基于特斯拉线圈的高压发生器技术研究

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特斯拉线圈是利用共振的原理,用两级线圈振荡升压,从放电终端可获得高频高压的交流电,并且有电弧放电的设备。即用高压谐振进行能量转换的高压发生装置。因为高压发生器的火花放电现象,一般运用于真空检测和电气绝缘检测。  传统的特斯拉线圈使用火花开关,在初级回路中,充电电容达到一定电压时击穿火花开关使其开通,然后通过共振回路的作用使其电压升高,得到高频高压的交流电。但是因为火花开关损耗大、寿命短,电路的效率低及频率的不可控等。本文将使用的固体开关代替火花开关,并且经过理论实验的分析,设计基于特斯拉线圈的高压发生器,使其具有高频化、紧凑化、大变比、体积小、便携性的特点。  特斯拉线圈主要分为固态电路和线圈绕组。在固态电路部分将用固态开关代替原有的火花开关,并采用逆变谐振电路,在初级回路LC谐振条件下,由电阻限制电流,可以降低初级电容值,增加初级电感值,而且逆变方波解决了调频的问题。  线圈绕组部分的设计是整个特斯拉的核心部分。线圈电压的变比与线圈的互感和耦合系数有关。对双谐振电路进行理论分析,可知耦合系数K对输出电压值的影响,这为线圈的设计提供了理论基础。利用ANSYS仿真软件建立不同线圈模型进行对比,并计算出各个线圈的电感矩阵。得出一个最佳的线圈设计方案。特斯拉线圈处于在高频高压条件下,对线圈分布电容以及电压分布的仿真分析,对TESLA线圈的绝缘设计有很重要的作用。  最后在理论和仿真的结论指导下绕制线圈并测量相关参数,搭建实验平台进行实验并获取参数波形,最终放电端击穿空气有火花放电现象。
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