特斯拉線圈制作教程

ID:85192 · 發表于 2015-7-9 22:19

今天是尼古拉·特斯拉的153歲生日，特意整理發布這篇特斯拉線圈的制作教程，讓我們來膜拜一下這位”神的代言人”。
玩過紅色警戒的朋友的對磁暴線圈一定映像深刻，今天就讓我們一起來做個”磁暴線圈”吧。
先來看些效果圖吧，看看這些特斯拉線圈愛好者們的杰作：

上面的圖片充分的展示了特斯拉線圈的”人造閃電”的魅力，就是這神一般的魔力，吸引著許多人來追尋這種美麗的火花，感受人類最初對”天火”那分震撼。
特斯拉線圈的制作前的準備和注意事項：
整個制作我們以變壓器功率為1000w的中型特斯拉線圈為設計標準。(放電距離：>=120cm)（備注：特斯拉線圈的放電距離和功率成正比）
主要材料及大概成本：
1：高壓變壓器 1000W 輸入220V 輸出 10KV
2：大量無極電容如用0.047uf 1000v~(1600v-)的cbb電容需要準備100只左右，有大容量的高壓電容請自己換算
3：直徑13厘米長1米的聚氯乙烯管(壁厚0.6-1厘米)，pvc管材也將就，厚0.8厘米的絕緣板材(不能是木頭!最好塑料)大約2.5平米，厚0.5厘米的絕緣板材(非木!)大約1.5平米，這些都可在家庭裝飾城(就是那些買涂料，板材，工具等的那種大市場里)買到
4：導線，多芯銅導線，1000v50A大約6米;10kv1A導線3米
5：耐壓漆包線內徑0.5mm 900米長
6：直徑0.8厘米的銅管(壁厚1mm以上)長8米，直徑3厘米厚>1mm長1米的銅管可在汽車配件或五金等地買到
7：電手鉆，螺絲刀，手鋸，鉗子等工具，普通螺絲，塑料螺絲，環氧樹脂膠，鋼尺等
8：用于燃氣熱水器的排氣管(金屬制作，可彎曲，直徑在10厘米以上)制作后期計算得到長度.
特斯拉線圈裝配示意圖和電路圖

雖然按照本文設計的是一個”標準”特斯拉線圈，制作者不必花很多精力和時間在它的原理和計算上面，但是出于對特斯拉的尊敬和方便制作者制作其它規格的特斯拉線圈，還是大致了解一下這里面的原理和計算方法比較好.還有，制作一個特斯拉線圈是會對你的動手能力和電工知識都有提高的好活動
電路草圖

涉及到特斯拉線圈的一些計算公式

電弧長度：電弧長度 L(單位：英寸); 變壓器功率 P (單位瓦特); L=1.7*sqrt(P) （sqrt為開方）
電容陣容量：變壓器輸出電壓(交流)E(單位伏特); 變壓器輸出電流 I(單位毫安); 電容器陣列最大容量C(單位微法) ; 交流頻率F(單位赫茲) C=(10^6)/(6.2832*(E/I)*F) [電容的大小涉及到與變壓器功率的一個匹配問題，當電容過大時在交流上升到頂點時(即sqrt (2)*V時，電容電壓過低無法擊穿打火器的空氣隙則打火器無法啟動就無法工作，整個系統也就無從啟動 ]
電容陣的計算就是電容的簡單串，并聯，初中就學過，在此就不提了.例如當變壓器功率為1000瓦時，輸出電壓為10000伏(交流)，那么電容匹配為0.0318uf，手頭有電容規格為：0.047uf 1000~，1600-，再取保險一點到耐壓 1500v~則需要電容陣列安排如下：15個電容串聯成一個基本鏈(BC);再10個這樣的基本鏈并聯而成(J)，共需要電容150個，若每支電容分壓降為630v~(這樣可以大幅度延長電容壽命)，則： 24–BC，16–J，共需384支電容.
其他：震蕩頻率：F = 1/(2*Pi*sqrt(L*C))

主線圈相關計算如下圖

次極線圈相關計算如下圖

放電終端相關計算如下圖

部件制作
特斯拉線圈的主線圈部分
在本特斯拉線圈的設計中主線圈采用銅管繞制成蚊香狀.銅管是用于汽車，供熱，中央空調中的那種管壁較厚的承壓銅管.直徑8毫米大約繞制9-10匝 (大約需要9米)
銅管如下圖(要盡可能選擇外表光滑無銹無傷的)：

銅管盤成如下圖：

這樣盤成的主線圈可以適用于6英寸到8英寸的次極線圈(盤銅管很費時間，也滿費勁，但是不要圖快，要盡可能盤的圓滑.)，還需要5毫米厚的軟塑料板(非脆性塑料)做主線圈支架，將其按等距離打眼(要打成9毫米的眼，要不穿不進去) 底座選用普通中密度板就可以了，這個底座還有用，將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。
主線圈支架如圖：

銅管和塑料支架穿起來如圖：

內圈接頭部分，將中密度底版在相應地方開孔引出一個接頭如圖：

再找一截銅管做為接地保險，注意，不可閉合!如圖安裝：

電容陣列的制作
在特斯拉線圈中，有一個好的電容是非常重要的.電容的核心地位是由于所有電弧的能量都是由電容直接提供的，這顯然比較奇特，也反映出了特斯拉其人的天才之處。由于高壓電容很難買到，價格昂貴，所以現在一種普遍的做法是通過對普通無極性電容進行串聯和并聯來達到所需的耐壓和容量.
需要準備的材料：
1.無極性電容，(聚乙烯，聚丙烯，CBB電容等)一般常見高壓電容規格主要有：1600v- 0.047uf ， 1600v- 0.068uf兩種;電阻10兆歐(1000000ohm)，大量如下圖：

2.有機玻璃板
3.塑料螺絲
步驟：
1.首先計算所需要的電容個數和排列方式，根據以前提到的變壓器匹配計算得到電容量為0.0318uf/10kv，手頭電容規格為1600v- 0.047uf， (此處注意：電容的耐壓標示都是直流，而且電容器交流耐壓與電容材質等多種因素有關，不能簡單認為只要將直流耐壓值除以1.414 就得到交流耐壓值.)，從壽命和安全性角度出發，建議將每電容分壓值定為450v~ 則得到整個電容陣構成為：22串一鏈，共14鏈并聯，一共308支電容電阻，電阻的用途是為了當停止使用時對電容中的殘留電荷進行放電，使用方法就是每支電容都要并聯一支10兆的電阻(1/4~1/2W )
安全提示：若沒有放電電阻，則電容陣中儲備的能量將可能存在很久而對人身造成傷害!
下圖顯示了一個電容鏈，它是蛇行排布的：

注意!電容之間不要緊密接觸!要留有一定空隙，層與層之間要用4mm厚的有機玻璃隔離，每層包含兩個鏈，固定使用塑料螺絲(一般都叫尼龍螺絲)，每層都有各自的接口使之成為獨立可使用的單元，如圖：

次極線圈的制作
特斯拉線圈中的次極線圈是整個特斯拉線圈中制作最耗時耗神的部分.需要如下材料：
高質量漆包線，(一定要買好的，目前我國的漆包線質量普遍低下，目前就我所知只有一家企業獲得國際認證)，線的直徑從以下選擇：
1.0.51mm 0.57 mm
2. 聚氯乙烯管材，直徑15厘米，最少2米，厚度自己感覺結實就好，(一般能買到的大約在4-8mm厚)
3.要用木頭制作一個繞線架.還要制作兩個圓片用來穿在圓筒兩邊，再在圓片中間打眼，穿入中心軸，架到線架子里面就可以繞線了.一圈一圈的繞，大約繞900~1000匝就適合本系統了.整個繞線過程大約7-8小時吧，所以在中間休息時一定要把已繞好的部分固定好，免得前功盡棄.繞線時要注意不要使線打結，不要用兩根線接起來使用，市面上夠長度的漆包線不大好找，(大約在500m)，但是整卷的線似乎比較貴，所以就看制作者的選擇了，最好有這方面的關系朋友幫忙.
圖例：
聚氯乙烯管材：

高質量漆包線：

固定圓桶的圓盤：

繞線架上的次極線圈：

次極線圈下接頭(接地線)：

次極線圈上接頭(接放電終端)：

打火器的制作
制作打火需要以下材料：
1.200mm直徑pvc管材，長400mm
2.90mm長，直徑20mm銅管若干
3.雙頭螺絲若干(是銅管數目兩倍)

打火器其實相當于一個開關器，未打火時能量由變壓器傳遞到電容陣，當電容陣充電完畢時兩極電壓達到擊穿打火中的縫隙的電壓時，打火器打火，此時電容陣與主線圈形成回路，完成L/C振蕩進而將能量傳遞到次極線圈.
制作步驟：
1.先將銅管打眼。

2.再在pvc管上打眼后，將銅管固定在pvc管內部 (每個銅管與銅管之間的縫隙大約控制在1mm)、

3.組裝好

為了根據需要調整放電縫隙，每相伶螺栓代表1mm的放電縫隙(螺栓即為接線柱)這樣安裝只要變換接線柱就可以很方便的根據你的設計電壓進行調整了.
注意：打火器工作時將會產生很大的熱量，而且往往集中在很小的面積上，所以散熱設備必須很強大!一般采用小型立式風機如圖(就那種吹婚禮拱門的)：一般都在幾百瓦，風量足.只要注意在進風口加上簡單的空氣過濾裝置防止大灰塵就可以了.一般不加風機散熱，特斯拉線圈工作幾十秒后就可能導致打火器高溫變形，加入風機后，一般可以把整個特斯拉線圈的工作時間延長致十幾分鐘.另外，經常在使用后對打火進行清理，去掉電渣和灰塵.
放電終端的制作
在這部分的制作比較簡單和隨意，我這里介紹一種比較成熟和簡易的制作方法，也就是最常見的圈型放電終端(因為這和我的程序相對應，更加方便了計算)]
主要材料：
1. 4寸直徑的燃氣熱水器通風管，(就是那種全金屬的可彎管，家里有燃氣熱水器的一看便知)

2. 7寸直徑的平底金屬盤(用來做派的)，其他類似金屬物也可，關鍵1.平底 2.金屬

3. 包裹金幣巧克力的那種較厚的鋁箔
首先將平底金屬盤底對底用螺絲固定如上圖，接著將鋁管盤成圈狀，使其正好能卡在平底金屬盤制作的骨架上，鋁管的接口口處用鋁箔封口，接線點定位在平底金屬盤骨架中心，組裝好成品，至此特斯拉線圈的所有重要部分已經完成。

關于特斯拉線圈的一些補充說明
關于特斯拉線圈的制作其實還有不少需要注意的事情，其中：
1：次極線圈的骨架既那個聚乙烯圓桶的饒線部分是有要求的，一般來說，饒線直徑和饒線部分桶長比例在1：4左右
2：主線圈的底版可以用一些稍微便宜的材料制作，因為對它的要求不高，當然最好所有的塑料板材都能用雅克力板制作，這樣有結實又漂亮.
3：打火器的制作其實有很多方法，關鍵要注意的是a.放電部件要導熱快 b.放電部件厚度要足夠 c由于打火器更換頻率最高，所以設計要以容易更換，價格便宜為主.
4：關于高壓電容，前些天見到微波爐內部有一種高壓電容規格為 2100AC 1uF 且內部集成放電電阻的電容，看來如果使用這種電容也是一個不錯的方案
5：關于主變壓器，一般難以購買，可以去當地電子市場詢問是否可以定做，如果沒有，可以購買霓虹燈電源，規格為 15000V AC 50HZ 60mA 樣子象個箱子，在國外特斯拉線圈愛好者中使用比較多，還有就是采購日本二手110VACin –6300vACout 變壓器兩個串聯使用。