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!



Ed eccomi qui a presentare l' ultima grande sfida con me stesso.
uno splendido tesla spinterometrico DI GRANDI DIMENSIONI ( finalmente! ) da realizzarsi rigorosamente con circuitazione DC resonant charging ( la migliore in assoluto, tipica delle migliori bobine di tesla e di tutte quelle di dimensioni enormi, cioe' quelle con alimentazione trifase )

In dettaglio, la circuitazione DC resonant charging si compone di un alimentatore in corrente continua privo di limitazione in corrente, di uno speciale circuito di limitazione in corrente NON dissipativo che esegue ricarica dei condensatori al doppio della tensione di alimentazione, di uno spinterometro rigorosamente del tipo rotante asincrono a velocita' regolabile oltre ovviamente ai soliti condensatori di oscillazione, al primario, al secondario, e al toroide.
lo scema di principio di un tesla DC-resonant e' il seguente:

DC resonant theory schematics


Lo schema riportato e' pero' solamente un punto di partenza, a quest' ultimo andra' sicuramente sostituito il generatore di tensione ideale con un vero e proprio alimentatore da rete ( tipicamente trasformatore HV, ponte di diodi e condensatori di filtraggio HV ) e tutto il relativo circuito di bypass e di protezione che previene la morte prematura del tesla nel malaugurato caso in cui qualcosa vada storto!  :-|
In definitiva, questo e' lo schema che realizzero' io, si noti che ho gia' pensato a qualche miglioria, lo schema e' passibile di altre modifiche!
SCARICA LO SCHEMA CLICCANDO QUI

Questa sezione e' in costruzione


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.


 Parti fondamentali:
Clicca per visualizzarle direttamente

Bobina primaria - bobina secondaria - toroide - Diodi - condensatore di filtraggio - condensatore di tank - spinterometro - alimentazione - protezioni - particolari e cablaggio - tarature - risultati


Bobina primaria

polietilene

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


bobina secondaria


Secondary coil

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


toroide

UNDER CONSTRUCTION!!!
UNDER CONSTRUCTION


Diodi

1000 diodes!

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!   :-)

Closeup of diodes

Questa foto mostra alcuni dei diodi nella scatola, in dettaglio.

Diodes strings

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


Diode string + pyrex forms

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


condensatore di filtraggio

filter cap

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.

Capacitor bank

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.

Bypass capacitors


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


Varistors

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

capacitor assembly

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


condensatore di tank

TANK CAPACITORS

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

TANK CAP

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!

TANK CAP

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!    :-(

TANK SUPPORT

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.

TANK SUPPORT

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.

TANK SUPPORT

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


spinterometro

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!   ;-)

ARSG

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!!! )

BRASS SPACER

Ecco gli spaziatori in ottone tornito

BRASS DISKS

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!!!!!!  :-(

ARSG

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!


ROTARY GAP

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 !   :-|

ROTARY GAP

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!   :-)

 BRASS GAP ELEMENT

 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!   ;-)

BRASS ELECTRODE

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 )


UNDER CONSTRUCTION

 


alimentazione

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.

NST!

Ecco la foto del MEGA NST da 5000V  250mA in  buona compagnia con altri 3 fratellini minori!   ;-)

NST

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!


NST

Particolare dei morsetti d' ingresso e della targa, nonostante la foto un po sfocata si riesce comunque
a leggerne i dati.


UNDER CONSTRUCTION

 


protezioni

UNDER CONSTRUCTION!!!
UNDER CONSTRUCTION


particolari e cablaggio

UNDER CONSTRUCTION!!!
UNDER CONSTRUCTION


tarature

UNDER CONSTRUCTION!!!
UNDER CONSTRUCTION


risultati

UNDER CONSTRUCTION!!!
UNDER CONSTRUCTION