Generator Marx - generator de impulsuri de înaltă tensiune , al cărui principiu de funcționare se bazează pe încărcarea curentului electric conectat în paralel (prin rezistențe ) condensatoare conectate după încărcarea în serie folosind diferite dispozitive de comutare (de exemplu, descărcatoare de gaz sau trigatron ). Astfel, tensiunea de ieșire crește proporțional cu numărul de condensatoare conectate.
După încărcarea condensatoarelor, generatorul este de obicei pornit după declanșarea primului eclator (indicat ca declanșator ( declanșator ) în figură. După declanșarea declanșatorului, supratensiunea de pe eclatoarele face ca toate încărcătoarele să funcționeze aproape simultan, ceea ce este de ce condensatoarele încărcate sunt conectate în serie.
Generatoarele Marx fac posibilă obținerea unor tensiuni de impuls de la zeci de kilovolți la zeci de megavolți.
Frecvența impulsurilor generate de generatorul Marx depinde de puterea generatorului în impuls - de la unități de impulsuri pe oră la câteva zeci de herți .
Energia pulsului generatoarelor Marx variază foarte mult (de la decijouli la zeci de megajouli).
Generatoarele mici de laborator Marx de până la tensiuni de 100-200 kilovolți pot fi realizate cu izolație cu aer, generatoarele Marx mai puternice cu tensiuni de impuls de funcționare mai mari pot fi realizate cu vid , gaz (un gaz cu rezistență electrică mare sub presiune, cum ar fi SF6 ), izolație cu ulei, care previne atât defalcarea parazită directă a aerului, cât și scurgerea sarcinilor din instalație din cauza descărcărilor corona.
In cazul executiei generatoarelor Marx cu izolatie in vid, gaz sau ulei, generatorul este de obicei plasat intr-un recipient etans evacuat sau umplut cu substantele indicate. În unele modele de generatoare Marx, condensatorii și rezistențele sunt sigilate, dar descărcatoarele de gaz sunt plasate în aer.
Ca descărcători, sunt utilizate descărcătoarele de aer (de exemplu, cu amortizoare de sunet) pentru tensiuni de până la 100 kV și curenți de până la 1000 kA, descărcători în vid, ignitroni , tiratroni cu hidrogen pulsat . Tiristoarele practic nu sunt folosite ca elemente de comutare din cauza valorilor scăzute ale tensiunii inverse și a dificultăților de sincronizare a funcționării lor în cazul unei conexiuni în serie. Toate tipurile de eclatoare se disting prin diverse dezavantaje (eroziunea electrozilor, viteza insuficientă, durata de viață scurtă etc.) sau sunt scumpe, cum ar fi, de exemplu, tiratronii cu hidrogen.
Pentru a reduce pierderile, în unele cazuri sunt utilizate șocuri de înaltă calitate în locul rezistențelor ca elemente de protecție și de separare (încărcare) ale generatorului . În unele modele de generatoare, rezistențele lichide (rezistențe) sunt folosite ca rezistențe.
Figura (design coaxial) prezintă un generator Marx care utilizează condensatoare lichide pe apă deionizată. Acest design îmbunătățește fabricabilitatea condensatorului, reduce lungimea conductorilor de conectare și, de asemenea, face posibilă reducerea semnificativă a timpului total de răspuns al descărcătoarelor datorită iradierii lor cu radiații UV de la descărcătoarele care au funcționat puțin mai devreme.
Principalul dezavantaj al generatorului Marx este că la un nivel de tensiune de încărcare de ordinul (50–100)⋅10 3 V, acesta trebuie să conțină 5–8 trepte cu același număr de comutatoare cu scântei, ceea ce este asociat cu o deteriorare a parametrii specifici de energie și greutate și dimensiune și o scădere a eficienței . În modul de descărcare al generatorului Marx, pierderile sunt suma pierderilor din condensatori și eclatoare și rezistența la sarcină, de exemplu, canalul de descărcare în golul principal de descărcare. Pentru a reduce pierderile, ele tind să reducă rezistența comutatoarelor cu scânteie ale GVP, de exemplu, prin plasarea lor într-un gaz puternic electric sub presiune, utilizarea condensatoarelor cu un factor de calitate crescut, optimizarea inițierii defecțiunii pentru a obține gradiente minime de defecțiune etc. .
Generator de impulsuri de înaltă tensiune (generator de tensiune de impuls, GIN ) Marx este utilizat într-o varietate de cercetări în știință, precum și pentru rezolvarea diferitelor probleme din tehnologie. În unele instalații, generatoarele Marx funcționează și ca generatoare de curent pulsat ( PCG ).
În unele instalații, două generatoare Marx sunt combinate într-o singură instalație, în care un GVP cu mai multe trepte cu condensatori de o capacitate totală mică oferă un potențial de înaltă tensiune necesar dezvoltării descărcării PCG principal cu trepte joase cu condensatori de o capacitate totală mare, cu un potențial relativ scăzut, dar o putere mare de curent într-un impuls lung.
De exemplu, generatoarele Marx sunt utilizate (aplicație istorică inițială) în cercetarea nucleară și termonucleară pentru a accelera diverse particule elementare , a crea fascicule de ioni, a crea fascicule de electroni relativiste pentru a iniția reacții termonucleare.
Generatoarele Marx sunt folosite ca surse puternice de pompare pentru generatoarele cuantice, pentru studiul stărilor de plasmă și pentru studiul radiațiilor electromagnetice pulsate .
În tehnologia militară, generatoarele Marx în combinație cu, de exemplu, vircatorii ca generatoare de radiații sunt folosite pentru a crea echipamente portabile de război electronic. , ca armă electromagnetică [1] , a cărei acțiune se bazează pe lovirea țintelor cu radiații electromagnetice de radiofrecvență (RFEMI).
În industrie, generatoarele Marx, împreună cu alte surse de tensiuni și curenți pulsați, sunt utilizate în prelucrarea electrohidraulic a materialelor, zdrobirea, forarea, compactarea solurilor și amestecurilor de beton.
Generatorul de impulsuri de înaltă tensiune a fost inventat de inginerul german Erwin Marx în 1924 , construit în 1926 . În sursele interne, generatorul Marx este adesea numit generator Arkadiev-Marx [2] sau generatorul Marx-Arkadiev [3] . Unii cercetători autohtoni numesc generatorul Marx generatorul Arkadiev-Bucklin-Marx. Acest nume a apărut datorită faptului că în 1914, V. K. Arkadiev , împreună cu N. V. Baklin [4] , au construit așa-numitul „generator de fulgere” [5] , care a fost primul generator de impulsuri din Rusia care a funcționat pe principiul secvenţialului. conectarea condensatoarelor pentru a obține o tensiune înmulțită. Generatorul Arkadiev-Bucklin semăna în mod fundamental cu funcționarea generatorului Marx, dar, spre deosebire de acesta, a folosit o metodă mecanică de contact pentru conectarea condensatoarelor în trepte, și nu una fără contact, ca în generatorul Marx.
În fiecare an , Asociația Germană pentru Inginerie Electrică, Electronică și Tehnologia Informației le acordă premii. Erwin Marx celor mai buni absolvenți ai Universității de Tehnologie din Braunschweig și ai Universității de Științe Aplicate din Braunschweig „Ostfalia” [6] .
| Generatoare de înaltă tensiune | ||
|---|---|---|
| Electrostatic | ||
| electromagnetic | ||
| Electronic |
| |