Трансформатор будущего


Скачать 237.05 Kb.
НазваниеТрансформатор будущего
страница1/3
Дата публикации17.03.2013
Размер237.05 Kb.
ТипРеферат
referatdb.ru > Физика > Реферат
  1   2   3
Министерство образования и науки Республики Казахстан

Восточно-Казахстанская область

Направление: Научно-технический прогресс как ключевое звено экономического роста

Секция: Техника

Тема: Трансформатор будущего

Авторы: Коломейцев Андрей Анатольевич,

Джумабеков Медет,

учащиеся 11 D, филиал АО «Назарбаев

интеллектуальные школы» г. Семей

Руководитель: Папазова Ирина Павловна,

учитель физики, филиал АО «Назарбаев

интеллектуальные школы» г.Семей

Семей 2010

Содержание

Введение…………………………………………………………………….. 3

Глава 1. Теоретическая часть……………………………………………… 5

    1. Проблемы энергоснабжения ………………………………………….. 5

1.2 Гипотезы Николы Тесла ………………………………………………. 5
1.3 Значение работ Н.Тесла ……………………………………………… 5

1.4 Конструкции имеющиеся аналогов

и принцип их работы …………………………………………………….. 6

Глава 2. Практическая часть ……………………………………………… 9

2.1 Конструкция и работа представленного устройства ……………….. 9

2.2 Сборка платы задающего генератора ………………………………… 10

2.3 Эффекты, наблюдаемые при работе устройства ……………………. 10

2.4 Проведение опытов и наблюдений …………………………………... 11
Заключение …………………………………………………………………. 13

Список литературы ………………………………………………………… 14

Приложение I. Электрическая схема простейшего трансформатора Тесла 15

Приложение II. Схема электрическая принципиальная ……..…………… 16

Приложение III. Фотографии экспериментов ……………………………... 17

Введение

Актуальность исследования. Одной из первоочередных задач развития экономики любой страны является стимулирование перехода на энергосберегающие технологии. Не секрет, что ежегодно теряется огромное количество электроэнергии на нагревание проводов при ее передаче.

Способность передачи энергии на большие расстояния без больших потерь – один из важнейших аспектов развития человечества в будущем. Перспективным направлением в развитии энергосбережения является применение трансформатора Тесла.

Н.Тесла, проводя эксперименты с высоковольтным генератором постоянного тока, разрядником и высоковольтным трансформатором без сердечника (трансформатором Тесла)[приложение I], обратил внимание на значительное увеличение отдаваемой устройством в окружающую среду мощности по сравнению с тем, что отдает генератор переменного тока высокой частоты с индукционным повышающим трансформатором с сердечником. Это явление Тесла объяснил дополнительным привлечением мощности из окружающей среды (из «эфира»).[1] Авторы проекта решили проверить это утверждение, экспериментально подтвердить возможность использования трансформатора Тесла для передачи электроэнергии на расстояние без проводов и передачи электроэнергии с помощью одного провода. Для проверки такой возможности было решено собрать трансформатор Тесла.

В процессе сборки устройства мы столкнулись с рядом новых для себя понятий, проблем и способами их решений. Для начала мы хотели собрать простейший трансформатор Тесла, но в завершающей стадии сборки перед нами возникла проблема подборки разрядника. Было решено видоизменить схему, но замена одной детали требовала изменения схемы в целом. Поэтому наш трансформатор отличается от трансформатора Тесла. Сначала был заменен разрядник на задающий генератор и сопровождающую его электронную схему, куда входил параметрический стабилизатор. Данная схема требовала, постоянного тока и более низкого напряжения. Поэтому был установлен понижающий трансформатор, выпрямитель и сглаживающий фильтр.[приложение II] В качестве катушек Тесла решено было использовать обычную катушку зажигания от автомобиля «Жигули».[приложение III]

Выходная мощность нашего устройства не велика в целях безопасности, тем не менее, мы смогли провести ряд экспериментов, которые будут показаны с помощью видеосредств.

В ходе опытов выяснили, что в окружающем пространстве возникает значительное электромагнитное поле. Это поле, в частности, вызывает свечение люминесцентной лампы [приложение III]. Мы наблюдали это свечение на различных расстояниях от выходного контакта, наблюдали свечение лампы недалеко от растения, если контакт опущен в землю. Исследовали интересные явления при свечении лампы с нитью накаливания [приложение III]. Наблюдали работу потребителей (ламп) от источника постоянного тока малой мощности с помощью трансформатора Тесла. В ходе опытов мы подтвердили утверждение Николы Тесла о том, что передача электроэнергии на расстояние без проводов возможна и опровергли его теорию о привлечении дополнительной мощности.

Цель работы: Целью нашего проекта является проверка утверждения Николы Тесла о возможности передачи электрической энергии без проводов, проверка утверждения о возможности передачи электроэнергии с помощью одного провода и проверка работы потребителей электрического тока от источников постоянного тока малой мощности.

Задачи проекта:

  1. Собрать трансформатор Тесла.

  2. Проверить возможность работы нагрузки (люминесцентной лампы, лампы с нитью накаливания) без проводов или с помощью одного контакта.

  3. Проверить возможность работы потребителей электрического тока от источников постоянного тока малой мощности с помощью трансформатора Тесла.


Глава1. Теоретическая часть


    1. . Проблемы энергоснабжения


По мнению международных экспертов, относительные потери электроэнергии в электрических сетях большинства стран можно считать удовлетворительными, если они не превышают 4-5 %. Потери электроэнергии на уровне 10 % можно считать максимально допустимыми с точки зрения физики передачи электроэнергии по сетям. В настоящее время расход электроэнергии на ее передачу (потери) в электрических сетях большинства стран составляет около 13% от отпущенной электроэнергии в сети. Большую проблему в снабжении электроэнергией представляет доставка ее в удаленные районы.[1]

Один из путей уменьшения потерь энергии – это передача её на расстояние без проводов с помощью устройства, которое называется Трансформатор Тесла.


    1. Гипотезы Николы Тесла.


Н.Тесла, проводя в 90-е годы XIX столетия эксперименты с высоковольтным генератором постоянного тока, разрядником и высоковольтным трансформатором без сердечника (трансформатором Тесла), обратил внимание на значительное увеличение отдаваемой устройством в окружающую среду мощности по сравнению с тем, что отдает генератор переменного тока высокой частоты с обычным повышающим трансформатором. Эту дополнительно привлекаемую мощность он назвал «радиантным электричеством», связав последнее с эфиром и противопоставив его обычному электрическому току как потоку электронов [2]. Основанием для этого был открытый Тесла эффект, когда высоковольтный постоянный ток разряжался в искровом промежутке и прерывался до того, как появлялся реверсивный (обратный) ток. Этот эффект состоял в возникновении пространственного распределённого напряжения, которое возрастало по длине вторичной катушки его неэлектромагнитного трансформатора и могло в тысячи раз превышать начальное напряжение на искровом разряднике. Эффект значительно усиливался, когда в цепь высоковольтного источника постоянного тока включался конденсатор. [3]

    1. Значение работ Николы Тесла.

Нико́ла Те́сла (серб. ^ Никола Тесла; 10 июля 1856, Смиляны, Австро-Венгрия, ныне в Хорватии — 7 января 1943, Нью-Йорк, США) — физик, инженер, изобретатель в области электротехники и радиотехники. Родился и вырос в Австро-Венгрии, в последующие годы в основном работал во Франции и США. В 1891 году получил американское гражданство. [4]

Широко известен благодаря своему научно-революционному вкладу в изучение свойств электричества и магнетизма в конце XIX — начале XX веков. Патенты и теоретические работы Тесла сформировали базис для современных устройств, работающих на переменном токе, многофазных систем и электродвигателя, позволивших совершить второй этап промышленной революции.

Также он известен как сторонник гипотезы эфира.

Тесла получил повсеместное признание как выдающийся инженер-электрик. Ранние работы Тесла проложили путь современной электротехнике, его открытия раннего периода имели инновационное значение. В США по известности Тесла мог конкурировать с любым изобретателем или учёным в истории или популярной культуре.

Современное применение идей Тесла

  • Переменный ток является основным способом передачи электроэнергии на большие расстояния

  • Электрогенераторы являются основными элементами в генерации электроэнергии на ГЭС, АЭС, ТЭС и т.д.

  • Электродвигатели используются во всех современных электропоездах, электроавтомобилях, трамваях, троллейбусах.

  • Радиоуправляемая робототехника получили широкое распространение не только в детских игрушках, и беспроводных телевизионных и компьютерных устройствах (пульты управления), но и военной сфере.[5]


1.4 Конструкции имеющиеся аналогов

и принцип их работы.
Трансформатор Те́сла, также катушка Тесла (англ. Tesla coil) — устройство, изобретённое Николой Тесла и носящее его имя. Является резонансным трансформатором, производящим высокое напряжение высокой частоты. Прибор был заявлен патентом США № 568176 от 22 сентября 1896 года, как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала».[6]

Простейший трансформатор Тесла состоит из двух катушек — первичной и вторичной, а также разрядника (прерывателя, часто встречается английский вариант Spark Gap), конденсатора, тороида (используется не всегда) и терминала (на схеме показан как «выход»).[приложение 1]

Первичная катушка обычно содержит несколько витков провода большого диаметра или медной трубки, а вторичная около 1000 витков провода меньшего диаметра. Первичная катушка может быть плоской (горизонтальной), конической или цилиндрической (вертикальной). В отличие от обычных трансформаторов, здесь нет ферромагнитного сердечника. Таким образом, взаимоиндукция между двумя катушками гораздо меньше, чем у трансформаторов с ферромагнитным сердечником. Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур, в который включён нелинейный элемент — разрядник.

Разрядник, в простейшем случае обыкновенный газовый, представляет собой два массивных электрода с регулируемым зазором. Электроды должны быть устойчивы к протеканию больших токов через электрическую дугу между ними и иметь хорошее охлаждение.

Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора главным образом выполняют ёмкость тороида и собственная межвитковая ёмкость самой катушки. Вторичную обмотку часто покрывают слоем эпоксидной смолы или лака для предотвращения электрического пробоя.

Терминал может быть выполнен в виде диска, заточенного штыря или сферы и предназначен для получения предсказуемых искровых разрядов большой длины.

Таким образом, трансформатор Тесла представляет собой два связанных колебательных контура, что и определяет его замечательные свойства и является главным его отличием от обычных трансформаторов. Для полноценной работы трансформатора эти два колебательных контура должны быть настроены на одну резонансную частоту. Обычно в процессе настройки подстраивают первичный контур под частоту вторичного путём изменения ёмкости конденсатора и числа витков первичной обмотки до получения максимального напряжения на выходе трансформатора.

Известен способ передачи электроэнергии по одному проводу, разработанный Н.Тесла в 1900 году. Согласно этому способу энергия от электрической станции поступает на искровой разрядник, соединенный последовательно с первичной обмоткой трансформатора Тесла. Один конец вторичной обмотки трансформатора Тесла соединен с Землей, а второй конец с нагрузкой, выполненной в виде конденсатора сферической или тороидальной формы, установленного на изолирующей подставке.[7]

Трансформатор Тесла, изобретенный в 1891 году, представляет бессердечниковый или с незамкнутым сердечником трансформатор, первичная обмотка которого расположена снаружи или соосно с вторичной обмоткой. Вторичная обмотка состоит из большего числа витков медной тонкой изолированной проволоки. Один конец вторичной обмотки остается свободным, а второй при передаче напряжения высокой частоты на первичную обмотку присоединяется к линии. В высоковольтной вторичной обмотке в условиях резонанса возникают высокочастотные колебания, колебания напряжением до 7·106 В [8].

Теория и конструкция трансформатора Тесла разработана немецким ученым П. Друде в 1904-1905 годах. При подаче электрического напряжения на искровой разрядник на вторичной обмотке трансформатора Тесла генерируется высокое напряжение высокой частоты (до 1000000 В, 250 кГц), которое вызывает появление высокого напряжения на конденсаторе.[9]

В качестве такого устройства, позволяющего изменять частоту или напряжение у потребителя и использовать стандартные электрические приборы, может быть применен понижающий трансформатор Тесла или известный диодно-конденсаторный блок, который используется в схемах удвоения напряжения и выполнен из двух встречно включенных диодов, соединенных с конденсатором, общая точка диодов соединена с источником питания. [10] При подаче на диодно-конденсаторный блок переменного напряжения положительная волна переменного реактивного тока идет на одну обкладку конденсатора, а отрицательная на другую обкладку. Конденсатор будет накапливать заряды, пока напряжение на его выводах не достигнет положительной и отрицательной амплитуды переменного напряжения на общей точке диодов, тогда диоды окажутся запертыми и заряд конденсатора прекратится. Так работает известная схема выпрямителя с удвоением напряжения.

Для мощных трансформаторов Тесла наряду с обычными разрядниками (статическими) используются более сложные конструкции разрядника.

Например, RSG (от англ. ^ Rotary Spark Gap, можно перевести как роторный/вращающийся искровой промежуток) или статический искровой промежуток с дополнительными дугогасительными устройствами. В конструкции роторного искрового промежутка используется двигатель (обычно это электродвигатель), вращающий диск с электродами, которые приближаются (или просто замыкают) к ответным электродам для замыкания первичного контура. Скорость вращения вала и расположение контактов выбираются исходя из необходимой частоты следования пачек колебаний. Различают синхронные и асинхронные роторные искровые промежутки в зависимости от управления двигателем. Также использование вращающегося искрового промежутка сильно снижает вероятность возникновения паразитной дуги между электродами. Иногда обычный статический разрядник заменяют многоступенчатым статическим разрядником. Для охлаждения разрядников их иногда помещают в жидкие или газообразные диэлектрики (например, в масло). Типовой прием для гашения дуги в статическом разряднике — это продувка электродов мощной струей воздуха. Иногда классическую конструкцию дополняют вторым, защитным разрядником. Его задача — защита питающей (низковольтной части) от высоковольтных выбросов.

В качестве генератора ВЧ напряжения, в современных трансформаторах Тесла используют ламповые (VTTC — Vacuum Tube Tesla Coil) и транзисторные (SSTC — Solid State Tesla Coil, DRSSTC — Dual Resonance SSTC) генераторы. Это даёт возможность уменьшить габариты установки, повысить управляемость, снизить уровень шума и избавиться от искрового промежутка. Также существует разновидность трансформаторов Тесла, питаемая постоянным током. В аббревиатурах названий таких катушек присутствуют буквы DC, например DCDRSSTC.

Многие разработчики в качестве прерывателя (разрядника) используют управляемые электронные компоненты, такие как IGBT транзисторы, модули на MOSFET транзисторах, электронные лампы, тиристоры.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ передачи электроэнергии на высокой частоте, включающей генерирование высокочастотных колебаний и передачу их через согласующие устройства в линию электропередачи. [11]

Глава 2. ^ Практическая часть
2.1 Конструкция и работа представленного устройства

  1   2   3

Похожие рефераты:

Тема: Будущее время глагола
Цель: 1 знать о способах образования форм будущего времени, употребление глаголов будущего времени в речи
Трансформаторы и реакторы сухие, трансформатор с однофазным напряжением
Пуско-наладочные работы осуществляются в соответствии с регламентом, подразумевающем проведение диагностики электроустановок, включающей...
Статья Бусурманова Ж. Д. опубликована в газете «Человек и закон»
Макаров В. Л. Государственный аудит и проектирование будущего. Вместо предисловия. В кН.: Степашин С. В. Государственный аудит и...
Конкурс на лучший девиз и эссе на тему: «Энергия Будущего»
Цель конкурса «Энергия будущего» – привлечь внимание молодежи к развитию альтернативных источников энергии, а также популяризация...
Что представляют стрелки в диаграмме ?
Скопируйте и вставьте определение жизнеспособного будущего из Q10 Упражнения 1 вашего «Журнала обучения». Исправьте его так что бы...
Водород как топливо будущего Приложение1
Как предсказывают многие эксперты в области энергетики, топливо будущего уже найдено. Это водород
2. условия участия в аукционе
С-38543; уборная, об пл. 2,6 кв м., инвентарный номер 250/С-38648; асфальтобетонное покрытие пл. 873 кв м., металлические ворота...
И улучшение благосостояния всех казахстанцев
Я обращаюсь к вам, народу Казахстана, со своим видением будущего нашего общества и миссии нашего государства. Я хочу представить...
И улучшение благосостояния всех казахстанцев
Я обращаюсь к вам, народу Казахстана, со своим видением будущего нашего общества и миссии нашего государства. Я хочу представить...
И улучшение благосостояния всех казахстанцев
Я обращаюсь к вам, народу Казахстана, со своим видением будущего нашего общества и миссии нашего государства. Я хочу представить...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
referatdb.ru
referatdb.ru
Рефераты ДатаБаза