（金华技师学院）
摘要：长期以来在中等职业学校的《工厂变配电技术》学科的教学中，高电压技术的相关教学只能停留在理论讲解和视频教学上，无法让学生有一个直观的、身临其境的认识。为满足教学的要求，共同研制这套“基于特斯拉线圈的高压电力综合实验装置”，该装置能观察“电晕放电”，模拟“跨步高压触电”，用于无线电力传输系统等试验教学。
关键词；特斯拉线圈；高压电力综合实验装置
一、总体设计方案
基于特斯拉线圈的高压电力综合实验装置考虑的最基本要素是制作一个小型的特斯拉线圈，其原理是将220V的市电降压整流滤波后给ZVS驱动器供电，ZVS驱动器产生的高频振荡电流作用在高压包上，产生高压电。首先电源对电容C1充电，当电容的电压高到一定程度超过了打火间隙的阈值，打火间隙击穿空气打火，变压器初级线圈的通路形成，能量在电容C1和初级线圈L1之间振荡，并通过耦合传递到次级线圈．次级线圈也是一个电感，放顶罩C2和大地之间可以等效为一个电容，因此也会发生LC 振荡．当两级振荡频率一样发生谐振的时候，初级回路的能量会涌到次级，放电端的电压峰值会不断增加，直到放电产生几万伏特的高压电。
有了特斯拉线圈这个高频高压电源后，就可以用来做“电晕放电”，模拟“高压弧光触电”，无线电力传输系统等试验教学。
二、电晕放电试验设计
1、电晕放电原理
电晕放电是指带电体表面在气体或液体介质中出现许多局部的电离和激发过程，但电极之间并不击穿或导通，而出现的自持放电现象，常发生在不均匀电场中电场强度很高的区域内（例如高压导线的周围，带电体的尖端附近）。其具有与日晕相似的光层，发出嗤嗤的声音，产生臭氧、氧化氮等特点。
2、试验过程
在次级线圈上端放一个白炽灯泡。当特斯拉线圈通电后，能量在灯泡灯丝上不断积累，电压峰值会不断增加，灯丝周围的电场强度达到一定强度，将周围的空气电离，可以看到灯丝向灯泡四周放电的现象（如图3），在夜幕下能看到蓝色的光，很好的模拟了电晕放电现象。
三、跨步电压触电试验设计
1、跨步电压触电原理
人的两脚距离落地电线的距离不等，地面是导体，电流通过不同距离时电阻不等，根据欧姆定律两脚形成电压差，于是电流通过人体。这时需将两脚并拢方可摆脱危险。
2、试验过程
在一块长20mm，宽10mm的木板中间接上长20mm的螺栓，把木板放在次级高压线圈上方，螺栓对准中间，当特斯拉线圈通电后，螺栓上产生高压电，模拟高压线掉到地上。把模拟人面向“输电线”着地点’跨步站立在“地面上”，打开特斯拉线圈电源，发现氖泡立即发光（如图4），证明模拟人触电，把模拟人跨步放在离掉在地面输电线越近的地方或将两脚跨步距离增大，氖泡发光也越强烈，证明有更强的电流通过“人体”，因而越危险。而当模拟人单脚站立或双脚并拢站立时，氖泡都不发光（如图5），表示这两种情况人是安全的。
3、结论
通过观察或做过上述试验，得出结论一旦遇到跨步电压时，一定要将双脚并拢，跳着离开现场。
四、无线电力传输试验设计
1、无线电力传输原理
无线电力传输利用无线电的手段，将由电厂制造出来的电力转换成为无线电波发送出去，再通过特定的接收装置将无线电波收集起来并转换为电力，供人们使用。
2、试验过程
无线电力传输系统发射端采用特斯拉线圈，特斯拉线圈通电后产生高频高压电向空中发射出去。由于接收的是高频变化的磁场，接收端也采用LC电路的形式，选择与发射端线圈振荡频率相同的接收线圈和振荡电容，接收端的天线也为竖直放置，负载采用一个LED灯。接收端与发射端的LC电路发生谐振，以此来减少损耗，并且提高接收效率。
将接收线圈放在特斯拉线圈10cm处，当特斯拉线圈通电后产生高频磁场能向空中发射出去，接收端的接收电路将磁场转换为频率接近高频变化的交变电流整流后点亮LED灯（如图6）。当电力接收天线逐渐远离电力发射天线时，灯泡的亮度逐渐变暗，在离发射天线距离为1m时，灯泡已经完全不亮。
3、结论
此系统是以特斯拉线圈为核心做电力发射装置。充分利用特斯拉线圈发射功率大，发射磁场强，传输效率高的优点。该系统电路简单、使用方便、灵活性高，是一个很好的装置，能解决家庭中导线过多的问题。
五、总结
特斯拉线圈是一种分布参数高频串联谐振变压器，可以获得上万伏的高频电压，结构简单，容易制作。笔者充分利用这个特点开发研制的这套“基于特斯拉线圈的高压电力综合试验装置”，用于观察“电晕放电”，模拟“跨步高压触电”，无线电力传输系统的研究等。使《工厂变配电技术》的教学更加生动，使学生有更深刻的理解。
参考文献：
[1]张海峰，庞其昌，陈秀春.高压电晕放电特征及其检测 电测与仪表 2006年第2期
[2]裴庆华 高压电弧触电、跨步电压触电实验器 中国教育技术装备2004．10
论文作者:余小飞,盛宏兵
论文发表刊物:《电力设备》2017年第3期
论文发表时间:2017/4/25
标签：特斯拉论文; 线圈论文; 电力论文; 电晕论文; 高压论文; 电压论文; 装置论文; 《电力设备》2017年第3期论文;