二月 2, 2010

特斯拉线圈的工作原理

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转自:http://teslacoil.blogcn.com/diary,10302212.shtml

    特斯拉线圈是利用电路谐振进行能量变换的高压发生装置。它的工作原理与普通变压器有较大不同。普通变压器的耦合系数K一般接近于1,所以初级和次级电压基本成比例关系;而特斯拉线圈的耦合系数一般都小于0.3,工作时,两级电压比例是随时间变化而变化的,不成线性关系。下面先来看看特斯拉线圈的主体结构:

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       特斯拉线圈的主体部分包括:升压充电回路、初级谐振回路和次级回路;初级谐振回路由初级线圈、主电容、打火器构成。次级谐振回路次级线圈和放电顶端构成,电容和电感的数值可根据实际制作而定。但最关键的是两回路的谐振频率要相同。
       特斯拉线圈的工作过程:电源要先给主电容充电,当电压达到打火器的放电阀值时,打火器间隙的空气电离打火,近似导通,建立初级谐振回路,通过振荡向次级回路传递能量。次级回路随之振荡,接收能量,放电顶罩的电压逐渐增大,并电离附近的空气,‘寻找’放电路径,一旦与地面形成‘通路’,‘闪电’也就出现了,如果没有‘闪电’,几个(次数主要与耦合系数有关)周波后,初级回路能量释放完毕。较大部分的能量都转移到次级回路上,一部分能量损耗在回路上。次级回路继续振荡,并反客为主,带动初级回路振荡,以相同的方式把刚才得到的能量还给初级回路。但又一部分能量损耗在回路上,如此反复(见原理演示图),直到损耗掉大部分能量。打火器两端电压和电流都不足后,打火器等效断开,由外部电源继续给主电容充电。充电过程要比放电过程长得多,大概在3~10毫秒左右。所以特斯拉线圈放电频度都在每秒100次以上,也使肉眼看上去为连续放电效果。
       原理演示图:
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      上面这张形象地描述了特斯拉线圈工作时的能量传递过程,为了更进一步了解变化的快慢,
下面从波形仿真角度来看看电压的变化过程:
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     进一步放大比较:
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     模拟以上波形的各项参数:
     L1=11uH,  C1=230nF;
     L2=60mH, C2=42pF;
     主电容工作电压:V=10KV
     耦合系数:K=0.14;
     谐振频率:f=100KHz;


   实物参照图:

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Category : 其他

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