TESLA COIL
Pada tahun 1899, Tesla memutuskan untuk bergerak dan memulai riset di Colorado Springs, Colorado, di mana ia bisa memiliki ruang untuk tegangan tinggi experiments.He frekuensi tinggi nya memilih lokasi ini terutama karena badai sering, ketinggian tinggi (di mana udara, berada pada tekanan yang lebih rendah, memiliki gangguan kekuatan dielektrik yang lebih rendah, sehingga lebih mudah untuk ionisasi), dan kekeringan udara (kebocoran meminimalkan muatan listrik melalui isolator). Juga, properti itu listrik gratis dan listrik yang tersedia dari El Paso Power Company. Hari ini, grafik intensitas magnetik juga menunjukkan bahwa tanah di sekitar lab memiliki medan magnet lebih padat daripada daerah sekitarnya. Tesla mencapai Colorado Springs pada 17 Mei 1899. Setelah tiba, dia mengatakan kepada wartawan bahwa ia melakukan eksperimen transmisi sinyal dari tombak Puncak ke Paris.
Tesla menyimpan buku harian eksperimen di lab Colorado Springs di mana ia menghabiskan hampir sembilan bulan. Ini terdiri dari 500 halaman catatan tulisan tangan dan hampir 200 gambar, dicatat secara kronologis antara 1 Juni 1899 dan 7 Januari 1900, sebagai karya terjadi, berisi penjelasan tentang eksperimennya. Buku harian Tesla mengandung penjelasan dari eksperimen mengenai ionosfer dan arus telurik tanah itu melalui gelombang transversal dan gelombang longitudinal. Dia mengembangkan sistem untuk telegrafi nirkabel, telepon dan transmisi daya, bereksperimen dengan listrik tegangan tinggi dan kemungkinan transmisi nirkabel dan mendistribusikan sejumlah besar energi listrik jarak jauh. Dia juga dikandung sistem untuk eksplorasi geofisika - seismologi - yang ia sebut telegeodynamics, berdasarkan reciprocating osilator mekanik nya dipatenkan pada tahun 1894, dan menjelaskan bahwa urutan panjang ledakan kecil dapat digunakan untuk mencari bijih dan menciptakan gempa bumi cukup besar untuk menghancurkan Bumi. Dia tidak bereksperimen dengan hal ini karena ia merasa tidak akan ada "hasil yang diinginkan".
Tesla, kontraktor lokal, dan beberapa asisten memulai pembangunan laboratorium tak lama setelah tiba di Colorado Springs. Laboratorium didirikan pada Knob Hill, timur Sekolah Colorado untuk Tuli dan Buta dan satu mil (1.6 km) sebelah timur pusat kota. tujuan utamanya adalah eksperimen dengan listrik frekuensi tinggi dan fenomena lain dan, kedua, penelitian transmisi nirkabel tenaga listrik. desain Tesla tentang laboratorium itu adalah lima puluh kaki bangunan dengan kaki enam puluh (15 by 18 m) dengan langit-langit delapan puluh kaki (24 m). Sebuah kaki seratus forty-two (43 m) melakukan udara dengan (cm 76) tiga puluh inci tembaga-foil bola kayu yang dilapisi dibangun di atas atap. Atap diperpanjang kembali untuk mencegah api dari percikan api dan efek berbahaya lainnya percobaan. Laboratorium memiliki instrumen sensitif dan peralatan.
Laboratorium itu memiliki Tesla Coil terbesar yang pernah dibangun, lima puluh dua kaki (16 m) di diameter, yang dikenal sebagai Magnifying Transmitter. Tidak identik dengan Tesla Coil klasik, itu adalah sebuah sistem pembesar tiga-coil memerlukan berbagai bentuk analisis dari terpusat-konstanta kumparan resonansi digabungkan saat ini dijelaskan untuk sebagian besar. Ini bergema pada frekuensi panjang gelombang alami kuartal dan bisa bekerja dalam mode kontinyu-gelombang dan dalam gelombang-sebagian teredam mode resonan. Menurut laporan, Tesla menggunakannya untuk mengirimkan puluhan ribu watt secara nirkabel, bisa menghasilkan jutaan volt listrik dan menghasilkan baut kilat lebih dari seratus kaki (30 m) lama. Di laboratorium, Tesla membuktikan bahwa bumi itu konduktor, dan ia menghasilkan petir buatan (dengan pembuangan terdiri dari jutaan volt, dan sampai 135 meter). Tesla posted a pagar besar di sekitarnya dengan tanda "Keep Out - Great Danger".
Laboratorium itu memiliki Tesla Coil terbesar yang pernah dibangun, lima puluh dua kaki (16 m) di diameter, yang dikenal sebagai Magnifying Transmitter. Tidak identik dengan Tesla Coil klasik, itu adalah sebuah sistem pembesar tiga-coil memerlukan berbagai bentuk analisis dari terpusat-konstanta kumparan resonansi digabungkan saat ini dijelaskan untuk sebagian besar. Ini bergema pada frekuensi panjang gelombang alami kuartal dan bisa bekerja dalam mode kontinyu-gelombang dan dalam gelombang-sebagian teredam mode resonan. Menurut laporan, Tesla menggunakannya untuk mengirimkan puluhan ribu watt secara nirkabel, bisa menghasilkan jutaan volt listrik dan menghasilkan baut kilat lebih dari seratus kaki (30 m) lama. Di laboratorium, Tesla membuktikan bahwa bumi itu konduktor, dan ia menghasilkan petir buatan (dengan pembuangan terdiri dari jutaan volt, dan sampai 135 meter). Tesla posted a pagar besar di sekitarnya dengan tanda "Keep Out - Great Danger".
Tesla menjadi orang pertama yang membuat efek listrik pada skala petir. The Magnifying Transmitter dihasilkan petir yang terdengar sejauh Cacat Creek. Orang dekat lab akan amati memancarkan bunga api dari tanah untuk kaki mereka dan melalui sepatu mereka. Beberapa telah mengamati percikan api listrik dari hidran kebakaran (Tesla untuk waktu grounded keluar ke pipa kota). Daerah sekitar laboratorium akan bersinar dengan corona biru (mirip dengan St Elmo's Fire). Salah satu eksperimen Tesla dengan Magnifying Transmitter hancur generator Colorado Springs Perusahaan Listrik oleh backfeeding pembangkit listrik kota, dan pingsan kota. Perusahaan menolak akses Tesla lebih lanjut untuk memberi makan generator cadangan jika dia tidak memperbaiki generator utama atas biaya sendiri, melainkan bekerja lagi dalam beberapa hari.
Circuit description
The tesla coil driver circuit can be divided in 4 parts:
- An oscillator running at 10 x f output built with a 4046 VCO.
- A Non-overlap drive signal generator built with a 4017 Johnson counter and 2 4002 NOR gates
- An IR 2110 level shifter circuit with bootstrap supply.
- The power ouput stage with series/parallel diodes to disable the MOSFET body diodes.
1) The Oscillator
The oscillator is built with a 4046 VCO. The 4046 also has a PLL on board, but it is not used here.
The frequency range is set at 0 - 5MHz by R5,R6 and C5.
The output frequency is proportional to the voltage on pin 9.
For the time being I use a multi-turn 10k potentiometer to set the frequency, eventually it can be replaced by a regulating
circuit which measures the mains current.
The frequency range is set at 0 - 5MHz by R5,R6 and C5.
The output frequency is proportional to the voltage on pin 9.
For the time being I use a multi-turn 10k potentiometer to set the frequency, eventually it can be replaced by a regulating
circuit which measures the mains current.
2) The non overlap drive signal generator.
The non overlap is the time that both transistors are off: to prevent cross conduction due to switch off delays
it is necessary that both T1 and T2 for a short time during each transition.
This function is built with a hef4017 and a hef4002: output0--9 of the 4017 will consecutively become high;
this results in two non overlapping 40% duty cycle drive signals on pin 1 and 13 of the hef4002.
The clock signal of the 4017 must be 10 x the desired output frequency of the half bridge.
it is necessary that both T1 and T2 for a short time during each transition.
This function is built with a hef4017 and a hef4002: output0--9 of the 4017 will consecutively become high;
this results in two non overlapping 40% duty cycle drive signals on pin 1 and 13 of the hef4002.
The clock signal of the 4017 must be 10 x the desired output frequency of the half bridge.
3) The IR2110 level shift circuit
The IR2110 IC is an integrated level shift IC with 2 Ampere MOSFET drivers. The signal Hin controls the Hiside MOSFET T1,
Lin the Lowside MOSFET T2.
C5 is added as buffer capacitor for the low side MOSFET driver.
C4 is the buffer capacitor for the high side driver. C4 is charged via D9, D5 and T2 each time when T2 is conducting.
D9 must be an ultra fast high voltage diode, regular fast types run hot and fail!
D3,D4, F2 and F3 protect the drive circuit when the MOSFETs explode.
Lin the Lowside MOSFET T2.
C5 is added as buffer capacitor for the low side MOSFET driver.
C4 is the buffer capacitor for the high side driver. C4 is charged via D9, D5 and T2 each time when T2 is conducting.
D9 must be an ultra fast high voltage diode, regular fast types run hot and fail!
D3,D4, F2 and F3 protect the drive circuit when the MOSFETs explode.
4) The MOSFET power output stage
The BUZ326 are MOSFET's not really state-of-art, but I did not have any bigger FET's at the moment.It is essential that the MOSFET body diodes of the output stage are disabled because they have a very sluggish
reverse recovery characteristic. The body diodes are disabled by diodes D5 thru 8: Schottky diodes D5, D6 block
any reverse current while the ultra-fast, diodes D7, D8 take over this reverse current.
Without this diode construction the mosfets will be destroyed instantly when the load has a capacitive character:
one mosfet will pull out the huge reverse charge of the body diode of the other fet, at 300 kHz this results in excessive
power dissipation. The MUR840 diodes are ultra-fast types which can handle this situation.
Tesla coil description
Tesla coil secondary:
The tesla coil secondary coil is made with 1750 wdg 0.6mm diameter copper wire coiled on a 80mm diameter PVC pipe.
The top of the coil is connected to a double steel sphere of ..mm diameter.
Tesla coil primary:
The primary is made with 16 wdg 1.5 mm2 PVC insulated wire tightly wrapped on on a 100mm diameter PVC pipe.
The primary coil is placed around the tesla coil secondary at about 10 cm above the first winding (see picture).
This coupling method is much easier than using an output transformer with ferrite core as I did in the previous coil design.
The number of windings is determined by trial on error; at 50 windings, the power was limited to about 200 Watts,
16 windings resulted in 700 Watts. When the 16 windings are stretched a little (e.g. 3 mm space between the windings),
the maximum power was more than 1000 Watts (5 amp DC at 230 Vac).
Circuit application
First try the half bridge circuit without the primary coil at a low voltage using a DC supply (20-40Volts or so),
the DC supply current must be very low at all frequencies (<100mA).
When this works you can connect the primary and the tesla coil secondary. The low end of the tesla coil
secondary must be connected to earth (safety earth of the wall outlet).
Start at low voltage again and sweep down slowly starting from Fmax ; at a certain frequency, the
DC supply current increases significantly: this is the tesla coil resonance frequency.
-Note 1: The 4046 VCO is quite sensitive to capacitive coupling from the tesla coil so use a plastic screwdriver
to adjust the frequency.
-Note 2: There is no minimum frequency, do not sweep too far, e.g. stop at about 50kHz!
When this works, you can try higher voltages, I use a variac to increase the voltage/power gradually.
I read on other tesla coil pages that wall dimmers also work, but note that you are working with mains voltages!
