Бифилярная катушка теслы в чем смысл
Бифилярная катушка и ее использование
Бифилярной называется катушка, намотанная двумя параллельными проводами, расположенными рядом друг с другом на одном общем каркасе, и изолированными друг от друга на всем протяжении намотки.
Так, в зависимости от направления намотки двух проводов и типу их соединения между собой в бифилярной катушке, можно получить четыре возможных варианта реализации таких катушек:
Намотка параллельная, соединение последовательное;
Намотка параллельная, соединение параллельное;
Намотка встречная, соединение последовательное;
Намотка встречная, соединение параллельное.
И как бы ни была намотана бифилярная катушка, при включении в цепь будет реализован один из двух вариантов взаимодействия токов двух образующих ее проводов.
Первый вариант — когда токи направлены в одну сторону, в этом случае магнитные поля токов обеих жил складываются, приводя к общему магнитному полю, которое будет больше магнитного поля каждой из жил бифиляра в отдельности.
Второй вариант — когда токи направлены в противоположные стороны, в этом случае магнитные поля токов двух жил будут гасить друг друга, в итоге общее магнитное поле будет нулевым, то есть индуктивность катушки будет близка к нулю.
В современной технике для создания проволочных резисторов используют бифилярные катушки параллельной намотки последовательного соединения (токи равны и направлены в противоположные стороны), чтобы свести паразитную индуктивность элемента к минимуму (суммарное магнитное поле близко к нулю).
В обмотках некоторых трансформаторов и сдвоенных дросселей импульсных источников питания, а также в обмотках некоторых реле, для подавления опасных коммутационных выбросов ЭДС самоиндукции применяют бифилярные обмотки.
Обмотка в два провода выполняет двойную функцию. Первый провод служит первичной обмоткой трансформатора или дросселя, а второй — защитной, ограничительной обмоткой, функция которой отработать коммутационный выброс ЭДС. В некоторых реле второй провод замыкается накоротко сам на себя, и рассеивает на себе обратный выброс в момент размыкания реле.
В импульсных источниках питания защитная обмотка накоротко не замыкается, она только ограничивает коммутационный выброс ЭДС, направляя энергию через диод обратно в источник питания или на снаббер, а цепь первичной обмотки оказывается таким образом защищена, напряжение на ключе не подскакивает выше безопасного, и ключ (транзистор) не перегорает.
Особого внимания заслуживает бифилярная катушка Тесла, которую ученый запатентовал в 1894 году, это патент США №512340. Сам Тесла в патенте отмечает, что для придания катушке большей собственной емкости, нужно соединить два провода бифиляра последовательно между собой так, чтобы токи были направлены в одну сторону, тогда хоть индуктивность и останется прежней, собственная емкость такой катушки возрастет. И чем выше напряжение, тем сильнее будет эффект этой межвитковой емкости.
Суть в том, что в бифилярной катушке Тесла напряжение между двумя соседними витками оказывается больше, чем при обычной однопроводной намотке на величину половины приложенного к катушке напряжения.
Никола Тесла использовал бифилярные катушки с целью придания цепям большей собственной емкости, и таким путем избегал применения дорогостоящих конденсаторов. В своих лекциях ученый упоминал бифилярные катушки именно как инструмент повышения собственной емкости зарядных и рабочих цепей различного высокочастотного оборудования высокого напряжения, которое он разрабатывал как для питания эффективных источников света, так и для передачи энергии на расстояние без проводов.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Бифилярная катушка Тесла
Впервые бифилярная катушка Тесла упоминается в патенте под номером 512340. Патент был зарегистрирован в США в 1894 г. на имя Николы Тесла. Слово «бифилярный» в переводе означает «заполненный двумя» или «двойной». В такой катушке Тесла использовал намотку из двух проводов, которые располагались параллельными рядами, изолированным друг от друга.
Кроме того, в патенте была представлена бифилярная катушка Тесла плоской формы. Такие плоские катушки индуктивности по сравнению с «обычными» катушками, намотанными традиционным способом, сильно отличаются по своим свойствам.
Устройство бифиляра
Бифилярная катушка Тесла изготовлена в виде плоской спирали или соленоида. Бифиляр, в отличии от обычной катушки, имеет 4 выхода. Так как катушка наматывается двумя проводами, то получаются 2 выхода в середине катушки и 2 с краю. В отличии от обычной катушки, имеющий всего 2 выхода — один изнутри, а другой снаружи.
Намотка может быть последовательной и параллельной. Соединение проводов в катушке также возможно как последовательное, так и параллельное. Отсюда возникает 4 возможные варианта использования катушек:
В бифиляре Теслы соединение производится с началом нечетных витков с концом чётных. Это позволяет сильно увеличить добротность и плотность намотки. Такое устройство бифиляра Тесла определяет его уникальные свойства.
Иногда это устройство путают с трансформатором Тесла, Но трансформатор Тесла, который ещё называют катушкой Тесла, не изготавливается методом бифиляра. Подробнее о нём можно прочитать в этой статье.
Свойства бифилярной катушки Тесла
Бифилярная катушка Теслы была изобретена с целью увеличения собственной ёмкости, чтобы была возможно передавать большую мощность электрического тока. Целью изобретения Теслы было избавиться от применения дополнительных конденсаторов в приборах. Они применялись для нейтрализации самоиндукции, которая возникает в катушках и проводниках.
Изобретение бифилярной катушки Теслы позволило добиться нужного эффекта. Изготовленные по такой технологии катушки не обладают самоиндукцией. Кроме того, емкость такой катушки, полученная в результате такой конструкции, распределяется равномерно. И изменяя форму катушек и их размер, можно легко изменять полученную емкость.
Эти свойства бифиляра было впоследствии применены Александром Мишиным, который разработал свой прибор на основе этой технологии Теслы. Про катушку Мишина можно прочитать в этой статье.
Бифилярная катушка теслы в чем смысл
Войти
Авторизуясь в LiveJournal с помощью стороннего сервиса вы принимаете условия Пользовательского соглашения LiveJournal
Электромагнитная индукция ч.3. Н. Тесла и его загадки
Один из ранних патентов Николы Тесла описывает новый способ намотки катушек. Этот способ он назвал бифилярной намоткой, т.к. катушка мотается сразу двумя параллельными проводами и считал эту намотку очень важным изобретением:
«Бифилярная катушка — электромагнитная катушка, которая содержит две близко расположенных, параллельных обмотки.
Есть четыре типа бифилярно намотанных катушек:
1. параллельная намотка, последовательное соединение;
2. параллельная намотка, параллельное соединение;
3. встречно намотанная катушка, последовательное соединение;
4. встречно намотанная катушка, параллельное соединение.
Некоторые бифилярные катушки намотаны так, что ток в обеих обмотках течёт в одном и том же направлении. Магнитное поле, созданное одной обмоткой складывается с созданным другой, приводя к большему общему магнитному полю. В других — витки расположены так, чтобы ток протекал в противоположных направлениях. Поэтому магнитное поле, созданное одной обмоткой равно и направлено противоположно созданному другой, приводя к общему магнитному полю равному нулю. Это означает, что коэффициент самоиндукции катушки — ноль».
На рисунке выше изображена катушка первого вида и в ней магнитные поля обмоток складываются. Тесла указывал на то, что магнитное поле такой катушки намного больше, чем у обычной.
Вот так выглядит катушка с нулевой самоиндукцией (второй вид):
Любому специалисту по одному её виду становится сразу понятно, что в такой катушке не может появиться индукционный ток, т.к. он будет направлен в обоих проводах в одну сторону и на концах проводов никакой разности потенциалов не будет. Такая катушка будет только греться, но никакой энергии не выдаст. Два оставшихся вида намотки – это частные случаи двух первых и особого интереса не представляют.
Т.к. безындукционная намотка слишком наглядна, то все известные мне изобретатели вечных двигателей сконцентрировались на первом виде намотки, дающем большое магнитное поле. Однако мне долго не давало покоя совершенно не понятное описание катушки в патенте. Вот этот текст:
«Я выяснил, что в каждой катушке существуют определённые взаимоотношения между её самоиндукцией и ёмкостью, что позволяет току данной частоты и потенциала проходить через неё с омическим сопротивлением (DL : здесь Тесла имеет в виду исчезновение реактивного сопротивления) или, другими словами, как если она работает без самоиндукции. Это происходит в результате взаимоотношений между характером тока и самоиндукцией и ёмкостью катушки, т.е. количество последнего достаточно для нейтрализации самоиндукции для данной частоты. Известно, что чем выше частота или разность потенциалов тока, тем меньше ёмкость требуется для нейтрализации самоиндукции, поэтому в любой катушке, особенно небольшой ёмкости, можно достичь поставленных целей, если добиться нужных условий».
И в конце что-то вроде предупреждения:
«Применяя моё изобретение, специалисты в этой области должны хорошо понимать зависимость между понятиями ёмкость, самоиндукция, частота и разность потенциалов тока. Также как и понимать какая ёмкость достигается и какая намотка должна иметь место для каждого конкретного случая».
Действительно, у каждой катушки есть ещё и своя небольшая ёмкость, которая скорее создаёт дополнительные проблемы, чем помогает их решить. К тому же, никто не делает конденсаторы из провода. В общем, стало понятно только то, что патент серьёзно правили и не оставили в нём самой главной информации, до которой, без глубокого понимания процесса, дойти невозможно.
Возможно, что на этом всё и закончилось бы, но мне взбрело в голову намотать катушку первого вида, чтобы проверить, на сколько сильнее магнитное поле она создаст, по сравнению с обычным электромагнитом.
Я нашёл катушку от старого реле длиной 5 см и с сопротивлением обмотки 300 Ом. При подаче на неё постоянного напряжения в 12 В контакты немного искрили и к сердечнику притягивалась железная шайба. Не очень сильно, но наглядно. Ток в цепи был около 40 мА, что соответствует закону Ома.
Т.к. катушка Тесла рассчитана на переменный ток, не подразумевает размещение нескольких дисков из обмоток рядом, а намотка проводом имела бы очень низкое сопротивление и просто сгорела бы от постоянного напряжения, я решил увеличить площадь сечения провода и намотал около 40-50 витков фольгой из старого электролитического конденсатора (очень сложно было ровно мотать сразу два слоя фольги с бумажными изоляторами, поэтому витки не считал). Соединил я обмотки по первому виду. Получилась катушка такой же длины, в два раза толще и с суммарным сопротивлением 7 Ом. По закону Ома ток в такой катушке должен был быть чуть меньше 2 А и фольга при подключении если и не сгорит сразу, то может сильно нагреться.
Однако, меня ждал сюрприз. При подключении питания была чуть заметная искра, а железная шайба даже не шелохнулась. Я сначала решил, что сработала защита от короткого замыкания, но оказалось, что нет. Тогда я померял сопротивление катушки и просто не поверил прибору: оно постоянно менялось от 1-2 Ом до 700 Ом и полного разрыва цепи. Пришлось вскрывать изоляцию катушки и мерять сопротивление каждой обмотки отдельно. Тут всё было в полном порядке: 3 и 4 Ома. Однако сопротивление всей цепи так и прыгало дальше. Вот тут-то я и вспомнил про текст из патента и какие-то упоминания про увеличенную ёмкость такого вида катушек. Я померял ёмкость своей катушки и прибор показал ровно 30 мкФ! Это при том, что обе обмотки соединены вместе!
Тогда я подключил питание, что бы померять ток и оказалось, что ток через неё практически не проходит (нужно будет проситься к товарищу с осциллографом и более точными приборами). Железная шайба не притягивалась вообще и магнитного поля я не обнаружил. Это было странно хотя бы потому, что все пишут про значительное увеличение магнитного поля.
После этого, раз это наполовину конденсатор, я стал мерять напряжение на отключенной катушке. Тут возникла ещё одна загадка: я ожидал, что напряжение будет порядка нескольких вольт и постепенно падать, как на обычном конденсаторе, а оказалось, что оно тоже постоянно колеблется, причём в бОльшую сторону. Сразу после отключения питания я увидел на контактах 0.5 В и оно начало расти до 0.8 В. Когда катушка пролежала сутки на контактах всё равно было остаточное напряжение в 0.2 В, которое в ходе измерения достаточно быстро опять доросло до 0.8 В. Это не так много, но тут дело в том, что катушка никак не хочет разряжаться. Даже после короткого замыкания она довольно быстро набирает свои 0.8 В. Возможно, это наводка от радиоволн, но на обычной катушке от реле, у которой витков раз в 30 больше ничего такого не наблюдается. Буду разбираться. Зато про намотку бифилярной катушки лентой и её свойствах я нигде упоминаний не нашёл, так что возможно буду первооткрывателем 🙂
С другой стороны, это ведь элементарно! Если Тесла хотел создать катушку с большой ёмкостью, то он просто обязан был делать её из ленты, как и конденсаторы, а не из провода. К тому же, он постоянно писал, что его катушка позволяет накапливать в себе намного больше энергии. Именно накапливать. Почему об этом не сохранилось никакой информации? Получается, что он создал LC колебательный контур без отдельных конденсаторов. Всё в одном устройстве!
Теперь становится немного понятнее, каким образом эта энергия накапливалась в катушке: ток индукции был в магнитном поле, а ток самоиндукции накапливался в ёмкости между витками. Получается, что Тесла придумал, как зарядить конденсатор сразу от магнитного поля без преобразователей и потерь! На резонансной частоте реактивное сопротивление этой катушки должно падать до нуля, токи складываться, а не мешать друг другу и резко увеличиваться. А т.к. на этой частоте она не будет создавать помех другим катушкам индуктивности, то сможет служить источником энергии и трансформатор опять превратится в генератор.
Всё это буду проверять уже после отпуска, а в следующем посте расскажу про загадки генератора Фарадея.
Бифилярная катушка тесла повышение мощности
Впервые бифилярная катушка Тесла упоминается в патенте под номером 512340. Патент был зарегистрирован в США в 1894 г. на имя Николы Тесла. Слово «бифилярный» в переводе означает «заполненный двумя» или «двойной». В такой катушке Тесла использовал намотку из двух проводов, которые располагались параллельными рядами, изолированным друг от друга.
Кроме того, в патенте была представлена бифилярная катушка Тесла плоской формы. Такие плоские катушки индуктивности по сравнению с «обычными» катушками, намотанными традиционным способом, сильно отличаются по своим свойствам.
Устройство бифиляра
Бифилярная катушка Тесла изготовлена в виде плоской спирали или соленоида. Бифиляр, в отличии от обычной катушки, имеет 4 выхода. Так как катушка наматывается двумя проводами, то получаются 2 выхода в середине катушки и 2 с краю. В отличии от обычной катушки, имеющий всего 2 выхода — один изнутри, а другой снаружи.
Намотка может быть последовательной и параллельной. Соединение проводов в катушке также возможно как последовательное, так и параллельное. Отсюда возникает 4 возможные варианта использования катушек:
В бифиляре Теслы соединение производится с началом нечетных витков с концом чётных. Это позволяет сильно увеличить добротность и плотность намотки. Такое устройство бифиляра Тесла определяет его уникальные свойства.
Иногда это устройство путают с трансформатором Тесла, Но трансформатор Тесла, который ещё называют катушкой Тесла, не изготавливается методом бифиляра. Подробнее о нём можно прочитать в этой статье.
Свойства бифилярной катушки Тесла
Бифилярная катушка Теслы была изобретена с целью увеличения собственной ёмкости, чтобы была возможно передавать большую мощность электрического тока. Целью изобретения Теслы было избавиться от применения дополнительных конденсаторов в приборах. Они применялись для нейтрализации самоиндукции, которая возникает в катушках и проводниках.
Изобретение бифилярной катушки Теслы позволило добиться нужного эффекта. Изготовленные по такой технологии катушки не обладают самоиндукцией. Кроме того, емкость такой катушки, полученная в результате такой конструкции, распределяется равномерно. И изменяя форму катушек и их размер, можно легко изменять полученную емкость.
Эти свойства бифиляра было впоследствии применены Александром Мишиным, который разработал свой прибор на основе этой технологии Теслы. Про катушку Мишина можно прочитать в этой статье.
Впервые бифилярная катушка Тесла упоминается в патенте под номером 512340. Патент был зарегистрирован в США в 1894 г. на имя Николы Тесла. Слово «бифилярный» в переводе означает «заполненный двумя» или «двойной». В такой катушке Тесла использовал намотку из двух проводов, которые располагались параллельными рядами, изолированным друг от друга.
Кроме того, в патенте была представлена бифилярная катушка Тесла плоской формы. Такие плоские катушки индуктивности по сравнению с «обычными» катушками, намотанными традиционным способом, сильно отличаются по своим свойствам.
Устройство бифиляра
Бифилярная катушка Тесла изготовлена в виде плоской спирали или соленоида. Бифиляр, в отличии от обычной катушки, имеет 4 выхода. Так как катушка наматывается двумя проводами, то получаются 2 выхода в середине катушки и 2 с краю. В отличии от обычной катушки, имеющий всего 2 выхода — один изнутри, а другой снаружи.
Намотка может быть последовательной и параллельной. Соединение проводов в катушке также возможно как последовательное, так и параллельное. Отсюда возникает 4 возможные варианта использования катушек:
В бифиляре Теслы соединение производится с началом нечетных витков с концом чётных. Это позволяет сильно увеличить добротность и плотность намотки. Такое устройство бифиляра Тесла определяет его уникальные свойства.
Иногда это устройство путают с трансформатором Тесла, Но трансформатор Тесла, который ещё называют катушкой Тесла, не изготавливается методом бифиляра. Подробнее о нём можно прочитать в этой статье.
Свойства бифилярной катушки Тесла
Бифилярная катушка Теслы была изобретена с целью увеличения собственной ёмкости, чтобы была возможно передавать большую мощность электрического тока. Целью изобретения Теслы было избавиться от применения дополнительных конденсаторов в приборах. Они применялись для нейтрализации самоиндукции, которая возникает в катушках и проводниках.
Изобретение бифилярной катушки Теслы позволило добиться нужного эффекта. Изготовленные по такой технологии катушки не обладают самоиндукцией. Кроме того, емкость такой катушки, полученная в результате такой конструкции, распределяется равномерно. И изменяя форму катушек и их размер, можно легко изменять полученную емкость.
Эти свойства бифиляра было впоследствии применены Александром Мишиным, который разработал свой прибор на основе этой технологии Теслы. Про катушку Мишина можно прочитать в этой статье.
Функционально можно выделить два особых типа бифилярных катушек параллельной намотки: у катушек первого типа токи в соседних витках направлены в одну и ту же сторону, тогда как у катушек второго типа токи соседних витков текут в противоположных направлениях. Яркой представительницей катушек первого типа является знаменитая бифилярная катушка Николы Тесла, пример катушки второго типа — бифилярная катушка Купера.
Оба типа катушек необычны тем, что вместо того чтобы быть намотанными виток к витку одним проводом, данные катушки наматываются одновременно двумя проводами, после чего эти провода соединяются последовательно: у катушки по типу «бифиляр Тесла» конец (условно) одной части катушки соединяется с началом другой ее части, при этом свободные выводы готовой катушки оказываются с разных ее сторон, а у бифиляра Купера концы двух частей катушки объединяются с одной стороны, свободные же выводы ее оказываются с другой стороны. Описанные способы намотки применяются как в цилиндрическом, так и в плоском исполнении бифилярных катушек.
В результате получаются катушки, ведущие себя принципиально по разному в цепях постоянного и переменного тока. Давайте рассмотрим, в чем же заключаются особенности данных намоток, и как данные катушки поведут себя при различных типах тока через них.
Бифиляр Тесла в цепи постоянного тока
При прохождении постоянного тока через катушку, вокруг каждого ее витка возникает постоянное магнитное поле, пропорциональное величине данного тока. И сложив магнитные поля (магнитные индукции B) каждого последующего витка с магнитными полями предыдущих витков, получим суммарное магнитное поле катушки.
В данном случае, для бифиляра Тесла на постоянном токе, не важно что две части катушки соединены друг с другом последовательно, а важно здесь то, что токи в каждом ее витке имеют одинаковые величину и направление, словно катушка намотана одним цельным проводом – индуктивность (коэффициент пропорциональности между током в катушке и порождаемым им магнитным потоком) получается точно такой же, магнитное поле будет аналогичной величины, что и у обычной катушки такой же формы, с таким же количеством витков.
Бифиляр Тесла в цепи переменного тока
При прохождении через катушку типа «бифиляр Тесла» переменного тока, характерная намотка начинает проявлять себя ярко выраженной межвитковой емкостью, которая даже в состоянии «нейтрализовать» индуктивность на резонансной частоте. Витки, расположенные по отношению друг к другу так, что разность потенциалов между ними в каждой паре максимальна, представляют собой аналог параллельно подключенного к катушке конденсатора.
Выходит, что переменный ток определенной (резонансной) частоты такая бифилярная катушка пропустит беспрепятственно, оказав лишь активное сопротивление, словно это параллельный колебательный контур высокой добротности, а не катушка. Будучи включена в цепь параллельно источнику переменной ЭДС, такая катушка в состоянии накапливать энергию на резонансной частоте как параллельный колебательный контур, где энергия пропорциональна квадрату разности потенциалов между соседними витками.
Бифиляр Купера в цепи постоянного тока
У бифилярной катушки, где постоянные токи в соседних витках имеют противоположные направления и одинаковую величину (а именно такая картина наблюдается при постоянном токе в катушке, выполненной по типу «бифиляр Купера»), суммарное магнитное поле катушки окажется равно нулю, так как магнитные поля в каждой паре витков друг друга нейтрализуют. В итоге катушка данного типа будет вести себя по отношению к постоянному току как проводник с чисто активным сопротивлением, и никакой индуктивности не проявит. Так наматывают проволочные резисторы.
Бифиляр Купера в цепи переменного тока
При подаче переменного тока через катушку, витки которой расположены по отношению друг к другу по типу «бифиляра Купера», картина магнитного поля будет зависеть главным образом от частоты тока. И если длина провода в такой катушке окажется соизмерима с длиной волны пропускаемого через нее переменного тока, то и внешнее магнитное поле на такой катушке может быть реально получено как на длинной линии или антенне.