DRSSTC

Sintonia Fina

                                                Por Grégory F. Gusberti

Neste artigo pretendo comentar sobre sintonia fina de bobinas no formato DRSSTC. Porém, deixo claro que sintonia é um processo massivo que requer bastante experimentação, visto que nos cálculos trabalhamos apenas com sistemas ideais. Também é importante comentar que a teoria aqui abordada vale apenas para circuitos com “feedback” (realimentação) através do primário. Todos os gráficos aqui apresentados foram simulados por mim usando as ferramentas do PSPICE, utilizando como base minhas bobinas de tesla.

Antes de ir direto a sintonia, é importante entender o que realmente ocorre quando dois circuitos ressonantes estão magneticamente acoplados. Para começar, imaginamos que temos uma Tesla constituída de circuito primário e secundário experimentalmente desacoplados, mas com a mesma frequência ressonante. Se ligarmos qualquer um deles a um medidor de resposta AC, teremos a cura vista na imagem a seguir:

Percebemos que se excitarmos esses circuitos separadamente, eles irão ressonar em suas frequências ressonantes naturais. Porém, quando acoplamos o circuito primário e secundário, como numa clássica bobina de tesla, o resultado seria uma interação entre esses dois circuitos ressonantes, resultando no que chamado de “Frequency Spliting” (separação de frequências). Esse fenômeno de separação faz com que o conjunto acoplado ressone em duas frequências diferentes. Isso corre, pois quando o acoplamento entre primária e secundária aumenta, cada uma passa a “ver” mais a capacitância do outro.

Como vemos, a resposta AC contem dois picos nos quais os circuitos passam a ressonar depois de magneticamente acoplados. O interessante é que antes de acoplados, ambos tinham suas frequências ressonante idênticas. As novas frequências agora são chamas de ponto baixo e ponto alto. A amplitude e a frequência de cada ponto dependem simultaneamente do acoplamento e da frequência ressonante natural de cada circuito.

Quando sintonizamos bobinas de baixa potência (até 3KW tipicamente), existem dois pontos importantes que devemos considerar.

•  Permitir que a corrente no primário aumente o mais rápido possível sem “notching” (batimento). 

•  Prevenir grandes arcos que possam dessintonizar o sistema. 

Ao contrário de DRSSTCs de alta potencia que podem transferir a energia muito rapidamente, às de baixa potência devem ser sintonizadas de modo a eliminar o batimento no circuito primário, e também permitir que a energia do primário suba o mais rápido possível para liberar na secundária o máximo de energia em menos tempo.

Deve ser entendido que quando ocorre à separação de frequência, a energia tende a ir e voltar entre o primário e a secundária, criando pontos nulos no primário, popularmente conhecido por batimento, numa frequência igual à diferença das frequências do maior e do menor ponto ressonante do conjunto acoplado. Em bobinas de baixa potencia (até 2KW), batimento no circuito primário, exemplificado na imagem adiante, irá limitar a quantidade de energia transferida no circuito primário e reduzirá o “pulso” total de energia do sistema.

Para resolver isso, apenas precisamos dessintonizar o circuito para uma frequência maior ou menor que a frequência natural do sistema secundário desacoplado. Quando o circuito primário está dessintonizado para uma frequência menor que a natural da secundária, o ponto menor aumenta em amplitude e o ponto maior diminui em amplitude, como é visto na próxima imagem. Se o primário é dessintonizado corretamente para baixo, o ponto superior irá praticamente sumir e não ocorrerá batimento no primário, assim deixará a energia no primário subir corretamente na duração do tempo ativo (TON) do pulso de modulação (interruptor).

Da mesma maneira, se o circuito é dessintonizado para uma frequência maior que a natural da secundária o contrário ocorre, o ponto superior aumenta em amplitude enquanto o menor diminui em amplitude, como podemos ver a seguir:

Na teoria, dessintonizar para cima ou para baixo pode ser usado para suprimir o efeito de batimento, porém, na prática, reduzir a amplitude do ponto inferior dessintonizando para uma frequência maior que a natural da secundária é muito mais difícil. Isso, pois no inicio a primária tem relativamente pouca indutância e é pequeno o limite de quanto você pode reduzir a indutância para dessintonizar a primária para uma frequência maior. Diferentemente, dessintonizar para uma frequência mais baixa é muito mais fácil, pois basta adicionar uma volta ou duas na bobina primária.

Também, não se aconselha utilizar uma frequência maior, aqui vemos outra ótima dica: Lembre que 30,5cm de descarga de alta tensão corresponde a aproximadamente 1pF de capacitância a mais no “topload”. Essa carga capacitiva irá diminuir a frequência ressonante natural da secundaria e dessintonizar o circuito naturalmente, essa mudança irá diminuir a tamanho do arco. Dessintonizar o circuito para uma frequência maior irá deixar esse efeito ainda mais aparente. Porém, dessintonizando para uma frequência menor retiramos o batimento do primário permitindo a energia aumentar continuamente maximizando a quantidade de energia total desprendida pelo circuito primário e ao mesmo tempo contemos o efeito da carga capacitiva adicionada pelo raio que tende a dessintonizar o circuito.

Então, resumindo, para sintonia fina de um sistema devemos adicionar voltas á primária a fim de aumentar sua indutância diminuindo sua frequência ressonante para algo menor que a ressonante natural do circuito secundário. Isso irá afetar o sistema reduzindo o batimento e diminuindo a dessintonia causada pela carga adicional do arco de saída. Porém, como já foi dito, este artigo serve apenas como referencia e a sintonia deve ser feita com muita experimentação e muito teste até o ponto perfeito. Repito também que reduzir a frequência serve apenas para circuitos com realimentação primária.

Fonte: McCauley, DRSSTC Building the modern day tesla coil, FIRST EDITION

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