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特斯拉线圈不仅仅是被用在游戏或艺术方面

作者:王志龙来源:武汉凯迪正大电气有限公司日期:2018-12-21 10:32:00阅读:

  特斯拉线圈不仅仅是被用在游戏或艺术方面,更可贵的是它拥有重大意义的用途,比如利用特斯拉线圈可以实现电能的无线传输,且该方式传输效率高、对生态破坏性小,但是实际应用中还存在诸多困难和障碍,还无法将其应用到实际电力输送中.闪电是一种大气放电现象,闪电发生时释放巨大的能量,其电压高达数百万伏,平均电流约2×105A.据估计,地球每秒钟被闪电击中的次数达到45次.一次闪电所产生的能量足以让一辆普通轿车行驶大约290~1 450km,相当于30~144L汽油产生的能量.而对闪电的利用却是相当困难的,这是因为闪电发生时间短至几十毫秒,很难被捕捉到.而特斯拉线圈则是捕捉闪电的可能性工具之一. 
  它是由一个感应圈、变压器、打火器、两个电容器和一个初级线圈仅几圈的互感器组成。原理是使用变压器使普通电压升压,然后经由两极线圈,从放电终端放电的设备。通俗一点说,它是一个人工闪电制造器。放电时,未打火时能量由变压器传递到电容阵;当电容阵充电完毕,两极电压达到击穿打火器中的缝隙的电压时,打火器打火。此时电容阵与主线圈形成回路,完成LC振荡进,而将能量传递到次级线圈。这种装置可以产生频率很高的高压电流,有极高危险。特斯拉线圈的线路和原理都非常简单,但要将它调整到与环境较好的共振很不容易,特斯拉就是特别擅长这项技艺的人。
  工作过程:首先,交流电经过升压特斯拉线圈电路变压器升至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(L1,一个电感)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振荡频率几乎一致(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。

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