特斯拉线圈是使用电路谐振进行能量转换的高压发生设备。它的工作原理与一般变压器有较大不一样。一般变压器的耦合系数K一般接近于1,所以初级和次级电压底子成比例联系;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刻改动而改动的,不成线性联系。
下面先来看看特斯拉线圈的主体结构:
特斯拉线圈的主体有些包含: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践制作而定。但最要害的是两回路的谐振频率要相同。
特斯拉线圈的工作进程:电源要先给主电容充电,当电压到达打火器的放电阀值时,打火器空地的空气电离打火,近似导通,树立初级谐振回路,经过振荡向次级回路传递能量。次级回路随之振荡,接收能量,放电顶罩的电压逐步增大,并电离邻近的空气,‘寻找’放电路径,一旦与地上构成‘通路’,‘闪电’也就出现了,假设没有‘闪电’,几个(次数主要与耦合系数有关)周波后,初级回路能量开释完毕。较大有些的能量都转移到次级回路上,一有些能量损耗在回路上。
次级回路继续振荡,并反客为主,股动初级回路振荡,以相同的办法把方才得到的能量还给初级回路。但又一有些能量损耗在回路上,如此重复(见原理演示图),直到损耗掉大有些能量。打火器两头电压和电流都缺乏后,打火器等效断开,由外部电源继续给主电容充电。充电进程要比放电进程长得多,大概在3~10毫秒摆布。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: 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;
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