home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ PC Electronics Plus 3 / PC Electronics Plus 3.iso / the / tesladoc < prev   
Text File  |  1993-02-02  |  15KB  |  471 lines

  1.                       The Tesla Coil Designer
  2.  
  3.                            By: Walt Noon
  4.  
  5.  
  6.  
  7.  
  8.  
  9.  
  10.     The Tesla Coil Designer has been written specifically to allow
  11. anyone with even the simplest knowledge of electronics to be able
  12. to design their own Tesla coil (of any size and voltage) the very
  13. first time.  Even if you've have never had any experience with such
  14. a coil at all!
  15.  
  16.     The program has been written so that each component of Tesla
  17. coil design can be individually calculated.  This will allow any
  18. experimenter maximum versatility in tapering his/her design to what
  19. materials are available to them.  This will also allow unusual
  20. materials and designs to be tried before actually investing in
  21. them.
  22.  
  23.     Also included in the program is the "The Tesla Coil Designer"
  24. option which will guide you one step at a time through the
  25. construction of a custom coil of your own design.
  26.  
  27.     This program literally performs many dozens of complex Tesla
  28. coil equations, with lightning speed, while asking just a few
  29. simple on-screen questions.
  30.  
  31.  
  32.  
  33.                    Installation On A Hard Drive
  34.  
  35.  
  36.  
  37.     The Tesla coil designer will run equally well from either a
  38. floppy disk system, or a hard disk system.  To instal the program
  39. on a hard drive type the following:
  40.  
  41.     MD TESLA
  42.  
  43.     CD TESLA
  44.  
  45.     Then insert the Tesla Coil designer into drive A and type:
  46.  
  47.     Copy a:*.*
  48.  
  49.     The program is now installed.  To use the program at any time
  50. in the future simply type:
  51.  
  52.     CD TESLA
  53.  
  54.     TESLA
  55.  
  56.  
  57.                      Use with a Hercules card
  58.  
  59.  
  60.  
  61.  
  62.     If you do not have at least CGA graphics for your computer, you
  63. can still use the program with a Hercules graphics card.  Included
  64. on the disk is a CGA emulation program for Hercules monitors. 
  65. Simply type:  HERC/e before running 'The Tesla Coil Designer.'
  66.  
  67.  
  68.  
  69.                     Getting Around The Program
  70.  
  71.  
  72.  
  73.     Just like everything else in The Tesla Coil Designer, entering
  74. values is simple.  The few useful tips I would recommend are:
  75.  
  76.     When answering on-screen questions, you may at any time return
  77. to the main menu (of that section) by typing a blank line instead
  78. of an answer.  (Just remember that in doing so the operation has
  79. been "aborted" and will have to repeated.)
  80.  
  81.     To make things easier when entering large numeric values, you
  82. may include commas if you choose.
  83.  
  84.  
  85.  
  86.  
  87.                          Tesla Coil Basics
  88.  
  89.  
  90.  
  91.     (Many good books have been written on Tesla Coil design, a few
  92. will be mentioned at the end of this document, and it is strongly
  93. suggested that those unacquainted with Tesla coil design purchase
  94. and read these for a better understanding of Tesla coils.  The
  95. following Tesla coil information is only meant to brief you with
  96. regards to the workings of the program.)
  97.  
  98.     The title screen of the program shows a basic schematic of a
  99. Tesla coil.  (An IMG file of this drawing is also included on the
  100. disk.)
  101.  
  102. There are only 5 components in basic Tesla coil design.  The first
  103. (at the left) is an INPUT or "LINE" TRANSFORMER.
  104.   
  105.     The LINE TRANSFORMER is typically the type used to power neon
  106. signs or oil furnace ignition systems.  This transformer is used to
  107. step-up line (wall) current from 110 VAC to between 3000 and 15000
  108. volts.  Large transformers such as distribution transformers (those
  109. seen on power lines) have also been used and may achieve 17000
  110. volts or more.   
  111.  
  112.     This high voltage is needed to supply enough energy to the
  113. high-voltage CAPACITOR so that it can "kick" out pulses at a very
  114. high speed and not be depleted.
  115.  
  116.     The next component is the CAPACITOR.  This device stores a
  117. charge, much like a battery, except that it can be charged or
  118. discharged almost instantly.
  119.  
  120.     As a charge builds up in the CAPACITOR, it eventually becomes
  121. large enough to arc across the SPARK GAP.
  122.  
  123.     The SPARK GAP acts like a high-voltage switch.  When the energy
  124. in the CAPACITOR reaches a certain level, it arcs across the SPARK
  125. GAP and supplies power to the Tesla coil's PRIMARY winding.  As
  126. this spark arcs across the gap, it partially depletes the CAPACITOR
  127. and thereby quenches itself, restarting the cycle.
  128.  
  129.     Note: This happens very quickly, typically 500000 times a
  130. second or so.
  131.  
  132.     The PRIMARY winding is just a few turns of heavy gauge wire. 
  133. (Rarely less than 3, or more than 10.)
  134.  
  135.     Unlike a conventional transformer, a Tesla coil's output power
  136. is not only related to the ratio of turns in the PRIMARY and
  137. SECONDARY.  In fact, the PRIMARY acts more like a radio
  138. transmitter, and the SECONDARY a tuned radio receiver.  When the
  139. high frequency wave emanating from the PRIMARY strikes the
  140. secondary, if they are properly in tune, the SECONDARY will begin
  141. to oscillate powerfully.
  142.  
  143.     This has been described to be like the effect of a child on a
  144. swing.  If the child is pushed at just the right moment, the swing
  145. will gain in amplitude.  If pushed at the wrong time, however, the
  146. swinging will be deadened.
  147.  
  148.     The SECONDARY is simply a long winding of wire (typically 500
  149. turns or so) that, when stimulated by the primary, produces these
  150. oscillations.  In doing this, the SECONDARY coil will produce
  151. amazingly powerful oscillations and voltages anywhere from 200,000
  152. to the millions.
  153.  
  154.     Note:  Many books and articles rely on Tesla's 1/4 wave theory
  155. to determine the length of the SECONDARY windings.  Using the 1/4
  156. wave theory can lead to errors as great as 50%!  For those
  157. accustomed to such "guesstamation", this program will give an
  158. extreme increase in accuracy and design!
  159.  
  160.     The voltages and frequencies produced from a Tesla coil offer
  161. many mind-boggling and startling effects such as sending
  162. electricity over great distances with virtually no loss and
  163. lighting bulbs without wires.  Also many rare oddities such as
  164. stopping internal combustion vehicles and even passing currents
  165. through human bodies without harm.  (Be careful if attempting
  166. this.)
  167.  
  168.     There are many systems other than the spark gap design for
  169. stimulating Tesla coils.  You will find many features of this
  170. program useful in those designs as well.
  171.  
  172.  
  173.  
  174.                              Important
  175.  
  176.  
  177.  
  178.     The "Tesla Coil Designer" is being distributed without copy
  179. protection for your convenience.  Please take a few minutes to
  180. back-up your original disk and then put it in a safe place.
  181.  
  182.     The original disk should be used as a "master" copy only.  You
  183. should run the program from your back-up disks.
  184.  
  185.  
  186.  
  187.  
  188.                          Using The Program
  189.  
  190.  
  191.  
  192.     Virtually everything about this program is self-explanatory. 
  193. With just a little practice, you will be able to use this program
  194. as if it were second nature.
  195.  
  196.     For the experienced Tesla coil builder, the program will offer
  197. a very handy time-saving calculator, for the new or inexperienced
  198. builder this program will offer great ease in producing his own
  199. designs.
  200.  
  201.     I've always believed the best way to learn was by doing, so
  202. let's design a complete 200,000 volt Tesla coil right now.
  203.  
  204.     First, boot up the program and go to the "Top Menu."  The first
  205. thing we will need to know is how much power to put into our coil
  206. to get the proper output, so, select option 2 "Coil Length & Size
  207. Calculator."
  208.  
  209.     Since we want to determine our input voltage, select option 3
  210. "Determine input transformer."  The program asks "What is the
  211. planned voltage of your coil?" type 200000 and hit enter.
  212.  
  213.     The program reminds you of how watts are calculated, and tells
  214. you that 400 watts will be needed.  The program also estimates the
  215. spark length.  Hit any key to return to the menu.
  216.  
  217.     Next we need to match a capacitor to our transformer, so from
  218. the menu, select option 4 "Main menu."
  219.  
  220.     From the Top menu select option 1 "Capacitor and leyden jar
  221. calculator."
  222.  
  223.     From this menu select 5 "Match a capacitor to a coil."
  224.  
  225.     The computer asks for our input transformer voltage.
  226.  
  227.     Now, we know that our input transformer must produce 400 watts,
  228. and the transformer menu reminded us that : volts * current =
  229. watts, so we need to enter values here that will give us at least
  230. 400 watts.  (In building your own coil, you will probably enter
  231. here whatever you have available.)
  232.  
  233.     From experience I know that a typical neon transformer voltage
  234. is 12000 volts and about 35 milliamperes.
  235.  
  236.     12000 * .035 = 420 watts
  237.  
  238.     420 watts is plenty, so lets enter these values.
  239.  
  240.     Enter 12000 for voltage, then enter 35 when asked for
  241. milliamperes.
  242.  
  243.     Enter 60 for frequency.
  244.  
  245.     The program tells us we need a .0077 uf capacitor.  That was
  246. easy.  Now hit any key to return to the menu.
  247.  
  248.     Note: From the capacitor menu you may also calculate how to
  249. make your own high voltage capacitors!
  250.  
  251.     Select option 6 "Main menu."
  252.  
  253.     From the top menu select option 2.
  254.  
  255.     We now know our input transformer and our capacitor size. 
  256. Let's calculate our primary coil next.
  257.  
  258.     Select option 1 "Calculate primary coil's inductance and
  259. frequency."
  260.  
  261.     The program reminds us that our primary coil's diameter should
  262. be approximately 3 times that of our secondary coil.  Again here,
  263. this will usually be determined by what you have available.
  264.  
  265.     Let us assume that our secondary will have a diameter of 3
  266. inches (common among builders using PVC pipe) so our secondary will
  267. be 3 times that, or 9 inches in diameter.
  268.  
  269.     Enter 9.
  270.  
  271.     The program asks for the shape of the primary, enter 1.
  272.  
  273.     Now the program asks for spacing, enter .5.
  274.  
  275.     The program asks for the number of turns, enter 5.
  276.  
  277.     At this point the program calculates circuit inductance (very
  278. useful feature) and asks if we would like to know the frequency. 
  279. Enter Y.
  280.  
  281.     The program asks what capacitor we will be using.  We have
  282. determined this to be .0077, so enter .0077.
  283.  
  284.     The program now tells us our frequency will be 652398.9 Hz!
  285.  
  286.     Now we can calculate our final component, our secondary coil. 
  287. Hit enter.
  288.  
  289.     From the menu enter option 2.
  290.  
  291.     The program asks for the frequency of the primary coil, since
  292. we just determined that was 652398.9 enter that number.
  293.  
  294.     The program asks for the height of the secondary coil.  Since
  295. we know the height should be no more than 5 times that of the
  296. primary, let's try 12 inches.  Enter 12.
  297.  
  298.     Next we're asked for a diameter of the secondary, remember this
  299. should be about 1/3 of the primary, so enter 3.
  300.  
  301.     The program gives us the exact number of windings for a
  302. properly resonant secondary coil in this circuit to be 792.1 and
  303. asks if we would like to know the gauge of wire needed.
  304.  
  305.     Enter Y.
  306.  
  307.     Finally, the program calculates the wire gauge needed to be 28
  308. AWG wire.
  309.  
  310.     CONGRATULATIONS!  You have just designed a 200,000 volt Tesla
  311. coil from the ground-up in a matter of minutes!
  312.  
  313.     Our coil consists of:
  314.  
  315.     Primary coil: 5 turns, 9 inches in diameter, .5 inches between
  316. turns.
  317.  
  318.     Secondary coil: 792.1 turns, 3 inches in diameter, 28 AWG wire.
  319.  
  320.     Capacitor: .0077 uf
  321.  
  322.     Input (line) transformer: 12000 volts, 35 ma.
  323.  
  324.     Because of the enormous variances in spark gaps, this coil
  325. should be used with an adjustable gap.
  326.  
  327.     That's all there is to it.  Of course, you will undoubtedly
  328. choose to vary many or all components, and you do not need to stick
  329. to any specific order (though "The Designer" option uses this
  330. method).
  331.  
  332.                         Use With Windows
  333.  
  334.  
  335.      The Tesla Coil Designer will run from Microsoft Windows
  336. operating system.  Included on the disk is a special icon for
  337. Windows 3.1.  This icon was designed by Bert Pool.
  338.  
  339.      Note: The following installation instructions assume that:
  340.  
  341.      (1) You have installed The Tesla Coil Designer on C: drive in
  342. a directory called "TESLA."
  343.  
  344.      (2) Microsoft Windows has been installed on C: drive in a
  345. directory called "WINDOWS."
  346.  
  347.      To copy this new icon to your Windows operating system:
  348.  
  349.      Copy the TESLA.ico icon file from your original disk to your
  350. C:\Windows directory.
  351.  
  352.      a) Open your Applications window by clicking on its title bar.
  353.  
  354.      b) Select any icon in the Application window by clicking on
  355. the icon ONE time.  The title under the icon should highlight.
  356.  
  357.      c) Click on "File" at the top of the screen.
  358.  
  359.      d) Select "Copy."
  360.  
  361.      e) Select the "Applications" group with your mouse pointer.
  362.  
  363.      f) Click on "OK."
  364.  
  365.      g) You will now find two identical icons in the Applications
  366. window.  The new icon will already be selected.  We are going to
  367. change this selected icon into the Tesla icon.
  368.  
  369.      h) Click on "File" again.
  370.  
  371.      i) Select "Properties."
  372.  
  373.      j) Change the description to "Designer"
  374.         the command line to "C:\TESLA\TESLA.exe" and
  375.         the working directory to "C:\TESLA" to complete step j.
  376.  
  377.      k) Click on "Change Icon."
  378.  
  379.      l) Change the File name to "C:\WINDOWS\TESLA.ICO
  380.         Click on "OK."
  381.  
  382.      m) Click on "OK" again.
  383.  
  384.      n) Your Application window should now have a TESLA icon which
  385. resembles a Tesla coil discharging high voltage.
  386.  
  387.      o) To run the Tesla Coil Designer computer program, double
  388. click on the Tesla coil icon.
  389.  
  390.                           Important Tips
  391.  
  392.  
  393.  
  394.     Good Tesla coil designs incorporate the following guidelines:
  395.  
  396.     1.  A secondary coil's height should be approximately equal to
  397. that of the projected spark length.
  398.  
  399.     2.  It is a poor design habit to produce a long, thin secondary
  400. of fine wire.  ("The Designer" is programmed to estimate the
  401. largest possible wire for a given form.)
  402.  
  403.     3.  "The Designer" is programmed to assume that your primary
  404. coil will be made from either be a very heavy gauge wire or copper
  405. tubing (such as used in refrigerators).
  406.  
  407.     4.  In a Tesla coil inductance determines output voltage, not
  408. the ratio of turns in the primary and secondary coils.
  409.  
  410.     I hope that you will enjoy the "Tesla Coil Designer" as much as
  411. I enjoyed writing it.  If there is enough interest in the program
  412. from our community, I promise to write many future revisions
  413. including VGA graphics and perhaps even an accompanying book along
  414. with CAD oriented designs.
  415.  
  416.     Thank you for purchasing "The Tesla Coil Designer."
  417.  
  418.     Another 5 minutes into the future...
  419.  
  420.  
  421.  
  422.                                    Walt Noon
  423.  
  424.  
  425.  
  426.  
  427.     Suggested reading:
  428.  
  429.     "Tesla Coil" by George Trinkaus, 4326 S.E. Woodstock, #489,
  430. Portland, OR 97206 - Practical, simplistic look at home-style tesla
  431. coil construction.
  432.  
  433.     "Tesla Coils!  100 Years of electrical magic" by Brent C.
  434. Turner, 18321 Edgewood, Villa Park, CA 92667 - In depth look at
  435. many designs.  Includes mathematics.  Somewhat expensive, but worth
  436. it for the serious experimenter.
  437.  
  438.     "Tesla Coil Secrets" by R.A. Ford Available from Lindsay
  439. Publications, Inc., Bradley, IL 60915
  440.  
  441.     Other sources:
  442.  
  443.     Tesla Coil Builder's Association
  444.     RR6 - Box 181
  445.     Queensbury,  New York, 12804
  446.  
  447.  
  448.     Information Unlimited
  449.     Box 716
  450.     Amherst, New Hampshire, 03031
  451.  
  452.  
  453.     Lindsay Publications
  454.     Box 12
  455.     Bradley,  Illinois, 60915
  456.  
  457.  
  458.     Also check with Lindsay Publications for my new Book on
  459. electrostatic generator construction.  Available in mid '92!
  460.  
  461.     
  462.  
  463.    
  464.  
  465.  
  466.  
  467.  
  468.     
  469.  
  470.  
  471.