تسلا کویل1
همونطور که میدونید راههای مختلفی برای تولید ولتاژ بالا ( نه برای انتقال در خطوط بلکه برای امور آزمایشگاهی ) به صورت های مستقیم , متناوب , و پالس وجود دارد که در رشته برق به خصوص گرایش قدرت تدریس می شوند در پست دوم توضیح مختصری راجع به منابع ولتاژ بالا نوشتم . در عین حال دوستانی که مثل من در این رشته تحصیل نمی کنند میتونن به کتابهای این رشته مراجعه کنند . ولتاژ های بالا کاربرد های متعددی در صنعت و تحقیقات علمی – صنعتی دارند که توضیح اونها بسیار مفصل است و من از جزئیات آن بی اطلاعم و آشنایی با کاربرد های ولتاژ بالا و گستره استفاده از تسلا کویل در این حوزه را به شما واگذار می کنم.
تسلا کویل که یکی از منابع ولتاژ بالا است میتونه عمل افزایش اختلاف پتانسیل (ولتاژ) رو مشابه یک ترانس القائی انجام دهد . این دستگاه مثل یک آداپتور معمولی شامل دو سیم پیچ با القای متقابل است شکل زیر نقشه تسلا کویل را در کنار شکل واقعی اون نشون میده
همونطور که می بینید و در نقشه هم معلومه قسمت اصلی دستگاه در واقع همون سیم پیچ های موازی هستند که شبیه یک ترانس (آداپتور) عمل می کنند . یک سیم پیچ به صورت مخروطی و در پائین دستگاه قرار داره و سیم پیچ دوم هم اون استوانه قرمز رنگ میانیه که ذر واقع شامل تعداد دور های بسیار زیادی از یک سیم بسیار باریکه
با مفاهیم عملکرد
ترانسفورماتور ها و روش القای الکتریکی در دبیرستان آشنا شدیم که غالبا در دانشگاه هم تکرار می شه هرچند برخی دوستان این اطلاعات را به صورت عملی
با باز کردن آداپتور وسایل منزل به دست آوردند . به عنوان یک توضیح سریع و نه
کاملا علمی می توان عملکرد ترانسفورماتور را بر اساس القای متقابل توضیح داد به
این صورت که در این ترانس و موارد مشابه مثل آداپتور موبایل با عبور جریان
از سیم پیچ اولیه میدان الکترومغناطیسی ایجاد شده که متقابلا در سیم پیچ ثانویه
نیرو محرکه الکتریکی ایجاد ( القاء) می کند.
با بررسی یک سیکل از عملکرد این دستگاه , نقش این عناصر و به طور کلی طرز کار تسلا کویل روشن خواهد شد : با راه اندازی جریان مجموعه , جریان برق از مسیر خازن ها و سیم پیچ عبور می کند اما در این زمان در مسیر شامل Spark gap به دلیل مقاومت بالای فاصله هوایی جریان الکتریکی برقرار نیست . با انتخاب درست مقدار خازن ها می توان زمان پرشدن آنها را درست انتخاب کرد که پس از این حالت مقاومت خازن ها بی نهایت می شود و مسیرهوایی برای عبور جریان مستعد می شود ( یعنی مقاومت این مسیر هرچند بالاست اما کمتر از مقاومت خازن ها می شود) یک جرقه کوتاه این مسیر را برای عبور جریان باز کزده و خازن ها به صورت ضربه ای از مسیر سیم پیچ اولیه تخلیه می شوند . شدت بالای میدان ایجاد شده در سیم پیچ ثانویه ولتاژی بسیار بالا ایجاد می کند که به صورت جرقه از محل کلاهک تخلیه بروز می کند
چند تا نکته باقی میمونه :
اول اینکه طبق تجربیات روزمره هوا رسانا نیست و وجود قسمتی مثل spark gap در حالت نرمال بی معنیه اما در ولتاژ های بالا قضیه کاملا متفاوته و هوا هم می تونه دچار شکست الکتریکی بشه و جریان الکتریسیته رو عبور بده . نمونه بارز این پدید صاعقه است که بر اثر اختلاف پتانسیل ( ولتاژ ) خیلی بالا بین زمین و ابر مسیری برای عبور جریان ایجاد میشه و به صورت یک قوس الکتریکی خیلی بزرگ دیده میشه
از جهتی باید توجه داشته باشیم که خازن ها هم بتونن ولتاژ اعمال شده به دو سرشون رو تحمل کنن و در شرایط اتصال به منبع ولتاژ بالا دچار فروشکست نشن . برای آشنایی با خازن های ولتاژ بالا پست شماره 1 رو مطالعه بفرمائید . همچنین ظرفیت خازن باید به مقدار بهینه ای باشه که در زمان مناسب حین نوسان ولتاژ تغذیه بتونه به طور کامل پر بشه و در زمان مناسب با بروز جرقه در spark gap خالی بشه و از این طریق بتونه حداکثر انرژی رو به سیم پیچ اولیه انتقال بده
سومین و مهمترین نکته هم اینه که تسلا کویل به طور کلی شامل دو تا مدار RLC هست (یک مدار شامل سیم پیچ اولیه و خازن ها و مقاومت فاصله هوایی و مدار دوم شامل سیم پیچ ثانویه و کلاهک در نقش خازن) که به صورت مغناطیسی به هم کوپل شده اند پس الزاما برای انتقال حداکثر انرژی از مدار اول به دوم باید فرکانس تشدید این دو تا مدار تا جای ممکن به هم نزدیک باشه . برای اینکار می شه پارامتر های مدار مثل ضریب هانری سیم پیچ ها یا ظرفیت خازن رو تغییر داد
شاید توی فیلم های مربوط به این دستگاه دیده باشید که فرد جرقه رو بدون هیچ گونه ابزار محافظتی لمس می کنه . در واقع این کار برای تسلا کویل های کوچیک که جریان کمی در کلاهک خروجیشون دارن امکانپذیره اما برای تسلا کویل های قوی فرد حتما باید در اتاقک فارادی قرار بگیره ( یا یک لباس فلزی با همون عملکرد بپوشه ) .
در هر حال تماس با قسمت های الکتریکی مربوط به سیم پیچ اولیه دستگاه خطر مرگ حتمی رو به دنبال داره ولی بر حسب محاسبه شاید بشه به کلاهک و سیم پیچ ثانویه دست زد . در عین حال باید همه جوانب رو در نظر داشت. مطالعه کتابهای مربوط به مهندسی فشار قوی الکتریکی و اصول ایمنی الکتریکی قبل از شروع هرگونه عملیات ساخت الزامیه
نکته ای که در همه این منابع اشاره شده و بنده نیز تاکید می کنم خطرات تسلا کویل است در واقع ساخت و کارکردن با تسلا کویل بدون اطلاعات کافی خطر مرگ حتمی را در پی دارد و بنده هرگونه مسئولیت انجام آزمایشات علمی بر مبنای مطالب ذکر شده در این گزارش را از خود سلب می کنم.
منابع :
the Ultimate Tesla Coil design and Construction Guide
این کتاب بهترین و کامل ترین و در عین حال پیچیده ترین مرجع برای ساخت تسلا کویل است . اگر حوصله داشته باشید جواب هر سوالی را می توانید در این کتاب پیدا کنید . مراجع انتهای هر فصل از این کتاب برای ادامه مطالعات بسیار مناسب است فایل دانلود را می توانید با جستجو در اینترنت پیدا کنید
instructables.com
این سایت شامل تشریح ساخت از زبان سازنده های متعددی است
سلام
ببخشید کاربرد ومزایای تسلا کویل چیست
ممنوم میشم راهنمایی بفرمایید