Aufbau einer Teslaspule (Hochspannungserzeugung)

Ein Tesla-Transformator, auch als Teslaspule bezeichnet, ist ein nach seinem Erfinder Nikola Tesla (*10. Juli 1856; †7. Januar 1943) benannter Resonanztransformator zur Erzeugung hochfrequenter Hochspannung (Wechselspannung).

Sein Funktionsprinzip basiert auf der Resonanz magnetisch lose gekoppelter elektrischer Schwingkreise.

Im Gegensatz zu Leistungstransformatoren, welche im Hochspannungsbereich eingesetzt werden und deren Anwendung im Bereich der elektrischen Energietechnik liegt, bewegt sich trotz hoher Momentanleistungen die mittlere Leistung von Tesla-Transformatoren im Bereich von einigen Watt bis zu einigen wenigen Kilowatt.

Tesla-Transformatoren dienen aufgrund der geringen Leistungen als relativ gefahrlose Hochspannungsquelle für verschiedenartige Hochspannungsexperimente; sie besitzen in der elektrischen Energietechnik keine Bedeutung.

Eine Teslaspule besteht grundlegend aus zwei Schwingkreisen. Diese beiden Schwingkreise sollten im Optimalfall auf der selben Eigenfrequenz schwingen. 

Tesla wollte Energie drahtlos übertragen. Dies ist im auch in gewissen Grenzen gelungen. Es gibt Berichte darüber, dass in 10Km Entfernung ein ganzes Feld voller Glühbirnen geleuchtet hat. Allerdings war bei diesem Versuch die Energieaufnahme seiner Anlage so groß, dass die Stadtwerke von Colorado Springs, die ihn mit Strom versorgten, abgebrannt sind.

Funktion einer Teslaspule

Der Schalter (die Funkenstrecke) ist zunächst offen. Damit die Funkenstrecke zündet (d.h.: leitend wird, Schalter schließt), muss an ihm eine bestimmte Spannung anliegen. Diese Spannung beträgt etwa 1kV/mm Abstand der Elektroden. Sobald diese Spannung erreicht wird, schlägt die Funkenstrecke durch. Die Luft zwischen den Elektroden wird ionisiert und damit leitfähig. Deswegen leitet die Funkenstrecke auch weiterhin Strom, auch wenn die Zündspannung schon lange wieder unterschritten wurde. Während die Funkenstrecke brennt, schließt sie den Trafo kurz und den Kondensator mit der Spule parallel. Die Beiden bilden einen Schwingkreis. Aus diesem Schwingkreis wird, abhängig vom Kopplungsfaktor, immer Energie aus dem Primär in den Sekundärkreis übertragen. Der Kopplungsfaktor bestimmt dabei die Menge an Energie, die bei jeder Schwingung übertragen wird. Diese Energie wird dem Primärkreis natürlich entnommen. Dieser Vorgang findet solange statt, bis sich die gesamte Energie im Sekundärkreis befindet. Im Idealfall erlischt jetzt die Funkenstrecke ("quenscht"), dadurch wird der Kondensator wieder von der Spule getrennt, der Schwingkreis ist unterbrochen. Da es jetzt keine Schwingungen mehr gibt, die mit dem Sekundärkreis gekoppelt sein könnten, gibt es auch keine Energieübertragung mehr. Die Energie ist im Sekundärkreis "gefangen". Dort entlädt sie sich meist in Form eines Streamers, wird in ohmschen Verlusten "verheizt" (Drahtwiderstand ) oder wird als HF-Energie abgestrahlt.

Der Aufbau der Elektronik, für die Ansteuerung der Spule

 

 

Was ist ein Schwingkreis

Bei einem Schwingkreis handelt es sich um die Parallel- oder Serienschaltung eines Kondensators und einer Spule. Er dient meist zum Erzeugen von elektrischen Sinusschwingungen. Die Spule induziert durch das sich aufbauende Magnetfeld eine Spannung in die entgegengesetzte Richtung, die dem Strom entgegenwirkt, lassen wir z.B. einen Strom durch eine Spule fließen, wird dieser nur langsam ansteigen.