特斯拉線圈不僅僅是被用在游戲或藝術(shù)方面
作者:王志龍來源:武漢凱迪正大電氣有限公司日期:2018-12-21 10:32:00閱讀:
特斯拉線圈不僅僅是被用在游戲或藝術(shù)方面,更可貴的是它擁有重大意義的用途,比如利用特斯拉線圈可以實(shí)現(xiàn)電能的無線傳輸,且該方式傳輸效率高、對(duì)生態(tài)破壞性小,但是實(shí)際應(yīng)用中還存在諸多困難和障礙,還無法將其應(yīng)用到實(shí)際電力輸送中.閃電是一種大氣放電現(xiàn)象,閃電發(fā)生時(shí)釋放巨大的能量,其電壓高達(dá)數(shù)百萬伏,平均電流約2×105A.據(jù)估計(jì),地球每秒鐘被閃電擊中的次數(shù)達(dá)到45次.一次閃電所產(chǎn)生的能量足以讓一輛普通轎車行駛大約290~1 450km,相當(dāng)于30~144L汽油產(chǎn)生的能量.而對(duì)閃電的利用卻是相當(dāng)困難的,這是因?yàn)殚W電發(fā)生時(shí)間短至幾十毫秒,很難被捕捉到.而特斯拉線圈則是捕捉閃電的可能性工具之一.
它是由一個(gè)感應(yīng)圈、變壓器、打火器、兩個(gè)電容器和一個(gè)初級(jí)線圈僅幾圈的互感器組成。原理是使用變壓器使普通電壓升壓,然后經(jīng)由兩極線圈,從放電終端放電的設(shè)備。通俗一點(diǎn)說,它是一個(gè)人工閃電制造器。放電時(shí),未打火時(shí)能量由變壓器傳遞到電容陣;當(dāng)電容陣充電完畢,兩極電壓達(dá)到擊穿打火器中的縫隙的電壓時(shí),打火器打火。此時(shí)電容陣與主線圈形成回路,完成LC振蕩進(jìn),而將能量傳遞到次級(jí)線圈。這種裝置可以產(chǎn)生頻率很高的高壓電流,有極高危險(xiǎn)。特斯拉線圈的線路和原理都非常簡(jiǎn)單,但要將它調(diào)整到與環(huán)境較好的共振很不容易,特斯拉就是特別擅長(zhǎng)這項(xiàng)技藝的人。
工作過程:首先,交流電經(jīng)過升壓特斯拉線圈電路變壓器升至2000V以上(可以擊穿空氣),然后經(jīng)過由四個(gè)(或四組)高壓二極管組成的全波整流橋,給主電容(C1)充電。打火器是由兩個(gè)光滑表面構(gòu)成的,它們之間有幾毫米的間距,具體的間距要由高壓輸出端電壓決定。當(dāng)主電容兩個(gè)極板之間的電勢(shì)差達(dá)到一定程度時(shí),會(huì)擊穿打火器處的空氣,和初級(jí)線圈(L1,一個(gè)電感)構(gòu)成一個(gè)LC振蕩回路。這時(shí),由于LC振蕩,會(huì)產(chǎn)生一定頻率的高頻電磁波,通常在100kHz到1.5MHz之間。放電頂端(C2)是一個(gè)有一定表面積且導(dǎo)電的光滑物體,它和地面形成了一個(gè)“對(duì)地等效電容”,對(duì)地等效電容和次級(jí)線圈(L2,一個(gè)電感)也會(huì)形成一個(gè)LC振蕩回路。當(dāng)初級(jí)回路和次級(jí)回路的LC振蕩頻率相等時(shí),在打火器打通的時(shí)候,初級(jí)線圈發(fā)出的電磁波的大部分會(huì)被次級(jí)的LC振蕩回路吸收。從理論上講,放電頂端和地面的電勢(shì)差是無限大的,因此在次級(jí)線圈的回路里面會(huì)產(chǎn)生高壓小電流的高頻交流電(頻率和LC振蕩頻率一致),此時(shí)放電頂端會(huì)和附近接地的物體放出一道電弧。
盡管從理論上講,放電頂端和地面的電勢(shì)差為無限大,但是在實(shí)際上電弧的長(zhǎng)度不會(huì)無限大,它受到供電電源(升壓變壓器)的功率限制,計(jì)算方式為:電弧長(zhǎng)度(單位:厘米)=4.318×根號(hào)下P(單位:W),前提是初級(jí)LC振蕩回路和次級(jí)LC振蕩回路的LC振蕩頻率幾乎一致(即所謂的“諧振”狀態(tài),此時(shí)電弧長(zhǎng)度會(huì)達(dá)到最長(zhǎng)且效率最高)。如果不諧振(初級(jí)和次級(jí)頻率不相等),電弧長(zhǎng)度將無法達(dá)到公式計(jì)算的結(jié)果。
判斷是否諧振的方法:1.L1C1=L2C2;2.初級(jí)LC振蕩頻率=次級(jí)LC振蕩頻率。達(dá)到兩個(gè)情況中的任意一種,即為諧振。事實(shí)上,這兩種情況的實(shí)質(zhì)是一樣的,即,符合條件1的時(shí)候,一定會(huì)符合條件2。