Marx -generator - højspændingsimpulsgenerator , hvis funktionsprincip er baseret på opladning af elektrisk strøm forbundet parallelt (gennem modstande ) kondensatorer forbundet efter opladning i serie ved hjælp af forskellige omskiftningsenheder (for eksempel gasudladere eller trigatroner ). Udgangsspændingen stiger således proportionalt med antallet af tilsluttede kondensatorer.
Efter opladning af kondensatorerne startes generatoren normalt, efter at det første gnistgab er udløst (angivet som trigger ( trigger ) på figuren. Efter triggeren er udløst, bevirker overspændingen på gnistgabet, at alle opladere arbejder næsten samtidigt, hvilket er hvorfor de ladede kondensatorer er serieforbundne.
Marx-generatorer gør det muligt at opnå impulsspændinger fra snesevis af kilovolt til titusinder af megavolt.
Frekvensen af de pulser, der genereres af Marx-generatoren, afhænger af generatorens effekt i pulsen - fra enheder af pulser i timen til flere titus hertz .
Pulsenergien fra Marx-generatorer varierer meget (fra decijoule til titusinder af megajoule).
Laboratorie små Marx-generatorer op til spændinger på 100-200 kilovolt kan fremstilles med luftisolering, kraftigere Marx-generatorer med højere driftspulsspændinger kan fremstilles med vakuum , gas (en gas med høj elektrisk styrke under tryk, såsom SF6 ), olieisolering, som forhindrer både direkte parasitære nedbrydninger af luft og afstrømning af ladninger fra installationen på grund af coronaudledninger.
I tilfælde af udførelse af Marx-generatorer med vakuum-, gas- eller olieisolering placeres generatoren normalt i en forseglet beholder evakueret eller fyldt med de angivne stoffer. I nogle designs af Marx-generatorer er kondensatorer og modstande forseglet, men gasudladere er placeret i luft.
Som afledere anvendes luftafledere (f.eks. med lyddæmpere) til spændinger op til 100 kV og strømme op til 1000 kA, vakuumafledere, ignitroner , pulserende brintthyratroner . Thyristorer bruges praktisk talt ikke som koblingselementer på grund af de lave værdier af omvendt spænding og vanskelighederne med at synkronisere deres drift i tilfælde af en serieforbindelse. Alle typer gnistgab er kendetegnet ved forskellige ulemper (elektrodeerosion, utilstrækkelig hastighed, kort levetid osv.) eller er dyre, som for eksempel hydrogenthyratroner.
For at reducere tab bruges der i nogle tilfælde højkvalitetsdrosler i stedet for modstande som beskyttende og adskillende (opladnings-) elementer i generatoren . I nogle designs af generatorer bruges væskemodstande (modstande) som modstande.
Figuren (koaksialt design) viser en Marx-generator, der bruger væskekondensatorer på deioniseret vand. Dette design forbedrer fremstillingsevnen af kondensatoren, reducerer længden af forbindelseslederne og gør det også muligt at reducere den samlede responstid for aflederne betydeligt på grund af deres bestråling med UV-stråling fra aflederne, der arbejdede lidt tidligere.
Den største ulempe ved Marx-generatoren er, at den ved et ladespændingsniveau i størrelsesordenen (50–100)⋅10 3 V skal indeholde 5–8 trin med det samme antal gnistafbrydere, hvilket er forbundet med en forringelse af de specifikke energi- og vægt- og størrelsesparametre og et fald i effektiviteten . I Marx-generatorens afladningstilstand er tabene summen af tabene i kondensatorerne og gnistgab og belastningsmodstanden, for eksempel afladningskanalen i hovedafladningsgabet. For at reducere tab har de en tendens til at reducere modstanden af GVP'ens gnistkontakter, for eksempel ved at placere dem i en elektrisk stærk gas under tryk, bruge kondensatorer med en øget kvalitetsfaktor, optimere nedbrudsinitiering for at opnå minimale nedbrydningsgradienter osv. .
Højspændingsimpulsgenerator (pulsspændingsgenerator, GIN ) Marx bruges i en række forskning inden for videnskab, såvel som til at løse forskellige problemer inden for teknologi. I nogle installationer fungerer Marx-generatorer også som pulserende strømgeneratorer ( PCG ).
I nogle installationer kombineres to Marx-generatorer til en enkelt installation, hvor en flertrins GVP med kondensatorer med en lille total kapacitans giver et højspændingspotentiale, der er nødvendigt for udviklingen af udladningen af den primære lavtrinns PCG med kondensatorer på en stor total kapacitans, med et relativt lavt potentiale, men en stor strømstyrke i en lang puls .
For eksempel bruges Marx-generatorer (indledende historisk anvendelse) i nuklear og termonuklear forskning til at accelerere forskellige elementære partikler , skabe ionstråler, skabe relativistiske elektronstråler for at initiere termonukleære reaktioner.
Marx-generatorer bruges som kraftfulde pumpekilder til kvantegeneratorer, til at studere plasmatilstande og til at studere pulserende elektromagnetisk stråling .
I militærteknologi bruges Marx-generatorer i kombination med for eksempel vircatorer som strålingsgeneratorer til at skabe bærbart elektronisk krigsudstyr. , som et elektromagnetisk våben [1] , hvis handling er baseret på at ramme mål med radiofrekvent elektromagnetisk stråling (RFEMI).
I industrien bruges Marx-generatorer, sammen med andre kilder til pulserende spændinger og strømme, til elektrohydraulisk bearbejdning af materialer, knusning, boring, komprimering af jord og betonblandinger.
Højspændingsimpulsgeneratoren blev opfundet af den tyske ingeniør Erwin Marx i 1924 , bygget i 1926 . I hjemlige kilder kaldes Marx-generatoren ofte for Arkadiev-Marx-generatoren [2] eller Marx-Arkadiev-generatoren [3] . Nogle indenlandske forskere kalder Marx-generatoren for Arkadiev-Bucklin-Marx-generatoren. Dette navn opstod på grund af det faktum, at V. K. Arkadiev , sammen med N. V. Baklin [4] , i 1914 byggede den såkaldte "lyngenerator" [5] , som var den første pulsgenerator i Rusland, der arbejdede efter princippet om sekventiel tilslutning af kondensatorer for at opnå en multipliceret spænding. Arkadiev-Bucklin-generatoren lignede grundlæggende Marx-generatorens funktion, men i modsætning til den brugte den en kontaktmekanisk metode til at forbinde trinkondensatorer, og ikke en ikke-kontakt, som i Marx-generatoren.
Hvert år uddeler den tyske forening for elektroteknik, elektronik og informationsteknologi priser til dem. Erwin Marx til de bedste kandidater fra Braunschweig University of Technology og Braunschweig University of Applied Sciences "Ostfalia" [6] .
| Højspændingsgeneratorer | ||
|---|---|---|
| Elektrostatisk | ||
| elektromagnetisk | ||
| Elektronisk |
| |