特斯拉線圈原理揭秘解讀

 特斯拉線圈原理揭秘解讀

特斯拉線圈是一種射頻 振蕩器，可驅動空芯雙調諧振變壓器，在低電流時產生高壓。特斯拉的原始電路以及大多數現代線圈使用簡單的火花隙來激發調諧變壓器中的振蕩。更復雜的設計使用晶體管或晶閘管開關或真空管 電子振蕩器來驅動諧振變壓器。
特斯拉線圈可以為大線圈產生50 千伏到幾百伏的輸出電壓  。交流電輸出處于低射頻范圍，通常在50 kHz和1 MHz之間。雖然一些振蕩器驅動的線圈產生連續的交流電，但大多數特斯拉線圈都有脈沖輸出; 高壓由一串快速的射頻交流電脈沖組成。

如下所示，常見的火花激發特斯拉線圈電路由以下部分組成：

高壓電源變壓器 （T），用于將交流電源電壓提升到足夠高的電壓以跳過火花隙。典型電壓在5到30千伏（kV）之間。
甲電容器 （C1） ，其形成一個調諧電路與所述初級繞組 L1特斯拉變壓器的
甲火花隙 （SG）充當在初級電路中的開關
特斯拉線圈（L1，L2），一種空芯雙調諧諧振變壓器，可產生高輸出電壓。
可選地，平滑金屬球或環面形式的電容電極（頂部負載）（E）連接到線圈的次級端子。其較大的表面積可抑制過早的空氣擊穿和電弧放電，從而增加Q因子和輸出電壓。

諧振變壓器


單極特斯拉線圈原理電路。C2不是實際的電容器，而是表示次級繞組L2的寄生電容，加上環形電極E的對地電容。

次級的更詳細的等效電路顯示了各種雜散電容的貢獻。
特斯拉線圈電路中使用的專用變壓器，稱為諧振變壓器，振蕩變壓器或射頻（RF）變壓器，其功能與交流電源電路中使用的普通變壓器不同。雖然普通變壓器設計用于有效地將能量從初級繞組傳輸到次級繞組，但諧振變壓器也設計用于臨時存儲電能。每個繞組都有一個電容，用作LC電路（諧振電路，調諧電路），存儲振蕩電能，類似于音叉。由相對較少匝的重銅線或管組成的初級線圈 （L1）通過火花隙（SG）連接到電容器 （C1 ）。[15] [16]所述的二次線圈（L2）包括許多匝初級內部中空的圓筒形狀上細金屬絲的（數百至數千）的。二次未連接到一個實際的電容器，但它也用作LC電路，的電感（L2）與雜散電容諧振（C2） ，雜散的總和寄生電容 在線圈的繞組之間，以及連接到高壓端子的環形金屬電極的電容。調節初級和次級電路，使它們以相同的頻率諧振，它們具有相同的諧振頻率。這允許它們交換能量，因此振蕩電流在初級和次級線圈之間來回交替。
線圈的獨特設計取決于在高頻下實現低電阻能量損耗（高Q因數）的需要，這導致最大的二次電壓：

普通的電力變壓器具有鐵芯以增加線圈之間的磁耦合。然而，在高頻時，鐵芯會因渦流和磁滯而導致能量損失，因此不會在特斯拉線圈中使用。
普通變壓器設計為“緊密耦合”。由于鐵芯和繞組的緊密接近，它們具有高互感 （M），耦合系數接近于0.95-1.0的單位，這意味著初級繞組的幾乎所有磁場都通過次級繞組。相比之下，特斯拉變壓器“松散耦合”，初級繞組直徑較大，與次級繞組間隔開，因此互感較低，耦合系數較小僅為0.05至0.2。[24]這意味著當初級線圈的開路時，只有5％到20％的初級線圈的磁場通過次級線圈。[15] [20]松耦合減慢了初級和次級線圈之間的能量交換，這使得振蕩能量在返回到初級線圈之前更長時間地停留在次級線路中并開始在火花中消散。
每個繞組也​​限于單層導線，這減少了鄰近效應損失。初級帶有非常高的電流。由于高頻電流主要由于趨膚效應而在導體表面上流動，因此通常由銅管或具有大表面積的條帶制成以減小電阻，并且其匝間隔開，這減少了鄰近效應損失和轉彎之間的電弧放電。

輸出電路可以有兩種形式：

單極 - 次級繞組的一端連接到單個高壓端子，另一端接地。這種類型用于為娛樂而設計的現代線圈。初級繞組位于次級的底部低電位端附近，以最小化繞組之間的電弧。由于地（地球）用作高壓的返回路徑，因此來自終端的拖纜弧傾向于跳到任何附近的接地物體。
雙極性 - 次級繞組的兩端都沒有接地，兩者都被帶到高壓端子。初級繞組位于次級線圈的中心，在兩個高電位端子之間等距，以阻止電弧放電。

操作周期
電路以快速，重復的周期運行，其中電源變壓器（T）向主電容器（C1 ）充電，然后通過火花隙以火花放電，在初級電路中產生短暫的振蕩電流脈沖，激勵次級上的高振蕩電壓：

來自電源變壓器（T）的電流將電容器（C1）充電至高電壓。
當電容器兩端的電壓達到火花隙（SG）的擊穿電壓時，火花開始，將火花隙電阻降低到非常低的值。這樣就完成了初級電路，來自電容器的電流流過初級線圈（L1）。電流通過線圈在電容器的極板之間快速地來回流動，在電路的諧振頻率下在初級電路中產生射頻振蕩電流。容－源－電－子－網－為你提供技術支持