STŘEDOŠKOLSKÁ ODBORNÁ ČINNOST Obor SOČ: 10. Elektrotechnika, elektronika a komunikace
Teslův Transformátor Dual Resonant Solid State Tesla Coil
Autor:
Matěj Štětka
Ročník:
Septima
Škola:
Česko-anglické gymnázium s.r.o., Třebízského 1010, České Budějovice 6
Kraj:
Jihočeský kraj
Konzultant:
Mgr. David Hartman
České Budějovice 2015
Prohlášení Prohlašuji, že jsem svou práci SOČ vypracoval(a) samostatně a použil (a) jsem pouze podklady (literaturu, projekty, SW atd.) uvedené v seznamu vloženém v práci SOČ. Prohlašuji, že tištěná verze a elektronická verze soutěžní práce SOČ jsou shodné. Nemám závažný důvod proti zpřístupňování této práce v souladu se zákonem č. 121/2000 Sb., o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně některých zákonů (autorský zákon) v platném znění.
V Českých Budějovicích dne 15. 3. 2015
podpis: ……………………………
Poděkování Děkuji Mgr. Davidu Hartmanovi za jeho podporu a rady, které mi poskytoval.
Anotace Tato seminární práce se zabývá vynálezem Nikoly Tesly, Teslovým transformátorem. V práci je popsána historie Nikoly Tesly a poté stavba nejdříve prototypu a poté samotného transformátoru. Tento transformátor funguje na principu DRSSTC (Dual Resonant Solid State Tesla Coil). Klíčová Slova: Teslův Transformátor, Teslova cívka, DRSSTC, MIDI
Annotation This seminary work discusses one invention of Nikola Tesla, the tesla coil. There is described brief history and theory around the coil and then construction of small prototype continued by building of regular tesla coil which works on principle DRSSTC (Dual Resonant Solid State Tesla Coil). Key words: Tesla coil, DRSSTC, MIDI
Obsah Úvod ........................................................................................................................................................ 6 1.
Historie Nikola Tesly ........................................................................................................................ 8
2.
Prototyp Teslova transformátoru.................................................................................................... 9 2.1
3.
Sestrojení ............................................................................................................................... 10
Stavba DRSSTC ............................................................................................................................... 13 3.1
Stavba primární desky ........................................................................................................... 13
3.2
Stavba interruptoru ............................................................................................................... 14
3.3
Testování primární desky a interruptoru .............................................................................. 15
3.4
Stavba sekundárního okruhu a toroidu ................................................................................. 15
3.5
Testování a zprovoznění celého transformátoru .................................................................. 16
3.6
Zprovoznění MIDI .................................................................................................................. 17
4. Provoz DRSSTC................................................................................................................................... 18 Závěr ...................................................................................................................................................... 19 Seznam použitých zdrojů....................................................................................................................... 20 Použitá literatura ............................................................................................................................... 20 Odkazy na použité webové stránky................................................................................................... 20 Přílohy.................................................................................................................................................... 21
5
Úvod Za téma své seminární práce jsem si vybral projekt, který pochází už z 19. století. Má seminární práce nese název „Teslův Transformátor“. Jde o vytvoření Teslovi cívky (Teslova transformátoru) s vstupním označením DRSSTC (Dual Resonant Solid State Tesla Coil), která bude schopna převádět zvukové vlny do elektrického proudu a díky tomu vydávat výboje na určitých frekvencích a v určitých intervalech, které posléze budou působit, jako kdyby Teslův transformátor zpíval. Tento projekt má pro mne veliký osobní význam, ale doufám, že osloví i jiné osoby „nepolíbené vědou“. K tomuto tématu je dokumentace velice různorodá. První záznamy pochází z 19. století od samotného Nikola Tesly1, který toto zařízení vynalezl. Dále můžeme v dnešní literatuře najít knihy o historii Nikola Tesly a o jeho pracích (The Nikola Tesla Treasury2 nebo The Fantastic Inventions of Nikola Tesla3), ale knižní záznamy přímo o mém projektu takřka neexistují. Kvůli tomu jsem se obrátil na mého známého, Altona Smithe, který žije ve Spojených Státech a s tímto projektem má dlouholeté zkušenosti. Dále jsem navštívil několikeré internetové stránky, které mi tento úkol objasnily (www.teslacoildesign.com nebo http://www.instructables.com/id/Howto-build-a-Tesla-Coil/). A v neposlední řadě také samotný Youtube, na kterém jsem našel několik návodů jako (Sail – Awolnation on musical Tesla coil4 nebo How to build a small tesla coil5). V této seminární práci budu vycházet ze všech různých pramenů od prvních záznamů Nikola Tesly (jeho vzpomínek a záznamů), přes internetové stránky a videa, až po mé vlastní zkušenosti (ať už kladné nebo záporné). Má seminární práce bude rozdělena na 4 kapitoly. V první kapitole budu informovat o začátcích Nikola Tesly, jak se k tomuto projektu dostal a jak postupoval, přes historické prameny, pokusím se shrnout historii Teslova transformátoru a objasním, jak funguje. V druhé kapitole budu popisovat první prototyp, který jsem vytvořil v srpnu roku 2014 a je vysoký okolo 20 cm (popíši sestrojení, zapojení a dílčí úspěchy a poznatky, kterých jsem dosáhl). Dále ve třetí kapitole se budu věnovat tvorbě samotného Teslova transformátoru, až do funkční podoby
1
My Inventions: The Autobiography of Nikola Tesla (ISBN 0910077002) The Nikola Tesla Treasury (ISBN 978-1934451892) 3 The Fantastic Inventions of Nikola Tesla (ISBN 1873335016) 2
4
5
https://www.youtube.com/watch?v=v3D_uG2ET2s (čerpáno dne 3. 8. 2014) https://www.youtube.com/watch?v=QDZnCOLZ394 (čerpáno dne 7. 11. 2014) 6
(funkční cívky, která bude schopna samostatně operovat a vydávat výboje). A ve čtvrté kapitole se zaměřím na vysvětlení a propojení muziky s Teslovým transformátorem (v této fázi by měl být transformátor plně funkční a schopen přehrávat různé tóny). Nakonec se pokusím vše stručně shrnout v závěru, kde vyjádřím své nové poznatky a názory. A hlavně popíši jak úspěch, tak neúspěch tohoto složitého projektu.
7
1. Historie Nikola Tesly Nikola Tesla se narodil v tehdejším Rakouském Císařství (v dnešním Chorvatsku) ve městě Smiljan 10. července 1856. Už od útlého věku se zajímal o techniku a konstrukci strojů anebo jiných zařízení. Za dětství ho bavila fyzika a trávil většinu svého času u otce v knihovně. Jeho otec byl však proti a nechtěl s tím souhlasit. Otcův názor se nezměnil po několik let, dokud malý Nikola neonemocněl cholerou. Po uzdravení mu otec konečně dovolil, aby začal studovat fyziku a tak se v roce 1875 Nikola Tesla přestěhoval do Rakouska, kde začal studovat fyziku a matiku na polytechnické fakultě v Štýrském Hradci. Nikola poté opustil Rakousko a přestěhoval se do Prahy, kde bylo studium levnější. Na konci studia se mu povedlo sestrojit přístroj pro zesílení hlasu v telefonu (klasický reproduktor). Díky tomuto vynálezu se Tesla dostal do Paříže, kde ho přijmuli do pobočky Edisonovy Elektrické společnosti a později i do Ameriky, kde začal pracovat se samotným Edisonem. Brzy se však Edison s Teslou rozešli po roztržce, kde Tesla nebyl spokojen s pracovními podmínkami. Hlavní problém ovšem byl, že se vzájemně oba géniové nemohli vystát. Od té doby se už tito vědci nesnášeli a Edison se snažil po zbytek života o to, aby se Tesla nemohl těšit z obdivu veřejnosti. Poté co Tesla odešel z Edisonovi společnosti, tak si založil vlastní firmu pod názvem Tesla Arc & Light Co.. Tato firma se začala zabývat prvními motory, které využívaly střídavý vícefázový proud. Svůj první patent přihlásil v roce 1885 k Americkému patentovému úřadu pod názvem „Komutátor pro elektrické dynamo stroje“. V následujících 5 letech patentoval mnoho vynálezů z oblasti vícefázových střídavých proudů. Kromě dvoufázových strojů také nechal patentovat i třífázový indukční motor, který má do dnes v průmyslu největší význam. V roce 1929 krachla burza a mnoho lidí přišlo o práci. V té době potkal Tesla bankéře George Westinghouse, který mu nabídl, aby pro něj pracoval. Byla zřízena laboratoř a Tesla začal pracovat. Touto prací Tesla získal dostatek peněz, aby mohl začít vlastní výzkumy a to konkrétně pro získávání volné energie ze země. Tuto energii chtěl distribuovat zadarmo, a proto si znepřátelil mnoho lidí. Proto, když Nikola Tesla v roce 1943 upřel, tak jeho laboratoř na Long Islandu záhadně vyhořela a byla zahrnuta buldozery. Od té doby nikdo neví, jak takovýto přístroj mohl fungovat a nikdo ho dodnes nevyrobil. Ví se pouze, že Tesla byl jeden z největších mozků a bez jeho nápadů by dnešní svět neexistoval. 8
2. Prototyp Teslova transformátoru Tato kapitola se zabývá sestrojením mého prototypu Teslova transformátoru, který jsem vyrobil v srpnu 2014. Popíši celý postup od začátku až do posledních testů, kde cívka skutečně vydávala malé jiskry. Když jsem se dostal k mému tématu seminární práce, došlo mi, že nemohu rovnou sestrojit funkční cívku plného rozsahu. Musel jsem nejdřív začít od dílčích, menších úspěchů a posléze se k celkovému projektu dopracovat. Při hledání na internetu jsem narazil na video, kde je dopodrobna popsáno, jak vytvořit malou (asi 20 centimetrů vysokou) Teslovu cívku, která je poháněna 2 AA bateriemi a tudíž je naprosto bezpečná (How to build a small tesla coil6). Elektrický šok z této cívky je spíše jak vosí bodnutí (i přes to je to mnoho, když vezmeme v potaz, že má cívka příkon pouze 3 volty). Základem Teslova transformátoru jsou 2 okruhy: primární a sekundární. Sekundární okruh je pouze magnetický drát omotaný okolo nevodivého předmětu, který je napojený na toroid. Hlavní problém spočívá v primárním okruhu. V mém případě byl primární okruh vytvořen z kabelu na stereo, který je dobře vodivý a je obalený gumou, takže nedojde ke kontaktu. Nejdůležitější částí tohoto okruhu, ale byl „Spark Gap“ neboli místo, kde se těsně nedotýkaly dva kovové drátky a vytvořily přerušovaný proud. Díky „Spark Gap“ se proud v této cívce doslova nabil, a když byl primární okruh „plný“ energie, tak přeskočil ve „Spark Gap“ a uvolnil se. Tento moment vytvořil magnetické pole okolo primárního okruhu, které zachytil sekundární okruh a díky nabití a několika set otočkám odporového drátu se energie takřka zestonásobila a vydala jiskru na kraji toroidu.
6
https://www.youtube.com/watch?v=QDZnCOLZ394 (čerpáno dne 7. 11. 2014)
9
2.1
Sestrojení
Použité součástky: PVC trubka ᴓ 2.7cm (délka 20cm) Elektrická plácačka na mouchy (potřebná pouze pro vnitřní součástky) Projekt box Stereový kabel (asi 30 cm) Potřeby pro letování Tavící pistole Switch Kovový drátek (asi 2 cm dlouhý) Drátky na letování Hliníková folie 2x Špejle 2x AA baterie Ochranné brýle Bezbarvý modelářský lak
Nejdříve jsem potřeboval najít místo, kde bych mohl nerušeně pracovat, ale zároveň mělo přístup vzduchu, zásuvku a světlo. Takovéto místo jsem nalezl v garáži. Uklidil jsem a mohl jsem začít. První částí projektu bylo vytvoření kompletního sekundárního okruhu (namotání magnetického drátu na PVC trubku a vytvoření toroidu). Odměřil jsem si na trubce 15 centimetrů, zařízl jí a obrousil. Zhruba 2 cm od kraje trubky jsem začal namotávat magnetický drát. Po pár otočkách jsem ho upevnil lepicí páskou a pokračoval v natáčení. Po cca. 700 otočkách jsem se dostal na 2 centimetry od druhého kraje. Opět jsem připevnil magnetický drát lepicí páskou (na obou stranách jsem nechal volných 5 centimetrů magnetického drátu). Celou trubku jsem potřel bezbarvým modelářským lakem, aby nedošlo k poškození a zanesení nečistot a nechal 30 minut schnout. Další krok bylo vytvoření toroidu, kulaté vodivé části na vršku sekundárního okruhu. Smotal jsem hliníkovou folii do ruličky a zatáčel jsem ji dokola, dokud nevytvořila co nejlepší 10
kruh o průměru asi 10 cm. Zkrátil jsem 2 špejle na délku průměru mého toroidu a přilepil je tavící pistolí křížem na vršek zaschlé PVC trubky s odporovým drátem. Poté jsem na špejle, které sloužily jako podpora, přilepil tavící pistolí můj toroid. Nakonec jsem omotal konec odporového drátu 2 otočkami okolo toroidu a upevnil. Zatímco vizuální část cívky byla takřka hotova, tak jsem musel vytvořit celý primární okruh, který sice není na první pohled vidět, ale je nejdůležitější částí celé cívky. První částí bylo připevnění primárního okruhu na sekundární. Odměřil jsem si 5 otoček okolo PVC trubky a zkrátil stereový drát podle této délky. Přilepil jsem jeden konec na spodní část sekundárního okruhu pomocí tavící pistole 2 cm od kraje. Obtočil jsem kabel 5x okolo cívky a přilepil tavící pistolí. Dále jsem zařízl držátko elektrické plácačky na mouchy tak, aby se část, do které se dávají baterie, dala vložit do projekt boxu. Z plácačky jsem vyndal vnitřní elektronický systém, který funguje na principu „Spark Gap“ s jediným rozdílem, místo dvou drátků slouží k propojení moucha. Odštípl jsem 2 drátky, které vedou k plácačce, a vyndal celé zařízení. Přiletoval jsem 10 centimetrů dlouhé drátky k oběma odstřihnutím drátkům. Jelikož plácačka funguje, jen když držíte mačkátko, které funguje na principu switche, tak jsem mačkátko odletoval a na tyto dva drátky opět přiletoval další dva 10 centimetrů dlouhé drátky. Otevřel jsem projekt box a na víčko jsem na střed přilepil tavící pistolí celý předmět, který jsem dříve vytvořil a poté jsem vedle vyvrtal díru, kudy prochází kabely. Poté jsem přilepil switch na kraj víčka. Dovnitř do projekt boxu jsem přilepil vedle sebe propojené pouzdro na AA baterie a elektronický systém z plácačky. Vložil jsem baterie, protáhl všechny 4 drátky skrz díru ve víku a zavřel projekt box. Dva drátky od mačkátka jsem přiletoval ke switchi, abych mohl cívku zapínat a vypínat. Dále jsem jeden ze dvou drátků přiletoval na jeden konec primárního okruhu a druhý jsem připevnil na víčko a propojil z jedním kovovým drátkem. Nakonec jsem vzal nový drát, jednu část přiletoval k druhé straně primárního okruhu a druhou opět připevnil na víčko a propojil s druhým kovovým drátem, tak aby mezi nimi bylo trochu místa. V tuto chvíli jsem byl připraven na testování. Zapnul jsem switch, ale jak to už u strojařiny bývá, tak se nic nestalo. Celý box jsem otevřel, vše překontroloval, ale nic jsem nenašel. Zapnul jsem tedy cívku znovu ale opět nic. Zklamaně jsem šáhl po switchi a vypnul ho s pocitem neúspěchu, ale nechtěně jsem zavadil o dva dráty, které tvořili „Spark Gap“ a dostal jsem elektrický šok, který projel celým tělem. Jak už jsem zmínil, nijak velký tento šok nebyl, ale stačil k tomu, aby mi došlo, že v celé cívce elektrický proud proudí a že i přesto, že jsem cívku 11
vypnul, se v ní uložila zbylá energie, což je přesně jak by měla fungovat. Zapnul jsem cívku, vypnul a přiložil kleště k „Spark Gap“, když vyšlehla malá jiskra. Pomocí kleští jsem dráty upravil tak, aby byli blíže u sebe a cívku znovu zapnul. Uslyšel jsem praskavý zvuk a najednou začala přeskakovat ve „Spark Gap“ jedna jiskra za druhou. Přiložil jsem vodivý drátek 2 centimetry od toroidu a pokaždé, když „Spark Gap“ probila, tak k mému drátku vyšlehl malý blesk z toroidu. Cívka fungovala. Nejen, že energie stačila a nepotřeboval jsem žádné speciální čipy, desky ani součástky, ale dělala i to co jsem chtěl. Jediná ne z cela funkční věc byla, že „Spark Gap“ blýskal jen asi 4x za vteřinu místo pravděpodobných 20-30ti výbojů za vteřinu. Později jsem ale zjistil, že má plácačka na mouchy fungovala na lehce jiném principu a neuměla rychlejší naplnění okruhu a kondenzátorů než 4x za vteřinu. Díky tomuto prototypu jsem blíže pochopil, jak funguje klasický Teslův transformátor a to, že chyby jsou věc, která se stává každému. A dobrý technik se pozná podle toho, kolik chyb opraví a ne podle toho kolik jich neudělá. Po dokončení tohoto prototypu doufám, že jsem připraven jak znalostmi, tak i zkušenostmi na vytvoření DRSSTC.
12
3. Stavba DRSSTC 3.1
Stavba primární desky
Dlouho jsem na internetu pátral po správném schématu nebo čemkoli jiném co by mi pomohlo s mým skutečným projektem. S Altonem Smithem jsem měl domluveno, že by mi zaslal nezbytné součástky, které nelze vyrobit, ale těsně před posláním jsem zjistil, že tento typ Teslova transformátoru muziku přehrávat nedokáže.
Povedlo se mi najít stránku
www.onetesla.com7 kde se dá objednat něco ve stylu skříní IKEA, kde dostanete součástky s návodem ve stylu „postavte si sami“, což mě nadchlo. Okamžitě jsem si je objednal a začal připravovat. Asi o 14 dní později, po problematickém 5 denním papírování s celními úřady, mi mé díly přišly. Sehnal jsem si přesně to, v co jsem doufal. Žádná hotová cívka a ani náhodné součástky. Předělané desky a všechny nezbytné komponenty. Když jsem to poprvé uviděl, vydechl jsem úžasem. Každý den jsem se těšil víc a víc až budu moc dále pokračovat ve stavění a doufal jsem, že se mi jednou povede to, v co doufám. Základní věcí pro jakékoli tvoření je mít dostatek místa a správné vybavení. Uklidil jsem si na stole, kde jsem před 4 měsíci dělal můj prototyp, přidal pájku, tavící pistoli, cín a další potřebné věci. Jak už to tak u projektů bývá, ta část, která je nejvíce vidět (v našem případě samotný sekundární okruh a toroid), vyžaduje nejméně práce na tvorbu, a proto jsem všechny hezké, velké a uživatelky přívětivé součástky schoval zpět do krabice a vyndal předpřipravené desky a komponenty. Čekalo mě mnoho pájení a přidělávání, ale nejdříve trochu vysvětlení, co to pájení vůbec je. Pájka je plastová „pistole“ z železným nažhaveným koncem na konci. Poté co se určitý komponent (například rezistor) vloží na správné místo v desce, přiloží se pájka k části rezistoru a k otvoru, který je potřeba zaletovat a přiloží se cín. Je důležité, aby se pájka jako taková cínu nedotkla, jinak může dojít k spálení a možnosti, že cín dále nepovede elektřinu. Je samozřejmé, že se tomu nedá vždy vyvarovat, ale i přes to je lepší se tomu vyhnout. Každý komponent musí být zasazen na správou stranu (+ a -) tak, aby se nezkratoval a také, aby byl co nejblíže u desky a nevyčníval nad. Poté co se komponent přiletuje na obou stranách, kleštěmi se ustřihne vyčnívající zbytek drátku komponentu.
7
www.onetesla.com (čerpáno dne 26. 7. 2014)
13
Začal jsem od nejmenších komponentů, tedy rezistorů. Každý rezistor má na sobě barevné proužky, podle kterých se pozná kolik Ohmů (odporu) jednotlivý rezistor má. Začal jsem letovat jeden po druhém, ale zezačátku mi dělalo velký problém uchytit ho správně. Než jsem se ale dostal k poslednímu rezistoru na primární desce, tak to šlo už jak po másle. Přidělal jsem asi 12 rezistorů a deska začala trošičku vypadat, jako, že něco bude umět (VIZ obr 1.). Několik dnů jsem neměl čas se k tomuto projektu vrátit kvůli testům ve škole, ale o týden později jsem se rozhodl, že tento projekt je pro mě zajímavější a důležitější než příprava do školy a tak jsem pravidelně, každý večer na mé seminární práci pracoval okolo 2 hodin. Následující den jsem přiletoval veškeré diody, které slouží k signalizaci jak mezi komponenty tak pro vizuální indikaci. Každý den jsem musel vše uklidit a očistit a poté znovu vše připravit a nažhavit pájku což trvá asi 5 minut. Následující dny jsem se věnoval čistě dostavění primární desky, kde časem přibyly kondenzátory, čipy a jiné součástky, které nebudu vyjmenovávat, ale za popis stojí current transformer, který se skládá z kovového kolečka o průměru 1 cm a 3 drátků smotaných dohromady a poté 20x omotaných okolo kolečka. Drátky se poté přiletují do desky a díky tomu, že elektřina, která proudí po zatočeném kabelu, působí jako elektromagnet, pomáhá k přenosu frekvencí do samotného okruhu. Jediné další 3 komponenty, které stojí za připomenutí, jsou IEC což je vstup vysokého napětí 220V, který vytváří samotné blesky a poté přívod proudu propojený s 19V adaptérem, pro napájení celé desky. A poté optický přijímač, který je schopen přečíst data z Interruptoru a přenést je do current transformeru. Nakonec má primární deska vypadla asi takto (VIZ obr 2.).
3.2 Stavba interruptoru Další částí bylo vytvoření tzv. interruptoru což je něco jako mozek celé cívky. Je to ovládání výkonu, frekvence, zapínání a vypínání a přepínání z MIDI do fixovaného režimu. Začátek byl stejný jako u primární desky s malým rozdílem, že bylo potřeba přiletovat dva switche a dva potenciometry. Deska interruptoru je o mnoho menší a má rozpěry asi 5/3/3cm. Největším oříškem bylo opět přiletování optického vysílače, když tu jsem našel chybu. Zjistil jsem, že jsem přijímač a vysílač prohodil. Instalace a letování jako takové je celkem jednoduché, ale něco odletovat je velice složité. Trvalo mi okolo hodiny se dopracovat k tomu, abych naprosto zničený optický vysílač dostal z primární desky. Poté jsem na jeho místo dal přijímač a z náhradních dílů sehnal druhý vysílač, který jsem přiletoval na desku interruptoru. V tuto chvíli byla značná část cívky hotova a tak jsem vytvořil kryt pro interruptor a přešel k testování. Konečná podoba interruptoru vypadala takto (VIZ obr 3.). 14
3.3
Testování primární desky a interruptoru
(podotýkám, že veškeré testování probíhalo bez zapojení do IEC a díky tomu byla celá deska pouze pod proudem 19v, což není ani smrtelné a ani neubližuje. Jedinou výjimkou byl poslední test – viz níže.) Zapojil jsem do interruptoru 9v baterii, propojil ho s primární deskou optickým kabelem a připojil 19v adaptér. Zapnul jsem interruptor a zapojil adaptér do zásuvky. Interruptor se okamžitě rozsvítil signální LEDkou a značil, že funguje celý správně. To samé se stalo i na primární desce, kde se rozsvítily jak modrá tak červená LEDka. Desky jako takové fungovaly perfektně, ale přenos optickým kabelem neprobíhal. Měl být značen světlem zelené LEDky na primární desce, která ovšem nesvítila. Vše jsem vypnul a prošel celý okruh znovu, jestli nenajdu chybu. A poté jsem zkusil zapnout samotný interruptor a podívat se jestli z optického vysílače vychází světlo. Nevycházelo. Opět jsem prošel celou desku a vše překontroloval, ale nic jsem nenalezl, když tu najednou jsem nechtěně přehodil switch z FIXED na MIDI a světlo se rozsvítilo. Zde byla má chyba. Ve skutečnosti jsem nepřehodil z FIXED na MIDI ale obráceně, jen jsem to měl špatně vyznačené. Vše jsem znovu zapojil, a když jsem začal pohybovat kolečkem výkonu, světélko na primární desce zářilo víc nebo míň, podle toho jak jsem chtěl. Dalším testem bylo otestování regulátoru proudu. Tato věc se testovala jednoduše. Buď to current transformer lehce bzučel anebo ne. Naštěstí bzučel hned na první pokus. Další částí byla kontrola veškerých čipů a jejich správného napětí. Prošel jsem veškeré komponenty, změřil je pomocí voltmetru a opět byly všechny správně. Poslední test spočíval v zapojení IEC a kontroly kondenzátorů. Testoval se jednoduše. Buďto kondenzátory pod plným proudem vybouchly anebo ne. I tento test proběhl bez jakýchkoli problémů.
3.4
Stavba sekundárního okruhu a toroidu
V tuto chvíli jsem měl veškerou „uživatelsky nezajímavou práci hotovou“ a stačilo dostavit samotný sekundární okruh, konec primárního okruhu a toroid. A samozřejmě vše propojit tak, aby se z mého projektu stal kompaktní přístroj, který se dá přenést a bezpečně obsluhovat. Jako první jsem postavil kryt jak na interruptoru tak na primární desce, abych mohl na jeho horní stranu přidělat vše potřebné. Nejdříve jsem potřeboval dokončit primární okruh. Sehnal jsem si plastovou trubku a lehce větším průměru než sekundární okruh a okolo 6 otočkami 15
namotal kabel primárního okruhu. Na každé straně jsem nechal asi 15 cm pro připojení na primární desku a přichytil plastovými háčky k trubce. Poté jsem vybalil již natočenou cívku (sekundární okruh), která činí přes 2300 otoček magnetického drátu. V domácích podmínkách je takřka nemožné si cívku natočit sám, a proto jsem byl rád, že už byla předpřipravena. Připevnil jsem na obou stranách šrouby a k nim přiletoval konce drátku tak aby elektřina procházela skrz ně. Jednu stranu cívky jsem přidělal na vršek krytu primární desky a propojil s uzemněním k IEC. Okolo jsem přidělal trubku s primárním okruhem a poté jeho konce připevnil na správná místa do primární desky. Vyndal jsem poslední zbylou součástku, toroid. Oba jeho konce jsem přidělal na vršek cívky a přišrouboval. Vše jsem dotáhl a překontroloval (VIZ obr 4.). Na první pohled jsem nenašel chybu a tak jsem doufal, že vše bude fungovat a mam hotovo, ale jak už jsme se dříve poučili, u strojařiny se takovéto zázraky nestávají.
3.5
Testování a zprovoznění celého transformátoru
Pro první spuštění bylo třeba nejdříve připravit pár opatření, jelikož výboje na konci toroidu mají pře 250 tisíc voltů, což sice člověka nezabije, ale minimálně způsobí popáleniny 3. stupně. Sehnal jsem si prodlužovací kabel a udělal dostatek místa okolo transformátoru. Prvním testem bylo pouze to, aby cívka vydávala konstantní výboj. Zapojil jsem IEC a 19 V adaptér a připojil optickým kabelem interruptor k primární desce. Stoupl jsem si na maximální dosah optického kabelu a vše překontroloval. Zapojil jsem prodlužovací kabel do zásuvky, přehodil na interruptoru na FIXED (pro vydávání pouze jednoho konstantního tónu) a spustil interruptor. Kdo by to byl čekal? Nic se nestalo. Zapnul jsem jej znovu, ale opět nic. Vše jsem vypnul a počkal 5 minut na vybití kondenzátorů. Vše jsem znovu zkontroloval a zjistil jsem, že kabel u adaptéru nebyl dostatečně připojen. Vše jsem znovu spustil a zapnul interruptor. Cívka okamžitě ožila a začala vydávat souvislý tón a malý výboj. Začal jsem zesilovat výkon. Tón i výboj začaly zesilovat, a na 70% výkonu vydávaly ohlušující zvuk s 40cm dlouhými výboji. S pocitem úžasu jsem si sedl a začal si hrát s frekvencí. Cívka zvyšovala a snižovala tón podle toho, jak jsem si přál. Poprvé jsem si připadal tak, že mam vše pod naprostou kontrolou.
16
V tuto chvíli mě čekal už pouze jeden test před propojením muziky přes MIDI. Chtěl jsem vyzkoušet, jestli vše funguje na úplné maximum i minimum. Spustil jsem cívku a nejdříve vyzkoušel frekvenci. Ta jak na nejvyšší tak na nejnižší fungovala perfektně. Poté jsem začal zesilovat výkon, dostal jsem se na 100% a vše pořád fungovalo. Na chvíli jsem si myslel, že vše funguje skvěle a nemusím více nic testovat, když tu najednou v cívce prasklo a zhasla, jako kdyby jí někdo vytáhl ze zásuvky. Cívka znovu nefungovala. Vše jsem vypnul, počkal 5 minut a dal se do testování. První na co jsem přišel, bylo, že „shořel“ 19 V adaptér a je na vyhození. Ale jelikož jsem si nemohl být jistý, že je to vše, tak jsem vše rozebral a rozhodl se, že otestuji celou primární desku před dalším použitím. Sehnal jsem si nový, a tentokrát výkonnější a stabilnější adaptér, který jsem zapojil do primární desky. LEDky ale nezačaly svítit, nýbrž blikat a větrák se pořád dokola zapínal a vypínal, jak kdyby se přívod proudu po každé vteřině na půl sekundy vypl. Vše jsem odpojil od proudu, abych zabránil dalšímu poničení a začal procházet jednotlivé komponenty. Zjistil jsem, že se jeden čip přehřívá a začal se roztékat. Nechal jsem ho vychladnout a pro jistotu jsem vyměnil všechny ostatní čipy společně s tímto. Další test už naštěstí proběhl bez problémů a vše fungovalo zas, tak jak mělo. Vše jsem složil zpět dohromady a teď už cívka fungovala i na 100% výkonu.
3.6
Zprovoznění MIDI
Poslední částí mého projektu bylo to, o čem vlastně moje celá seminární práce byla. Dokázat, že jde pomocí správně nastavených výbojů se správnou frekvencí a správným výkonem, přehrávat muziku. Propojil jsem interruptor s počítačem pomocí MIDI kabelu a na interruptoru přepnul na MIDI. Pomocí programu MIDI Editor (INFORMACE) jsem si přeformátoval písničku na MIDI a nastavil v přehrávači výstup MIDI. Vše jsem znovu zapojil a překontroloval. Zapnul jsem interruptor a když jsem stiskl klávesu PLAY, tak cívka okamžitě začala přehrávat danou písničku. Nebyl jsem schopen slova a jen jsem nemně seděl a koukal na nejúžasnější věc, kterou jsem kdy postavil. To, v co jsem doufal, se povedlo. Teslův transformátor, který byl schopen přehrávat muziku, byl postaven (VIZ obr 5.).
17
4. Provoz DRSSTC V této kapitole se pokusím vysvětlit mé postupy a to, co jsem se naučil při provozu Teslova transformátoru. Nejdůležitější částí je vytvoření správné skladby, která bude hratelná. Jelikož normální písničky jsou ve formátu mp3, tak se musí poupravit na soubor MIDI. Další důležitou věcí je, že má cívka je schopna přehrávat pouze 2 kanálovou hudbu. Díky tomu se jakákoli písnička nejdříve musí upravit a „osekat“ tak aby měla pouze 2 tóny ve stejný čas. K tomuto procesu jsem využil MidiEditor8, uživatelsky přívětivý program pro vytváření a upravování muziky. Nejdůležitějším a teoreticky jediným krokem úpravy muziky je roztřízení „rozsypaných“ tónů na celistvou píseň, která bude přívětivá pro lidské ucho. Každá píseň, která je převedena z mp3 má 16 kanálů a jelikož má cívka přehraje pouze 2, je důležité různé postranní tóny vynechat. Po dokončení úprav se píseň překomprimuje na soubor midi, který by měl přehrávat jednoduché znění dané písně a hlavně, aby byla tato píseň co nejpřívětivější pro lidské ucho. Při provozu se celý transformátor, jako každý jiný stroj, opotřebovává, a proto je třeba dávat si pozor na pojistku, která se časem spálí a při vysokém výkonu se mohou jednoduše přehrát i jiné součástky na primární desce, jako čipy, které jsou velice náchylné. Další důležitou věcí při provozu je, že k běžící cívce se nesmí nic přiblížit. Nejde o to, že by se cívka při kontaktu například s člověkem rozbila, ale najde si nejbližší vodič a bleskem střelí do něj, což v nejlepším případě způsobí „jen“ silné popáleniny. Ačkoli je okolo tohoto přístroje mnoho opatření a starostí, tak kontinuální provoz v dnešní době považuji za jednoduchý. S trochou opatrnosti a překontrolování celé postavení, zapojení a spuštění trvá pouze pár minut. Je velice zajímavé, že tóny různé frekvence vydávají různé délky výbojů. Proto je velice důležité jaké tóny vyberete, aby cívka měla ten správný efekt. Čím vyšší tón je, tým větší výboj vydává. Jediný problém spočívá v tom, že pro dosažení opravdu dobré kvality výbojů je zapotřebí alespoň 70% výkonu, což je v místnosti takřka nesnesitelný zvuk. Poslední věc, kterou bych chtěl k provozu této cívky dodat je, že to můžeme přirovnat k přísloví „Hrát si ohněm“. Jde o velice nebezpečný, ale na druhou stranu o naprosto překrásný přístroj. Vždycky mi bylo jasné, že v nebezpečí je krása a i teď se mi to potvrdilo.
8
www.midieditor.com (čerpáno dne 3. 1. 2015)
18
Závěr Na závěr této seminární práce bych rád shrnul pár věcí, které jsem se naučil. V budoucnu bych se rád věnoval robotice a inženýrství, a proto pevně doufám, že tvorba tohoto přístroje mi pomohla nejen s praktickými zkušenostmi při stavbě, ale hlavně také k elektrotechnice samotné. Mým cílem bylo vytvoření přístroje, který by byl schopen pomocí elektromagnetických výbojů vydávat tóny a jejich propojením posléze přehrávat muziku. Pevně věřím, že to v co jsem doufal, se mi povedlo. Dalším neméně důležitým cílem pro mne je pomoci čtenářům v pochopení, jak funguje Teslův transformátor, tak i pomoci při stavbě s jejich vlastním. Pokusil jsem se popsat a objasnit veškeré chyby, kterých jsem se při stavbě dopustil a doufám, že to čtenářům může pomoci. Pevně věřím, že pro mne nezůstane pouze u tohoto projektu a již brzy se pustím do dalších, podobných projektů.
19
Seznam použitých zdrojů Použitá literatura TESLA, Nikola - My Inventions: The Autobiography of Nikola Tesla: rok. 1919 (ISBN 0910077002) TESLA, Nikola - The Nikola Tesla Treasury: Wilder Publications 2007 (ISBN 978-1934451892) CHILDRESS, David - The Fantastic Inventions of Nikola Tesla: Adventures Unlimited Press 2014 (ISBN 1873335016)
Odkazy na použité webové stránky https://www.youtube.com/watch?v=v3D_uG2ET2s (čerpáno dne 3. 8. 2014) https://www.youtube.com/watch?v=QDZnCOLZ394 (čerpáno dne 7. 11. 2014) www.onetesla.com (čerpáno dne 26. 7. 2014) www.midieditor.com (čerpáno dne 3. 1. 2015) www.teslacoildesign.com (čerpáno dne 26. 7. 2014) http://www.instructables.com/id/How-to-build-a-Tesla-Coil/ (čerpáno dne 26. 7. 2014)
20
Přílohy
Obr. 1 – Rozdělaná primární deska
Obr. 2 – Kompletní primární deska
21
Obr. 3 - Interruptor
Obr. 4 – Celkový vzhled transformátoru
Obr. 5 – Funkční Teslův transformátor
22
