TESLA COIL 3°
Sono
stufo dei tesla piccoli e medi, finalmente un tesla
spinterometrico di GRANDI DIMENSIONI DC-Resonant !!!
Se volete progettarvi e costruirvi un
tesla, vi consiglio di visitare la PAGINA
DELLA TEORIA
Prima di iniziare la sperimentazione con
qualunque
cosa, leggete attentamente i DISCLAIMER
e le
note sulla SICUREZZA
C'e' anche un apposito Mailing
List tutti in italiano dove si puo' liberamente discutere di questi
argomenti, iscivetevi ora!
Un ringraziamento speciale a Vladimiro
Mazzilli e a Gianfranco
Rocchini avermi fornito i materiali piu' importanti necessari
alla
realizzazione del Tesla Coil
( Rispettivamente condensatori elettrolitici di livellamento, e
condensatori in olio di tank
) e a tutti coloro che mi hanno fornito preziosi consigli e
suggerimenti.
Bobina primaria - bobina secondaria - toroide
- Diodi - condensatore di filtraggio - condensatore di tank - spinterometro
- alimentazione - protezioni
- particolari e cablaggio - tarature - risultati
La bobina primaria NON e'
stata ancora costruita, quello che ora vi posso mostrare solo le due
striscie di POLIETILENE che dovranno poi essere sagomate e divenire
supporti del primario , come conduttore usero' molto probabilmente del
tubo in rame ricotto per impianti di riscaldamento diametro 10mm, e' un
discreto compromesso tra basso costo, bassa resistenza elettrica,
discreta modellabilita' a mani nude e discreta rigidita' meccanica.
UNDER CONSTRUCTION
Ecco quella che potrebbe divenire la bobina secondaria di questo
tesla:
si tratta di un avvolgimento di 1125 spire ( circa ) avvolte su un tubo
da 160mm di diametro alto 80cm
L' avvolgimento e' stato realizzato utilizzando del filo di rame
"MAGNETEMP CA-200 grade 2" da 0,71mm di alta qualita' a doppia
smaltatura per alte tensioni ed alte temperature, acquistato presso l'
Elettrofili Nexans
E' comunque possibile che questa bobina rimanga inutilizzata, almeno
per il momento, risulta infatti essere un po troppo piccola per il
tesla che ho intenzione di realizzare, inoltre la sua frequenza di
risonanza risulta essere troppo elevata........
Mi riservo dunque la facolta' di riavvolgere una bobina piu'
grossa! ;-)
Un ultimissima nota, a fianco della bobina vedete anche uno spezzone di
tubo di alluminio diametro 200mm allungabile ( fino a 3 metri!!! ) e
ripiegabile, normalmente viene utilizzato per fare gli impianti di
condizionamento e movimento aria industriali, ma e' ottimo per
realizzare i toroidi! ;-)
UNDER
CONSTRUCTION
UNDER
CONSTRUCTION
Riuscire a trovare dei diodi
HV con capacita' di erogazione in corrente sufficiente e' una cosa
piuttosto difficoltosa e talvolta anche onerosa, come soluzione a
questo problema normalmente vengono normalmente utilizzati normalissimi
diodi al silicio messi in serie in lunghe stringhe fino ad ottenere il
valore di PIV richiesto.
In foto vedete una scatola da 1000 ( MILLE ) diodi 1N4007, acquistata
in una fiera poco tempo fa al prezzo di soli 5€; sono diodi
economicissimi da 1kV di PIV con massima corrente 1A per impieghi
general purpose quindi sono veramente OTTIMI da mettere in lunghe serie
per ottenere diodi HV! :-)
Questa foto mostra alcuni dei
diodi nella scatola, in dettaglio.
In questa foto si vedono 3
stringhe di 30 diodi ciascuna, gia' saldati e pronti per essere
inseriti nei contenitori di bellezza che formeranno il "diodone"
visibile dall' esterno, si noti che una delle stringhe e' gia' stata
arrotolata a misura per essere inserita nel tubo contenitore.
C'e' pero' un problema di fondo, quando sono attraversati da corrente
questi diodi si scaldano terribilmente, sono costruiti per dissipare
normalmente sul cavo collegato ( o sulla pista di rame del circuito
stampato ) il poco calore generato dalla giunzione, ma in questo caso
NON c'e' nessun cavo o circuito stampato che puo' fungere da blando
dissipatore di calore, al contrario, c'e' il reoforo di un altro diodo
simile, che ovviamente generera' altro calore..... insomma, e'
necessario aggiungere un qualcosa per dissipare il calore generato
prima che la temperatura raggiunga valori pericolosi per il componente
Ho dunque tagliato a misura 6
spezzoni di tubo di vetro Pyrex e ho provato ad avvolgerci sopra le
stringhe, il sistema sembra fuznionare discretamente, ma ancora si
potrebbe migliorare qualcosa........ probabilmente nella versione
definitiva i diodi saranno inseriti, insieme al loro bravo tubicino di
pyrex, all interno di un altro spezzone di tubo esterno, questa volta
in PVC bianco e riempito interamente di olio isolante/refrigerante
UNDER CONSTRUCTION
Il condensatore di filtraggio
e' molto meno critico di quello di tank, il suo compito infatti e'
semplicemente quello di livellare la tensione di alimentazione, e'
necessario un valore di capacita' piuttosto elevato ma qualunque tipo
di condensatore e' adatto, compresi quelli polarizzati, ho quindi
optato per un banco di elettrolitici collegati in serie, sono molto
piu' semplici da recuperare e posseggono elevatissime densita' di
energia.
Ed ecco qui i 28 condensatori elettrolitici che formeranno il banco
di filtraggio, tutti allineati come dovrebbero essere disposti nel
contenitore del banco
Ciascuno di questi componenti e' da 470uF 450V ed e' in grado di
accumulare 47,6 Joule circa se caricato alla massima tensione, in
totale il banco sara' in grado di accumulare ben 1332 Joule ( ce n'e'
abbastanza per un bel COILGUN! ).
Se un singolo condensatore potrebbe rilasciare una scarica
potenzialmente MORTALE, il banco completo risultera' essere
PERICOLOSISSIMO da maneggiare e da utilizzare, questo e' il tipico
esempio di apparato che NON da' nessuna seconda possibilita' in caso di
errore, proprio per questo nel circuto sono stati aggiunti numerosi
sistemi di sicurezza e di scarica di emergenza.
Gli elettrolitici hanno pero' un rovescio della medaglia, NON possono
essere caricati al contrario, hanno tolleranze elevate e hanno una esl
piuttosto elevata che limita la loro frequenza di lavoro, devono essere
dunque protetti e bypassati adeguatamente, nella foto qua sopra si
vedono un po di condensatori da 10nF 1kV KP destinati ad essere
utilizzati come condensatori di bypass
Qui invece vediamo un po di varistori a pastiglia, utili per
limitare la tensione ai capi di ogni singolo condensatore anche in
presenza di malfunzionamenti, guasti o situazioni anomale e
salvaguardare l' integrita' dei delicati condensatori.
in aggiunta inseriro' anche dei diodi di ricircolo di eventuali spike e
delle resistenze di bilanciamento-scarica di sicurezza ( collegandoli
in parallelo ad ogni singolo condensatore ) oltre a dei bypass HV,
delle resistenze di filtraggio e vari spinterometri di sicurezza (
tutti esterni ), spero che basti! :-O
In questa foto si vede in anteprima il contenitore in legno
destinato a contenere i condensatori, e' stato fatto con legno
compensato tagliato a misura ed incollato con vinavil, da come si vede,
la scatola e' ancora stretta tra morsetti, segno inequivocabile che il
vinavil era stato messo di fresco! ;-)
UNDER CONSTRUCTION
Uno dei componenti principali
di una bobina di tesla e' proprio il condensatore di tank:
Deve essere di qualita' eccelsa, avere una bassissima resistenza serie
equivalente ( ESR )
avere una bassissima induttanza serie equivalente ( ESL ) e deve
inoltre avere una pendenza
( dV/dt ) quanto piu' ripida possibile, quest' ultima rappresenta anche
la capacita' di erogazione in corrente.
In foto ( un po sfocata ) vedete i condensatori che usero' per la
realizzazione di questo tesla:
si tratta di 6 condensatori in olio da 50nF 15kV di provenienza
militare ex sovietica
Questa foto mostra ( meglio!
) un singolo condensatore:
si notino i corposi isolatori ceramici dei terminali d' uscita,
rigorosamente necessari vista l' alta tensione di lavoro!
Questo particolare mostra la
sigla del condensatore:
Le scritte in cirillico e il marchietto CCCP dimostrano in maniera
inequivocabile l' origine del componente,
si tratta del solito suplus militare sovietico ormai reperibile a
prezzi bassissimi in tutta europa!
Un unico particolare di demerito, la data di fabbricazione e la
mancanza della sigla "NO PCB" fanno pensare
che l' olio isolante sia ancora del vecchio tipo contenente PCB,
estremamente tossico e cancerogeno! :-(
Se questi condensatori da
soli possono bastare elettricamente, di certo NON possono bastare
esteticamente,
Per fortuna per realizzare un supporto esteticamente accettabile e'
sufficiente una lastra di legno ed un po di manualita'
Sulla lastra sono stati disegnate le impronte dei condensatori, che
verranno poi ritagliate.
Ed ecco dome si presentano le
cave:
per realizzarle ho forato il legno ad ogni angolo usando un trapano a
colonna ed una punta da 10 mm,
quindi ho "raccordato" i buchi usando un seghetto alternativo provvisto
di lama da legno ed ho lisciato il
tutto ( correggendo le eventuali imperfezioni ) con una fresa e un po
di carta vetrata.
ho quindi incollato un
sottile strato di legno compensato al di sotto della lastra di legno
cosi' realizzata, e
questo e' il risultato che ho ottenuto, nella foto per maggiore
comprensibilita' sono stati inseriti solo una parte
dei condensatori; naturalmente il legno versa ancora allo stato di
grezzo, verra' colorato e verniciato in seguito.
UNDER CONSTRUCTION
Anche questa e' uma parte
importantissima e dalle sue caratteristiche dipende il risultato
finale, fortunatamente
lo spinterometro NON va acquistato come i condensatori ma va realizzato
in casa usando materiali comuni, nessun
problema di reperibilta' dunque, ma seri problemi meccanici da
risolvere in loco! ;-)
Alcuni spinterometri sono infatti semplicissimi da realizzare ( vedi il
richard quick! ) ma altri risultano complicatissimi
e consigliati solamente agli sperimentatori dotati di buona abilita'
meccanica e discreta attrezzatura specifica, e' questo
il caso del mio spinterometro! ;-)
Si parte dalle materie prime,
per gli elettrodi mi sono recato presso una fabbrica di lampadari ed ho
acquistato delle
palline tornite e filettate, d'
ottone normalmente usate come elementi estetici, insieme alle
sferette ho acquistato anche
degli spaziatori torniti e forati ed una serie di rondelle in ottone,
piu' una barra filettata da 1 metro ed un po di dadini
aventi la stessa filettatura delle sferette ( NON e' un metrico
decimale standard, quindi occhio!!! )
Ecco gli spaziatori in ottone tornito
Ed ecco le rondelle, sempre realizzate in ottone mediante tornitura
Sono passato quindi alla
ricerca del materiale per il disco:
dopo un po di consultazione con il venditore ho deciso di usare del
laminato fenolico ( bakelite ) ad alta intensita'
dello spessore di 10mm, questo materiale pesenta delle ottime
caratteristiche meccaniche, buona rigidita' dielettrica,
e ottima resistenza al calore generaro, per contro risulta essere
estremamente costoso, pesante e difficile da lavorare.
Se deciderete di usare questo materiale per il vostro spinterometro
ricordatevi che il suo prezzo e' da capogiro,
costa infatti ben 85€ al metroquadro e difficilmente ve lo potranno
tagliare nel solo spezzone che vi serve!!!!!! :-(
Ecco come si presenta il
disco dopo la lunga operazione di taglio e foratura:
Per tagliare questo disco ho innanzitutto disegnato tutto cio' che
serviva usando una matita ed un compasso,
quindi sono passato alla fase "attiva", ho montato una lama per metally
heavy-duty sul seghetto alternativo e
mi sono messo a seguire speditamente il segno disegnato sulla
bakelite....... errore imperdonabile!!!!
a circa 1/8 di giro il seghetto ha iniziato a rallentare sempre piu' la
sua folle corsa, quindi ho visto del fumo
uscire dalla zona di taglio, la lama si era scaldata cosi' tanto da
diventare ROSSA!!!!!
avevo sottovalutato la bakelite, e' piu' dura del
ferro!!!!!! :-|
Ho quindi cambiato la lama al seghetto e mi sono rimesso a seguire la
curva, questa volta con il seghetto a velocita'
ridotta, cercando di NON spingere troppo, facendo frequentissime soste
per il raffreddamento e spruzzando in
continuazione dell' olio di silicone sulla lama per lubrificarla e
mantenerla a temperature piu' basse!
Al termine dell' operazione
di taglio, il bordo si presentava leggermente frastagliato e c'erano
ovunque i segni della
lama del seghetto alternativo, questo problema e' stato gentilmente
risolto da Riccardo Carcano e dalla sua smerigliatrice,
adesso il bordo appare nettamente rifinito e privo di asperita' (
la foto si riferisce al disco prima del trattamento )
Prima della smerigliata pero' il disco ha subito un altra importante
operazione, quella di foratura, si esegue facilmente
usando una punta per ferro ed un trapano a colonna.
Una nota importantissima riguardo questa operazione: sebbene la
bakelite sembri forarsi tranquillamente senza opporre
grossa resistenza, NON e' cosi' al termine della corsa, quando infatti
la punta raggiunge l' estremita' inferiore, anziche'
bucare dolcemente l' ultimo straterello di laminato, lo rompe
improvvisamente e si va ad incastrare allo stesso ed in
queste condizioni il materiale puo' facilmente scappare di mano e
magari infortunarvi; questo problema mi era
successo durante le prime prove di foratura ( con piccolo un ritaglio
di bakelite di scarto ) ma era stato tranquillamente
ignorato nelle operazioni di foratura vera e propria, "il ritaglio era
un pezzo piccolo, il disco e' bello grosso e riusciro'
a tenerlo in mano molto piu facilmente" ho pensato......
il risultato e' stato ROVINOSO, la punta si e' incastrata nuovamente
nella bakelite, il disco mi e' scappato di mano
ed e' andato a scaraventarsi contro la colonna portante del trapano, la
botta ha causato il distacco del mandrino dal
trapano e ha proiettato il disco, con relativa punta e mandrino ancora
incastrati, sopra al banco di lavoro
Fortunatamente NON mi sono fatto nulla alle mani e il disco si e'
procurato solo un piccolo sfriso, ho imparato la lezione,
per tutti gli altri buchi ho bloccato il disco alla base in ghisa del
trapano usando un grosso morsetto ! :-|
ho optato per un sei
elettrodi per limitare la massima velocita' di rotazione a livelli
accettabili e per avere la comodita'
del numero di BpS simile a quello dei giri al minuto ( rapporto 1:10
) il mio disco sara' dunque in grado di raggiungere
il massimo breakrate ( 300 BpS ) ruotando alla velocita' di 3000 Rpm.
Anche a queste velocita' il bilanciamento e la precisione del disco
sono importantissime, una piccola tolleranza o una
leggerezza costruttiva potrebbero portare gli elettrodi rotanti a
toccare quelli fissi, con un serio rischio di autodistruzione
del sistema rotante con relativa proiezione di pezzi ad alta velocita!!!
E' ora tempo di costruire gli
elettrodi fissi, essi, oltre a risultare sufficientemente stabili
meccanicamente dovranno
anche essere in grado di resistere alle alte temperature e
preferibilmente dissipare velocemente il calore generato.
su moltissimi siti si vedono sbarrette in tungsteno, molto resistenti
alle elevatissime temperature, oppure particolari in
ottone tornito provvisti di dissipatori di calore, generalmente anc'
essi torniti: io ho scelto quest' ultima possibilita'.
Per i fortunati possessori di un tornio, il problema NON si pone, sara'
sufficiente autocostruirsi i pezzi seguendo la
forma piu adatta e contemporaneamente esteticamente valida, per quelli
che un tornio NON ce l' hanno, la soluzione
definitiva e' ancor piu' semplice e veloce! :-)
Le difficolta' in
questo caso sono praticamente nulle, si tratta semplicemente di
infilare le palline, gli spaziatori,
ed i dischi di ottone all' interno della barra filettata e bloccare il
tutto con un dadino, il risultato lo vedete qua
sopra, semplice, economico e veloce, oltre che esteticamente
accattivante! ;-)
Particolare di uno degli
elettrodi fissi, si noti che i vari pezzi sono stati solamente torniti
ed assemblati, NON
hanno ancora subito alcuna operazione di rifinitura ( da fare poi
manualmente con carta vetrata fine )
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Per alimentare il mio tesla
avevo inizialmente pensato ad una soluzione con 4 MOT in
serieparallelo, poi, causa
improvvisa disponibilita' di un mega NST di decorose dimensioni ho
preferito passare a quest' ultimo,
Questo NST pero' NON riesce a fornire la potenza necessaria per far
andare il tesla alla massima potenza con
bangrate superiori agli 80-90 BpS, per ora questo NON e' un problema
determinante visto che il mio obiettivo era
quello di scendere molto al di sotto dei soliti 100 BpS di rete e
rimanere nei
consumi relativamente bassi, in futuro
magari ripensero' alla soluzione con MOT.
Ecco la foto del MEGA NST da
5000V 250mA in buona compagnia con altri 3 fratellini
minori! ;-)
Particolare dei collegamenti
d' uscita
Questo NST ( incredibile ma vero!!!! ) ha la presa centrale isolata
dalla massa e resa disponibile all' esterno
su un terzo morsetto!
Particolare dei morsetti d'
ingresso e della targa, nonostante la foto un po sfocata si riesce
comunque
a leggerne i dati.
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