Tesla Coil vymyslel prvýkrát pred asi 110timi rokmi chorvátsky vedec Nikola Tesla. V jeho prípade slúžilo primárne na pokusy s bleskami a bezdrôtový prenos elektriny. Známe sú jeho pokusy so zapínaním žiaroviek na vzdialenosť až niekoľkých kilometrov. Dokonca preferoval myšlienku, že by sa mala postaviť séria teslových transformátorov, ktoré by distribuovali elektrinu do celého sveta a bola by tak zadarmo, no bohužiaľ, je to prakticky nerealizovateľné (veľké straty, produkcia ozónu a pod.). V tej dobe bola tiež oveľa menšia spotreba elektriny ako je dnes.

Tento projekt sme sa rozhodli realizovať preto, že je to veľmi zaujímavá téma a tiež sme chceli získať nové vedomosti v danej oblasti. Začali sme teda googlením pekných videí a potom sme prešli na samotnú schému. Tu sme sa nechali inšpirovať stránkou Rayer-a, ktorý sa danej téme venuje už dlhú dobu. Kľúčovou vecou pri tomto zariadení sú cievky, takže bolo dôležité zohnať medené drôty patričnej dĺžky a hrúbky. Vyriešili sme to tak, že sme si našli predajňu, v ktorej prevíjajú transformátory a mali sme medené drôty za symbolickú cenu. Menší zádrhel je v tom, že klasický TC bol pôvodne navrhnutý tak, že cievky sú napájané vysokonapäťovým transformátorom, ktorý vám spraví z 230V nejakých 10-40kV, takéto transformátory nie sú celkom dostupné, no môžete ich zohnať zo starej TV alebo CRT monitora (majú asi 30kV a niekoľko μA, potrebujú ale vysokú frekvenciu, sú vhodné na stavbu malých TC), či dokonca s mikrovlnnej rúry (asi 2100V a 0.5A, takže k nemu treba pripojiť do série aj tlmivku). My sme si ale zvolili inú cestu, našli sme schému napájanú pomerne nízkym napätím, kde sa to rieši cez elektroniku. Nedosiahneme tým síce také efektné blesky, ale aspoň budeme pracovať s relatívne bezpečným napätím. Zariadenie je napájané zo zásuvkových 230V, to je transformátorom (neprehliadnuteľný na drevenej doske na foto) znížené na 30VAC, usmernené a vyhladené. Ním sa napája samoladiaci obvod s výkonným bipolárnym tranzistorom. Vysoké napätie vzniká prevodom z primárnej cievky na sekundárnu v teslovom transformátore, pomer je 1000 / 5 = 200, čo by 30V špičku zosilnilo na 30 * 200 = 6000V. Avšak obvod začne kmitať na vlastnej rezonančnej frekvencii (určuje ju kapacita kondenzátora a indukčnosť primárnej cievky + indukčnosť sekundárnej 1000 závitovej cievky + jej parazitné kapacity) a pri tomto jave sa naindukuje ešte vyššie napätie.

 Obr. 1: Prvý funkčný prototyp, ktorý vydržal len pár krátkych zapnutí.

Zariadenie pozostáva z veže, ktorá obsahuje 3 cievky, najvyššia s veľa závitmi je sekundárna. Cievka s najväčším priemerom je primárna a vnútri je ešte jedna malá s dvomi závitmi, ktorá slúži ako spätnoväzobná. V spodnej časti fotky je malý transformátor a elektronika. Potom tu ešte vidíme jeden z už odpálených tranzistorov so symbolickým pasívnym chladením.

 

Cievky

Použili sme nasledovné:
Primár – 5 závitov – priemer drôtu 3.5mm – priemer vinutia 12.5cm
Sekundár – 1000 závitov – priemer drôtu 0.355mm – priemer vinutia 4.1cm
Spätnoväzobné vinutie – 2 závity – priemer drôtu 0.425mm – priemer vinutia 4.9cm

Na primárnu cievku sa používa spravidla dosť hrubý drôt alebo medená dutá trubka s dostatočnou hrúbkou. Nie že by bolo treba nejakej extra hrúbky, je to skôr preto, že to dobre vyzerá ;) . Táto cievka nemá jadro a nezáleží na tom, či je drôt holý, alebo zaizolovaný, keďže sa pohybujeme vo vysokých frekvenciách. Pri vysokej frekvencii je drôt prúdom “obtekaný” (ide po jeho povrchu).

Sekundárna cievka je tvorená 1000 závitmi v jednej vrstve, čo dá celkom prácu namotať. Ja som ich namotával ručne, ale odporúčam namotať to iným spôsobom. Ak neviete ako, skúste nejak zaexperimentovať s vŕtačkou a nejakým prevodom k nej, namotá vám to relatívne rýchlo. Na primár som použil PVC trubku, ktorú som doma našiel, budete potrebovať asi 40cm, záleží od počtu závitov. S cievkou pri namotávaní narábajte s najvyššou opatrnosťou aby ste na nej nezodreli izolačný lak a tiež je dobré ju mať položenú na zemi a zafixovanú aby sa nerozmotala, pretože stačí malá nehoda a úhľadná cievka sa transformuje na zamotanú guču vhodnú na zahodenie. Keď ju budete mať celú namotanú, odporúčam ju ešte pretrieť lakom, to vám zabezpečí, že bude konzistentná a nebude sa rozmotávať.

Spätnoväzobné vinutie je cievka len s dvomi závitmi rozdiel medzi priemerom sekundáru a spätnoväzobným vinutím by v tomto prípade mal byť cca 1cm, ale použil som, čo som doma našiel, takže to presne nesedí. Ako jadro slúži krátka plastová trubka. Počet závitov v spätnoväzobnom vinutí má tiež vplyv na dĺžku iskier (menej závitov, väčšie iskry), no nie je vhodné použiť príliš málo závitov. Detail cievky je zobrazený na nasledujúcom obrázku (Obr. 2). Ako vidíte na obrázku, je vhodné použiť svorkovnicu a jednotlivé kontakty si označiť. Pri prenášaní potom vežu jednoducho odpojíte a na mieste opäť zložíte. Podstavec tvorí drevená doska, ktorá je nastriekaná strieborným metalízovým sprejom, len preto, aby lepšie vyzerala.

Obr. 2: Detail spodnej časti TC.

 

Tranzistory a poistky

Pripravte sa na to, že nejaké počas stavby tohto zariadenia odpálite (Obr. 3 a 4). Preto odporúčam do zapojenia pridať aj poistku na cca 2-5A (a ani tá vám pri ich odpaľovaní zväčša nepomôže). V pôvodnej schéme, ktorú máme od Rayer-a bol použitý tranzistor SU169, ale ten je už trošku zastaralý a asi ho nezoženiete. My sme pôvodne experimentovali s tranzistorom BUY169A, jeden kus som v kamennom obchode kúpil za asi 7eur, ale keď som už odpálil 2 takéto kusy (pozn. pozor Číňania predávajú za bezkonkurenčnú cenu poddimenzované falzifikáty, ktoré pri prevádzke podľa katalógových údajov zhoria), tak som musel nájsť nejakú lacnejšiu alternatívu a vo finálnej verzii som použil BU508AF, ktorý sa ukázal ako veľmi odolný, no veľmi sa prehrieva a po cca 20tich sekundách sa tranzistor vypne a opäť ho zapnete až keď trošku vychladne. Preto som pridal ešte pasívny chladič z dvojjadrového procesoru, tento sa ukázal ako veľmi vhodný a zariadenie uchladí niekoľko minút. Ak by ste chceli TC prevádzkovať dlhodobo (čo je nevodné minimálne zo zdravotných, ekologických a bezpečnostných dôvodov), potrebovali by ste pridať aj nejaký aktívny chladič, teda ventilátor. Problém prehrievania je v tom, že sa tranzistor veľmi rýchlo spína, aby dokázal emulovať vysoké napätie. Tranzistor BU508AF som neodpálil ani jeden, pri prehriatí ho vypne jeho vnútorná tepelná poistka a na zle zapojené kábliky (opačná polarita), sa tiež ukázal byť nadmieru odolný.

Môžete použiť napríklad nasledujúce modely:
BU208A
BU2508A
BU508A
BU508AF
BUY69A
C5088
2SC4242

No v podstate je možné použiť akýkoľvek tranzistor s výkonom Ptot aspoň 45W, Uce minimálne 300V a Ic minimálne 2A. Nie je možné ale použiť tranzistory s označením D na konci, tieto obsahujú ochrannú diódu a pri nich sa obvod nedokáže rozkmitať!

Obr. 3: Odpálené poistky. Pôvodne som na poistku nemal spravené puzdro, a preto som každú novú pajkoval priamo a drôt.

 

Obr. 4: Odpálené tranzistory a poistky.

Tieto tranzistory majú už celkom slušný výkon a preto je nutné pri konštrukcii myslieť aj na nejakú formu chladenia. My sme to vyriešili pasívnym chladičom z procesoru Pentium 4. Tranzistor sme naň upevnili skrutkou a medzi tranzistor a chladič je vhodné naniesť tenkú vrstvu teplovodivej pasty (Obr. 5).

Obr. 5: Chladenie tranzistora.

 

Schéma

Obr. 6: Schéma zapojenia Solid State Tesla Coil (SSTC).

Použité súčiastky:

C1 220pF/500V
C2 elektrolytický 100µF/40V
C3 elektrolytický 100µF/25V
C4, C5 68nF/100V
R1 výkonový odpor 150?/1W
R2 výkonový odpor 470?/2W
D1, D2, D3 zenerove diódy 1000V/1A – musia byť rýchle (napr. BA159)
L1 Spätnoväzbová cievka
L2 Primárna cievka
L3 Sekundárna cievka
T1 tranzistor (napr. BU508AF)
TR primár 230V, 50Hz
sekundár 2x15V, 2×1.35A (sériovo spojené)
F poistka (odporúčam použiť 2A až 5A na 250V)

Napájanie je riešené 30V transformátorom s jednoduchým DC zdrojom s vyhladzovacím kondenzátorom. Lacnejšia alternatíva bola kúpiť menší transformátor s dvomi 15V vinutiami, ktoré spájame do série a tak získame 30V.

Komentár: Obvod môže dosť zarušovať sieťové napätie v byte, preto by bolo vhodné cez napájací kábel prevliecť feritové krúžky, napr. vydolované z nefunkčných PC zdrojov.

Obzvlášť odporúčam pridať za transformátor poistku, ktorá zabezpečí aspoň akú takú ochranu a minimálne vám nebude obvod vyhadzovať istič pri nesprávnom zapojení. Táto poistka v schéma nie je naznačená, ale vo finálnom zapojení sa nachádza. Výsledné zapojenie obsahuje aj spínač, ktorý tiež sa tiež v schéme nenachádza, zariadenie teda už nie je nutné vypínať vytiahnutím zo zásuvky.

 Obr. 7: Navrhnutá doska SSTC.

 

Obr. 8: Reálne skonštruovaná doska SSTC.

 

Obr. 9, 10 a 11: Výsledné zapojenie SSTC.

 

Obr. 12: Konštrukcia teslových cievok.

 

Iskrisko (toroid)

Na vrch teslovho transformátoru sa zvykne dávať toroid, ktorého kapacita sa musí presne vypočítať a správne zostrojiť. Na výpočet kapacity môžete použiť napríklad túto kalkulačku. Podmienka je, že musí byť na povrchu čo možno najhladší a jeho kostra musí byť z nehorľavého materiálu. Ak sa rozhodnete použiť napríklad polystyrénový veniec, ktorý obalíte alobalom, po pripojení na TC vám polystyrén vo vnútri začne postupne tlieť. Preto nie je jednoduché zostrojiť správny toroid s požadovanou kapacitou. Význam iskriska spočíva v tom, že sa pomocou neho dokáže obvod lepšie vybíjať do okolia (sršať), čo a odrazí na väčšom väčšom dosahu TC. Náš použitý obvod je samoladiaci, toroid pri ňom nie je veľmi významný tiež kvôli malému výslednému výkonu, ktorý obvod produkuje. Preto ho v našom výslednom zapojení ani nemáme. Namiesto klasického toroidu je možné použiť napríklad aj skrutku alebo hrubý drôt (ako sme to urobili v našom prototype).

 

Ešte pár fotiek a krátkych videí z činnosti.

 

Obr. 13 a 14: Činnosť SSTC.

Video 1 a 2: SSTC rozsvecujúce neónovú trubicu.

 

Bezpečnostné pokyny

Jedná sa o mimoriadne nebezpečné zapojenie a preto k nemu pristupujte adekvátnym spôsobom. Ak je zariadenie pod prúdom, v žiadnom prípade sa nepúšťajte do zásahov na zariadení a nedotýkajte sa žiadnej časti zariadenia. Zariadenie pri správnom zapojení pracuje na princípe rezonancie a elektrický potenciál je vo vzdialenosti niekoľkých desiatok centimetrov od veže (v závislosti od konštrukcie a nastavenia), čo môže poškodiť nie len niektoré elektrické zariadenia v dosahu, ale aj zdravie osôb či zvierat. Zariadenie nesmú používať osoby, ktoré majú nejaký druh elektroniky v organizme určenej na podporu činnosti iného orgánu, či udržiavanie života (kardiostimulátory a pod). Ak zariadenie nepracuje správne (nesprávna frekvencia), môže na koži spôsobiť popáleniny (tzv. skin effect). Pri správnej práci so zariadením, ak napríklad osoba drží žiarovku alebo neónovú trubicu, ktorá svieti, sa obvod uzatvára cez osobu, ktorá žiarovku drží a teda prúd prechádza po povrchu tela danej osoby až k podlahe a odtiaľ späť do zariadenia. TC produkuje pri svojej činnosti ozón (modrý plyn, ktorý vzniká aj pri výbojoch bleskov), tento plyn je pre živé organizmy mimoriadne nebezpečný a to aj pri malom množstve. Pred konštrukciou zariadenia si dôkladne preštudujte bezpečnostné pokyny a oboznámte sa so všetkými možnými rizikami spojenými so zostrojovaním a prevádzkovaním zariadenia napríklad tu.

Na projekte pracovali: Juraj Galbavy a Robert Lenicky.

Zariadenie slúži výhradne na experimentálne účely. Autori nenesú žiadnu zodpovednosť za škodu spôsobenú aplikovaním tohto článku.

 

Užitočné odkazy a zdroje:
http://rayer.ic.cz/teslatr/sstc.htm
http://en.wikipedia.org/wiki/Tesla_coil

Komentáre

Povedzte nám čo si myslíte.

  1. radoo píše: Máj 28, 2012

    pri manipulácii s TC, teda ak chcete aby neonova trubica svietila, alebo aby vám ľli blesky do kovového predmetu, má byť osoba od zeme izolovaná?

    • Robert Lenicky píše: Máj 28, 2012

      obvod generuje vysoku frekvenciu, pri ktorej tecie prud po povrchu telesa (cloveka), obvod sa teda uzatvara cez cloveka bez ohladu na to, ci je izolovany od zeme. rezonancny obvod musi byt ale spravne naladeny, aby nesposobil tzv. skin effect (popaleniny), toto zapojenie je samoladiace, takze by pri spravnej konstrukcii skin effect nemalo sposobit.

  2. ondrej píše: September 12, 2013

    ta trubka na ktorej je to namotane ma bit vyplnena?pls odpovedzte

    • Robert Lenicky píše: September 12, 2013

      ta trubka bola v mojom pripade duta, ale je to v podstate jedno. hlavne aby nemala kovove jadro =)

  3. ondrej píše: September 17, 2013

    skusam toskladat je jedno aki je priemer tej trubki? pls odpovedste

  4. ondrej píše: September 17, 2013

    skusam to skladat je jedno aki ma priemer ta trubka? pls odpovedste

    • admin píše: September 18, 2013

      priemery vinuti musia byt dodrzane! moze sa to ale lisit +-2 alebo 3mm.

  5. Andrej píše: Október 2, 2013

    aké najčastejšie chyby môžem spraviť pri zapojení?

    • Robert Lenicky píše: Október 2, 2013

      ako je spominane v clanku, najcastejsie asi prepolovanie niecoho, co sposobi skrat a s najvacsou pravdepodobnostou odpali tranzistor. ak je v zapojeni poistka, odpali tu. pri zostrojovani treba vezu s vinutiami konstruovat vzdy tak, aby bola dalej od plosneho spoju s elektronikou, pripadne izolovat plosak napriklad faradayovou klietkou.

  6. Andrej píše: Október 2, 2013

    Je v poriadku keď sa transformátor zohrieva

    • Robert Lenicky píše: Október 2, 2013

      ano, je normalne ak sa trochu zohrieva. no nejaky velmi vrely by nemal byt.

  7. Lukas píše: Január 3, 2014

    Co by sa stalo keby som pri klasickom zapojeni vynechal kapacitor zeby bolo iba VN trafo iskriste primar a sekundar ? Fungovalo by to ?

    • Robert Lenicky píše: Január 3, 2014

      zdravim,
      nikdy som to sice neskusal, ale moj nazor je, ze by to nefungovalo. teslov transformator je zlaozeny na rezonancii, rezonancna frekvencia sa pocita cca takto: f = 1/[2*pi*sqrt(L*C)], kedze kapacita medzi zavitmi cievky priamru je zanedbatelna, je nutne pripojit externy kondenzator, ktory potom udava hodnotu C. keby tam nebol, zo vzorca vyplyva, ze by to nekmitalo =)

  8. Marek píše: Január 25, 2014

    Zdravím fungovalo by mi to aj keby som na sekundár použil namiesto 0,355mm 0.4mm drôt??

    • Robert Lenicky píše: Január 25, 2014

      zdravim,
      ano, bude to fungovat aj s drotom 0.4mm. nema to nejaky vyznamny vplyv, len tam bude asi o cosi vacsi prud.

  9. Jozef píše: Máj 4, 2014

    Zdravím nebolo by možne zaslať navrh DPS v eaglu ,myslím toho čo mate zapojeny aj vy ked vravite že tamten je zo starým tranzistor bez poistky

    • Robert Lenicky píše: Máj 4, 2014

      zdravim,
      verzia DPS, ktora tu je zverejnena je finalna, ktoru som pouzil. tranzistor je totiz umiestneny mimo DPS na osobitnom chladici, ako mozete vidiet na fotkach. poistku aj spinac som dodaval dodatocne. poistka je sice na DPS, ale uchyty v ktorych je upevnena su pripajkovane obycajnym kablom. spinac obdobne. spinac treba zaradit za trafko a poistku za spinac.

  10. Dušan píše: September 3, 2014

    Bol zo Srbska a nie z Chorvátska….

    • Robert Lenicky píše: September 3, 2014

      nie tak celkom. ak by som mal byt uplne presny, bol z polovice chorvat, z polovice srb. narodil sa v Rakuskom cisarstve na uzemi dnesneho Chorvatska, preto som napisal, ze bol chorvat. uznavam, ze to ale nie je celkom presne.

  11. Jakub píše: November 28, 2014

    Dobrý deň, chcel by som poďakovať za schému a zoznam súčiastok. Dnes som TC dokončil. Moja sekundárna cievka má cca 1100 Závitov ktoré som namotával 4 hodiny :)
    Primárna cievka má 8,5 závita 2,5-kou káblom… Spetnovezobná cievka má 2,5 závita… Šúčiastky som nahádzal do prototypovej dosky… Dosah je okolo 15-20cm ale to je dosah v ktorom svieti neonová trubica. Teda už vo vzdialenosti 20cm začína neonka svietiť… Iskri hádže cca 0,6cm ale nemám spravené iskrisko (toroid), takže mi len tak trčí cievka von.. (čo obmedzuje výkon) :) Do obvodu som použil BU 208A ale skúsimtam dať aj BU 508AF aký bude rozdiel.. Toto zapojenie má len jednu chybu! Napájam to transformátorom 2x15V 1,350A zapojené sériovo samozrejme :) No trafo ide neustále do skratu! Buď to vyriešim tlmvikou alebo budem musieť pridať ešte jedno trafo zapojené paralerne – na zvýšenie výkonu. Takže teraz mi trafo dosť obmedzuje dosah (výkon) TC.
    Musím spomenúť že som to jeden krát aj odpálil… Spustil som obvod bez zapojeného primáru a spetnovezobnej cievky no a rachly mi kondíky ! (Možno aj niečo iné) Vyriešil som to tak že som si súčiastky znova objednal ale pre istotu dvojmo! Takže rada pre každého kto to bude zapájať: Nikdy to nespúštaj bez zapojeného primáru a SP.cievky, inak ti kondíki pekne zadymia izbu! :D

Pridaj komentár

Vyplňte formulár a odošlite