FAQ
- Qui a inventé le transformateur de Tesla?
- A quoi ça sert?
- En bref, comment ça marche?
- Est-ce dangereux?
- Est-ce facile à construire?
- Quelles en sont les pièces principales?
1) Qui a inventé le transformateur de Tesla?
Il s'agit de Nikola Tesla, né en Autriche-Hongrie en 1856. Il travailla d'abord en Europe puis aux USA sur divers sujets, mais particulièrement sur l'électricité. Il a commencé par travailler pour Edison, le borné du DC, mais se brouille rapidement avec lui, puisque Tesla était pour le système alternatif, que l'on utilise d'ailleurs partout aujourd'hui. C'est en mai 1885 que les choses s'enveniment entre les deux inventeurs, lorsque George Westinghouse, patron d'une compagnie d'électricité à Pittsburgh acheta les droits des systèmes alternatifs polyphasés de Tesla : dynamos, transformateurs et moteurs. Cette transaction engrangea une terrible bataille de pouvoir entre les systèmes à courant continu d'Edison et ceux à courant alternatif de Tesla, qui petit à petit prirent le dessus
L'invention du transformateur de Tesla (Tesla Coil) remonte aux années 1890. Tesla, alors basé à Colorado Springs, Co tentait de démontrer la possibilité de transmettre de l'énergie électrique sans fils électriques. Lors de ses expériences, il produit des arcs de 45 m et grilla le transformateur de Colorado Springs, plongeant la ville dans le noir.
Le but de Tesla était de démontrer la possibilité de transmettre de l'énergie électrique sans avoir besoin de fils conducteurs. Malheureusement, son système avait un rendement très médiocre et il arrêta donc ses expériences. Aujourd'hui, l'intérêt d'un transformateur de Tesla reste uniquement expérimentale : recréer à moindre échelle l'expérience de Tesla et produire les plus longs arcs possible en ayant un rapport "longueur arcs/puissance" fournie autant grand que possible
3) En bref, comment ça marche?
Un circuit primaire formé d'un condensateur et d'une inductance primaire (primaire du transformateur de Tesla) oscille à sa fréquence propre. Le circuit secondaire formé de l'inductance secondaire (la "bobine" proprement dite), et de la capacité de l'électrode de décharge est construit de manière à avoir la même fréquence propre de résonance que le circuit primaire pour un transfert très rapide de l'énergie entre les deux parties du transformateur. Le gain de voltage entre le primaire et le secondaire est assuré par le rapport élevé de tours entre bobines secondaires et primaires, ainsi que par le parfait accord de fréquence entre les deux circuits. Si la tension obtenue à l'electrode de décharge est plus grande que la tension limite d'ionisation de l'air, un arc électrique, tel un mini éclaire devient visible au sommet. Le condensateur primaire est chargé par un transformateur haute-tension (typiquement 8-16KV), et les phases charge/décharge sont assurées par un éclateur.
Hmmm... Il me semble avoir mis des avertissements sur la page d'accueil de mon site! N'oubliez pas que le 220V~ de nos prises murales peut déjà tuer! Il y a plusieurs zones de danger dans un transformateur de Tesla, et il est important de les connaître :
- Transformateur Haute-Tension
Très dangereux : la tension impliquée est non seulement élevée, mais la fréquence (50 Hz) assez basse du courant va le faire passer à travers le corps en cas de contact, ce qui peut provoquer des arrêts respiratoires ou cardiaques. Les transformateurs hautes tensions sont aussi vicieux : ils ne font pas de bruit quand ils sont sous tension, et passer sa main à quelques centimètres de la sortie haute tension (même sans la toucher) suffit pour se faire salement électrocuter.
- Eclateur
Attention aux ultraviolets qui sont émis en quantité non négligeable dans l'éclateur. Ne pas le regarder lorsque le transformateur de Tesla est en fonction. Différents gaz sont aussi produits par la ionisation de lair et le courant TRES élevé qui passe dans l'éclateur. L'ozone étant le plus important et le plus dangereux. Si votre transformateur de Tesla fonctionne à l'intérieur (garage etc...) aérez régulièrement et si vous commencez à avoir mal à la tête, arrêtez et allez prendre l'air.
- Condensateurs principaux
Même après avoir coupé le courant, les condensateurs peuvent toujours contenir des charges. Si votre condensateur n'est pas équipé de résistance de décharge, attention quand vous le touchez : vous pourriez prendre une décharge de quelques joules. Si vous avez construit vous même vos condensateurs à l'aide de bouteilles en verre recouvertes de papier d'alu à l'extérieur et remplies d'eau salée, soyez conscient du danger : Si elles explosent, du verre peut être projeté dans toutes les directions et si par votre eau salée était électrolysée, vous produiriez du chlore, un gaz très dangereux et très toxique. Ne pas oublier aussi le danger d'incendie des autres types de condensateurs.
- Bobine primaire
Haute tension par rapport à la terre, courant élevé (typiquement 500 A) et fréquence de 50 Hz pendant la phase de charge du condensateur : un cocktail détonant qui ne pardonne pas. Il ne faut en aucun cas toucher la bobine primaire pendant que le transformateur de Tesla est en fonction
- Arcs électriques
Leur fréquence élevée (plusieurs centaines de kHz) les rendent beaucoup moins dangereux, puisque le "skin effect" fait passer le courant haute fréquence sur la surface de la peau et plus à l'intérieur du corps. Mais même si certaines personnes touchent avec leur mains nues les arcs électriques produits par leur transformateur de Tesla, je vous le déconseille vivement. Gardez en têtes les points suivants : Plus votre système est puissant (=condensateur important) plus sa fréquence de fonctionnement est basse, et donc le "skin effect" devient de moins en moins présent. Si lorsque vous touchez un arc, un second arc venait malencontreusement frapper le circuit primaire, cela connecterait du 50 Hz mortel à l'arc auquel vous êtes relié. En résumé : comme dans un magasin, on regarde avec les yeux!
- Bruit
Les gros systèmes sont extrêmement bruyant au niveau de l'éclateur et des arcs. Pensez à vos voisins qui veulent dormir. Si vous travaillez dans un garage, n'oubliez pas de protéger vos oreilles!
5) Est-ce facile à construire?
Oui! C'est à la portée de tout le monde qui a quelques connaissances en électricité. En Europe (en suisse en tout cas), le plus difficile reste à trouver des transformateurs pour ce genre d'applications. Sinon les autres pièces se trouvent facilement. Visitez le plus de sites possibles pour vous faire une idée de ce que les gens ont réalisé, ça vous aidera sûrement!
6) Quelles en sont les pièces principales?
1) L'électrode de décharge depuis laquelle les arcs électriques partent.
2) La bobine secondaire construite avec un tube de 16 cm de diamètre sur lequel est enroulé environ 1000 tours (990 pour moi) de fil de cuivre.
3) La bobine primaire composée d'une quinzaine de tours d'un gros conducteur de cuivre
4) L'éclateur dont le rôle est de commuter le circuit entre les phases de charge et décharge du condensateur
5) Le condensateur principal, formé dans mon cas de plusieurs petits condensateurs combinés en série et en parallèle
6) Le filtre HV, sensé éliminer une partie des fréquences parasites crées par le système et qui pourraient endommager les ordinateurs ou autres appareils sensibles branchés dans la maison
FAQ
- Who built the first Tesla Coil?
- What is a Tesla Coil's purpose?
- How does it work (brief summary)?
- Is it dangerous?
- Is it easy to build?
- What are the main parts of a TC?
1) Who built the first Tesla Coil?
The first TC was built by Nikola Tesla, who was born in 1856 in Austria-Hungary. He worked in Europe and then moved to the USA, where he worked on several subjects, the main one being electricity. Edison has been his boss for some time, but the two of them couldn't get along, for Tesla was advocating the use of AC current, while the narrow-minded Edison was sure that HIS DC system was best. In 1885 a power war starts between the two inventors as George Westinghouse, head of an electricity distribution company in Pittsburgh, bought the rights to Tesla polyphase system of alternating-current dynamos, transformers, and motors. This transaction was the beginning of the battle between Edison's DC system and Tesla's AC, which slowly won and became widely used in the whole world.
The Tesla Coil was built by Tesla around 1890, when he was experiencing wireless power transmission in Colorado Springs, Co. During his experiments, he got sparks which measured around 45 meters, which shut down Colorado Springs Power distribution Transformer. The city was completely in the dark; without electricity
2) What is a Tesla Coil's purpose?
Tesla's goal was to demonstrate the possibility to transmit electrical power without using wires. Unfortunately, his system's efficiency was very low, and he stopped his experiments. Today coilers around the world try to recreate on a lower scale Tesla's expermiments. The idea is to get the longest sparks and to have a the quotient "spark length/power fed to the system" as low as possible.
3) How dos it work? (brief summary)
The primary circuit is formed with a capacitor and a primary inductance (the primary coil). It oscillates at its characteristic frequency. The secondary circuit, formed with the secondary coil and a top load which has its own capacity, is built with dimensions that give it the same resonance frequency as the primary circuit. This characteristic allows a very quick transfer of energy between the primary and the secondary. The volatage gain between the primary and secondary coil is assured by the high turn ratio between the two coils, and by the perfect frequency match of the two systems. If the potential at the top load rise higher that the critical value of air ionization, then a spark becomes visible from the topload and discharge it. The tank capacitor is charged by a high volatage X-former : typically a NST with an output voltage between 8 and 15 KV. A spark gap assures the commutation between the capacitor charge and the oscillation of the primary circuit.
Hmmm... Didn't I put warning signs on the first page of my web site? Don't forget that the 110 V coming from the wall plugs can kill! There are several dangerous locations on a Tesla Coil, and it is important to know where they are :
- High Voltage X-formers
Very dangerous : the tension they deliver is very high, and the low frequency (60 Hz) of the current they produce will flow through your body, which can reult in heart or breathing strokes. They are not only dangerous, but also vicious : They are not noisy when they are under tension, and you don't need to touch their outputs to get a nasty shock : having your hand close to the high-voltage outputs is enough to initiate a spark between the x-former and you, resulting in deadly current lowing throgh your body.
- Spark Gap
Beware of UV that are emitted by the spark gap. Do not look at it while the TC is working. Several gases are also produced by the ionization of the air and the very high current in thespark gap. Ozone is the most important and the most dangerous of them. If you are using your Tesla Coil indoors (garage etc...) do not forget to ventilate the room and if you start feeling dizzy or if you get a headache, stop your coil and go out to breathe a little bit of fresh air.
- Tank Capacitor
Even after your coil is shut down, your caps can still contain charges. If your capacitor has no bleeding resistors mounted on it, you must pay attention to the fact that you could get a discharge of several joules if you touch it. If you built your own Salt Water caps (SW caps), with aluminium foil outside and saltwater inside a glass bottle, you must be aware of the following problems you may have and which are dangerous : If your bottles explode, they can send flying pieces of glass everywhere around them. Electricity can also electrolyse your solution of NaCl. If that happens, you would produce the gas Cl2, a very toxic and dangerous gas. Do not forget that other kind of capacitors are subject to be set on fire by a short circuit.
- Primary coil
High voltage (compared to the ground), very high current (typically 500 A) and a low frequency during the charging phase of the cycle (60 Hz) : a very dangerous cocktail which doen't give you a second chance. Do not touch the primary coil while your Coil is working, no matter what are the circumstances.
- Sparks
Sparks' frequency in Tesla Coils is relatively high( several hundred kHz) and thus the skin effect should apply making them less dangerous (if you touch them, the current would flow on your skin and not through your body). But even if some people actually touch the stramers coming from their coils, I would strongly advise you not to do it. Keep in mind the following points : The more powerful your coil is, the more capacitance you need, and if you add capacitance, you lower the coil frequency, and you cannot apply the skin effect anymore. If your are connected to streamer and, at the same time, another stremer touches the primary coil, this would connect lethal 60Hz to the spark to which you are electrically connected. In conclusion, I would recommend you to behave with streamers as you do in a store : you look with your eyes, and not with your fingers!
- Noise
Big coils tend to get very noisy due to high current flowing through the spark gap. Please, keep in mind that your neighbors might also want to sleep. If you work indoors, don't forget to use hearing protection, as noise can be accentuated in small spaces.
Yes! Anyone with some knowledge in electricity can build a TC. In the US, it is made easier by the possibility to get free old Neon Sign Transformer from Neon Sign shops. Visit as many web site as you can to finde what people have made, that will gratly help you find what you need!
6) What are the main parts of a TC
1) The top load from where the streamers start
2) The secondary coil which is made for my coil with a 16 cm diameter tube. The winding consist of 800-1000 turns of enamel copper wire (990 turns for my coil)
3) The primary coil consists of around 15 turns of heavy copper tubing.
4) The Spark Gap whose purpose is to commute between the two phases of the cycle : Charging and discharging the cap.
5) The Tank Capacitor. For my coil, it is made with several smaller caps connected in serie and parallel
6) The HV filter whose purpose is to suppress part of the high frequencies created by the system and which could damage comuters or other sensible devices in the house.