Parámetros del Transformador:
- Voltaje de entrada: 220 V
- Frecuencia de entrada: 50 Hz
- Voltaje de salida: 2100 V
- Intensidad de Corriente de salida: 0,3 A
- Potencia: 645 W
Parámetros del capacitor primario:
- Capacitancia Primaria: 105,3 nF
Parámetros de la Bobina Primaria:
- Diámetro del alambre: 0,50 cm
- Espaciamiento del alambre: 0,50 cm
- Diámetro de la primera vuelta: 1,01 cm
- Angulo de inclinación: 45 grados
- Vueltas de la bobina primaria: 6 a 8
- Diámetro de la bobina primaria: 29,5 cm
- Altura de la bobina primaria: 4,7 cm
- Longitud del alambre de la bobina primaria: 4,9 m
Parámetros de la Bobina Secundaria:
- Calibre del alambre: 25
- Largo del alambre: 704 m
- Peso del Alambre: 964,94 g
- Altura: 75 cm
- Diámetro: 16 cm
- Vueltas: 1.400
- Relación Anchura: Altura: 4,4:1
Parámetros de la Carga Superior:
- Diámetro del anillo interno 13 cm
- Diámetro Total: 42 cm
- Capacidad total de la carga superior: 18,8 pF
Los parámetros de la Bobina de Tesla:
- Frecuencia de resonancia: 117 kHz
Los parámetros elegidos para el diseño del sircuito:
- Tr1. transformador de microondas de alterna a alterna: potencia = 500W
- Voltaje de Va = 8.800 V
- C1. condensador electrolítico de microonda para 3.000V: 1uF
- D1. diodo de germanio de microondas para 3.000V
- C2. condensador electrolítico de microonda para 3.000V: 1uF
- D2. diodo de germanio de microondas para 3.000V
- C3. condensador electrolítico de microonda para 3.000V: 1uF
- D3. diodo de germanio de microondas para 3.000V
- D4. diodo de germanio de microondas para 3.000V = a cuatro diodos D1 en paralelo
- Voltaje de Vb = 17.600V
- ChR. choque de radiofrecuencia: dos transformadores de microondas con sus bovinas secundarias conectadas en serie con una inductancia igual a 31 H
- Cp. capacito primario: formado por 10 capacitores de microondas de 1,053 uF conectados en serie con una capacitancia total, igual a 105,3 nF
- Dp. o Ex. explosor: diseño rotatorio con un motor a corriente continua
- Lp. bobina primaria: de 6 vueltas con una inductancia de 13,1 uH
- Ls. bobina secundaria: con una capacitancia parásita igual a 11,9 pF y una inductancia igual a 59,9 mH
Este es un diseño clásico de una bobina con los parámetros que ya se han mencionado con anterioridad, solo que en este caso se han agregado un multiplicador de voltaje y un choque de radiofrecuencia.
En este circuito la fuente de alimentación es un transformador de microondas que eleva 220V de corriente alterna a 2.100V de corriente alterna.
Como se ve también un triplicador de voltaje seguido de la fuente de alimentación que está formado por tres condensadores y tres diodos. Ya que la fuente de alimentación es la de un microondas por seguridad los condensadores y los diodos que debes emplear son los mismos que se sacan de los microondas o equivalentes. Los condensadores más habituales que puedes encontrar en ellos son de 1 microfaradio a 2200 V ef, (3000 V de continua), aunque en algún caso también se encuentran de 0,9 o de 1,2 microfaradios. Es mejor que sean todos iguales pero tampoco pasa nada grave si son diferentes. Eso si los condensadores deben ser de cerca del microfaradio. Si pones condensadores más pequeños no conseguirás nada de potencia. Aquí al emplear la frecuencia de la red de 50 Hz los condensadores deben ser grandes. Si los condensadores que tienes, son diferentes deberás emplear el mayor en la posición cerca del transformador. Es mejor así aunque en caso contrario no pasa nada especialmente grave.
La carcasa de estos condensadores suele ser metálica y están aislados de los electrodos del condensador. No obstante nadie te asegura que van a soportar el voltaje al que va a estar sometidos ahora, por ello no hay que permitir que las carcasas de los condensadores se toquen entre sí ni toquen a masa.
Para montar el triplicador se colocan uno contra el otro separados por un espumaplas de un 1cm de espesor de manera que no se toquen en ningún momento y luego fijarlos entre sí con precintos. Una vez realizado este conjunto hay que conectar los diodos como muestra el circuito.
A continuación veremos cómo funciona un doblador de voltaje de media onda.
En la siguiente imagen vemos como durante el semiciclo de voltaje positivo a través del transformador, en el secundario el D1 conduce (y el diodo D2 está en corte), cargando el capacitor C1 hasta el voltaje rectificado pico (Vm). El diodo D1 está idealmente en corto durante este semiciclo y el voltaje de entrada carga al capacitor C1hasta Vm con la polaridad que se muestra en la figura 1.79a. Durante el semiciclo negativo del voltaje en el secundario, el diodoD1 se corta y el diodo D2 conduce cargando el capacitor C2. Puesto que el diodo D2 actúa como un corto durante el semiciclo negativo (y el diodo D1 está abierto), podemos sumar los voltajes alrededor del circuito exterior
-VC2 + VC1 + Vm = 0
-VC2 + Vm + Vm = 0
VC2 = 2Vm
Ahora explicaremos el funcionamiento del choque de radio frecuencia, este se usa para aumentar el voltaje suministrado por el triplicador para aumentar el voltaje que pasa por la bobina primaria, de este modo tendremos descargas mucho más largas en la carga superior que se podrán ver más a simple vista.
El choque de radio frecuencia está formado por dos transformadores de microondas con sus secundarios conectados en serie, este funciona de la siguiente manera. Supongamos que la bobina esta en reposo, es decir que hace algún tiempo que no ha actuado el explosor. Entonces el condensador Cp está cargado a la tensión Vb que es la misma que Va. Cuando el ruptor descarga el condensador en la bobina primaria La tensión en Vb se hace cero y empieza a circular corriente por Ch.R. Como sabemos la corriente en las bobinas no crece inmediatamente ni se hace cero inmediatamente, luego poco a poco la corriente empezara a crecer hasta que por fin el condensador Cp está totalmente cargado con lo que de nuevo Va=Vb. Pero en el momento que se igualan ambos voltajes está circulando una corriente importante por la bobina, corriente que no se interrumpe instantáneamente sino que sigue cargando el condensador hasta el momento en que Vb = 2Va. Es decir que el condensador se ha cargado al doble de la tensión que proporciona la fuente de alto voltaje. Si además suponemos una bobina teórica esta carga del condensador se ha realizado sin disipar ninguna energía. Cuando el voltaje Vb llega al doble de Va, es el momento en que no circula corriente por la bobina y la corriente circularía de Vb a Va si no fuese porque el diodo D3 (cuatro diodos de microondas en serie) se lo impide. El mecanismo por el que se dobla la tensión de alimentación es exactamente igual a las fuentes de alimentación
En esta bobina se huso un exlosor rotatorio.
Este cuenta con dos electrodos colocados en separadores hexagonales del los extremos. Entre ellos hay una distancia muy grande por lo que es imposible que salir arco entre ellos. En el medio de ellos se encuentra un material no conductor que gira por efecto de un pequeño motor de corriente continua. El cilindro de plástico está atravesado por un electrodo que sobresale por ambos lados. Cuando el electrodo central está alineado con los laterales queda un pequeño espacio entre ellos y salta la chispa muy fácilmente. Al continuar girando el electrodo central hace que cada vez sea más difícil mantener la descarga hasta que definitivamente se corta. Aunque parezca breve, el tiempo que los electrodos están alineados es más que suficiente.
La razón por la que se huso este explosor es porque durante el funcionamiento de los explosores estáticos, estos se recubrían de óxido y se hacía necesario aproximar los electrodos, además después de unos minutos de funcionamiento a plena potencia llegaba un momento que la chispa no se apagaba y la tesla dejaba de funcionar correctamente debido al ozono que se producía entre el explosor y por la utilización de la corriente continua.
El condensador primario consta de 10 condensadores de microondas en serie sumergidos en una pecera con aceite aislante para prevenir las fugas.
Todo el resto del circuito fue realizado en una superficie de acrílico separado por espumaplas para prevenir que salten descargas entre los componentes del circuito.
Otro factor a tener en cuenta es que la tierra conectada del primario al secundario se ha cortado ya que por experiencia, se vio que el secundario puede inducir una contra fem que puede quemar los componentes del secundario
Con esta relación lo que podemos hacer es medir la longitud de los arcos de chispa entre la carga superior del circuito secundario y entre un punto de descarga a tierra y de esta forma sabremos cuanto voltaje se necesito para obtener esa ruptura del dieléctrico del aire para que se produjera la descarga.
El choque de radio frecuencia está formado por dos transformadores de microondas con sus secundarios conectados en serie, este funciona de la siguiente manera. Supongamos que la bobina esta en reposo, es decir que hace algún tiempo que no ha actuado el explosor. Entonces el condensador Cp está cargado a la tensión Vb que es la misma que Va. Cuando el ruptor descarga el condensador en la bobina primaria La tensión en Vb se hace cero y empieza a circular corriente por Ch.R. Como sabemos la corriente en las bobinas no crece inmediatamente ni se hace cero inmediatamente, luego poco a poco la corriente empezara a crecer hasta que por fin el condensador Cp está totalmente cargado con lo que de nuevo Va=Vb. Pero en el momento que se igualan ambos voltajes está circulando una corriente importante por la bobina, corriente que no se interrumpe instantáneamente sino que sigue cargando el condensador hasta el momento en que Vb = 2Va. Es decir que el condensador se ha cargado al doble de la tensión que proporciona la fuente de alto voltaje. Si además suponemos una bobina teórica esta carga del condensador se ha realizado sin disipar ninguna energía. Cuando el voltaje Vb llega al doble de Va, es el momento en que no circula corriente por la bobina y la corriente circularía de Vb a Va si no fuese porque el diodo D3 (cuatro diodos de microondas en serie) se lo impide. El mecanismo por el que se dobla la tensión de alimentación es exactamente igual a las fuentes de alimentación
En esta bobina se huso un exlosor rotatorio.
Este cuenta con dos electrodos colocados en separadores hexagonales del los extremos. Entre ellos hay una distancia muy grande por lo que es imposible que salir arco entre ellos. En el medio de ellos se encuentra un material no conductor que gira por efecto de un pequeño motor de corriente continua. El cilindro de plástico está atravesado por un electrodo que sobresale por ambos lados. Cuando el electrodo central está alineado con los laterales queda un pequeño espacio entre ellos y salta la chispa muy fácilmente. Al continuar girando el electrodo central hace que cada vez sea más difícil mantener la descarga hasta que definitivamente se corta. Aunque parezca breve, el tiempo que los electrodos están alineados es más que suficiente.
La razón por la que se huso este explosor es porque durante el funcionamiento de los explosores estáticos, estos se recubrían de óxido y se hacía necesario aproximar los electrodos, además después de unos minutos de funcionamiento a plena potencia llegaba un momento que la chispa no se apagaba y la tesla dejaba de funcionar correctamente debido al ozono que se producía entre el explosor y por la utilización de la corriente continua.
El condensador primario consta de 10 condensadores de microondas en serie sumergidos en una pecera con aceite aislante para prevenir las fugas.
Todo el resto del circuito fue realizado en una superficie de acrílico separado por espumaplas para prevenir que salten descargas entre los componentes del circuito.
Otro factor a tener en cuenta es que la tierra conectada del primario al secundario se ha cortado ya que por experiencia, se vio que el secundario puede inducir una contra fem que puede quemar los componentes del secundario
Para Saber El Voltaje De Salida De La Carga Superior:
Conociendo el valor del campo de ruptura del aire podemos sacar la siguiente relación:
3.000.000,0 v por 100cm
x por 1cm
x= 30.000,0 v/cm = 30,0 kv/cm
Con esta relación lo que podemos hacer es medir la longitud de los arcos de chispa entre la carga superior del circuito secundario y entre un punto de descarga a tierra y de esta forma sabremos cuanto voltaje se necesito para obtener esa ruptura del dieléctrico del aire para que se produjera la descarga.
En este caso medimos el la longitud de una descarga provocada por el toroide a un punto de tierra dando una distancia de 27 cm aproximadamente.
Para romper 27 cm de aire y hacerlo conductor de la electricidad se necesita un voltaje aproximado a los 810 kV
