特斯拉线圈工作的原理

《特斯拉线圈工作的原理》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、特斯拉线圈的工作原理   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：            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

2、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

3、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：                 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：            进一步放大比较：                 模拟以上波形的各项参数：   

4、 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：          特斯拉线圈电路　　首先，交流电经过升压变压器升至2000V以上（可以击穿空气），然后经过由四个（或四组）高压二极管组成的全波整流桥，给主电容（C1）充电。打火器是由两个光滑表面构成的，它们之间有几毫米的间距，具体的间距要由高压输出端电压决定。当主电容两个极板之间的电势差达到一定程度时，会击穿打火器处的空气，和初级线圈（L

5、1，一个电感）构成一个LC振荡回路。这时，由于LC振荡，会产生一定频率的高频电磁波，通常在100kHz到1.5MHz之间。放电顶端（C2）是一个有一定表面积且导电的光滑物体，它和地面形成了一个“对地等效电容”，对地等效电容和次级线圈（L2，一个电感）也会形成一个LC振荡回路。当初级回路和次级回路的LC振荡频率相等时，在打火器打通的时候，初级线圈发出的电磁波的大部分会被次级的LC振荡回路吸收。从理论上讲，放电顶端和地面的电势差是无限大的，因此在次级线圈的回路里面会产生高压小电流的高频交流电（频率和LC振荡频率一致），此时放电顶端会和附近接地的

6、物体放出一道电弧。　　尽管从理论上讲，放电顶端和地面的电势差为无限大，但是在实际上电弧的长度不会无限大，它受到供电电源（升压变压器）的功率限制，计算方式为：电弧长度（单位：厘米）=4.318×根号下P（单位：W），前提是初级LC振荡回路和次级LC振荡回路的LC振荡频率完全一致（即所谓的“谐振”状态，此时电弧长度会达到最长且效率最高）。如果不谐振（初级和次级频率不相等），电弧长度将无法达到公式计算的结果。　　判断是否谐振的方法：1.L1C1=L2C2；2.初级LC振荡频率=次级LC振荡频率。达到两个情况中的任意一种，即为谐振。事实上，这两种情

7、况的实质是一样的，即，符合条件1的时候，一定会符合条件2。