特斯拉線圈原理探讨召集帖
joyeep2010/01/08高电压技术 IP:湖北
见图所示,
tesla_1.jpg

1.不理想变压器(低效率,低耦合)
2.理想变压器(高效率,高耦合)


下图是TESLA COIL的原理猜想,如果不满足理想变压器,那根本原理是?
想拍砖的拍,杯具多的尽可拿来!
tesla_2.jpg

发帖的目的是希望可以更好的制作TESLA线圈,更高效的利用能源。[s:92]
+200  科创币    虎哥    2010/01/08 问题较经典。
来自:电气工程 / 高电压技术
26
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~~空空如也
北落师门
15年1个月前 IP:未同步
176176
TC不仅仅是个变压器,所以变压器理论不完全适用
这就是初级只有那么点的缘故,初级的作用是发射电磁波,电磁波考虑的是能否将能量发射出去的问题
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天狼晓月
15年1个月前 IP:未同步
176207
理想情况初级次级线圈当然完全交叉最好。

但是你要考虑绝缘问题。低压线圈横跨高压线圈两端,在高频高压下是什么效果?
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dr-sama
15年1个月前 IP:未同步
176279
引用第2楼天狼晓月于2010-01-08 19:43发表的  :
理想情况初级次级线圈当然完全交叉最好。

不要隨便用"當然""完全"
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天狼晓月
15年1个月前 IP:未同步
176411
引用第3楼FBI于2010-01-08 23:04发表的  :

不要隨便用"當然""完全"


试阐述原因。
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爆炸螺栓
15年1个月前 IP:未同步
176419
……我感到LS LSS 火气重……
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拔刀斋
15年1个月前 IP:未同步
176421
特斯拉线圈就是要靠耦合不良产生的漏感来谐振出高电压
否则就成了普通变压器
引用第2楼天狼晓月于2010-01-08 19:43发表的  :
理想情况初级次级线圈当然完全交叉最好。

但是你要考虑绝缘问题。低压线圈横跨高压线圈两端,在高频高压下是什么效果?
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クロ
15年1个月前 IP:未同步
176535
LS正解
TC类似于反激变压器的工作原理 在波谷传输能量
理想变压器可是说两线圈磁通相同啊 没有考虑到漏感的存在 BOOST也是通过漏感而工作的
而依靠电磁波工作的TC却不在乎那一点点次级线圈的距离(SGTC工作在长波)
就是这样了 TC难玩的原因就是难以在几个平衡点中找到你所需要的工作状态时的位置
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天狼晓月
15年1个月前 IP:未同步
176542
引用第7楼クロ于2010-01-09 20:32发表的  :
LS正解
TC类似于反激变压器的工作原理 在波谷传输能量
理想变压器可是说两线圈磁通相同啊 没有考虑到漏感的存在 BOOST也是通过漏感而工作的
而依靠电磁波工作的TC却不在乎那一点点次级线圈的距离(SGTC工作在长波)
就是这样了 TC难玩的原因就是难以在几个平衡点中找到你所需要的工作状态时的位置



这个确实他不在乎那一点点距离,但是从理想变压器的状态来看,依然是初级次级完全交叉是最佳情况,因为所谓理想就是完全不考虑实际存在的一系列可能造成的影响,而单纯从原理上来考虑而制作出来的模型。

另外谐振变压器的原理和反激变压器还是有很大不同的。

也许平时制作的特斯拉线圈设计频率在500KHz或者更高的频率下工作,但是按照其原理,并非不能在更低的频率下工作。如果频率=5KHz或者更低的情况,可能就不得不考虑那一点点距离了。
或者再假设一种极端的情况,如果制作一个功率只有10毫瓦的特斯拉线圈,那么是否这一点点距离依然不成为问题呢?当然,这也是从理论角度去设想,并不考虑实际上这个线圈是否能工作以及是否有意义。
这就是理论模型和实践之间的差别。
+100
科创币
虎哥
2010-01-09
鼓励探讨。
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天狼晓月
15年1个月前 IP:未同步
176556
引用第6楼拔刀斋于2010-01-09 14:57发表的  :
特斯拉线圈就是要靠耦合不良产生的漏感来谐振出高电压
否则就成了普通变压器


突然想起了电焊变压器~~~

我得继续翻书学习去了~~自己把自己弄迷了~
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クロ
15年1个月前 IP:未同步
176657
引用第8楼天狼晓月于2010-01-09 20:58发表的  :



这个确实他不在乎那一点点距离,但是从理想变压器的状态来看,依然是初级次级完全交叉是最佳情况,因为所谓理想就是完全不考虑实际存在的一系列可能造成的影响,而单纯从原理上来考虑而制作出来的模型。


.......

頻率越高 能夠傳輸的距離就越遠的....
5KHZ是屬於超長波了 一般TC基本上不可能工作在這個頻段
因為一般來說TC的top電容量比較小 要達到那種程度的LC振盪
電容的容量或者是線圈的電感 都會大到無法想像
而對於top電容沒有那麼大 而TC線圈又是一層繞法 繞線之間的電感是最小的
這樣一來5Khz的頻率激發起的電磁波 在次級諧振是不太可行的
所以我才說一般的TC工作在高頻 才有一定無線能量的傳輸
所以理論上來說 雖然是波長越長傳輸的距離越遠 但是要考慮到實際尺寸限制問題的
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クロ
15年1个月前 IP:未同步
176658
對於我的反激式的說法
的確是不太正確的
但是我對於漏感的理解是在波谷的時候傳輸能量
與電焊機的工作原理還是不同的 那個是通過調節磁通來調節傳輸能量的大小
但是TC的話 我認為是在波谷傳輸出一個自感能量 然後通過電磁波傳輸到次級諧振
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天狼晓月
15年1个月前 IP:未同步
176742
引用第11楼クロ于2010-01-10 11:05发表的  :
對於我的反激式的說法
的確是不太正確的
但是我對於漏感的理解是在波谷的時候傳輸能量
與電焊機的工作原理還是不同的 那個是通過調節磁通來調節傳輸能量的大小
但是TC的話 我認為是在波谷傳輸出一個自感能量 然後通過電磁波傳輸到次級諧振


实际上因为特斯拉的初级线圈的传统工作方式使得我们的思路可能变的更为复杂了。如果做一个半导体谐振的特斯拉线圈——我不记得他叫什么名字了,这样可以不去研究他的初级如何起振以及如何产生电磁波——然后我们可以静下心来研究高压线圈也就是次级线圈的工作方式了——实际上初级无论发出的是什么样的波形,在空气中传输的时候,他都是一个完整的连续的波形——例如正弦波,或者并不很正的正弦波——由于有谐振电容的存在,LC谐振电路不会是三角波或者方波,不过这个我们暂且不讨论——而这样的电磁波,在次级线圈上互感的时候,依然会感应出来相同的波形,而由于初级次级的匝数比问题,初级输入的电压会遵循变压比的原则,在次级上感应出来相当高的电压。例如,初级是5T,次级是500T(只是假设)——初级输入电压是3KV的话,次级按照变压比就要升高为100倍的电压,理论数字就是300KV=30万伏特了——实际上我们还要考虑初级线圈得到能量后向振荡电容反向充电这个振荡过程会导致初级的电压进一步提高——当然这个只是理论值。

我对漏感也不是很了解,想到电焊变压器的原因是电焊变压器其实专业上的称呼是“漏磁变压器”,这种变压器的磁心不是完全闭合的,这样的情况导致这种变压器空载电压比带载电压要高的多,且输出短路的时候初级电流不会增大到一个无限制的地步。我想到他的主要原因就是他的漏磁设计导致他的空载电压比带载电压要高的多这点上——因为按照这个状态来看,如果我们把特斯拉的磁路完全闭合(当然仅仅是从理论上),也许会导致输出电压降低很多或者初级电流急剧增大而使得谐振状态被破坏——根据漏磁变压器的工作状态来推论。

于是——我现在成功的把自己给弄迷了,等待高手出现解说一下......
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クロ
15年0个月前 IP:未同步
176954
引用第12楼天狼晓月于2010-01-10 19:51发表的  :


实际上因为特斯拉的初级线圈的传统工作方式使得我们的思路可能变的更为复杂了。如果做一个半导体谐振的特斯拉线圈——我不记得他叫什么名字了,这样可以不去研究他的初级如何起振以及如何产生电磁波——然后我们可以静下心来研究高压线圈也就是次级线圈的工作方式了——实际上初级无论发出的是什么样的波形,在空气中传输的时候,他都是一个完整的连续的波形——例如正弦波,或者并不很正的正弦波——由于有谐振电容的存在,LC谐振电路不会是三角波或者方波,不过这个我们暂且不讨论——而这样的电磁波,在次级线圈上互感的时候,依然会感应出来相同的波形,而由于初级次级的匝数比问题,初级输入的电压会遵循变压比的原则,在次级上感应出来相当高的电压。例如,初级是5T,次级是500T(只是假设)——初级输入电压是3KV的话,次级按照变压比就要升高为100倍的电压,理论数字就是300KV=30万伏特了——实际上我们还要考虑初级线圈得到能量后向振荡电容反向充电这个振荡过程会导致初级的电压进一步提高——当然这个只是理论值。

我对漏感也不是很了解,想到电焊变压器的原因是电焊变压器其实专业上的称呼是“漏磁变压器”,这种变压器的磁心不是完全闭合的,这样的情况导致这种变压器空载电压比带载电压要高的多,且输出短路的时候初级电流不会增大到一个无限制的地步。我想到他的主要原因就是他的漏磁设计导致他的空载电压比带载电压要高的多这点上——因为按照这个状态来看,如果我们把特斯拉的磁路完全闭合(当然仅仅是从理论上),也许会导致输出电压降低很多或者初级电流急剧增大而使得谐振状态被破坏——根据漏磁变压器的工作状态来推论。
.......

你说的电焊机原理很正确 的确是这样的 但是我也没有说错
他的不完全闭合设计的意义是为了限制短路电流 而空载电压很高的原因是因为磁漏而产生的 并不是专门设计的 而这种电压并不是说不能带载的
只是说在这种情况下 电压受到外电路电阻的很大影响
因为在正半周波的储能条件下 线圈中的磁场能量在波谷得到释放 才导致了空载电压很高
而TC的话 你不仅仅要考虑到初级的LC震荡 还要考虑到TC次极的TOP端面对的是一个容性负载 次级也会对初级反馈能量 所以我才说不在乎这一点距离 因为这样的谐振效率是非常高的
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hypermania
15年0个月前 IP:未同步
177450
还有,如果TC之间k系数太高(k>=0.2),那么能量在两个LC谐振电路中传递的速度便变得非常快,而这样会造成火花隙难以熄灭,每次循环都会在火化隙上损失能量,就像下面的图
high_k.gif
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joyeep作者
15年0个月前 IP:未同步
177538
SSTC 需要专门的灭弧电路!
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拔刀斋
15年0个月前 IP:未同步
178420
反激变压器又是另一种方式,对漏感极其挑剔,甚于普通变压器

特斯拉线圈近似等效为初级漏感+理想变压器+次级分布电容,相当于射频电路中的LC匹配网络。同时漏感和激磁电感之间还有耦合,导致等效的变压器变比高于匝数比

引用第7楼クロ于2010-01-09 20:32发表的  :
LS正解
TC类似于反激变压器的工作原理 在波谷传输能量
理想变压器可是说两线圈磁通相同啊 没有考虑到漏感的存在 BOOST也是通过漏感而工作的
而依靠电磁波工作的TC却不在乎那一点点次级线圈的距离(SGTC工作在长波)
就是这样了 TC难玩的原因就是难以在几个平衡点中找到你所需要的工作状态时的位置
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量子隧道
15年0个月前 IP:未同步
179702
回楼主:首先你这个前提就是错误的:“1.不理想变压器(低效率,低耦合)”。
低耦合的变压器,效率不一定低。初级的能量在理论上可以无损地传给次级。
在物理世界里,类似的松耦合谐振系统到处都有。举个例子,在同一根绷紧的晾衣绳的两个位置,分别各挂一个单摆,就构成了耦合摆。若两摆的频率相近,你会发现有趣的现象。
若初始时让第一个摆摆动,另一个摆不动,然后观察这两个摆的运动,会发现第一个摆会逐渐停下来,同时第二个摆会慢慢动起来;然后第2个摆会逐渐停下来,第一个摆会慢慢动起来;。。。如此往复。能量在两个摆里面不断往返流动,能量流动的大周期与两摆的频率差及耦合的松紧度有关。能量流动的媒介就是晾衣绳。
TC的原理和耦合摆是类似的。能量也是在初级回路和次级回路里往返流动,能量流动的媒介是初级和次级线圈的磁耦合。当然,TC和耦合摆有两点不同:
1,TC的两回路频率相近,所以也象耦合摆一样有能量流动。但两回路的L和C值不同。初级回路大C小L,次级回路小C大L。这决定了当能量传给次级时会升压。
2,TC往往在能量还没有完全传给次级时,即能量传递还未到顶峰时,次级回路就已经击穿放电了。所以损耗较大。
知道了原理,对TC的升压比就很容易计算了。
首先,两线圈本征频率相近,所以L1C1=L2C2。
其次,理想情况下,能量可基本完全传递给次级。无论初级还是次级,能量都在L和C之间高速循环。电压最高时,能量完全储存在C里。所以,
1/2 * C1 * V1^2  = 1/2 * C2 * V2^2。
两式合并,得,V2/V1=Sqrt(L2/L1)。
Sqrt是平方根的意思。
+500
科创币
black
2010-01-21
优秀
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joyeep作者
15年0个月前 IP:未同步
179707
FBI 你要给楼上加分,说的很有道理

1/2 * C1 * V1^2  = 1/2 * C2 * V2^2。
两式合并,得,V2/V1=Sqrt(L2/L1)。

但是C1和C2去哪了呢
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量子隧道
15年0个月前 IP:未同步
179711
回楼上,把第一式改写成C1/C2=L2/L1,代入第2式,C1和C2自然就被L1和L2代替了。
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量子隧道
14年11个月前 IP:未同步
195354
我这个解答可以对照维基百科上的说明:
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/wiki/Tesla_coil
请注意最后一句话。说的就是我前面帖子推导的结果:tesla coil的电压增益等于次初级的电感比。
“As the primary energy transfers to the secondary, the secondary's output voltage increases until all of the available primary energy has been transferred to the secondary (less losses). Even with significant spark gap losses, a well designed Tesla coil can transfer over 85% of the energy initially stored in the primary capacitor to the secondary circuit. Thus the voltage gain of a disruptive Tesla coil can be significantly greater than a conventional transformer, since it is instead proportional to the square root of the ratio of secondary and primary inductances.”
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yexuba
14年11个月前 IP:未同步
195373
次级线圈是接地线  还是接零线?  N 在上面还是S在上面呀?
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贝塞尔
14年11个月前 IP:未同步
195493
引用第21楼yexuba于2010-02-24 21:36发表的  :
次级线圈是接地线  还是接零线?  N 在上面还是S在上面呀?


1.接地
2.任意
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yexuba
14年11个月前 IP:未同步
195503
贝塞尔,  是实验证明的吗?
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量子隧道
14年11个月前 IP:未同步
196739
yexuba,无需实验证明。请补充理论知识。贝塞尔说的是对的。
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y2k042000
14年11个月前 IP:未同步
196760
按地線的話你家的电器有幾會被X掉
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