Théorie
Peu de documentation existe afin de bien dimensionner la bobine secondaire et c'est en faisant des essais que nous nous sommes aperçus que cet élément est le plus souvent sous dimensionné par les concepteurs.
Si la bobine est sous-dimensionnée, on observe des arcs entre les spires.
Il est important de ne pas dépasser une certaine valeur de tension entre spires pour ne pas avoir ce phénomène.
Cette photo qui montre un arc entre spires, en est l'illustration:
Les quelques tableaux que nous avons trouvés nous ont même conduits à sous dimensionner notre première Tesla.
Entre nos deux prototypes, nous n'avons rien changé hormis les bobines primaire et secondaire et pourtant la différence fut vraiment importante.
Avec la première bobine nous avions été obligés de diminuer le couplage en surélevant le secondaire pour éviter que celle-ci n'arque sur elle-même.
Avec un couplage maximum notre bobine ne fonctionnait pas du tout et après avoir effectué le réglage optimum en hauteur la limite d'arcs entre pointes était de 80 cm.
Notre deuxième bobine a quant à elle, permis des arcs de 120 cm soit 40% de mieux.
Voici donc les quelques règles à suivre :
- Le rapport de la hauteur sur le diamètre ne doit pas dépasser 5 tout en restant supérieure à 1.
- Il faut se référer à la courbe de Paschen pour dimentionner la hauteur de la bobine (celle ci donnant la tension disruptive pour une distance donnée) par exemple une décharge de 1 mètre correspond à 1 000 000 V à la pression atmosphérique.
- Le nombre de spires doit être compris entre 800 est 1200
- La bobine doit être une antenne ¼ d'onde (voir la theorie)
Lorsque tout ceci est respecté, il apparaît qu'il ne reste plus beaucoup de place à l'improvisation comme la hauteur qui détermine le diamètre du fil.
Réalisation
Sur le plan manuel c'est la partie la plus délicate et il vous faudra une certaine dose de patience et de soins pour la réaliser.
Le matériel nécessaire est :
- Fil émaillé
- Tube de PVC genre écoulement mais de faible épaisseur (les tube de traversé dans le béton sont à proscrire en raison de leur épaisseur trop importante et des pertes qu'ils induiraient dans la bobine.
- Un pot de résine époxy du type Araldite pour sceller l'ensemble de la bobine.
- Colle PVC
Il n'est pas facile de trouver du fil émaillé en longueur suffisante et vous serez certainement obligé de faire un raccord au milieu de la bobine. Ce n'est pas un problème encore faut-il prendre quelques précautions en espaçant les spires à ce niveau (4mm) et en faisant une soudure la plus fine possible sur au moins 3cm de chevauchement.
Pour faire l'enroulement il semble hasardeux de pratiquer à la main à moins d'avoir vraiment beaucoup de temps et beaucoup d'adresse. Le mieux est de fabriquer un montage comme un genre de tour à l'aide d'une perceuse à variateur ou d'un moteur muni d'un réducteur et de préférence équipé d'une commande au pied car vous aurez les deux mains prises si le fil part en vrac.
Pour le fil : www.farnell.com ou www.radiospares.fr
Il faudra couper les extrémités du tube PVC le plus droit possible et les sceller avec deux disques plastiques préalablement découpés en utilisant de préférence de la colle PVC.
Certains préconisent d'étuver le tube avant de le sceller afin de retirer au maximum l'humidité contenue dans le PVC mais nous ne pensons pas que cela soit une nécessité.
Telle que le montre la photo, un axe est fixé au centre des disques sur chacune des extrémités (taraudage + vis dont la tête est coupée) et l'ensemble est monté sur un berceau permettant une libre rotation.
Initialement le système devait être motorisé mais le moteur s'est révélé d'un couple insuffisant et c'est donc Jérôme qui a assumé ce rôle avec ses petites mains dévouées à notre cause.
Après tout, 1150 spires et 720 m de fil, ce n'est pas la mer à boire et quand on aime on ne compte pas.
Il nous aura fallu 2 heures 30 de labeur pour achever notre bobine de 20 cm de diamètre.
Il vous faudra aussi un dispositif permettant de conserver le fil en tension et le plus simple est ce que vous apercevez sur la photo : Le fil est coincé entre deux feuilles de caoutchouc et un poids vient faire pression.
Pour commencer les premières spires, il est pratique d'attacher le fil avec du ruban adhésif aluminium et d'enrouler doucement en aidant le fil pour ne pas tout arracher. Après une dizaine de spires, l'adhérence vous aidera.
Il est nécessaire de s'arranger pour que les spires soient jointives et la meilleure technique que nous ayons trouvée est d'utiliser un morceau de bois que l'on fait appuyer sur la dernière spire comme l'illustre la photo.
Lorsque l'on a avancé d'environ 20 cm, on peut faire une pose et préparer un peu de résine pour commencer à sceller ce qui est fait, et ainsi de suite tous les 20 cm.
Lorsque l'on arrive à la fin, il faut laisser un peu de longueur de fil pour les raccordements et on laisse durcir la résine le temps nécessaire.
Sur la partie basse de la bobine sera collée une feuille de cuivre sur laquelle on viendra souder le fil de bobine.
Cette feuille de cuivre (largeur 3 cm, long env 10 cm) ne doit pas faire le tour complet du tube afin de ne pas constituer une spire refermée sur elle même.
La bobine est parée à être installée au centre du primaire et le tore peut alors être fixé.
Pour la fixation du tore, il n'y a pas de règle particulière : Soit il est directement posé et fixé par une vis, soit une pièce intermédiaire peut servir d'appui.
Il faudra réaliser le raccordement électrique de l'extrémité de la bobine avec le tore en enroulant le fil autour de la vis qui maintient le tore. Le tout est d'éviter les pointes.
Important : Le bas de la bobine doit être raccordé à une terre spécialement conçue pour cette application (la même que pour le rail parafoudre) et en aucun cas sur la terre des installations domestiques. Une tresse en cuivre peut être utilisée (voir photo).
