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自制泰斯拉闪电发生电路

自制泰斯拉闪电发生电路

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  下图是泰斯拉线圈系统的方框图,也是实际电路图。左半部分为电源控制器。交流市电通过开关Sl(额定电流5A)接入电路,在Sl接通时氖灯LP1点亮。火线L接着通过3A保险管FS1连至钥匙开关S2(额定电流5A)。S2确保只在开锁后才能进行高压放电,这是第一道安全措施。
  
  在S2接通后,点火按钮开关S3一旦被按下,继电器RLA便吸合,对点火开关进行锁定,确保自耦变压器Tl一直通电。按钮开关S4是紧急断电开关,一旦被按下,Tl立即失电。以上的开关和继电器的额定电流均为5A。
  
  自耦变压器Tl是240Vac、5A的自耦变压器,最高输出电压可达270Vac。
  
  电容Cl用来消除高压放电时电路中感生的脉冲尖峰,还可以校正大电感负载的相位角,以减少吸取的电流。
  
  图中虽未画出,但建议最好通过市售的“市电线路滤波器”把电源控制器连至市电上。
  
  图中的右半部分为泰斯拉线圈单元。电源控制器的输出电压通过13A的插头插座SKl/PL1连至线圈单元。电源首先馈入市售的氖管电源单元。这个电源单元实际上是一个10000V、50mA的变压器。此电压对初级电容C2充电,充电到一定电压后通过放电隙放电,所产生的脉冲引起C2、初级线圈Ll和次级线圈L2组成的电路谐振。
  
  电容C2由48个聚丙烯电容串并联组成,每个电容的容量为47nF,耐压1500V;总电容量为15.6nF,耐压为18.0kV;这样做的好处是所用电容均为大路货,价格低。

泰斯拉闪电发生电路

  制作
  
  1.电源控制器
  
  制作电源控制器的第一步是做机壳。用7mm厚的MDF做出长宽高分别为285mm、180mm和200mm的机壳四周和底部,顶部盖上一块铝板。
  
  下一步是确定各个零部件的布局,并据此给铝板打孔。打孔一定要在安装零部件之前进行,以免铝屑引起短路。下图是电源控制器的零部件布局与布线参考图。
  
  接着按图中安装零部件并接线。请注意,要用至少3米长的3芯电源线连接到市电插头;氖管电源插头也要用3米长的连线,以便于与SK1连接。
  
  为了试验电源控制器是否正常,可以在SK1插座处插接一个100W台灯,然后改变自耦变压器的控制旋钮位置。如果台灯亮度随之变化就说明电源控制器正常。

电源控制器的零部件布局与布线参考图

  2.线圈单元
  
  (1)C2电容网络
  
  C2电容网络由48个47nF/1500V聚丙烯电容组成。每12个电容串联为~组,再把4组电容并联在一起。
  
  制作前,先把C2网络每个电容的引脚长度统一剪到2cm长。在每组电容中,相邻电容头尾相接,把引脚绞合在一起,并焊好。
  
  裁下两块硬木板,第一块的尺寸为210mm×120mm,第二块为180mm×120mm。在每块硬木板上涂上硅胶。每块胶木板上压入两组电容,使硅胶把电容粘住、密封好。
  
  每组电容的两端均焊上l0cm长的10A连接线,以便把4组电容并联起来。
  
  (2)放电隙
  
  放电隙是常做不好或装配得不好的部件,也是泰斯拉线圈系统性能差的最常见原因。本设计的放电隙实际上是由7个放电隙串联而成。改变放电隙的数目,就可以改变放电隙的点火电压。
  
  首先切割出7根120mm长的21mm铜管,最好用切割机进行切割。如果用钢锯锯开,就必须用锉把铜管的切口锉平。
  
  再切割7根120mm长的15mm×15mmU型铝材。把U型铝材的开口端与铜管的圆柱面焊在一起,每根U型铝材配一根铜管。
  
  切出两块5mm厚的150mm×120mm有机玻璃板。用细砂纸把有机玻璃板的一面打毛。第一块玻璃板上每隔30mm划一条与短边平行的线,共4条线。第二块玻璃板只画3条与短边平行的线,两边的线与玻璃板边的距离为45mm,中间的线位于玻璃板的中心线。然后在U型铝材的底面涂上高质量的环氧树脂,再贴到有机玻璃板的毛面上。贴上时,铝材中心线要对准有机玻璃板上的划线。第一块有机玻璃板贴4根铝材+铜管,第二块有机玻璃板贴3根铝材+铜管。最后给它们施加适当的压力,静侯2小时左右,直到完全粘牢。
  
  下一步是在离有机玻璃板两边各l0mm的地方给有机玻璃板和铝材钻一个5mm的通孔,总共打14个通孔。然后给每个孔穿上5mm的铜质螺钉并拧上螺母。每块有机玻璃板的4角各钻一个4mm的安装孔。
  
  最后,用4根lOOmm长的4mm尼龙螺栓和相应的螺母把两块玻璃板固定在一起,其示意图如下图所示。

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  (3)初级线圈底盘
  
  在做初级线圈之前,必须先做一个圆底盘。下面介绍圆底盘的制作步骤。
  
  先锯一个400mm直径的圆形胶合板,在其表面刷上聚氨脂漆,让其自然凉干。再锯6根150mm×15mm的木条。在每根木条上钻11个5mm的孔,孔距(孔边与孔边的距离)0.25英寸(6.35mm)。
  
  在胶合板圆盘的圆心处做一个记号,以它为中心画一个直径为ll0mm的圆,从圆心往外画6条辐射线,相邻两线之间为60°。
  
  在每根木条的宽边抹胶,辐射线上也涂胶,把木条粘到胶合板圆盘上。注意,木条的一端应贴近ll0mm直径的内圆的外沿,下一根木条要比前一根木条的位置稍靠外,以便可以安放螺旋形的初级线圈。
  
  过大约10分钟后,胶凝固了。
  
  这时可在相邻的两个扇区各钻一个15mm的孔,孔的位置要靠近ll0mm的内圆。这两个孔用于穿过初级线圈和次级地。
  
  把支撑木条上的每个孔钻通,要把孔下面的胶合板打通。这些孔用于穿过紧固初级线圈用的绑绳。
  
  再给胶合板底盘刷漆,注意不要刷到木条。



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  (4)卷绕初级线
  
  圈取一根9米长的0.25英寸(6.35mm)铜管(冰箱用的铜管)。戴上手套,以防伤人或弄伤铜管。按照木条孔洞以外的木条位置,由里到外逐渐弯曲铜管,使它成为螺旋状,共绕10圈。铜管绕好后,把铜管从底盘上拿下来,放到耐热的表面上。接着用喷灯加热初级线圈内匝的一端,直到出现二次氧化颜色,把几厘米长的焊锡塞入内匝的铜管里面。再把20cm长的粗电缆一端(有焊锡的一端,称为焊头)塞到填满焊锡的内匝铜管里,并进行强加热,使焊接良好。
  
  现在,再把初级线圈重新放到胶合板底盘上,用绑绳穿过底盘的孔,并把铜管做成的线圈绑住。电缆应穿过先前在底盘上打好的孔。下图为初级线圈内匝的外连接图。为了使初级线圈与次级线圈之间更好地绝缘,应当在电缆与孔之间加上一块木塞。次级线圈位于底盘中央。

初级线圈内匝的外连接图

  (5)次级线圈骨架
  
  锯一根50cm长的4英寸(10.2cm)PVC管。注意不要选用黑色的PVC管,其中的碳成分使管子容易击穿。用锉和细砂纸打磨管子的切口,并用细砂纸打磨PVC圆管的管壁。
  
  让PVC管在约50℃下干燥12小时。在管子还未冷却下来之时给管子的内外壁涂上聚氨酯漆。
  
  把PVC管(用来作为骨架)立在7mm厚的硬木板上,沿管的内壁在木板上画一个圆。如法炮制,在木板的另一个位置画另一个圆。然后锯下这两个圆木片。在这两个圆木片的中心钻一个5mm的孔。
  
  把一块圆木片塞入PVC管的一个切口,直到木片与管口对齐。接着在PVC管的管壁钻3个3mm的孔,并钻到管里的木片侧面。这3个孔相距120°。用1/2英寸(约13mm)长的4mm木螺钉拧进这3个孔,把木片紧固在PVC管内。按照上述步骤,把另一个木片也固定在PVC管的另一端。
  
  在离PVC管一端15mm处钻一个2mm的孔,用15mm圆刮刀刮削该孔。
  
  再给PVC管和两端的木塞刷一层漆。
  
  切割出2mm厚的30mm×50mm铝板,用锉锉平边缘,在板的中心钻一个5mm的孔。
  
  找来300m长的0.6mm漆包线,从其一端除去20mm的一段漆,把它焊到M4焊片上。把M4螺钉穿过焊片和铝板中心孔,用M4螺母固定好。
  
  接着把铝板用胶粘到PVC管上,螺钉头和焊片背面向着PVC管。在用环氧树脂粘铝板之前,表面要稍微打毛。铝板上还要锉出一条小槽,让漆包线可从铝板与PVC管之间穿过。

  (6)绕制次级线圈
  
  在骨架上绕制次级线圈是这项制作中最困难的任务。纯粹用手绕制肯定质量很差,因此应设法利用绕制工具。这样,PVC管两端木片上的中心孔就派上了用场。如果您手头上有车床,就可以更精确地绕线。

  绕线的最关键一点是绕好第一匝,一定要绕得又紧又直。接着要一圈挨着一圈,每圈绕得又紧又直,在绕了五六圈后,用绝缘胶纸贴住漆包线。

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