| 4 KV @ 50 mA TESLA COIL UNIT | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| BACK TO PROJECTS PAGE | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| I always wanted a little TC unit for my daily experiments with high frequency- high voltage. With 2 MOTs, some inductive ballast limiting and a little secondary, this can be done. It is not a high efficiency setup but it is enough for my needs. SPARK LENGHT: 14 inches streamers, 16 inches arcs to ground. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
![]() |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
![]() |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| SETUP PICTURE | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| SECONDARY Wound on a 11 cm diameter PVC pipe, 28 cm wound lenght, 966 turns L = 21978.21 microH, Cself = 6.0514 pF Fres without toroid = 436.63 kHz |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ELECTRIC SCHEMA | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| TC PICTURE | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| TOROID Little toroid with C = 11.60 pF |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| PRIMARY Flat primary, 7 turns with solid copper wire 3 mm dia, inner radius = 8 cm, outer radius = 16 cm, 8 plastic supports glued with poxipol on a round glass base L = 8.09 microH, taped at turn 6 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| PRIMARY TANK PICTURE | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| PRIMARY PICTURES | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| PRIMARY CAP 2 strings in parallel, 8 caps (100 nF @ 1600 V each) in serie per string, for a total of 25 nF @ 12.8 kV |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| PRIMARY CAP PICTURE | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| SPARK GAP DRAWINGS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| SPARK GAP Made with two inox bowls. Not quenched, the secret is to use large bowls for proper cooling. If the border is coroded after some time, you can rotate them and get a new shiny border :)) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| SPARK GAP PICTURES | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| PSU 2 MOTs with secondaries in serie and primaries in antiparallel, ballasted with 2 ballast coil (from high pressure Hg lamps) Ballast coil: P = 250 VA, I = 2.15 A, cos fi = 0.56 (for normal use) measured R = 3.7 ohms inductive reactance (Xl)= (P*cos fi)/ I^2 = 30.2 ohmi total impedance = sqrt(R^2 + Xl^2) = 30.42 ohms Unfortunatelly I cant measure the input current but I guess that is around 40-50 mA The charging current of the primary cap can be calculated from the primary circuit impedance at mains frequency (50Hz)- the sparks gap is in parallel with the PSU output Zpr = sqrt (R^2 + (Xc - Xl)^2) = 127 kohms So, for an output voltage = 4200 V, the charging current is around 33 mA. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| PSU PICTURE | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| PICTURES: ISO 200 film, f =5.6, at 2 meters, 2-4 sec exposure | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| MOVIES (under 300 kB each) | 3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1 | 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| SECOND STEP THE MULTI-GAP vs SIMPLE GAP I built a new spark gap with 2 gaps, introducing an intermediary electrode ( a big aluminium heatsink), between the first initial electrodes. RESULTS: 18 inches streamers and 21-22 inches arcs to ground. The TC arcs to primary more often, I have to build a strike ring. It is runing more smooth, and the use of the alu electrode decreased somehow the noice made by the gap (easy quenching) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| NEW SPARK GAP | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| STRIKE RING PICS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
![]() |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| PICTURES | 1 | 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| MOVIES | 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| A strange movie- the streamers tend to form from the strike ring, not only from the toroid, then they unite and form the arc plasma channel | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| MOVIE | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| I think that I can have more current from the PSU. It is possible that my guess about 50 mA value be wrong.....eh, well.... | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| The toroid arcs to the strike ring too often, so I decided to rise up a bit the topload, to get more streamers in the air. It works better now. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
![]() |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1 | 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| PICTURES | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| So, there are a few advantages: -2 MOTs, even with low voltage output, can be a good choice for NSTs, sometime hard to find (especially in Eastern Europe) -the ballast coils, used for Hg lamps, are easy to find, and match for the power level you wanted. I tryed first with only one ballast in serie with the antiparalleled MOTs, but the TC works eratically, so it needs at least 2 ballasts in parallel to mantain the arc in the spark gap. -the primary cap is cheaper because the lower voltage rating. -the air flow in the spark gap is not necessary, I recomend just a multiple gap, with big metal electrodes, to get proper cooling and quenching. Use at least 3 gaps and make the third gap variable. The total gap in my setup is around 4-5 mm. Start the spark gap with the third gap closed (only with 2 gaps), then manually set the third gap for the best output. -the strike ring is a must. Without it, when the arcs strike the primary, I had sparks on MOTs between the core and the primary windings. With the strike ring in place, the problems vanished. -if you want longer streamers, use one more ballast in parallel with the first two, increase the primary cap value, increase the number of gaps and get it tuned. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||