Здравствуй, читатель.

Эта запись посвящена самому амбициозному и успешному проекту нашей команды. Project Silantor — кодовое название для модели DR4, музыкальной катушки Тесла высотой 3 метра и с длиной разряда, достигающей 6 метров и больше. Это самая большая работающая катушка Тесла этого типа на Евразийском континенте на момент написания данной статьи. Ниже я расскажу некоторые подробности конструкции и истории её создания, от идеи до публичного запуска.

Идея сконструировать нечто действительно интересное витала в ноосфере нашей команды TeslaCoilRu уже несколько месяцев. Тесла-пушка, гигантская QCW DRSSTC, полноценное шоу с Тесла-тумбами и прочие проекты требовали реализации. Но увы, человеческая жизнь коротка, и приходится выбирать в каждый момент что-то одно. И мы решили для начала сделать Большую Катушку Тесла. Большую — это как минимум вдвое крупнее чем всё, что доводилось нам собирать до того. А это означало разряд не менее 5-6 метров и общие габариты не менее 300 см. Разумеется, даже вопрос не стоял о том, какого типа будет эта катушка — VTTC слишком ограничены мощностями доступных ламп и трансформаторов, искровые катушки унылы по своей природе, значит остаются DRSSTC — музыкальные транзисторные катушки Тесла.

Сказано — сделано. По сути такая большая катушка ничем не отличается от мелких, кроме некоторых нюансов, в основном термического и электромагнитнопомехового характера, о которых расскажу чуть позже. А значит, можно взять стандартный рецепт, хорошо нами обкатанный на более скромных катушках Тесла, и масштабировать его с учётом предполагаемой расчётной мощности: силовой мост на «кирпичах», MMC из плёночных конденсаторов на соответствующую емкость, драйвер с обратной связью по первичке, автоматика для плавного запуска в отдельном ящике, ну и, разумеется, резонатор — первичка, вторичка, тороид.

Вначале был нарисован эскиз в 3ds MAX: как будет в общем виде выглядеть будущая катушка Тесла: тумба, тороид и вторичка. А далее каждая из частей была отрисована в инженерном CADe Creo Elements, который позволяет экспортировать файлы программ напрямую на ЧПУ-станки. Это сильно упрощает работу: рисуем, например, целиком первичку вместе со стойками и верхней крышкой, потом делаем трассу для каждой из деталей по отдельности, даже если делаются они в разных местах и на разных станках, и при этом можно оставаться уверенным, что они все подойдут друг к другу как следует.

Хотя я лукавлю. Первым делом, ещё до проектировки, был сделан силовой мост. Просто чтобы дать какое-то реальное начало проекту, так сказать создать точку невозврата. Из специального Ящика Для Кремния были взяты IGBT-модули CM600DU-24NF от Powerex, каждый содержащий в себе два отдельных транзистора, соединённых в полумост, и рассчитанные на 1200 вольт и 600 ампер. По шинам питания из 4-миллиметровой меди разместились электролиты 12000 мкф 450 вольт, общим числом 6 штук, итого 900 вольт 18000 мкф. Поверх выводов «кирпичей» разместились два плёночных снабберных конденсатора для минимизации выбросов при переключении. Позднее на радиатор были добавлены два кулера. Вся эта конструкция вызывала праведный гнев проектировщика, поскольку делалась лично мной и чисто интуитивно, без какого-либо предварительного проектирования. Однако, она успешно собралась в одно целое и даже заработала с минимальными доработками.

Затем была намотана вторичная обмотка, размером 315х1800 мм. Мы никогда раньше не делали настолько крупных вторичек, и это оказалось довольно нетривиальной задачей, учитывая её вес и толщину провода (провод, кстати, ф=1.06мм ПЭВ-1, 1.12 мм в лаке). После намотки вторичка была покрыта эпоксидкой в один слой (планировали в три, но одного хватило, просто он вышел толстым) и поставлена вращаться до полного отвердевания. Резонансная частота без тороида составила около 50 кГц.

MMC собралась на специальных заказных конденсаторах, которые делает одна российская фирма. Пять конденсаторов ёмкостью 210 нф и напряжением 20 кВ образуют батарею общей ёмкостью около 1000 нф (или 1 мкф), что вполне достаточно даже для такой катушки Тесла, как эта. Стенки батареи вырезаны на ЧПУ-фрезере из поликарбоната 8 мм и даже снабжены ручкой для переноски.

А дальше проект остался в подвешенном состоянии, потому что мы не могли найти подрядчика на гидроабразивную резку стеклотекстолита, из которого предполагалось делать первичную обмотку (точнее, её каркас). Стеклотекстолит — офигенный по прочностным характеристикам материал, но его очень трудно обрабатывать механически, особенно если его толщина 15 мм. Гидроабразивная резка же режет всё что угодно без напряга. Эти поиски задержали всё почти на месяц, но в итоге завершились успехом. Диаметр первичной обмотки получился около 1 метра, медная трубка — 7/8″ (около 22 мм), и, скажу я вам, это действительно достойная конструкция — спокойно выдерживает вес шести человек без признаков деформации. Фанера в данной части конструкции ни за что не позволила бы достичь такой жёсткости. После первички собрать остальную ненагруженную часть тумбы из фанеры 18 мм и стальных шпилек не составило труда.

Чтобы убедиться, что наши расчёты верны и эта катушка в принципе может работать в выбранной конфигурации, оставалось только собрать автоматику и драйвер моста. Что и было сделано в кратчайшие сроки. Внутри коробки автоматики разместились — силовая розетка на 3 фазы, 380 вольт, автомат на 32А, пускатель, диодный мост, кулер для диодного моста, сигнальные лампы, зарядный резистор и драйвер. Внутри получилась жуткая каша из проводов, но свою задачу она выполняет — и слава Богу.

Первичная настройка заключалась в прогоне всей силовой части на первичку без вторичной обмотки. Здесь особо рассказывать нечего — подключаем, настраиваем драйвер, сверяем вид осциллограммы и фиксируем значение ограничителя максимального тока первички на желаемом уровне (мы остановились на 3600А). Попытались сразу поставить вторичную обмотку и собранный из гофры тороид (315х1800 мм, как вторичная обмотка), но габариты рабочего помещения не позволяли вообще ничего. Пришлось опять подвесить всё в ожидании пока найдётся полигон. Полигон нашёлся ещё через неделю, в виде пустого цеха одного умирающего завода, управляющий какового цеха любезно согласился его нам предоставить на вечер после рабочего дня. Приехали, собрали, и тут обнаружилось, что стены и пол металлические, да ещё и железные. Пришлось заново искать резонанс и настраивать драйвер, что заняло большую часть доступного времени, и в итоге получилась только пара кадров работающей катушки. Впрочем, этого хватило для того, чтобы вся наша команда начала писать кипятком — сходу удалось получить разряд длиной 5.5 метров! Оставалось ждать возможности нормально запустить готовый трансформатор Тесла на полную мощность.

А тем временем 9 и 10 августа на Елагином острове собирался проходить Geek Picnic — фестиваль науки, искусства и высоких технологий, в котором мы дебютировали с публичным Тесла-шоу в прошлом, 2013-м году. В этот раз мы собирались привезти туда Большую Катушку (пока ещё безымянную), совместив приятное с полезным: запустить её на открытом воздухе и на полную мощность и заодно основательно попиариться в СМИ и просто среди посетителей. Про Гик Пикник 2014 я попробую написать отдельный отчёт, а так просто скажу, что было здорово. Мощность катушки позволила сделать её разряды достаточно эффектными и доступными для фотосъёмки даже несмотря на довольно яркий вечерний свет. Под питание был выделен отдельный 100-кВт дизельный генератор. Мы огородили область диаметром около 20 метров вокруг Большой Катушки и начали зажигать 😉 Не обошлось без небольшой накладки — при разборке конструкции после репетиции в цехе с неё зачем-то сняли трансформатор тока, а при сборке на Гик Пикнике поставили не той стороной. В результате публике пришлось минут двадцать ждать, пока удастся найти ошибку, а мы, все взмыленные, бегали кругами вокруг катушки и судорожно думали что же блин тут не так. Проектировщик и разработчик огребли в спешке пару ударов током от сети, к счастью, не межфазным 380, а с фазы на землю, и лишь потому всё ещё с нами. Зато когда она наконец заработала… просто посмотрите видеозаписи, это трудно описать словами. Сыграли несколько наиболее хорошо звучащих на катушках Тесла мелодий — «Шторм» Вивальди, Братьев Марио, и Тетрис (Коробейники), после чего запускали в импульсном режиме, в котором она просто беспрерывно била в землю — 4 метра, 5 метров, 6 метров. Поглазеть на всё это собралось, по крайней мере, с полтысячи человек, напиравших друг другу на головы. Кадры работающей катушки в основном от них, спасибо всеобщей айфонизации.

После основного шоу, когда разошёлся народ, мы устроили короткое афтерпати, пользуясь кратким временем между закрытием фестиваля и закрытием самого парка. Удалось снять всего два видео, они перед вами. А также, кроме видео, несколько достойных фотографий, подтверждающих рекордную длину молнии в 6 метров. Примерно в то же время решили утвердить название — Project Silantor, от термина GIGANTOR — названия самой большой из существующих в мире музыкальной катушки Тесла, сделанной командой Стива Варда из США, и слова «силан», SiH4, газообразное соединение кремния с водородом. В высоковольтном коммьюнити гуляет шутка о том, что при взрыве транзисторов из них выделяется этот самый силан (что, разумеется, неверно, но слова «насиланить» — «взорвать транзисторы», «силанавты» — «неопытные конструкторы SSTC», «силаногенератор» — «плохо собранная катушка Тесла с перспективой скорого выхода из строя» и прочие — основательно вошли в жаргон). Как элемент самоиронии, вследствие постоянных шутливых прогнозов, что «этот твой мост точно насиланит», а также вопреки общему суеверию что как назовёшь лодку, так она и поплывёт, и было решено выбрать такое название.

Отдельно стоит сказать о тороиде. Он собран из алюминиевых труб, гнутых на трубогибном станке, и собранных на распорках в единое целое. Дизайн родился случайно при обсуждении, на что именно заменить мгновенно мнущуюся алюминиевую гофру. Результат превзошёл все ожидания: конструкция лёгкая, прочная, жёсткая и превосходно выполняет функции формирования разрядного промежутка для молнии. С уверенностью можно сказать, что ничего похожего на этот тороид на нашем континенте пока не обнаружено и он уникален. Габариты — 2000х500 мм, каждая труба 50 мм диаметром.

Итого на проект ушло около 2 месяцев считая ожидание и разработку, и около 2 недель на актуальную сборку и настройку.

Ниже можно посмотреть массу видео и фото запусков с разных ракурсов, а также процесса сборки Силантора.