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特斯拉線圈相關知識

生活 更新时间:2024-07-17 18:21:14

對與大多數玩了SGTC的人來說都想玩更高級的SSTC/DRSSTC,但是許多人在這是就會遇到困難。

特斯拉線圈介紹

特斯拉線圈又叫泰斯拉線圈,因為這是從"Tesla"這個英文名直接音譯過來的。這是一種分布參數高頻串聯諧振變壓器,可以獲得上百萬伏的高頻電壓。傳統特斯拉線圈的原理是使用變壓器使普通電壓升壓,然後給初級LC回路諧振電容充電,充到放電阈值的,火花間隙放電導通,初級LC回路發生串聯諧振,給次級線圈提供足夠高的勵磁功率,其次是和次級LC回路的頻率相等,讓次級線圈的電感與分布電容發生串聯諧振 [1] ,這時放電終端電壓最高,于是就看到閃電了。通俗一點說,它是一個人工閃電制造器。 在世界各地都有特斯拉線圈的愛好者,他們做出了各種各樣的設備,制造出了眩目的人工閃電,十分美麗!

功率電路

紅色表示高壓藍色低壓黃色為中間壓。通電時,由于開關管關閉沒有其他地方能讓電流通過,因此電流就隻有給兩個橋臂電容充電

當開關管打開,大量的正電荷流向電容的負極,在電流的流動中經過了初級線圈。

特斯拉線圈相關知識(教你DIY固态特斯拉線圈)1

 

好的!轟隆隆!電路開始上電運行了!

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當正弦波高度很大的時候,在Y=0值左右的斜度非常的高,甚至小于邏輯器件的信号邊沿。恩,繼續來,R2是限流電位器,依個人情況調試~c1耦合不解釋,4148削掉大于電源電壓的尖峰後進入u1整形,由于hc14是反相施密特觸發器,所以要想得到同相的信号還要将信号再次反向得到最終輸出。

現在開始設計

特斯拉線圈相關知識(教你DIY固态特斯拉線圈)3

用這個算出次級線圈的一些數據,上圖算出的是一個電感量為59.055118mH(毫亨)的次級線圈,漆包線覆蓋部分的長度330毫米,也就是33厘米,次級線圈骨架最好取40厘米左右。

至此,次級線圈設計完畢。

次級線圈的繞制:

制作次級的時候,第一匝決定整個次級繞線的質量,不要繞偏。用木闆或有機玻璃制作兩個圓盤用來穿在圓筒(如PVC管)兩邊,再在圓盤中間打眼,穿入中心軸,架到線架子裡面就可以

繞線了(可以把鋼筋穿進去,然後兩邊架上凳子)。可以用手來旋轉,也可以用電機帶動。固定圓筒兩端的圓盤,要堅固(有時候,可以用光盤代替;把闆材加工成圓的,挺費力的,

可以用其他的形狀,在賣漆包線的地方還有專門的固定工具,那個效果最好,其實隻要能達到目的就行)

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如果線圈繞得不好會出現空隙。

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這時用手從把線推在一起。

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推完後會發現空出的地方還挺多的,這時可以繼續繞線,直到繞滿為止。

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整個次級線圈就會變得很緊密了。幾乎不會有空隙。

次級的固定:

将大轉小的管件置于大小合适的木闆上(将來作為底座用),用螺絲固定,然後就可以把次級坐到上面去了,挺牢固的。

設計頂端(對地等效電容):

常用的頂端可分為環形頂端,球形頂端,可根據需要或個人喜好自行選擇。

計算球形電容器,隻需要輸入球體的半徑即可。

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(有條件的朋友可以用電容表測量頂端的電容量,将頂端用絕緣物體支起了,然後将電容表打到pF檔位,電容表的黑表筆接地,紅表筆接到頂端上,等到電容表的數字穩定了,讀出,記錄下來即可)

特别說明:接地并不是把電線放在地上而是要深入地下(像暖氣片就是埋在地下的)。這時頂端和大地分别是兩個集電極,如果不接地就不會産生電容,當然無法諧振。不接地無論怎麼調都不會出弧(有小的那是互感産生的,這時是一個沒有鐵芯的普通變壓器)。

上圖就是不接地的效果,電弧根本無法與諧振的相比。

頂端制作:

球形頂端,無需制作,能買到成品的不鏽鋼球。

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頂端固定:

用PVC管箍固定次級兩端(用PVC膠粘住),找堵頭或者是大變小的管件,将次級頂端蓋住(這個不要固定死)。

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銅管盤成如下圖:

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這樣盤成的主線圈可以适用于6英寸到8英寸的次級線圈。

初級線圈支架用5毫米厚的軟塑料闆(非脆性塑料)做,例如塑料刀闆。

将其按等距離打眼,大小要依銅管直徑而定,如圖:

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底座選用普通中密度闆就可以了,這個底座還有用,将來底下要放其它東西。也盡可能加工好。

接下來把銅管和塑料支架穿起來:

内圈接頭部分,将中密度底版在相應地方開孔引出一個接頭如圖:

從上看:

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再找一截銅管做為接地保險,注意,不可閉合!

找個保險絲座,做成滑動接頭,調試時非常好用。

電容陣列設計:

現在設計電容陣列,已知了諧振頻率,就開始計算電容陣列的容量諧振頻率181.281 KHz

計算可以得知,保證初級諧振頻率在181.281KHz的時候,電容陣列需要0.0319133μF,但是組這樣一個非常合适的電容陣列。

做TC用的好電容其實很多,首推的當然是美國CDE電容:

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驅動闆

有兩種選擇一種是用套件組裝,另一種就是自己用洞洞闆焊接。

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當然還有其它的辦法制作驅動,比如蝕刻,但是難度都比較高,推薦辦法買套件。畢竟套件的價格不高,做起來很方便,質量也高于洞洞闆。(現在焊錫的價格很高如果用洞洞闆有時浪費的焊錫,會是一個不小的數字)電路圖倒是有很多主要的就是Steve Ward的

磁環互感器

1.信号互感器和過流保護互感器的繞制:

一般采用1:33:33的繞制方法,即用兩個磁環,初級為全橋輸出導線穿過第一個磁環一匝,次級用細導線在第一個磁環上繞33匝引出,然後在第二個磁環上穿過一匝後短接,再用一根細導線在第二個磁環上繞33匝引出即可。磁環用鐵氧體材質的。

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2.GDT的繞制:

一般為1:1、16匝繞制,根據磁環大小可以選擇隻用一個磁環、用兩個磁環或四個磁環。根據開關管功率選擇磁環大小,25mm直徑磁環适合下圖的開關管。

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繞制的圖紙這裡有三組繞線适合半橋,全橋用5組。

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如果驅動力較大但是磁環太小就會出現磁飽和,影響工作。這時就需要用更大的磁環,但是大的磁環比較貴,所以用幾個小的磁環接在一起是挺好的。

繞線時可以使用這種線,一排有多種顔色。

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功率電路是整個TC的功率輸出部分,他的性能将直接影響到TC的輸出功率。

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在特斯拉線圈運行時電氣環境相當惡劣,功率管相當脆弱。所以,在橋式電路裡要盡量縮短連接線的長度以減少線路中漏下的電感。

因此如果有專用的PCB闆就會簡單很多(科創論壇有銷售套件因為配件不同價格20-60元)

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滅弧:

滅弧電路基本上就是一個脈沖信号發生器,用來控制裝置的放電不光是DRSSTC,SSTC也是要用到滅弧的。

滅弧要分普通滅弧和音樂滅弧,普通滅弧的信号是固定的,而音樂滅弧的信号是随着音頻信号的改變而改變。

音樂滅弧:音樂需要特殊制作的方波音樂,不然容易損壞開關管。

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這個圖需要修改:隻用一個三極管放大就夠了,用9018就行。

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R17是調節占空比的。

先找到固定IGBT的螺絲的位置,然後打孔。

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固定IGBT大磚

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用同樣的辦法固定二極管和電阻

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使用銅排連接電路。

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在背面加上散熱片。

終于大公告成,可以測試了~

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