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地球电离层共振发电无线输电技术

已有 9777 次阅读2011-12-27 02:32 |个人分类:科学论文|系统分类:科技教育| 无线, 电离层, 地球, 技术 分享到微信

地球电离层共振发电无线输电技术

(山西省孝义市科学技术局 郭伟伟)

    宇宙99%以上的物质都以等离子态形式存在,离我们最近的等离子体就是地球电离层。电离层是地球大气的一个重要层区,它是由太阳电磁辐射、宇宙线和沉降粒子作用于地球高层大气,使之电离而生成的由电子、离子和中性粒子构成的准中性等离子体区域。处在50km至几千千米高度间,温度在180~3000K范围之间,其带电粒子(电子和离子)的运动受到地磁场的制约,因此在电波传播领域又称电离层介质为磁离子介质。描述电离层最基本的参量是电子密度,通常按照电子密度随高度的变化来划分电离层的结构。随着高度的变化,电离层电子密度出现几个极大值区域电离层电子密度的高度分布随昼夜、季节、纬度和太阳活动而变化。由于白天和晚上的电离源(太阳电磁辐射)不同,电离层结构也有所不同太阳活动高年和低年中,太阳电磁辐射的差异也导致电离层电子密度有很大差别。但共同的特点是在200~400km高度之间电子密度有一个明显的峰值。地球的电离层与磁气圈中所包含的潜在能量,各自至少达到30亿kW。

1952年舒曼(Schumann)指出,地球电离层可以构成一个谐振腔体,腔体中存在一个特殊的谐振频率,这一频率主要由地球的尺寸决定,并由全球的闪电放电激发这个谐振频率被称为舒曼共振(Schumann Resonance).舒曼共振的频谱在ELF波段,频率为8Hz左右(这个值的说法多,7.83/7.5/7.2等),恰好人类大脑的α波与θ波也近于8Hz,于是有人将舒曼共振称为"地球的脑波"

美国天才物理学家尼古拉.特斯拉1899年在科罗拉多热泉从事一个1.5兆瓦系统研究时惊奇地发现,该系统发出的电脉冲环绕地球返回来时“其强度没有减小,电能可以经济地无线传输到任何遥远的地点,我已毫无疑问地对此进行过无数次观察、实验与测量。这些已证明实际可以将无限量的电力从一个中央发电厂传输到即便最大的距离,12000英里甚至到地球的另一侧,而且传输过程中的电力损失不超过1%对地球电离层空穴进行共振激化期望能够增加自然“舒曼”频率的强度,有助于捕获有用的电能源。这证明其奇特的方法的巨大功效,用类似于泵作用的方式将电力输入到球体使其充电,然后以脉冲方式放电,放电时采用一种“纵向的”声学类型的压缩波形,而不是电磁赫兹类型的横向波。它因此更加类似于静电放电而非波机制。特斯拉声称∶“头一座世界‘全球电力系统’在九个月内能够投入运行。利用这个电站,实际可能获得达到750万kW电力,它的设计使其在无运行费用条件下能够实现尽可能多的技术成就。”特斯拉计算的电力水平仅是较为保守的估计。伊丽萨白.劳舍尔博士最近以当代物理学对此进行了更新计算。表明了地球的电离层与磁气圈中所包含的潜在能量,各自至少达到30亿kW。

    特斯拉的世界电力系统激活了地球的可再生蓄电池—除了闪电时,它通常处于静止状态。关于电离层中储存的静电能源容量,奥列格.朱费门科博士,《静电马达》的作者解释∶仅一次闪电暴雨期间,电离层的电场产生至少功率2亿kW的静电,表明整个地球储存有很多的可以利用的能源。
    说简单点,特斯拉认识到地球就是一个有益于人类的由大气与陆地构成的蓄电池。一百年后,仅仅个别好幻想的科学家认识到在我们的上空隐藏着一个巨大的太拉瓦级可再生电能蓄电池,静待开发。之所以说可再生可以源源不断的为电离层补充能量,特斯拉计划建造一个电力发射塔,使宽带的特斯拉线圈依照不断重复的8赫兹的频率脉冲,使其与地球的舒曼空穴产生共振。激活地球蓄电池的能量,这样发电厂和电力电缆都成为多余,人们只需要安装一个特别的无线接收器就可以吸收源源不断的电力,其可能的生物及环境影响亦十分微弱。

1901年,物理学家特斯拉到处求援,希望在纽约长岛兴建一座高塔进行跨大西洋无线电广播和无线电能传输实验。特斯拉最终说服当时亿万富翁摩根,征得了15万美元资助,最终建成了一座高187英尺沃登克里弗塔,塔顶部有一个直径为68英尺的半球型圆顶,铁塔尚未完工,特斯拉就迫不及待地开始了他的实验。于1902的七月,特斯拉的研究从休士顿街移到了沃登克里弗塔特斯拉主持的「沃登克里弗计划」(Wardendyffe Project)的构思就是在美国长岛(Long Island)建设一座足可输出100万匹「交流电流」的「特斯拉线圈」。「特斯拉线圈」结构基本上,由一个感应圈、两个特大电容器和一个线圈互感器所组成该「线圈」其一特性,是能够生产出既高频又低电流的「高压交流电」。这种「高频电流」可经由空气作远距离的「无线传电」达至另一个「接收器」处,并且对人体绝无不良影响。特斯拉线圈的线路和原理都非常简单,但要将它调整到与环境完美的共振很不容易,特斯拉就是特别擅长这项技艺的人。特斯拉后来发明了所谓的“放大发射机”,现在称之为大功率高频传输线共振变压器,用于无线输电试验。特斯拉的无线输电技术,值得一提。特斯拉把地球作为内导体,地球电离层作为外导体,通过他的放大发射机,使用这种放大发射机特有的径向电磁波振荡模式,在地球与电离层之间建立起大约8赫兹的低频共振,利用环绕地球的表面电磁波来传输能量。这一系统与现代无线电广播的能量发射机制不同,而与交流电力网中的交流发电机与输电线的关系类似,当没有电力接收端的时候,发射机只与天地谐振腔交换无功能量,整个系统只有很少的有功损耗(注:这种情况和特超声的传播类似,也与身外能量的周流模式类似,都与等离子体的脉动有关,其基本原理是极高压,极低电流,故类似交流电的高压输送一样能耗很少,且以真空为传输媒介,能利用全息隐能量场的流转实现能量的无线传输),而如果是一般的无线电广播,发射的能量则全部在空间中损耗掉了。特斯拉线圈是利用电路谐振进行能量变换的高压发生装置。它的工作原理与普通变压器有较大不同。普通变压器的耦合系数K一般接近于1,所以初级和次级电压基本成比例关系;而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,不成线性关系特斯拉线圈的主体部分包括:升压充电回路、初级谐振回路和次级回路;初级谐振回路由初级线圈、主电容、打火器构成。次级谐振回路次级线圈和放电顶端构成,电容和电感的数值可根据实际制作而定。但最关键的是两回路的谐振频率要相同特斯拉线圈的工作过程:电源要先给主电容充电,当电压达到打火器的放电阀值时,打火器间隙的空气开始电离打火,近似导通,使初级谐振回路建立,开始振荡,向次级回路传递能量。次级回路随即起振,接收能量。几个(次数主要与耦合系数有关)周波后,初级回路能量释放完毕。此时,较大部分的能量都转移到次级回路上,一部分能量损耗在回路上。次级回路继续振荡,并反客为主,带动初级回路振荡,以相同的方式把刚才得到的能量还给初级回路。但又一部分能量损耗在回路上,如此反复,直到损耗掉大部分能量。打火器两端电压和电流都不足后,打火器等效断开,由外部电源继续给主电容充电。充电过程要比放电过程长得多,大概在3~10毫秒左右。所以特斯拉线圈放电频度都在每秒100次以上,也使肉眼看上去为连续放电效果。

    1908年6月30日,在俄罗斯帝国西伯利亚森林的通古斯河畔,突然爆发出一声巨响,巨大的蘑菇云腾空而起,天空出现了强烈的白光,气温瞬间灼热烤人,爆炸中心区草木烧焦,七十公里外的人也被严重灼伤,还有人被巨大的声响震聋了耳朵。不仅附近居民惊恐万状,而且还涉及到其它国家。英国伦敦的许多电灯骤然熄灭,一片黑暗;欧洲许多国家的人们在夜空中看到了白昼般的闪光;甚至远在大洋彼岸的美国,人们也感觉到大地在抖动……具体的发生的时间:早上7:17分,位置:北纬60度53分09秒、东经101度53分40秒,靠近通古斯河附近(今属俄罗斯联邦埃文基自治区)。破坏力:据后来估计,相当于1500-2000万吨TNT炸药,并且让超过2153.2平方公里内的6000.4万棵树倒下大约当地时间早上7:15分左右,在贝加尔湖西北方的当地人观察到一个巨大的火球划过天空,其亮度和太阳相若。数分钟后,一道强光照亮了整个天空,并且观察到了蕈状云的现象。这个爆炸被横跨欧亚大陆的地震站所记录,其所造成的气压不稳定甚至被当时英国刚发明的气压自动记录仪所侦测。在美国,史密松天文物理台(Smithsonian Astrophysical Observatory)和威尔逊山天文台(Mount Wilson Observatory)观察到大气的透明度有降低的现象至少数个月。    

关于通古斯大爆炸,推测说只是这位旷世奇才特斯拉的一次交流电试运转。根据其树木的炭化程度及土地的磁化,可发现这并不是一般的线形闪电所造成,而更像球形闪电所释放的巨大能量。在此爆炸发生前期的夜晚,莫斯科等城市上空均出现极亮的闪电,那很可能就是特斯拉在进行远距离无线能量传输试验。并经过精准的运算后(误差不超过一度),准确将强大的交流电集中于通古斯这个杳无人烟之地。可以肯定的是,在爆炸发生时,特斯拉就在俄国伊尔库兹克州,该地也是能够看见大爆炸的地方之一根据俄国当地史料记载6月那日特斯拉以电影之名召集当地数百群众见证了通古斯大爆炸,当时没有人相信该爆炸能够由人所为。但是,特斯拉曾说过类似的话:“我可以劈开世界,但我不会这么去做。”同时,直到如今种种的迹象仍旧表明,在那个时代,只有他才可以做到那种相当于广岛原子弹1000倍能量的释放。另有一个细节是,在通古斯大爆炸前,这位伟大的科学家还多次前往图书馆查阅西伯利亚的地图。

    除此之外,特斯拉实验中在25,000英里〔40,000公里〕距离上测试的脉冲式的静电放电模式的传播的电力传输损失不超过5%。凡•费尔海尔斯博士〔Dr. Van Voorhies〕声称,“……传输距离上的损失在10赫兹时仅为0.25 dB/Mm”,使工程师们往往难于相信,因为他们习惯于使用横向波,电阻介质,以及看的见的沿线路传播的状态,其电力传输损失在5兆赫兹条件下一般达到10 dB/km的电容性圆屋顶,如果特斯拉的576号专利中的导电气球,是理解纵向波的关键。他后来将它与凡德格拉夫的发电机相比。他对瓦登克莱弗塔〔Wardenclyffe Tower〕的作用也进行了解释……“一个人不需要是专家来理解这样类型的装置不是象发电机那样用来产生电力的,而仅仅是具有放大作用的接收装置或收集装置”。

特斯拉还计划,作为电力无线传输的一部分,在地球电离层空穴建立一种全球性的固定共振波。对特斯拉1900年的一对专利#645,576与#649,621进行研究时,我们发现这两个专利在第一页中采用了同样的示意图。在第一个专利中,特斯拉设计了一个四分之一波天线〔对于200英里长的波长采用50英里的辅助线圈〕。更重要的是顶部的球体,被假想是表面具有导电性的气球升高到足以在“稀薄的空气”中传播〔电力〕。
    如特斯拉写道的那样∶采用这样的装置可以实用的对地球上任何地点进行不采用电线的通讯,这不需要进行演示,而是通过我已实现的一个发现证明绝对确实。通俗地解释确切讲如下∶当我们提高我们说话的响声听到回应的回音,我们知道发出的说话声必定达到一个远距离的墙,或者边界物,并由它反射回来。确切如同声音一样,电波也被反射回来,而如同回音提供的证据一样,电波被反射回来的证据是称之为“固定的”波的电气现象—即,具有固定节和腹部区域的电波。替代将声音的振动送向一座墙,我是将电气振动发向地球远距离的边界物,而不是墙,地球则做出了回应。替代回音的,我获得了一种固定的电波,该电波则从遥远处反射回来。
    特斯拉的“全球电力系统”的构思基于其三项发明∶
    1) 特斯拉变压器〔特斯拉线圈〕
    2) 增益传输装置〔调制于激化地球的变压器〕
    3) 无线系统〔不使用电线用于有效传输电能的系统〕
    特斯拉将地球处理为一个巨大的球形导体,而将电离层处理为另一个巨大的球形导体,它们一起具有相互平行的球面,因而构成巨大的“球形电容器”。劳舍尔博士〔Dr. Rauscher〕计算出整个地球—电离层空穴构成的这个巨大的电容器的电容高达15,000微法拉。

根据地球电离层的舒曼共振和特斯拉的无线输电原理,经过重新整理,总结得出了电离层共振发电无线输电技术理论上已经完全证实此项技术对生态安全,并且不会干扰无线电通信。

电离层共振发电无线输电技术原理演示图)

设计方案一:

    1、较高电压220V以上的电瓶电源通过升压变压器升至更高电压10KV以上,并将生成的高压电能储存在阵列电容器C中,随即高能电流穿过打火器S,当电压达到打火器S的放电阀值时,打火器S间隙的空气开始电离打火,近似导通再流过线圈螺线管L使初级谐振回路建立,开始振荡同时与线圈螺线管L互感,向次级回路传递能量次级回路随即起振,接收能量。几个(次数主要与耦合系数有关)周波后,初级回路能量释放完毕。此时,较大部分的能量都转移到次级回路上,一部分能量损耗在回路上,然后通过偶极子天线转换发射频率为8Hz的电磁波。此发射装置由耐高温材料特制的氦气气象气球载到200千米以上的地球电离层位置。

    2、由发射装置发射的较大功率的8Hz低频电磁波在距离地面200千米以上的地球电离层传播并使电离层中大量的等离子体振动,直到大范围区域的地球电离层的等离子共振,此时8Hz低频电磁波与电离层的等离子的电场固有振动频率舒曼共振频率相接近,电离层中越来越多的等离子也以8Hz频率作正弦振动,电离层等离子的电场振幅不断增大、不断叠加,电离层中等离子之间也相互共振,随着电离层等离子共振范围的不断扩大,最终将引起地球电离层全部等离子的共振,从而在全球上空产生较强的电磁振荡现象,并形成超大的电场振幅和磁场振幅。

    3、在地面设置有较高电压10KV以上的电瓶电源通过变阻器R在阵列电容C1 “‘ 中储存电能,然后电流流过线圈螺线管L4使初级谐振回路建立,开始振荡同时与线圈螺线管L3 互感,向次级回路传递能量次级回路随即起振,接收能量。几个(次数主要与耦合系数有关)周波后,初级回路能量释放完毕。此时,较大部分的能量都转移到次级回路上,一部分能量损耗在回路上,再通过偶极子天线转换发射频率为8Hz的电磁波。由于地面电磁波发射器向天空发射的电磁波频率为8Hz,同时天空中地球电离层全部等离子的振动频率也为8Hz,于是地面电磁波发射器偶极子天线中的电荷与天空中地球电离层全部等离子之间产生电磁共振,地球电离层全部等离子的超大电场振幅(地球电离层全部等离子的总30亿kW以上)按频率为8Hz的正弦交流电振荡模式传递到地面电磁波发射器偶极子天线中,产生强大的电能。

    4、来自地球电离层的超强电能经偶极子天线的线圈螺线管L与充电部分电路中的线圈螺线管L互感,然后超强电流流至超大阵列电容器C1“ 储存超强电能(地球电离层全部等离子的总30亿kW以上),最终通过降压变压器进行分压对家用电器完成充电。

    5、来自地球电离层的超强电能经偶极子天线的线圈螺线管L也可以与高压放电部分电路的线圈螺线管L6互感,然后超强电流流至超大阵列电容器C1‘ ,将超强电能储存在超大阵列电容器C1‘ 中,随即超强电流穿过打火器S1‘  当电压达到打火器S1‘  的放电阀值时,打火器S1‘  间隙的空气开始电离打火,近似导通再流过线圈螺线管L1’ 使初级谐振回路建立,开始振荡同时与线圈螺线管L2 互感,向次级回路传递能量次级回路随即起振,接收能量。几个(次数主要与耦合系数有关)周波后,初级回路能量释放完毕。此时,较大部分的能量都转移到次级回路上,一部分能量损耗在回路上。次级回路继续振荡,并反客为主,带动初级回路振荡,以相同的方式把刚才得到的能量还给初级回路。但又一部分能量损耗在回路上,如此反复,直到损耗掉大部分能量。打火器S1‘ 两端电压和电流都不足后,打火器S1‘ 等效断开,由地球电离层的超强电能继续给主电容充电。充电过程要比放电过程长得多,大概在3~10毫秒左右。最终在放电顶端释放出强大的闪电能量(地球电离层全部等离子的总30亿kW以上)。

设计方案二:

    1、较高电压220V以上的电瓶电源通过升压变压器升至更高电压10KV以上,并将生成的高压电能储存在阵列电容器C中,随即高能电流穿过打火器S,当电压达到打火器S的放电阀值时,打火器S间隙的空气开始电离打火,近似导通再流过线圈螺线管L使初级谐振回路建立,开始振荡同时与线圈螺线管L互感,向次级回路传递能量次级回路随即起振,接收能量。几个(次数主要与耦合系数有关)周波后,初级回路能量释放完毕。此时,较大部分的能量都转移到次级回路上,一部分能量损耗在回路上,然后通过放电顶端发射频率为8Hz的纵波闪脉冲。此发射装置由耐高温材料特制的氦气气象气球载到200千米以上的地球电离层位置。

    2、由发射装置发射的较大功率的8Hz低频纵波闪脉冲在距离地面200千米以上的地球电离层传播并使电离层中大量的等离子体做纵波振动,直到大范围区域的地球电离层的等离子共振,此时8Hz低频纵波闪脉冲与电离层的等离子的电场固有振动频率舒曼共振频率相接近,电离层中越来越多的等离子也以8Hz频率作正弦纵波振动,电离层等离子的电场振幅不断增大、不断叠加,电离层中等离子之间也相互共振,随着电离层等离子共振范围的不断扩大,最终将引起地球电离层全部等离子的共振,从而在全球上空产生较强的电磁振荡现象,并形成超大的电场振幅和磁场振幅。

    3、在距离发射装置8Hz低频纵波闪脉冲半波长整数倍的地面设置有较高电压220V以上的电瓶电源通过升压变压器升至更高电压10KV以上,并将生成的高压电能储存在阵列电容器C 中,随即高能电流穿过打火器S2,当电压达到打火器S2 的放电阀值时,打火器S2 间隙的空气开始电离打火,近似导通再流过线圈螺线管L3 使初级谐振回路建立,开始振荡同时与线圈螺线管L4 互感,向次级回路传递能量次级回路随即起振,接收能量。几个(次数主要与耦合系数有关)周波后,初级回路能量释放完毕。此时,较大部分的能量都转移到次级回路上,一部分能量损耗在回路上,然后通过放电顶端发射频率为8Hz的纵波闪脉冲。由于地面脉冲发射装置向天空发射的纵波闪脉冲频率为8Hz,同时天空中地球电离层全部等离子的振动频率也为8Hz,并且两个闪脉冲发射装置波源之间相距8Hz低频纵波闪脉冲半波长整数倍而形成驻波,于是地面脉冲发射装置放电顶端中的电荷与200千米以上天空中的脉冲发射装置内的脉冲电地球电离层全部等离子之间产生电磁共振,地球电离层全部等离子的超大电场振幅(地球电离层全部等离子的总30亿kW以上)按频率为8Hz的纵波正弦交流电振荡模式传递到地面脉冲发射装置放电顶端线圈螺线管L4 中,产生强大的电能。

    4、来自地球电离层的超强电能经地面脉冲发射装置放电部分的线圈螺线管L4 与充电部分电路中的线圈螺线管L5 互感,然后超强电流流至超大阵列电容器C3 储存超强电能(地球电离层全部等离子的总30亿kW以上),最终通过降压变压器进行分压对家用电器完成充电。

5、来自地球电离层的超强电能经地面脉冲发射装置放电部分的线圈螺线管L4 也可以与高压放电部分电路的线圈螺线管L6互感,然后超强电流流至超大阵列电容器C4,将超强电能储存在超大阵列电容器C4中,随即超强电流穿过打火器S3 当电压达到打火器S3 的放电阀值时,打火器S3  间隙的空气开始电离打火,近似导通再流过线圈螺线管L7 使初级谐振回路建立,开始振荡同时与线圈螺线管L 8互感,向次级回路传递能量次级回路随即起振,接收能量。几个(次数主要与耦合系数有关)周波后,初级回路能量释放完毕。此时,较大部分的能量都转移到次级回路上,一部分能量损耗在回路上。次级回路继续振荡,并反客为主,带动初级回路振荡,以相同的方式把刚才得到的能量还给初级回路。但又一部分能量损耗在回路上,如此反复,直到损耗掉大部分能量。打火器S3 两端电压和电流都不足后,打火器S3 等效断开,由地球电离层的超强电能继续给主电容充电。充电过程要比放电过程长得多,大概在3~10毫秒左右。最终在线圈螺线管L 8上部的放电顶端释放出强大的闪电能量(地球电离层全部等离子的总30亿kW以上)。

电离层共振发电无线输电实验装置制作流程:

半波偶极FM天线的制作

最常用的天线是中心驱动的半波偶极子天线, 如图右A所示。

制作办法是:将一条粗铜线(或铜管、铝管,或用同轴电缆的屏蔽层)焊到BNC插座上。粗铜线的长度大约是1/4波长,即 75/f 米, 其中f是发射频率(兆赫)。如果你不肯定你使用的频率, 就用 70cm。

这样的部件需要两套,B图显示怎么样把这两套部件连在一起。在上面的部件粗铜线应该只与BNC插座的中心连接, 而在下面的部件粗铜线应该连接到BNC外壳。

天线应该垂直放置, 在电缆和天线之间应该留出至少50cm空当。

 

偶极子天线的原阻抗是75欧姆。由于偶极子的两半是对称的(即平衡的),和同轴电缆(不平衡的)连接时需要有一个“1:1 平衡-不平衡变压器(balun)” 。这个变换器最简单的制作办法是把电缆绕直径大约10-20cm的4-5个圈。

以下介绍一位FM爱好者用老电视机中的羊角天线自制的半波偶极FM天线。

材料:电视天线一副(羊角天线)因为用的是现成的羊角天线,自带balun和500欧姆的平行馈线,所以传输线直接接到balun的输出端就可以了。铜轴电缆用的五金店买的普通电视用的传输线。

 

DIY个抗台风的半波偶极天线

半波偶极天线,感觉制作简单,效果良好,特应部分机友要求,详细看图说话,重新示范如何制作 调频广播接收用的半波偶极天线。

(当然,半波偶极天线并不是最好的,因为根据《实用天线设计与制作》一书中第11页提到:相对与全向天线,半波偶极天线的增益为 2.15db, 三单元八木天线的增益为 7.7db ,所以如果需要 DX 远方调频电台,还是八木天线效果好。不过八木天线也有缺陷,方向性太强,日常使用起来不方便,不可能每听一个台就跑到外面转一下天线方向)
 
 
一 理论准备:

调频广播波段中心频率位 8HZ, 波长=3*108/f = 3*108/8 = 3.75*107 1/4 波长为 9.375*106
  
不过天线中的振子的长度并不正好是1/4波长,因为电波在导线中行进的速度与在真空中的不同,一般都要短一些,所以有一个缩短因子
   所以振子长度 取 (286/f) /4 = 0.73米


  
二 材料准备:

振子 -- 6平方铜线两条 各长 80厘米
   四分PVC水管两条,各长 80厘米,作横杆,最好联塑牌,质量比较好
   四分PVC水管一条,作竖杆 ,长 四米(长度自己顶)
   六分PVC水管一条 ,长 3.5米 八分PVC水管一条, 长 3 米 (整个天线做完后,把四分管套在六分管中,再把六分管套在八分管中,加强主杆的强度,实践证明,这样总长度 4米的主杆可以抵御台风鹦鹉和黑格比)
   工具-- 钢锯 电工胶布 电工防水胶布 扎带 卷尺 剪刀 钳子 PVC管粘合胶水


  
  
三 固定振子

把振子两端用防水胶布包好,然后用扎带把振子固定在横杆上


  
四 连接横杆与主杆

用 四分管的 三通 把 横杆与主杆 用粘合胶水粘起来


  
五 用电烙铁把振子与 75欧姆同轴电缆焊接起来,并用电工防水胶布包起来


  
六 balun

偶极子天线的原阻抗是75欧姆,由于偶极子的两半是对称的(即平衡的),和同轴电缆(不平衡的)连接时需要有一个“1:1 平衡-不平衡变压器(balun)” 。这个变换器最简单的制作办法是把电缆绕直径大约10-20cm的4-5个圈


  
七 加强主杆

把四分管套在六分管中,再把六分管套在八分管中,加强主杆的强度,实践证明,这样总长度 4米的主杆可以抵御台风鹦鹉和黑格比


  
八 接头

九 立起来的效果 (振子离地最少2米,越高越好,如果在楼顶,也要离楼顶至少2米,如果立在楼顶,要注意防雷)

特斯拉线圈的制作前的准备和注意事项:
整个制作我们以变压器功率为63065w的中型特斯拉线圈为设计标准。(放电距离:>=120cm)(备注:特斯拉线圈的放电距离和功率成正比)
主要材料及大概成本:
1:高压变压器 63065W 输入220V 输出 10000V
2:大量无极电容 如用0.047uf 1000v~(1600v-)的cbb电容需要准备100只左右,有大容量的高压电容请自己换算
3:直径15.24厘米长1米的聚氯乙烯管(壁厚0.6-1厘米),pvc管材也将就,厚0.8厘米的绝缘板材(不能是木头!最好塑料)大约2.5平米,厚0.5厘米的绝缘板材(非木!)大约1.5平米,这些都可在家庭装饰城(就是那些买涂料,板材,工具等的那种大市场里)买到
4:导线,多芯铜导线,1000v50A大约6米;10kv1A导线3米
5:耐压漆包线 内径0.5mm ,7258.08979米长
6:直径0.762-0.8厘米的铜管(壁厚1mm以上)长9.575546米,直径3厘米厚>1mm长9.575546米的铜管可在汽车配件或五金等地买到
7:电手钻,螺丝刀,手锯,钳子等工具,普通螺丝,塑料螺丝,环氧树脂胶,钢尺等
8:用于燃气热水器的排气管(金属制作,可弯曲,直径在10厘米以上)制作后期计算得到长度.

特斯拉线圈装配示意图和电路图

虽然按照本文设计的是一个”标准”特斯拉线圈,制作者不必花很多精力和时间在它的原理和计算上面,但是出于对特斯拉的尊敬和方便制作者制作其它规格的特斯拉线圈,还是大致了解一下这里面的原理和计算方法比较好.还有,制作一个特斯拉线圈是会对你的动手能力和电工知识都有提高的好活动

电路草图

涉及到特斯拉线圈的一些计算公式

电弧长度: 电弧长度 L=16807.874(单位:英寸); 变压器功率 P=63065 (单位 瓦特); L=1.7*sqrt(P) (sqrt为开方)

电容阵容量: 变压器输出电压(交流)E=10000(单位 伏特); 变压器输出电流 I=6306.4799542(单位 毫安); 电容器阵列最大容量C=12546313.889(单位 微法) ; 交流频率F=8(单位赫兹) C=(10^6)/(6.2832*(E/I)*F) [电容的大小涉及到与变压器功率的一个匹配问题,当电容过大时在交流上升到顶点时(即sqrt (2)*V时,电容电压过低无法击穿打火器的空气隙则打火器无法启动就无法工作,整个系统也就无从启动 ]

电容阵的计算就是电容的简单串,并联,初中就学过,在此就不提了.例如当变压器功率为1000瓦时,输出电压为10000伏(交流),那么电容匹配为0.0318uf,手头有电容规格为:0.047uf 1000~,1600-,再取保险一点到 耐压 1500v~则需要电容阵列安排如下:15个电容串联成一个基本链(BC);再10个这样的基本链并联而成(J),共需要电容150个,若每支电容分压降为630v~(这样可以大幅度延长电容寿命),则: 24–BC,16–J,共需384支电容.

其他: 震荡频率:F = 1/(2*Pi*sqrt(L*C))=8Hz

主线圈相关计算如下图

次极线圈相关计算如下图

放电终端相关计算如下图

部件制作

特斯拉线圈的主线圈部分

在本特斯拉线圈的设计中主线圈采用铜管绕制成蚊香状.铜管是用于汽车,供热,中央空调中的那种管壁较厚的承压铜管.直径7.62-8毫米大约绕制10匝 (大约需要9.575546米)
铜管如下图(要尽可能选择外表光滑无锈无伤的):

铜管盘成如下图:

这样盘成的主线圈可以适用于6英寸到8英寸的次极线圈(盘铜管很费时间,也满费劲,但是不要图快,要尽可能盘的圆滑.),还需要5毫米厚的软塑料板(非脆性塑料)做主线圈支架,将其按等距离打眼(要打成9毫米的眼,要不穿不进去) 底座选用普通中密度板就可以了,这个底座还有用,将来底下要放其它东西.也尽可能加工好,接下来把铜管和塑料支架穿起来。
主线圈支架如图:

铜管和塑料支架穿起来如图 :

内圈接头部分,将中密度底版在相应地方开孔引出一个接头如图:

再找一截铜管做为接地保险,注意,不可闭合!如图安装:

电容阵列的制作

在特斯拉线圈中,有一个好的电容是非常重要的.电容的核心地位是由于所有电弧的能量都是由电容直接提供的,这显然比较奇特,也反映出了特斯拉其人的天才之处。由于高压电容很难买到,价格昂贵,所以现在一种普遍的做法是通过对普通无极性电容进行串联和并联来达到所需的耐压和容量.
需要准备的材料:
1.无极性电容,(聚乙烯,聚丙烯,CBB电容 等)一般常见高压电容规格主要有:1600v- 0.047uf , 1600v- 0.068uf两种;电阻10兆欧(1000000ohm),大量如下图:

2.有机玻璃板
3.塑料螺丝

步骤:
1.首先计算所需要的电容个数和排列方式,根据以前提到的变压器匹配计算得到电容量为0.0318uf/10kv,手头电容规格为1600v- 0.047uf, (此处注意:电容的耐压标示都是直流 ,而且电容器交流耐压与电容材质等多种因素有关,不能简单认为只要将直流耐压值除以1.414 就得到交流耐压值.),从寿命和安全性角度出发,建议将每电容分压值定为450v~ 则得到整个电容阵构成为:22串一链,共14链并联,一共308支电容电阻,电阻的用途是为了当停止使用时对电容中的残留电荷进行放电,使用方法就是每支电容都要并联一支10兆的电阻(1/4~1/2W )
安全提示:若没有放电电阻,则电容阵中储备的能量将可能存在很久而对人身造成伤害!
下图显示了一个电容链,它是蛇行排布的:

注意!电容之间不要紧密接触!要留有一定空隙,层与层之间要用4mm厚的有机玻璃隔离,每层包含两个链,固定使用塑料螺丝(一般都叫尼龙螺丝), 每层都有各自的接口使之成为独立可使用的单元,如图:

次极线圈的制作
特斯拉线圈中的次极线圈是整个特斯拉线圈中制作最耗时耗神的部分.需要如下材料:
高质量漆包线,(一定要买好的,目前我国的漆包线质量普遍低下,目前就我所知只有一家企业获得国际认证),线的直径从以下选择:
1.0.51mm 0.57 mm
2. 聚氯乙烯管材,直径15.24厘米,最少2米,厚度自己感觉结实就好,(一般能买到的大约在4-8mm厚)
3.要用木头制作一个绕线架.还要制作两个圆片用来穿在圆筒两边,再在圆片中间打眼,穿入中心轴,架到线架子里面就可以绕线了.一圈一圈的绕,大约绕15167.2806匝就适合本系统了.整个绕线过程在中间休息时一定要把已绕好的部分固定好,免得前功尽弃.绕线时要注意不要使线打结,不要用两根线接起来使用,市面上够长度的漆包线不大好找,(大约在7258.08979m),但是整卷的线似乎比较贵,所以就看制作者的选择了,最好有这方面的关系朋友帮忙.
图例:
聚氯乙烯管材:

高质量漆包线:

固定圆桶的圆盘:

绕线架上的次极线圈:

次极线圈下接头(接地线):

次极线圈上接头(接放电终端):

打火器的制作
制作打火需要以下材料:
1.200mm直径pvc管材,长400mm
2.90mm长,直径20mm铜管若干
3.双头螺丝 若干(是铜管数目两倍)

打火器其实相当于一个开关器,未打火时能量由变压器传递到电容阵,当电容阵充电完毕时两极电压达到击穿打火中的缝隙的电压时,打火器打火,此时电容阵与主线圈形成回路,完成L/C振荡进而将能量传递到次极线圈.

制作步骤:
1.先将铜管打眼。

2.再在pvc管上打眼后,将铜管固定在pvc管内部 (每个铜管与铜管之间的缝隙大约控制在1mm)、

3.组装好

为了根据需要调整放电缝隙,每相伶螺栓代表1mm的放电缝隙(螺栓即为接线柱)这样安装只要变换接线柱就可以很方便的根据你的设计电压进行调整了.
注意:打火器工作时将会产生很大的热量,而且往往集中在很小的面积上,所以散热设备必须很强大!一般采用小型立式风机如图(就那种吹婚礼拱门的):一般都在几百瓦,风量足.只要注意在进风口加上简单的空气过滤装置防止大灰尘就可以了.一般不加风机散热,特斯拉线圈工作几十秒后就可能导致打火器高温变形,加入风机后,一般可以把整个特斯拉线圈的工作时间延长致十几分钟.另外,经常在使用后对打火进行清理,去掉电渣和灰尘.

放电终端的制作

在这部分的制作比较简单和随意,我这里介绍一种比较成熟和简易的制作方法,也就是最常见的圈型放电终端(因为这和我的程序相对应,更加方便了计算)]
主要材料:
1. 4寸直径的燃气热水器通风管,(就是那种全金属的可弯管,家里有燃气热水器的一看便知)

2. 7寸直径的平底金属盘(用来做派的),其他类似金属物也可,关键1.平底 2.金属

3. 包裹金币巧克力的那种较厚的铝箔
首先将平底金属盘底对底用螺丝固定如上图,接着将铝管盘成圈状,使其正好能卡在平底金属盘制作的骨架上,铝管的接口口处用铝箔封口,接线点定位在平底金属盘骨架中心,组装好成品,至此特斯拉线圈的所有重要部分已经完成。

关于特斯拉线圈的一些补充说明
关于特斯拉线圈的制作其实还有不少需要注意的事情,其中:
1:次极线圈的骨架既那个聚乙烯圆桶的饶线部分是有要求的,一般来说,饶线直径和饶线部分桶长比例在1:4左右
2:主线圈的底版可以用一些稍微便宜的材料制作,因为对它的要求不高,当然最好所有的塑料板材都能用雅克力板制作,这样有结实又漂亮.
3:打火器的制作其实有很多方法,关键要注意的是a.放电部件要导热快 b.放电部件厚度要足够 c由于打火器更换频率最高,所以设计要以容易更换,价格便宜为主.
4:关于高压电容,前些天见到微波炉内部有一种高压电容规格为 2100AC 1uF 且内部集成放电电阻的电容,看来如果使用这种电容也是一个不错的方案
5:关于主变压器,一般难以购买,可以去当地电子市场询问是否可以定做,如果没有,可以购买霓虹灯电源,规格为 15000V AC 50HZ 60mA 样子象个箱子,在国外特斯拉线圈爱好者中使用比较多,还有就是采购日本二手110VACin –6300vACout 变压器两个串联使用。










鸡蛋

鲜花

握手

雷人

路过

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