Brechas de chispa en una bobina de Tesla

Respuesta breve: la resonancia (oscilaciones) del circuito primario solo ocurre mientras la chispa está conduciendo. Sin embargo, incluso a una corriente de cero, la chispa aún permanece ionizada y conduce durante decenas de microsegundos. Eso significa que no se apagará, a pesar de que las oscilaciones de alta frecuencia pasan repetidamente a través de cero amperios.

Pero, a medida que las oscilaciones decaen lentamente y la corriente media disminuye, la chispa se apagará. Cuando la chispa desaparece, las oscilaciones en el circuito primario se detienen repentinamente.

También tenga en cuenta que cuando la bobina primaria se detiene, las oscilaciones de la bobina secundaria continúan por un período mucho más largo.

Secuencia general:

1. La fuente de alimentación de alto voltaje (CC o CA 60Hz) carga rápidamente el capacitor.
2. Se dispara la chispa, conectando el condensador a la bobina primaria.
3. La bobina / condensador oscila a alta frecuencia (la chispa permanece encendida)
4. Durante varios ciclos, la bobina secundaria también comienza a oscilar.
5. La bobina / condensador primario pierde energía rápidamente (la energía EM se está moviendo hacia la bobina secundaria). Cuanto más apretado sea el acoplamiento entre las bobinas, más rápido ocurrirá esto.
6. Durante varios ciclos de alta frecuencia, la corriente primaria promedio cae a cero, la bobina secundaria promedio aumenta simultáneamente al máximo, la chispa se apaga y la bobina / capacitor primario deja de oscilar.
7. La bobina secundaria ahora sigue sonando, y sus oscilaciones se desvanecen lentamente a medida que se pierde energía: el calentamiento del alambre, el calentamiento de las chispas y la corona y una cantidad muy pequeña de ondas de radio.

Los ajustes críticos son:

1. Hacer coincidir la frecuencia LC de la bobina primaria y el condensador con la frecuencia natural de la bobina secundaria.
2. Ajustando el acoplamiento entre primario y secundario, para transferir las oscilaciones LC al secundario mucho más rápido que el tiempo de caída del RLC del primario, pero no demasiado rápido (ya que las oscilaciones pueden volver a transferirse antes de que la chispa se apague) , dejando el secundario con bajo voltaje.)
3. Ajustando la chispa para que se apague al igual que las oscilaciones de la bobina primaria se han transferido completamente a la secundaria. Puede requerirse enfriamiento del espacio (por medio de electrodos sólidos grandes, por múltiples electrodos pequeños en serie, por un espacio giratorio o una combinación de los tres).

Triva interesante: si en lugar de una chispa utilizamos un interruptor, cuando el interruptor se cierra repentinamente, el capacitor y la bobina primaria oscilan. Pero luego, todas las oscilaciones "chocan contra" la bobina secundaria, y las oscilaciones del circuito primario se detienen. A continuación, "rebotan de nuevo" y el primario oscila, mientras que la bobina secundaria se detiene. Luego, avance de nuevo de primario a secundario, luego de nuevo, luego adelante, una y otra vez. Este "movimiento lento" es un ejemplo de "División de línea" o "Péndulos acoplados" u osciladores acoplados, y tiene una baja frecuencia determinada por la cantidad de acoplamiento entre las dos bobinas, así como la frecuencia de resonancia de pri / seg. Lo ideal es que nuestro interruptor (o chispa) se abra justo cuando el voltaje de RF en la bobina secundaria alcanza su máximo, y antes de que el voltaje de RF en la bobina primaria vuelva a aumentar durante el primer "cambio inverso".

Al conducir el sistema con CA bruta (transformador de letrero de neón), todo lo anterior debe ajustarse para que se produzca en unos pocos cientos de microsegundos: un poco menos de 1/4 de un ciclo de CA. De esa manera, el suministro de CA tiene tiempo para cargar completamente el capacitor principal, y luego la energía total en el capacitor se puede depositar en la bobina secundaria antes de que comience el próximo semiciclo de 60Hz. Esto maximiza la potencia de salida del sistema, donde el secundario emite enormes subidas de alta frecuencia a 120Hz.

Para obtener más información, vea las figuras 2.12 y 2.13 aquí.

También, aquí hay un artículo clásico de 1991 de la revista AJP , con fotos de osciloscopio del primario Transferencia de energía secundaria.

Cuando se dispara la chispa (a través de falla dieléctrica ), la resistencia de la chispa cambia de muy alta a bajo. Esto acopla efectivamente el condensador del tanque a la bobina primaria, y causa un pico de corriente. Cuando el condensador del tanque está vacío y la bobina primaria está cargada, el campo magnético colapsado acoplará energía a la secundaria y producirá un pico de corriente. Este pico de corriente fluye a través de la chispa de ionización fija hacia el condensador del tanque, repitiendo el proceso hasta que se haya disipado suficiente energía para permitir que el arco se colapse.

La ionización del aire es un evento de nivel macro que tarda varios milisegundos en disiparse, mientras que la resonancia del lado primario es del orden de varios microsegundos.