特斯拉線圈工作的原理

1、特斯拉線圈的工作原理     特斯拉線圈是利用電路諧振進(jìn)行能量變換的高壓發(fā)生裝置。它的工作原理與普通變壓器有較大不同。普通變壓器的耦合系數(shù)K一般接近于1，所以初級(jí)和次級(jí)電壓基本成比例關(guān)系;而特斯拉線圈的耦合系數(shù)一般都小于0.3，工作時(shí)，兩級(jí)電壓比例是隨時(shí)間變化而變化的，不成線性關(guān)系。下面先來看看特斯拉線圈的主體結(jié)構(gòu)：               特斯拉線圈的主體部分包括：升壓充電回路、初級(jí)諧振回路和次級(jí)回路；初級(jí)諧振回路由初級(jí)線圈、主電容、打火器

2、構(gòu)成。次級(jí)諧振回路次級(jí)線圈和放電頂端構(gòu)成，電容和電感的數(shù)值可根據(jù)實(shí)際制作而定。但最關(guān)鍵的是兩回路的諧振頻率要相同。       特斯拉線圈的工作過程：電源要先給主電容充電，當(dāng)電壓達(dá)到打火器的放電閥值時(shí)，打火器間隙的空氣電離打火，近似導(dǎo)通，建立初級(jí)諧振回路，通過振蕩向次級(jí)回路傳遞能量。次級(jí)回路隨之振蕩，接收能量，放電頂罩的電壓逐漸增大，并電離附近的空氣，尋找放電路徑，一旦與地面形成通路，閃電也就出現(xiàn)了，如果沒有閃電，幾個(gè)(次數(shù)主要與耦合系數(shù)有關(guān))周波后，初級(jí)回路能量釋放完畢。較大部分的能量都轉(zhuǎn)移到次級(jí)回路上，一部分能量損耗在回路上。次級(jí)

3、回路繼續(xù)振蕩，并反客為主，帶動(dòng)初級(jí)回路振蕩，以相同的方式把剛才得到的能量還給初級(jí)回路。但又一部分能量損耗在回路上，如此反復(fù)（見原理演示圖），直到損耗掉大部分能量。打火器兩端電壓和電流都不足后，打火器等效斷開，由外部電源繼續(xù)給主電容充電。充電過程要比放電過程長得多，大概在310毫秒左右。所以特斯拉線圈放電頻度都在每秒100次以上，也使肉眼看上去為連續(xù)放電效果。       原理演示圖：             

4、0;     上面這張形象地描述了特斯拉線圈工作時(shí)的能量傳遞過程，為了更進(jìn)一步了解變化的快慢，下面從波形仿真角度來看看電壓的變化過程：             進(jìn)一步放大比較：                    模擬以上波形的各項(xiàng)參數(shù)：  

5、60;  L1=11uH,  C1=230nF;     L2=60mH, C2=42pF;     主電容工作電壓：V=10KV     耦合系數(shù)：K=0.14;     諧振頻率：f=100KHz;   實(shí)物參照圖：            特斯拉線圈電路首先，交流電

6、經(jīng)過升壓變壓器升至2000V以上（可以擊穿空氣），然后經(jīng)過由四個(gè)（或四組）高壓二極管組成的全波整流橋，給主電容（C1）充電。打火器是由兩個(gè)光滑表面構(gòu)成的，它們之間有幾毫米的間距，具體的間距要由高壓輸出端電壓決定。當(dāng)主電容兩個(gè)極板之間的電勢差達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)擊穿打火器處的空氣，和初級(jí)線圈（L1，一個(gè)電感）構(gòu)成一個(gè)LC振蕩回路。這時(shí)，由于LC振蕩，會(huì)產(chǎn)生一定頻率的高頻電磁波，通常在100kHz到1.5MHz之間。放電頂端（C2）是一個(gè)有一定表面積且導(dǎo)電的光滑物體，它和地面形成了一個(gè)“對地等效電容”，對地等效電容和次級(jí)線圈（L2，一個(gè)電感）也會(huì)形成一個(gè)LC振蕩回路。當(dāng)初級(jí)回路和次級(jí)回路的LC振蕩頻

7、率相等時(shí)，在打火器打通的時(shí)候，初級(jí)線圈發(fā)出的電磁波的大部分會(huì)被次級(jí)的LC振蕩回路吸收。從理論上講，放電頂端和地面的電勢差是無限大的，因此在次級(jí)線圈的回路里面會(huì)產(chǎn)生高壓小電流的高頻交流電（頻率和LC振蕩頻率一致），此時(shí)放電頂端會(huì)和附近接地的物體放出一道電弧。 盡管從理論上講，放電頂端和地面的電勢差為無限大，但是在實(shí)際上電弧的長度不會(huì)無限大，它受到供電電源（升壓變壓器）的功率限制，計(jì)算方式為：電弧長度（單位：厘米）=4.318×根號(hào)下P（單位：W），前提是初級(jí)LC振蕩回路和次級(jí)LC振蕩回路的LC振蕩頻率完全一致（即所謂的“諧振”狀態(tài)，此時(shí)電弧長度會(huì)達(dá)到最長且效率最高）。如果不諧振（初級(jí)和次級(jí)頻率不相等），電弧長度