Wyładowania elektryczne w takt muzyki

Prace Damiana Pali, Mateusza Krawczyka, Wojciecha Sorbiana oraz Norberta Kudera pod okiem dr hab. inż. Pawła Zydronia trwały prawie rok. Muzyczna cewka Tesli to, jak wyjaśniają twórcy, rodzaj transformatora na rdzeniu powietrznym wynaleziony pod koniec XIX wieku, dzięki któremu możliwe jest wytwarzanie w obwodzie rezonansowym napięcia o bardzo dużych wartościach. Studenci zainspirowani pracami amerykańskiego konstruktora, który kilkanaście lat temu zaproponował nowy sposób zasilania takiego transformatora, postanowili sami zastosować ten pomysł i przy użyciu elementów energoelektronicznych kontrolować wyładowania. Podłączenie instrumentu muzycznego lub komputera do urządzenia pozwala na modulację sekwencji wyładowań elektrycznych w powietrzu, a tym samym uzyskanie pożądanych dźwięków.

 

- Cewka generuje napięcia na poziomie 650 000 V, dzięki czemu jesteśmy w stanie wytwarzać w powietrzu wyładowania o długości kilku metrów - wyjaśnia działanie dr hab. inż. Paweł Zydroń - Każde takie wyładowanie niesie pewną energię, tworząc kanał zjonizowanego gazu, w którym ze względu na wysoką temperaturę następuje gwałtowny wzrost ciśnienia, powodujący w efekcie powstanie fali akustycznej, docierającej do naszych uszu. Powstający dźwięk to sekwencja zmodulowanych wyładowań, które jednocześnie stanowią „głośnik" urządzania.

 

Najbardziej widoczną częścią transformatora jest uzwojenie wtórne umieszczone na długiej pionowej rurze oraz górna, toroidalna elektroda. Ważnym elementem jest także uzwojenie pierwotne umieszczone w dolnej części transformatora Tesli oraz układ sterowania z przekształtnikiem energoelektronicznym, który odpowiada za powstawanie dźwięków i zapewnia odpowiednią pracę całego układu. - Do budowy górnej elektrody wykorzystaliśmy rurę spiro, która znajduje zastosowania w piecach łazienkowych czy klimatyzacji. Następnie nanieśliśmy na nią gips, aby wyrównać niedoskonałości powierzchni, oraz okleiliśmy aluminiową taśmą samoprzylepną - szczegóły konstrukcyjne przybliża Damian Pala. „Rusztowanie" uzwojenia wtórnego stanowi rura polipropylenowa, której naturalnym przeznaczeniem miało być doprowadzanie wody do gospodarstw domowych. - Uzwojenie pierwotne wykonaliśmy z taśmy miedzianej zwiniętej w spiralę liczącą kilkanaście zwojów. Najważniejszym elementem jest układ energoelektroniczny odpowiadający za sterowania mostkiem głównym przekształtnika, wykonanym przy zastosowaniu wysoko-napięciowych tranzystorów mocy.
Podczas realizacji projektu studenci poszerzyli wiedzę nie tyko z zakresu elektroniki, sterowania mikroprocesorowego czy energoelektroniki. - Poznaliśmy także uroki pracy w grupie. Prace nad transformatorem wymagały od nas wiedzy ekonomicznej potrzebnej chociażby do skalkulowania kosztów, zaplanowania wydatków i zmieszczenia się w założeniach kosztorysu, ale także zapewnienia odpowiedniej logistyki, testowania poszczególnych elementów i projektowania układów energoelektronicznych - wyjaśnia Damian Pala.

 

Prace w Laboratorium Wysokich Napięć wymagają również wiedzy z zakresu bezpieczeństwa pracy przy urządzeniach wysokonapięciowych. Transformator zlokalizowany jest w wysokonapięciowym polu probierczym, a osiatkowana przestrzeń wokół niego zapewnia bezpieczeństwo osobom na zewnątrz. - Studenci projektując i wykonując transformator Tesli szczególnie dbali o bezpieczeństwo, a to z pewnością zaprocentuje w ich przyszłej pracy w elektroenergetyce czy też przy urządzeniach wysokiego napięcia - podkreśla opiekun projektu dr hab. inż. Paweł Zydroń. Urządzanie jest cały czas doskonalone, a studenci pracują nad poprawą jakości generowanego dźwięku.

Tekst: Anna Żmuda
Foto: Zbigniew Sulima, Damian Pala

 

<iframe src="http://www.youtube.com/embed/yJq-dSVZCB4" frameborder="0" height="293" width="520"></iframe>