تحليل و مقايسه دو ساختار متداول مبدل ولتاژ تسلاي مبتني بر اسپارك

Analysis and Comparison of Two Conventional Structures of Spark Gap Tesla Transformer

مبدل ولتاژ تسلا، يكي از ابزارهاي متداول براي توليد ولتاژهاي بسيار بالا ميباشد. در اين مقاله به بررسي دو ساختار متفاوت از مبدل ولتاژ تسلاي مبتني بر اسپاركگپ پرداخته شده است. تفاوت دو ساختار مبدل ولتاژ تسلا در نوع مبدل ولتاژ افزاينده مورد استفاده، محل قرار گرفتن اسپاركگپ و خازن سمت اوليه ميباشد. در اين مقاله سعي بر اين بوده است كه معادلات ديفرانسيل بيانكننده رفتار هر كدام از دو ساختار مبدل ولتاژ تسلا به روش تحليلي در حالتهاي شارژ و دشارژ حل شده و دو ساختار با هم مقايسه شود. در حالتيكه حل معادلات ديفرانسيل بهصورت تحليلي امكانپذير نبوده از روش انتگرالگيري عددي اويلر استفاده شده است. همچنين تاثير برخي پارامترهاي سيستم مانند لحظه ايجاد جرقه و اندوكتانس نشتي مبدل ولتاژ افزاينده نيز در هر دو ساختار بر ولتاژ خروجي مبدل ولتاژ تسلا مطالعه، و از مدل عناصر فشرده براي اجزاي مبدل ولتاژ تسلا استفاده شده، و از تلفات مقاومتي صرفنظر شده است. براي بررسي صحت و دقت روابط محاسبهشده، نتايج حاصله از معادلات تحليلي و حل عددي با نتايج شبيهسازي بهدست آمده از نرمافزار MATLAB/Simulink مقايسه شده است. مقايسه نتايج شبيهسازي با نتايج تحليلي و حل عددي نشان ميدهد كه روابط محاسبهشده از اعتبار خوبي برخوردار هستند و در شرايط يكسان، يكي از دو ساختار بررسيشده، از توانايي بيشتري براي توليد ولتاژهاي بالاتر برخوردار است، و با كاهش اندوكتانس نشتي مبدل ولتاژ افزاينده، ولتاژ خروجي مبدل ولتاژ تسلا در هر دو ساختار افزايش مييابد.

Tesla transformer is one of the most common devices to produce very high voltage. In this paper, two conventional structures of spark gap Tesla transformer is are investigated. The difference between two types of Tesla transformers is in the type of step-up transformer, location of spark gap and primary capacitor. In this paper, the differential equations expressing behavior of two structures of Tesla transformer are analytically solved in both of charge and discharge conditions. Of course, when analytical solution of those differential equations has been arduous, the Euler numerical integration has been used. Also the effect of some system parameters such as beginning instant of spark and leakage inductance of the step-up transformer on the output voltage of Tesla transformer is studied. It should be noted that in  this paper, of lumped model of Tesla transformer is used and resistive losses are neglected. To verify the validity of obtained results, the results are compared with results those  of simulation in MATLAB/Simulink software. Comparison of Analytical and numerical results with simulation results, shows that the calculated equations have a good reputation. In the same conditions, as well, one of the two structures studied has the greater ability to generate higher voltage, and while leakage inductance of the step-up transformer reduces, the output voltage of Tesla transformer in both structures increases. Keywords: Tesla Transformer, Spark Gap, Neon Sign Transformer, Euler Integration Method.