Катушки Тесла с воздушным сердечником резонансный трансформатор. Она имеет некоторое сходство со стандартным трансформатор, но режим работы несколько иная. Стандартный трансформатор использует жесткие связи между первичной и вторичной обмоток и коэффициента трансформации напряжения связано с отношением оказывается в одиночестве. В отличие от Tesla Coil использует относительно слабой связи между первичным и вторичным, и большинство коэффициент усиления по напряжению в связи с резонансом, а не коэффициент трансформации. Нормальный трансформатор используется железное ядро для того, чтобы работать на низких частотах, в то время как катушка Тесла с воздушным сердечником, чтобы эффективно работать на более высоких частотах. Типичный катушки Тесла схема приведена ниже. 
Работа катушки Тесла выглядит следующим образом: - - Разрядников на первый взгляд, как холостого. Ток из HV питания протекает через балластный индуктор и заряжает конденсатор основной бак для высокого напряжения. Напряжение на конденсаторе неуклонно возрастает с течением времени по мере заряда в настоящее время хранятся на его диэлектрика.
- В конце концов напряжение на конденсаторе становится настолько высокой, что воздух в разрядник не в состоянии удержания от сильного электрического поля и пробой. Сопротивление воздуха в искрового промежутка резко падает и искрового промежутка становится хорошим проводником. Емкость конденсатора в настоящее время подключены через первичную обмотку через разрядник.Это формирует параллельный резонансный контур, а конденсатор разряжается своей энергии в первичной обмотке в виде затухающих колебаний высокой частоты. Естественная резонансная частота этой схемы определяется значениями первичного конденсатора и первичной обмотки, и, как правило, в низких сотни killohertz.
В затухающих колебаний первичной энергии проходит взад и вперед между первичным конденсатора и первичной катушки индуктивности. Энергия хранится поочередно, как напряжение на конденсаторе и тока через катушку индуктивности. Часть энергии от конденсатора также производит значительное количество тепла и света в искрового промежутка. Энергия рассеивается в разрядник является энергией, которая теряется в первичном контуре бак, и именно эта потеря энергии, которая вызывает колебания основной разрушаться во времени относительно быстро. 
| Мне нравится этот спиральный схема, потому что я думаю, что это показывает, как напряжение и ток на 90 градусов по фазе. Расстояние от точки от начала координат представляет собой количество энергии в системе, как колебание затухает. Это также напоминает мне первичной формой катушку! |
Непосредственной близости от первичной и вторичной обмоток вызывает магнитную связь между ними. Большая амплитуда осциллирующего тока в первичной причиной аналогичного осциллирующего тока, индуцированного в соседнем вторичной обмотки. - Само емкость вторичной обмотки и емкость образуется между Toroid и наземных результат в другой параллельный резонансный контур делается с вторичной индуктивности. Его естественная резонансная частота определяется значениями вторичного индуктивность и паразитных емкостей. Резонансная частота первичной цепи намеренно выбрали такой же, как резонансная частота вторичной цепи так, что вторичный возбуждается переменное магнитное поле первичной.
- Энергия постепенно передается от первичного резонансного контура для вторичного резонансного контура. За несколько циклов амплитуда колебаний уменьшается основной и амплитуда вторичного увеличения колебаний. Распад первичных колебаний называется "Основные Ringdown" и начала вторичных колебаний называется "Вторичный Ringup". Если вторичное напряжение становится достаточно высокой, Toroid не в состоянии предотвратить прорыв, и искры образуются в окружающий воздух выходит из строя.
| "Основной Ringdown" сначала основной паз | 
| "Вторичный Ringup" для первого максимума |
В конце концов вся энергия была передана в системе среднего и никто не остался в первичном контуре. Эта точка называется «Первой основной паз", потому что амплитуда колебаний основной упала до нуля. Это первый надрез, так как процесс передачи энергии, как правило, не останавливаться на достигнутом. В идеале система искрового промежутка перестанет проводить в этот момент, когда вся энергия в ловушке во вторичной цепи. К сожалению, это редко происходит на практике. - Если разрядник продолжает проводить после первой основной вырез, то энергия начинает переходить от вторичного обратно цепь в первичном контуре. Распадов вторичных колебаний к нулю и основной амплитуда снова возрастает. Когда вся энергия была передана обратно в первичную цепь, вторичная амплитуда падает до нуля. Эта точка известна как "Первый вторичный паз", потому что не осталось сил на вторичном на данный момент.
- Этот процесс передачи энергии может продолжаться в течение нескольких сотен микросекунд. Энергия sloshes между первичным и вторичным резонансных контуров в результате чего их амплитуда увеличивается и уменьшается со временем. В моменты, когда все энергии во вторичной цепи, нет энергии в основной системе и "Первичная метка" происходит. Когда все энергии в первичном контуре, нет энергии в средних и "Вторичный метка" происходит.
| В анимации напротив входной маятник представляет первичное напряжение и задний маятник представляет вторичное напряжение. Обратите внимание, что амплитуда каждого маятника изменяется энергия передается назад и вперед от одного к другому. Механической модели, такие как это может быть легко построены и обеспечивает хорошую аналогию с электрическим случае. Это действительно работает! "Выемки" четко видны, когда один маятник появляется на мгновение остановиться. |
- Каждый раз, когда энергия передается от одного резонансного контура в другой, часть энергии теряется ни в основной искровой промежуток, РФ излучения или в связи с образованием искр от второстепенного. Это означает, что общий уровень энергии в системе катушка Тесла убывает со временем. Поэтому как на первичном и вторичном амплитуды, в конце концов распадается на ноль.
- После нескольких передач энергии между первичным и вторичным, энергия в основном будет достаточно низкой, что разрядник будет охлаждаться. Он теперь будет остановить проведение в основной паз, когда ток минимален. На данный момент оставшиеся энергии в ловушке в системе среднего, так как основной резонансный контур, действительно "сломана" от искрового промежутка будет открытой схеме.
- Энергии остается в результатах вторичной цепи в затухающих колебаний которых убывает экспоненциально из-за резистивных потерь и энергии, рассеиваемой на вторичном искры.
| Вторичный Ringdown после искрового промежутка гаснет |
- Так как разрядник теперь холостого танка конденсатор начинает заряжаться вновь с HV питания, и весь процесс повторяется снова.
Следует отметить, что это повторяющийся процесс является важным механизмом для генерации длинных искр. Это потому, что последовательные искры опираться на горячий ионизированный каналы, образованные предыдущими искры. Это позволяет искры расти в длину на несколько стрельб системы. На практике весь описанный выше процесс может происходить в несколько сотен раз в секунду. Но как катушки Теслы производить такие массивные вторичное напряжение?
Теперь немного математики ... Потрясающий усиления напряжения катушки Теслы исходит из того, что энергия в большой первичный конденсатор бак переносится на сравнительно небольшой паразитной емкости вторичной цепи. Энергия, запасенная в первичной конденсатора измеряется в джоулях и находится по следующей формуле: Ep = 0,5 Ср Vp ² Если, например, первичные конденсатора 47nF и она поднимается до 20 кВ, то накопленная энергия может быть вычислена. Ер = 0,5 х х 47N (20000) ² = 9,4 Дж Если мы предположим, нет потерь при передаче энергии на вторичной обмотке, теория сохранения энергии гласит, что эта энергия будет передаваться на вторичный емкость Cs. Cs, как правило, около 25пФ. Если он содержит 9,4 джоулей энергии при передаче энергии будет завершена, мы можем вычислить напряжение: Es = 0,5 х 25p х Vs ² = 9,4 Против ² = 9,4 / (0,5 х 25p) Vs = 867 кВ Теоретические усиления напряжения катушки Тесла действительно равен квадратному корню из емкости отношения. Прибыль = SQRT (Cp / Cs) Коэффициент усиления по напряжению также может быть рассчитана по индуктивности ... Для катушки Тесла, чтобы работать, резонансные частоты первичного контура и вторичной цепи должны быть идентичными. То есть должна быть равна Fp Fs. Fp = 1/2 пи корень (LpCp) = Fs = 1/2 пи корень (LSCS) Поэтому: LpCp = LSCS Отношение индуктивности является обратным соотношением емкости и, следовательно, коэффициент усиления по напряжению выглядит следующим образом: Прибыль = SQRT (Ls / LP) Все эти уравнения расчета теоретический максимальный коэффициент усиления по напряжению. На практике напряжение в верхней части вторичного никогда не будет достаточно высоким, потому что это рядом факторов: - Приведенные выше уравнения предположить, что вся энергия от первичного конденсатора совершает поездку во вторичную емкость. На практике часть энергии теряется из-за сопротивления обмоток и катушек. Значительная часть начальной энергии теряется в виде света, тепла и звука в основной искровой промежуток. Первичные и вторичные катушки действуют как антенны и излучать небольшое количество энергии в виде радиоволн. - Формирование короны или дуги из Toroid в близлежащие заземленных предметов в конечном итоге ограничивает пик вторичного напряжения.
| Форма противоположной показывает, как вторичное напряжение резко падает, когда дуга образуется между тороида и близлежащих заземленного предмета. Это приближенное представление реального сигнала наблюдается в то время как работает катушка, сбрасываемых в заземленной задачу 12 сантиметров. Вторичное напряжение поднимается примерно до 300kV только в 3 цикла, Этого достаточно для пробоя 12-дюймовый разрыв, и дуга, которая формируется загружает вторичный снижения напряжения. |
Размер Toroid (или разряд терминал) является очень важным. Если она мала, она теоретически привести к более высоким вторичным напряжением в связи с его нижней емкости (Cs). Однако, на практике его малым радиусом кривизны приведет к окружающему воздуху к нарушению преждевременно при низком напряжении до максимального уровня. Большой тороидальный теоретически приводит к снижению пика вторичного напряжения (за счет более Cs), но на практике дает хорошие результаты, потому что его больше радиус кривизны задержки пробоя окружающего воздуха до более высокого напряжения достигнута. Можно подходить очень большой тороид для катушки Тесла, который фактически запрещает окружающего воздуха от разрушения. В этом случае питание не рассеивается в виде вторичной искры и энергии из емкости конденсатора рассеивается между искрового промежутка, бродячих сопротивления, и радиоизлучение.
Источник: http://www.richieburnett.co.uk/operation.html |
