หม้อแปลงไฟฟ้าแรงสูงของเทสลา

 

See >>>

https://www.facebook.com/share/p/1GWaBruqth/

หม้อแปลงไฟฟ้าแรงสูงของเทสลา

เมื่อวันที่ 20 มีนาคม พ.ศ. 2440 นิโคลา เทสลาได้ยื่นขอจดสิทธิบัตรหมายเลข 593,138 ของสหรัฐอเมริกา โดยแนะนำหม้อแปลงไฟฟ้าแรงสูงที่รับมือกับความท้าทายที่ใหญ่ที่สุดของขดลวดเหนี่ยวนำแบบดั้งเดิม สิทธิบัตรดังกล่าวได้รับการอนุมัติเมื่อวันที่ 2 พฤศจิกายน พ.ศ. 2440 ซึ่งถือเป็นก้าวกระโดดครั้งสำคัญในด้านวิศวกรรมไฟฟ้า วันนี้ เราขอเฉลิมฉลองความเฉลียวฉลาดของเทสลาและนวัตกรรมที่ทำให้หม้อแปลงของเขาไม่เหมือนใคร

ในสมัยนั้น หม้อแปลงไฟฟ้าแบบธรรมดามักประสบปัญหาฉนวนขาด เกิดประกายไฟ และสูญเสียพลังงานเมื่อแรงดันไฟฟ้าสูง การออกแบบของเทสลาได้แก้ไขปัญหาเหล่านี้โดยใช้ขดลวดแบบเกลียวแบนที่จัดการการกระจายแรงดันไฟฟ้าอย่างระมัดระวัง ป้องกันการคายประจุที่ทำลายล้าง และช่วยให้แรงดันไฟฟ้าสูงทำงานอย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพมากขึ้น

หม้อแปลงไฟฟ้าของเทสลาทำงานอย่างไร

ขดลวดแบบเกลียวแบนของเทสลามีขดลวดรองอยู่ตรงกลาง โดยมีขดลวดปฐมภูมิพันรอบส่วนนอก ขดลวดแบบนี้ช่วยลดความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างขดลวดที่อยู่ติดกัน ลดความเครียดของฉนวนและการเกิดประกายไฟ ซึ่งเป็นข้อบกพร่องที่สำคัญของหม้อแปลงไฟฟ้าแบบดั้งเดิม 

เอาต์พุตแรงดันไฟฟ้าสูงถูกดึงออกมาจากขั้วด้านในของตัวรอง ในขณะที่ปลายศักย์ต่ำถูกเชื่อมต่อกับขั้วปฐมภูมิและกราวด์ ทำให้ระบบมีเสถียรภาพ

หนึ่งในข้อมูลเชิงลึกที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของเทสลาคือการใช้การสั่นพ้องของความยาวคลื่นหนึ่งในสี่เพื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วให้สูงสุดในขณะที่ป้องกันฉนวนเสียหาย:

“ในการสร้างหม้อแปลงที่ปรับปรุงใหม่ ฉันใช้ความยาวของตัวรองซึ่งมีความยาวประมาณหนึ่งในสี่ของความยาวคลื่นของการรบกวนไฟฟ้าในวงจรรวมทั้งขดลวดทุติยภูมิ”

โดยการออกแบบขดลวดทุติยภูมิให้มีความยาวหนึ่งในสี่ของความยาวคลื่นไฟฟ้า เทสลาจึงมั่นใจได้ว่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดจะปรากฏที่ขั้วศักย์สูง โดยสูญเสียพลังงานและมีความเสี่ยงต่อการเสียหายน้อยที่สุด ซึ่งแตกต่างจากหม้อแปลงทั่วไปที่อาศัยการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเพียงอย่างเดียว หม้อแปลงของเทสลาปรับการเหนี่ยวนำให้เหมาะสมที่สุดโดยใช้การสั่นพ้อง การมีปฏิสัมพันธ์ไฟฟ้าสถิต และการเคลื่อนที่ของประจุ ส่งผลให้กระบวนการถ่ายโอนพลังงานควบคุมได้มากขึ้นและมีประสิทธิภาพมากขึ้น

 การเปลี่ยนแปลงในการออกแบบหม้อแปลงของ Tesla

สิทธิบัตรของ Tesla ได้ระบุถึงหม้อแปลงของเขาหลายแบบ โดยแต่ละแบบได้รับการออกแบบมาเพื่อรับมือกับความท้าทายทางวิศวกรรมที่แตกต่างกัน:

🔹 การกำหนดค่าแบบเกลียวแบน (การออกแบบหลักของเขา) – ให้การกระจายแรงดันไฟฟ้าที่เสถียร ลดความเครียดของฉนวนให้เหลือน้อยที่สุด

🔹 การกำหนดค่าคอยล์แบบกรวย – คอยล์รองที่พันบนกรวยที่ถูกตัดทอน โดยมีคอยล์หลักอยู่ที่ฐาน ออกแบบมาเพื่อปรับปรุงการไล่ระดับแรงดันไฟฟ้าโดยเปลี่ยนรูปทรงเพื่อกระจายศักย์ไฟฟ้าให้สม่ำเสมอมากขึ้น

🔹 การกำหนดค่าแบบคู่-รอง – การออกแบบโดยใช้คอยล์รองสองอันที่แบ่งปันคอยล์หลักร่วมกัน โดยปรับสมดุลของความเหนี่ยวนำและความจุเพื่อให้เกิดการสั่นพ้องที่เสถียรและการกระจายพลังงานที่ดีขึ้น

Tesla ยังได้เสนอระบบส่งไฟฟ้าแรงสูงโดยใช้หม้อแปลงเพิ่มแรงดันและหม้อแปลงลดแรงดัน:

"หม้อแปลงรับจะถูกสร้างขึ้นและเชื่อมต่อในลักษณะเดียวกันกับแบบแรก นั่นคือ ปลายด้านในหรือตรงกลางของส่วนที่สอดคล้องกับหม้อแปลงรองของแบบแรกจะเชื่อมต่อกับสาย และปลายอีกด้านหนึ่งเชื่อมต่อกับดิน"

 ระบบที่มีศักย์ไฟฟ้าสูงต่อสายดินนี้เป็นก้าวสำคัญสู่การส่งไฟฟ้าระยะไกลที่มีประสิทธิภาพ ซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญในวิสัยทัศน์ที่ยิ่งใหญ่กว่าของเทสลาสำหรับเครือข่ายพลังงานทั่วโลก

เหตุใดหม้อแปลงของเทสลาจึงมีความสำคัญ

✅ ช่วยให้มีศักย์ไฟฟ้าสูงเป็นพิเศษในขณะที่ลดความเครียดของฉนวนให้เหลือน้อยที่สุด

✅ ลดการเกิดอาร์กที่สร้างความเสียหายโดยจัดการความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างรอบ

✅ ป้องกันการปล่อยประจุที่เป็นอันตรายผ่านการต่อสายดินและการควบคุมไฟฟ้าสถิตอย่างระมัดระวัง

✅ ถ่ายโอนพลังงานความถี่สูงและแรงดันไฟฟ้าสูงอย่างเหมาะสมเพื่อประสิทธิภาพที่มากขึ้น

ต่างจากหม้อแปลงทั่วไปที่อาศัยการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเพียงอย่างเดียว ระบบของเทสลาปรับปรุงการเหนี่ยวนำด้วยหลักการเรโซแนนซ์และไฟฟ้าสถิต

สิทธิบัตรของเขาในปี 1897 ถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในด้านวิศวกรรมไฟฟ้า แสดงให้เห็นถึงความเชี่ยวชาญของเขาในด้านเรโซแนนซ์ พลังงานความถี่สูง และการใช้งานแรงดันไฟฟ้าสูงอย่างปลอดภัย วิสัยทัศน์ของเทสลายังคงเป็นพรมแดนที่ยังไม่ได้รับการใช้ประโยชน์ ซึ่งเทคโนโลยีสมัยใหม่เพิ่งจะเริ่มสำรวจเท่านั้น

 #NikolaTesla #สิทธิบัตร #เทคโนโลยีแรงดันสูง #เรโซแนนซ์ #ไฟฟ้า #วิศวกรรม #นวัตกรรม #ก้าวล้ำสมัย #ก้าวล้ำสมัยครั้งที่สี่