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变压器用途

变压器的原理

变压器特点

特斯拉线圈用途

特斯拉线圈原理

特斯拉线圈特点

参考：

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变压器用途

电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压等

1）开关电源，充电器，220v转换为指定电压，以给各类电子设备供电；

2）电力输送，升压变压器和降压变压器，升压到高压段（110-22kV）、特高压（330-750kV）、特高压（750kV以上）

3）隔离变压器，输入电压和输出电压一致，通过该变压器实现电气隔离

         降压变压器（开关电源）

                                                         电力输送用变压器（图片引用百度百科）

变压器的原理

  变压器基于电磁感应原理（在变化磁通量中的导体会产生电动势，当导体闭合成回路，电动势使得电子发生流动从而形成感应电流），实现交变电压的变换。

从上图可看出，变压器的基本组成为：初级线圈、次级线圈和铁芯，

在初级线圈中输入变化的电压U1，则在铁芯中会产生变化的磁通，在该变化的磁通量作用下会感应出电动势，分别为E1和E2。由电磁感应原理：

 其中的e(t)为感应电动势，n为线圈匝数，为磁通量

联立方程：

 

 可得出电动势和线圈匝数的关系：

 

因此通过线圈匝数的关系可进行升压、降压、恒压变换

变压器特点

转换效率90%以上

     铁损--变化的磁场在铁芯中会有涡流损耗和磁滞损耗，铜损--电源变压器初级和次级线圈使用大量的铜线，电流经过的时会产生热量，由于一部分能量以热能形式损失，因此存在转换效率问题

特斯拉线圈用途

1）无线电能传输（隔空点灯，无线充电（手机、汽车））

2）电打火器（通过次级线圈尖端放电,产生电火花）

特斯拉线圈原理

特斯拉线圈是由美籍塞尔维亚裔发明家、物理学家特斯拉（NikolaTesla  1856-1943）发明。
特斯拉线圈是利用电路谐振原理进行能量变换的变压器。当电路中激励频率等于电路的固有频率时，电路的电磁振荡的振幅也将达到最大值，通过两组耦合的共振电路及线圈，可以产生高频高压低电流的交流电。

 上图为最原始的火花间隙特斯拉线圈结构，包括初级谐振回路、次级谐振回路组成，其中的初级谐振回路包括：主电容、打火器、初级线圈，次级谐振回路包括:次级线圈和放电顶端。

      首先电源充电使得能量暂存在电容中，当电压达到打火器的额定电压时，打火器间隙的空气发生电离，初级谐振回路导通，初级谐振回路通过耦合向次级回路传递能量，次级回路随之振荡并接收能量，当能量增加到一定程度，放电顶端会电离附近的空气，当放电顶端和地面形成闭合回路时就会出现电弧现象。

      特斯拉线圈的耦合系数一般都小于0.3，工作时，两级电压比例是随时间变化而变化的，不成线性关系。通过串联谐振，可以获得与输入信号频率相同但是幅值扩大很多倍的输出电压信号。

现代的特斯拉线圈设计方式：打火器被替换为三极管或场效应晶体管。如下图的工作电路所示：

特斯拉线圈特点

1）损耗大

2）传输距离限制

参考：

【1】一看就懂的变压器原理_AnyWay

 【2】​​​​​​基于特斯拉线圈的静电放电演示系统的研制

 【3】基于特斯拉线圈的无线充电模型设计