影响TESLA效率的因素大体可分为铜损、磁损、失谐损耗三类。TUNGUSKA只考虑到了TESLA初级线圈LC谐振回路中的铜损连次级线圈的铜损和整个系统的磁损、失谐损耗都没有考虑。
这样吧,我随便拿个TESLA的原理图,对照图给大家具体分析一下TESLA吧!
上图中是个典型的TESLA线圈, L1、L2分别为初次级线圈电感,C1、C2分别为初次级电容,设C1的充电电压为U0,初次级线圈间的磁耦合系数为K,失谐系数为a。为了简化模型,并且紧扣主题,就假设初次级线圈电阻无穷小(无铜损),初次级失谐系数a=1(无失谐损耗),只考虑磁耦合系数与效率η之间的关系!
由以上条件则可求出初次级回路角频率分别是:ω1^2=1/L1C1,ω2^2=1/L2C2。
因为已知:a=ω2^2/ω1^2=1
所以得:ω1^2=1/L1C1=ω2^2=1/L2C2
即:1/L1C1=1/L2C2
回路电流方程为:d^2I1/dt^2+I1/L1C1=(K/(L1L2)^1/2)d^2I2/L1dt^2
d^2I2/dt^2+I2/L2C2=(K/(L1L2)^1/2)d^2I1/L2dt^2
从上式就不难看出K越大,能量传输效率越高,且K=1,a=1,Q=∞时理论效率最高为100%!
我再回答一下12楼的问题:
一:次级线圈短路;根据变压器原理初级线圈也等效为短路状态,如下图:
由于B和B’短路,初级LC谐振回路失去了L,也无法谐振,TESLA无法正常工作。
二:初次级失谐;初级耦合到次级的电压在次级上无法谐振升压,同时次级反射回初级的反射电压也抑制了初级电压的谐振。TESLA也无法正常工作。
三:拿掉次级线圈;相当于空载,仅有初级LC谐振回路线圈铜损和少量电磁辐射损耗,所以仅需向高压变压器吸取少量能量。
四:“如果能量没有耦合到次级,那么这个能量反电动势传递回初级,和电容电势的矢量和为零,而不消耗电源电能。”请注意这里哪来的“反电动势”?
五:“特斯拉线圈如果初次耦合过于密切,次级的震荡张力就会挣不开,(本人实验感觉)”你这个“感觉”很正确!因为初级线圈里的电压不仅能耦合到次级里,次级中的电压也同样会“反射”回初级。在K=1时:反射电压=次级电压/初次级匝数比。这就是为什么说DIY特斯拉线圈并不是K越高越好,K高效率虽高但升压就困难了。比如说K=0.6,虽然效率降低了不少,但是反射电压对初级的影响也减少很多。其实K的取值要与a匹配K的最佳取值是1、0.6、0.38……
不过各正规的高压实验室里用的TESLA变压器多数都开始采用有铁芯,高耦合系数的设计了。他们不仅追求高压还要考虑效率,而且Money对他们来说不是问题,高频高磁导率材料都能买到。
六:MMC 电容爆也很好理解;如果初次级失谐过大(比如达到180度)那么也相当于初级短路,高压变压器输出的交流电直接接在MMC电容两端。电容对交流相当于短路,电流一旦过大电容内部自然会击穿产生电弧气化爆开!