Bobinas Tesla de estado sólido y cómo funcionan: 9 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

La electricidad de alto voltaje puede ser PELIGROSA, use las precauciones de seguridad adecuadas en todo momento cuando trabaje con bobinas Tesla o cualquier otro dispositivo de alto voltaje, así que vaya seguro o no juegue.

Las bobinas de Tesla son un transformador que funciona según el principio de oscilador autorresonante, inventado por Nicola Tesla, un científico estadounidense de Serbia. Se utiliza principalmente para producir energía de CA de alta frecuencia y voltaje ultra alto, pero de baja corriente. La bobina de Tesla se compone de dos grupos de circuitos resonantes acoplados, a veces tres grupos acoplados. Nicola Tesla probó una gran cantidad de configuraciones de varias bobinas. Tesla utilizó estas bobinas para realizar experimentos, como iluminación eléctrica, rayos X, electroterapia y transmisión de energía por radio, transmitiendo y recibiendo señales de radio.

Realmente no ha habido muchos avances en las bobinas de Tesla desde su invención. Aparte de los componentes de estado sólido, las bobinas de Tesla no han cambiado mucho en más de 100 años. En su mayoría relegado a la educación y los juguetes de la ciencia, casi cualquier persona puede comprar un kit en línea y construir una bobina Tesla.

Este Instructable trata sobre cómo construir su propia bobina Tesla de estado sólido, cómo funcionan y consejos y trucos para solucionar cualquier problema en el camino.

Suministros

Fuente de alimentación de 12 voltios, la fuente SMP que utilicé fue de 12 voltios y 4 amperios.

Torus Glue para montar la bobina secundaria.

Grasa de silicona térmica para montar el transistor en el disipador de calor.

Soldar

Las herramientas para armar el kit, soldador y cortadores laterales.

Multimetro

Osciloscopio

Paso 1: electroimán

Para comprender las bobinas y los transformadores de Tesla, es necesario comprender los electroimanes. Cuando se aplica una corriente (flecha roja) a un conductor, se crea un campo magnético alrededor del conductor. (Flechas azules) Para predecir la dirección del flujo de los campos magnéticos, use la regla de la mano derecha. Coloque su mano sobre el conductor con el pulgar apuntando en la dirección de la corriente y sus dedos apuntarán en la dirección del flujo de los campos magnéticos.

Cuando envuelve el conductor alrededor de un metal ferroso como el acero o el hierro, los campos magnéticos del conductor en espiral se fusionan y se alinean, esto se llama electroimán. El campo magnético que viaja desde el centro de la bobina pasa por un extremo del electroimán alrededor del exterior de la bobina y por el extremo opuesto vuelve al centro de la bobina.

Los imanes tienen un polo norte y un polo sur, para predecir qué extremo es el polo norte o sur de una bobina, nuevamente se usa la regla de la mano derecha. Solo que esta vez, con la mano derecha en la bobina, apunte con los dedos en la dirección del flujo de corriente en el conductor en espiral. (Flechas rojas) Con el pulgar derecho apuntando directamente a lo largo de la bobina, debe apuntar al extremo norte del imán.

Paso 2: Cómo funcionan los transformadores

La forma en que una corriente fluctuante en una bobina primaria crea una corriente en una bobina secundaria de forma inalámbrica se llama ley de Lenz.

Wikipedia

Todas las bobinas de un transformador deben enrollarse en la misma dirección.

Una bobina resistirá un cambio en un magnético; campo de modo que cuando se aplica CA o una corriente pulsante a la bobina primaria, se crea un campo magnético fluctuante en la bobina primaria.

Cuando el campo magnético fluctuante alcanza la bobina secundaria, crea un campo magnético opuesto y una corriente opuesta en la bobina secundaria.

Puede usar la regla de la mano derecha en la bobina primaria y la secundaria para predecir la salida de la secundaria.

Dependiendo del número de vueltas en la bobina primaria y del número de vueltas en la bobina secundaria, el voltaje cambia a un voltaje más alto o más bajo.

Si encuentra que el positivo y el negativo son difíciles de seguir en la bobina secundaria; Piense en la bobina secundaria como una fuente de energía o una batería de donde sale energía, y piense en la primaria como una carga donde se consume energía.

Las bobinas de Tesla son transformadores de núcleo de aire, los campos magnéticos y la corriente funcionan de la misma manera que los transformadores de núcleo de hierro o ferrita.

Paso 3: bobinado

Aunque no está dibujado en el esquema; la bobina secundaria más alta de una bobina Tesla está dentro de la bobina primaria más corta, esta configuración se llama oscilador autorresonante.

Obtenga su bobinado correcto; tanto el devanado primario como el secundario deben enrollarse en la misma dirección. No importa si enrollas las bobinas con un giro a la derecha o con la mano izquierda, siempre que ambas bobinas estén enrolladas en la misma dirección.

Al enrollar el secundario, asegúrese de que los devanados no se superpongan o en la superposición puede causar un cortocircuito en el secundario.

El devanado cruzado de las bobinas puede hacer que la retroalimentación del secundario vinculado a la base del transistor o la puerta del mosfet tenga la polaridad incorrecta y esto puede evitar que el circuito oscile.

Los cables positivo y negativo de las bobinas primarias se ven afectados por la torsión en los devanados. Utilice la regla de la mano derecha en la bobina primaria. Asegúrese de que el polo norte de la bobina primaria apunte hacia la parte superior de la bobina secundaria.

El cableado cruzado de la bobina primaria puede causar que la retroalimentación del secundario vinculado a la base del transistor o la puerta del mosfet tenga la polaridad incorrecta y esto puede evitar que el circuito oscile.

Siempre que las bobinas estén enrolladas en la misma dirección; la falla al oscilar para cruzar el cableado de la bobina primaria es una solución fácil la mayor parte del tiempo, simplemente invierta los cables de la bobina primaria.

Paso 4: Cómo funciona una bobina Tesla de estado sólido

La bobina Tesla de estado sólido básica puede tener tan solo cinco partes.

Una fuente de energía; en este esquema una batería.

Una resistencia; dependiendo del transistor a 1/4 vatio 10 kΩ y más.

Un transistor NPN con un disipador de calor, el transistor en estos circuitos tiende a calentarse.

Una bobina primaria de 2 o más vueltas enrollada en la misma dirección que la bobina secundaria.

Una bobina secundaria de hasta 1000 vueltas o más 41 AWG enrollada en la misma dirección que la primaria.

Paso 1. Cuando se aplica energía por primera vez a una bobina Tesla de estado sólido básico, el transistor del circuito está abierto o apagado. La energía pasa a través de la resistencia a la base de los transistores cerrando el transistor encendiéndolo permitiendo que la corriente fluya a través de la bobina primaria. El cambio de corriente no es instantáneo, se necesita poco tiempo para que la corriente pase de la corriente cero a la corriente máxima, esto se llama tiempo de subida.

Paso 2. Al mismo tiempo, el campo magnético en la bobina pasa de cero a cierta intensidad de campo. Mientras que el campo magnético aumenta en la bobina primaria, la bobina secundaria resiste el cambio creando un campo magnético opuesto y una corriente opuesta en la bobina secundaria.

Paso 3. La bobina secundaria está atada a la base del transistor para que la corriente en la bobina secundaria, (Realimentación) desvíe la corriente de la base del transistor. Esto abrirá el transistor apagando la corriente a la bobina primaria. Al igual que el tiempo de subida, el cambio actual no es instantáneo. Se necesita poco tiempo para que la corriente y el campo magnético pasen de máximo a cero, esto se llama tiempo de caída.

Luego, regrese al paso 1.

Este tipo de circuito se denomina circuito oscilante autorregulador o oscilador resonante. Este tipo de oscilador está limitado en frecuencia por los tiempos de retardo del circuito y del transistor o mosfet. (Tiempo de subida Tiempo de caída y Tiempo de meseta)

Paso 5: eficiencia

Este circuito no es muy eficiente, produce una onda cuadrada, la bobina primaria solo produce una corriente en la bobina secundaria durante la transición de los campos magnéticos de intensidad de campo cero a intensidad de campo completa y de regreso a intensidad de campo cero, llamado tiempo de subida y otoño. Entre el tiempo de subida y el tiempo de caída hay una meseta con el transistor cerrado o encendido y el transistor abierto o apagado. Cuando el transistor está fuera de la meseta no está usando corriente, sin embargo, cuando el transistor está en la meseta está usando y desperdiciando corriente calentando el transistor.

Puede utilizar el transistor de conmutación más rápido que pueda conseguir. Con frecuencias más altas, el campo magnético puede hacer más transiciones de las que se estabiliza, lo que hace que la bobina de Tesla sea más eficiente. Sin embargo, esto no evitará que el transistor se caliente.

Al agregar un LED de 3 voltios a la base de los transistores, extiende los tiempos de subida y bajada haciendo que los transistores actúen más como una onda triangular que como una onda cuadrada.

Hay otras dos cosas que puede hacer para evitar que el transistor se sobrecaliente. Puede utilizar un disipador de calor para disipar el exceso de calor. Puede usar un transistor de alto voltaje para que el transistor no esté sobrecargado de trabajo.

Paso 6: Mini bobina Tesla

Conseguí esta bobina Mini Tesla de 12 voltios de un minorista en línea.

El kit incluye:

1 x tablero de PVC

1 x condensador monolítico 1nF

1 x resistencia de 10 kΩ

1 x resistencia de 1 kΩ

1 x toma de corriente de 12 V

1 x disipador de calor

1 x transistor BD243C

1 x bobina secundaria 333 vueltas

1 x tornillo de fijación

2 x LED

1 x lámpara de neón

El Kit no incluye:

Fuente de alimentación de 12 voltios, la fuente SMP que utilicé fue de 12 voltios y 4 amperios.

Toro

Pegamento para montar la bobina secundaria.

Grasa de silicona térmica para montar el transistor en el disipador de calor.

Soldar

Paso 7: prueba

Después de ensamblar el Mini Tesla Coil, lo probé en una lámpara de neón, una CFL (luz fluorescente compacta) y un tubo fluorescente. El arca era pequeña y siempre que la ponga a 1/4 de pulgada ilumina todo lo que me probé.

El transistor se calienta mucho, así que no toque el disipador de calor. Una bobina Tesla de 12 voltios no debería calentar mucho un transistor de 65 vatios a menos que se acerque a los parámetros máximos de los transistores.

Paso 8: uso de energía

El transistor BD243C es un transistor NPN, 65 vatios, 100 voltios, 6 amperios, 3 MHz, a 12 voltios no debe consumir más de 5,4 amperios sin exceder los 65 vatios.

Cuando verifiqué que la corriente en el arranque era de 1 amperio, después de funcionar durante un minuto, la corriente se redujo a 0,75 amperios. A 12 voltios, lo que hace que la potencia de funcionamiento sea de 9 a 12 vatios, muy por debajo de los 65 vatios para los que está clasificado el transistor.

Cuando verifiqué los tiempos de subida y bajada de los transistores, obtengo una onda triangular que casi siempre está en movimiento, lo que lo convierte en un circuito muy eficiente.

Paso 9: carga superior

Las cargas superiores permiten que la carga se acumule en lugar de simplemente sangrar en el aire, lo que le brinda una mayor potencia de salida.

Sin una carga superior, las cargas se acumulan en las puntas puntiagudas del cable y se esparcen por el aire.

Las mejores cargas superiores son redondas como un toro o esferas, de modo que no haya puntos que sangren la carga en el aire.

Hice mi carga superior con una bola que rescaté de un mouse y la cubrí con papel de aluminio, no estaba perfectamente lisa pero funcionó bien. Ahora puedo encender una CFL hasta una pulgada de distancia.