基于特斯拉线圈的高压发生器技术研究

摘要

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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1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要工作

1.4 论文特色之处

2 固态电路设计

2.1 逆变谐振电路

2.2 元器件的参数选取

2.3 驱动电路

2.4 缓冲电路

2.5 初级LC谐振电路

3 TESLA线圈分析

3.1 特斯拉线圈理论分析

3.2 特斯拉线圈分布电容

3.3 特斯拉线圈电压分布

3.4 ANSYS仿真

3.5 线圈设计

4 实验现象与分析

5 总结与展望

致谢

参考文献