite joten maksimi purkausvälin pitäisi olla 7 mm. Jahka tilatut vastukset saapuvat, voidaan mitata jännite suoraan jännitteenjakajan avulla. Mielenkiintoista on myös nähdä, mihin arvoon jännite laskee valokaaren syttymisen jälkeen. Kaarihan sytyttyään palaa hyvinkin pitkänä, koska se muodostuu plasmasta, joka johtaa hyvin sähköä. Videolla nähdään myös, miten kaari sammuu puhaltamalla, paitsi jos elektrodien välimatka on alle läpilyö...

Teslamuuntajan toisio koostuu noin tuhannesta kierroksesta ohutta kuparilankaa, ensiö taasen muutamasta kierroksesta paksua lankaa. Valmis 6 mm kupariputkesta rakennettu ensiökäämi näyttää tältä. Mitoitimme aiemmin ensiön induktanssiksi 70 μH ja 14 kierrosta. Muutin suunnitelmaa vähän, jotta käämistä tulisi ulkomitoiltaan pienempi. Uudet mitoitusarvot tässä: Käämistä tehdään tasan 15 kierrosta. Säätövara jää pienemmäksi kuin alkuperäisessä suunnitelmassa, mutta luottakaamme siihen, että mitoitus osuu kohdalleen. Jos 15 kierrosta ei kuitenkaan riitä, rakenteeseen voidaan lisätä yksi kierros. Käämin kiinnikkeet 8 kpl mitoitettiin LibreCAD:issa ja valmistetiin muovista alla olevan kuvan mukaisesti. Kiinnikkeiden alemmat reijät oli tarkoitettu nippusiteille, joilla kupariputki olisi kiinnitetty hahloihin, mutta myöhemmin osoittautui, että hahloista voi valmistaa sen muotoiset, että putki napsahtaa painamalla paikalleen ja pysyy siinä ilman nippusidettä. Isoäidin...

Kuten aiemmin mitoitimme , suurjännitekondensaattorin kapasitanssiksi tarvitaan 0,0063 µF, joka saadaan kytkemällä sarjaan kolme kappaletta 0,02 µF kondensaattoria. LibreCAD:illa hahmotelma paperille ja sitten rakentamaan. Valmis paketti näyttää tältä. Vastukset on sijoitettu takapuolelle. Liitäntä virtapiiriin tehdään vapaista päistä. Suurtaajuusvirtapiireissä olisi edullista välttää mutkia niin paljon kuin mahdollista, joten periatteessa kondensaattorit olisi kannattanut kytkeä suoraksi jonoksi, mutta tämä ratkaisu oli tarpeen, jotta eri osat mahtuvat paremmin aiottuun tilaan.

Neon-muuntaja lienee jossain määrin herkkä toision ylijännitteelle sekä teslamuuntajan resonanssipiirin tuottamalle RF-raajuudelle. Sen vuoksi rakennamme neon-muuntajan jälkeen asennettavan alipäästösuodattimen, jossa on myös ylijännitesuojaus. Tässä kaksi paljon käytettyä suodatinta, suunnittelijoiden mukaan nimetyt Greg's - ja Terry's -filter. Greg's filter. Terry's filter. Molemmat kytkennät estävät sekä radiotaajuuden että ylijännitteen pääsyn ensiömuuntajaan. Mollemmissa on ylijännitesuojausta varten kipinäväli, Tetty's-filterissä on lisäksi sarjaankytkettyjä varistoreja  leikkaamassa ylijännitteet pois. Näistä valitaan Terry's-filter, vaikka se on vähän kalliimpi. Tarvittavat komponentit ovat tässä: LibreCAD:illa suunnittelemme kätevästi osien sijoittelun kytkentäalustalle. Tämä kuva printataan mittakaavassa 1:1, teipataan alustaan ja porataan reiät läpi.

Toisiokäämi on valmis. Käämintäkone toimi loistavasti ja tuhannen kierroksen käämintä kesti 40 minuuttia. Sen jälkeen lakkaus kiiltävällä uretaanilakalla kolme kertaa, välissä vuorokauden kuivumisaika käämin koko aika pyöriessä käämintäkoneessa valumien estämiseksi ja tasaisen kuivumisen varmistamiseksi. Viimeisen lakkauksen jälkeen neljän vuorokauden kuivaus 32 asteen lämpötilassa. Uretaanilakka saavuttaa lopullisen kovuutensa vasta neljän viikon kuluttua. Videolla koko proseduuri 20 kertaisella nopeudella. Käämin alapää on liitetty putken alareunaan kiinnitettyyn kuparilevyyn, johon on helppo kiinnittää maadoituskaapeli. Valmis käämi on hienon näköinen!

Suurjännitekondensaattorit ja niiden vuotovastukset saapuivat. Aiemmin määrittelimme tarvittaviksi kondensaattoreiksi kolme kappaletta 0,02μF 15KV kondensaattoria sarjaan kytkettynä, jolloin kokonaiskapasitanssiksi muodostuu 0,0067 μF. Tilasin neljä kappaletta. Yksi on hyvä olla varaosana. Kuvassa mittakaavana aito puinen täysi Elannon tulitikkuasti vuodelta kilpi ja miekka.