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,所以初級和次級電壓基本成比例關(guān)系；而特斯拉線圈的耦合系數(shù)一般都小于 0.3,工作時, 兩級電壓比例是隨時間變化而變化的， 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)：放電頂端_ 二二特斯拉線圈的主體部分包括：升壓充電回路、初級諧振回路和次 級回路；初級諧振回路由初級線圈、主電容、打火器構(gòu)成。次級諧振回路次級線 圈和放電頂端構(gòu)成，電容和電感的數(shù)值可根據(jù)實際制作而定。 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

2、電壓達到打 火器的放電閥值時，打火器間隙的空氣電離打火，近似導通，建立初級諧振回路， 通過振蕩向次級回路傳遞能量。次級回路隨之振蕩，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（次數(shù)主要與耦合系數(shù)有關(guān)）周波 后，初級回路能量釋放完畢。較大部分的能量都轉(zhuǎn)移到次級回路上， 一部分能量 損耗在回路上。次級回路繼續(xù)振蕩，并反客為主，帶動初級回路振蕩，以相同的 方式把剛才得到的能量還給初級回路。但又一部分能量損耗在回路上，如此反復（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

3、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:上面這張形象地描述了特斯拉線圈工作時的能量傳遞過程，為了更進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:進一步放大比較:模擬以上波形的各項參數(shù)：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;實物參照圖:-一 *L獸特斯拉線圈電路首先，交流電經(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（或四組）高壓二極

4、管組成的全波整流橋，給主電容（C1）充電。打火器是由兩個光滑表面構(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。當主電容兩個極板之間的電勢差達到一 定程度時，會擊穿打火器處的空氣，和初級線圈（ L1, 一個電感）構(gòu)成一 個LC振蕩回路。這時，由于 LC振蕩，會產(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）是一個有一定表面積且導電 的光滑物體，它和地面形成了一個“對地等效電容”，對地等效電容和次 級線圈（L2, 一個電感）也會形成一個LC振蕩回路。當初級回路和次級回路的LC振蕩頻率相等時，在打火器打通的時候，初級線圈發(fā)出的電磁波的 大部分會

5、被次級的 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，因此在次級線圈的回路里面會產(chǎn)生高壓小電流的高頻交流 電（頻率和LC振蕩頻率一致），此時放電頂端會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，但是在實際上 電弧的長度不會無限大，它受到供電電源（升壓變壓器）的功率限制，計 算方式為：電弧長度（單位：厘米）=4.318 X根號下 P （單位：W ,前提 是初級LC振蕩回路和次級 LC振蕩回路的LC振蕩頻率完全一致（即所謂的 “諧振”狀態(tài)，此時電弧長度會達到最長且效率最高）。如果不諧振（初 級和次級頻率不相等），電弧長度將無法達到公式計算的結(jié)果。判斷是否諧振的方法：1.L1C1=L2