Wechselstromtechnik Teil 9: Anwendung der Transformatoren, Abschnitt 2: Der Tesla-Trafo macht Musik

Ein ganz berühmter Trafo  ist der Tesla-Transformator.

Im SFN haben wir unter strengsten Sicherheitsvorkehrungen mal ein Team gehabt, dass einen nachbauen wollte. Zum Glück hat er nie funktioniert...
Es gibt aber Bausätze für Kinder, damit haben zwei Mädchen einen kleinen ungefährlichen Tesla-Trafo gebaut und damit sogar Musik übertragen.

Was ist das eigentlich?

Nikola Tesla (1856-1943) war ein kroatischer Erfinder, der viele technische Neurungen entwickelt hat, aber nach 1900 voll in den esoterischen Bereich abgedriftet ist.

Sein Tesla-Trafo hat keine praktische Bedeutung, ist aber ein Megashow-Gerät geworden...

Um einen Tesla-Trafo zu verstehen, müsst ihr euer bisheriges Wissen zusammentragen:

Der Trafo besteht aus zwei Schwingkreisen, die in Resonanz sind und die als Trafo zusammengeschaltet sind. Wegen der hohen Frequenzen (30 kHz bis 500 kHz)  braucht man aber keinen Eisenkern, das Magnetfeld allein reicht zur Übertragung aus.

Der Primärschwingkreis pumpt wegen der Resonanz ständig Energie in den Sekundärschwingkreis. Da gleichzeitig auch die Spannung erhöht wird, entstehen gewaltige Blitze.
Leicht treten Spannungen von 100 kV auf.

mmons.wikimedia.org/w/index.php?curid=5555557

Moduliert man die Primärspannung mit Musik, dann schwingen die Plasmawolken mit der Tonfrequenz und ein unwirklicher Sound ist zu hören...

Viel Spaß beim Anschauen der Videos...

In Stereo:

und zun Abschluss mein Lieblingsstück, obwohl ich Filme nicht mag

Ergänzung: Zeitlupe

Man erkennt manchmal, wie der Entladungsbogen als Plasmawolke noch nach dem Ablösen über den Elektroden schwebt...

Und hier alles im Zeitlupenfilm:

Wechselstromtechnik Teil 9: Anwendung der Transformatoren, Abschnitt 1: Hochspannungstrafo

Hochspannungstrafo

Wie erzeugt man Hochspannung? Einfach einen Trafo mit kleiner  Windungszahl auf der Primärseite und großer Windungszahl auf der Sekundärseite.
Und natürlich brauchen wir Wechselspannung.

Ich möchte auf das Stromnetz zurückgreifen, dann hat man schon mal effektiv 230 V und einen Spitzenwert von 1,4*230 = 322 V  (Wo kommt der Faktor 1,4 her???).
Die Primärspule hat mit 500 Windungen eine so große Induktivität, dass der Wechselstromwiderstand bei der Netzspannung ausreichend niedrige Ströme ermöglicht. Ich kann sie direkt ans Stromnetz anschließen.

Auf der Sekundärseite habe ich 23 000 Windungen, d.h. eine Spannungserhöhung um 23000/500 = 46 -fach. Wir kommen also auf Spitzenwerte von fast 15 kV.

Die Stromstärken sind klein, reichen aber für ausreichende Effekte aus. Die Luft zwischen den beiden Blitzableitern, die an den Enden der Sekundärspule stecken,  wird ionisiert, der Widerstand sinkt, es bildet sich ein breiter Blitz aus, die Luft erwärmt sich und steigt zusammen mit dem Blitz auf.

Viel Spaß beim Zuschauen...

Im nächsten Post lernen wir den berühmten Tesla-Transformator kennen und wie man damit Musik machen kann....

Wechselstromtechnik Teil 8: Anpassung durch Transformatoren, Abschnitt 5 Phasenverschiebungen

In diesem Post möchte ich zeigen, wieso die Sekundärspannung genau entgegengesetzt zur Primärspannung verläuft (Phasenverschiebung 180°).
Hier noch einmal das Video zum Versuch:

Schauen wir uns meine drei Zeichnungen an (Amplituden und Frequenzen beliebig angenommen):

Oberes Bild:
Wie an jeder Spule gilt auch für die Primärspule: U vor I (um 90° oder T/4)

Mittleres Bild: 
Die Stromstärke bestimmt das Magnetfeld B und damit den magnetischen Fluß
Φ = B * A.
Für die Induktionsspannung ist aber die Änderung des magnetischen Flusses entscheidend, also
dΦ/dt.
Wir müssen also die Stromstärkekurve differenzieren. An den Hoch- und Tiefpunkten ist die Ableitung 0, am ersten Nulldurchgang maximal positiv und am zweiten Nulldurchgang minimal negativ.
Wir erhalten die im mittleren Bild dargestellte sinus-Kurve.
(Wer jetzt verwirrt ist:  nehmt in der oberen I(t) - Kurve den Sinusteil (habe das durch  einen Pfeil markiert) und ihr seht, der geht wie erwartet in einen cos-Teil im mittleren Bild über. Die Ableitung vom sinus ist eben der cosinus)

Unteres Bild:
Das Induktionsgesetz sagt U = - n*dΦ /dt, um also zur Spannungskurve auf der Sekundärseite zu kommen, muss man einfach die Kurve im mittleren Bild umklappen...

Und dann seht ihr: Die beiden schwarzen Kurven (obere Primärspannung, untere Sekundärspannung) verlaufen genau gegenphasig.

Ich denke, das war eine schöne Übung zu Phasenunterschieden, Induktionsgesetz und Ableiten...

Trafo für ein Küchengerät, Flexotiger