Marxův generátor - vysokonapěťový pulzní generátor , jehož princip činnosti je založen na nabíjení paralelně (přes odpory ) zapojených kondenzátorů elektrickým proudem zapojených po nabití do série pomocí různých spínacích zařízení (například plynových vybíječů nebo trigatronů ). Výstupní napětí tedy roste úměrně s počtem připojených kondenzátorů.
Po nabití kondenzátorů se generátor obvykle spustí po spuštění prvního jiskřiště (na obrázku označeno jako spoušť ( trigger ). Po spuštění spouště přepětí na jiskřištích způsobí, že všechny nabíječky pracují téměř současně, což je proč jsou nabité kondenzátory zapojeny do série.
Marxovy generátory umožňují získat impulsní napětí od desítek kilovoltů až po desítky megavoltů.
Frekvence pulsů generovaných Marxovým generátorem závisí na výkonu generátoru v pulsu - od jednotek pulsů za hodinu až po několik desítek hertzů .
Pulzní energie Marxových generátorů se velmi liší (od decijoulů až po desítky megajoulů).
Laboratorní malé generátory Marx do napětí 100-200 kilovoltů mohou být vyrobeny se vzduchovou izolací, výkonnější generátory Marx s vyšším provozním pulzním napětím mohou být vyrobeny s vakuem , plynem (plyn s vysokou elektrickou pevností pod tlakem, jako je SF6 ), olejová izolace, která zabraňuje jak přímým parazitním průrazům vzduchu, tak odtékání náplní z instalace v důsledku korónových výbojů.
V případě provedení Marxových generátorů s vakuovou, plynovou nebo olejovou izolací je generátor obvykle umístěn v utěsněné nádobě evakuované nebo naplněné uvedenými látkami. V některých konstrukcích Marxových generátorů jsou kondenzátory a odpory utěsněny, ale plynové výbojky jsou umístěny ve vzduchu.
Jako svodiče se používají vzduchové svodiče (např. s tlumiči zvuku) pro napětí do 100 kV a proudy do 1000 kA, vakuové svodiče, ignitrony , pulzní vodíkové tyratrony . Tyristory se prakticky nepoužívají jako spínací prvky kvůli nízkým hodnotám zpětného napětí a potížím se synchronizací jejich činnosti v případě sériového zapojení. Všechny typy jiskřišť se vyznačují různými nevýhodami (eroze elektrody, nedostatečná rychlost, krátká životnost atd.) nebo jsou drahé, jako např. vodíkové tyratrony.
Pro snížení ztrát se v některých případech místo rezistorů používají jako ochranné a oddělovací (nabíjecí) prvky generátoru kvalitní tlumivky . V některých konstrukcích generátorů se jako rezistory používají kapalinové odpory (rezistory).
Obrázek (koaxiální provedení) ukazuje Marxův generátor využívající kapalné kondenzátory na deionizované vodě. Toto provedení zlepšuje vyrobitelnost kondenzátoru, zkracuje délku připojovacích vodičů a také umožňuje výrazně zkrátit celkovou dobu odezvy svodičů v důsledku jejich ozáření UV zářením z o něco dříve fungujících svodičů.
Hlavní nevýhodou Marxova generátoru je, že při nabíjecí úrovni napětí v řádu (50–100)⋅10 3 V musí obsahovat 5–8 stupňů se stejným počtem jiskrových spínačů, což je spojeno se zhoršením měrné energetické a hmotnostní a rozměrové parametry a pokles účinnosti . Ve vybíjecím režimu Marxova generátoru jsou ztráty součtem ztrát v kondenzátorech a jiskřištích a zátěžového odporu, například výbojového kanálu v hlavní výbojové mezeře. Pro snížení ztrát mají tendenci snižovat odpor zapalovacích spínačů GVP, například jejich umístěním do elektricky silného plynu pod tlakem, používat kondenzátory se zvýšeným faktorem kvality, optimalizovat iniciaci průrazu pro dosažení minimálních průrazných gradientů atd. .
Vysokonapěťový generátor pulsů (generátor pulsního napětí, GIN ) Marx se používá v různých vědeckých výzkumech a také pro řešení různých problémů v technologii. V některých instalacích pracují Marxovy generátory také jako generátory pulzního proudu ( PCG ).
V některých instalacích jsou dva generátory Marx kombinovány do jediné instalace, ve které vícestupňový GVP s kondenzátory o malé celkové kapacitě poskytuje vysoký napěťový potenciál nezbytný pro rozvoj vybíjení hlavního nízkostupňového PCG s kondenzátory velká celková kapacita, relativně nízký potenciál, ale velká proudová síla v dlouhém pulzu.
Například Marxovy generátory se používají (počáteční historická aplikace) v jaderném a termonukleárním výzkumu k urychlování různých elementárních částic , vytváření iontových paprsků, vytváření relativistických elektronových paprsků k zahájení termonukleárních reakcí.
Marxovy generátory se používají jako výkonné čerpací zdroje pro kvantové generátory, pro studium plazmových stavů a pro studium pulzního elektromagnetického záření .
Ve vojenské technice se Marxovy generátory v kombinaci například s virkátory jako generátory záření používají k vytváření přenosných zařízení pro elektronický boj. , jako elektromagnetická zbraň [1] , jejíž působení je založeno na zasažení cílů radiofrekvenčním elektromagnetickým zářením (RFEMI).
V průmyslu se Marxovy generátory spolu s dalšími zdroji pulzních napětí a proudů používají při elektrohydraulickém zpracování materiálů, drcení, vrtání, hutnění zemin a betonových směsí.
Vysokonapěťový pulzní generátor vynalezl německý inženýr Erwin Marx v roce 1924 , postavený v roce 1926 . V domácích zdrojích je Marxův generátor často nazýván Arkadiev-Marxův generátor [2] nebo Marx-Arkadievův generátor [3] . Někteří domácí badatelé nazývají Marxův generátor Arkadiev-Bucklin-Marxův generátor. Tento název vznikl díky tomu, že v roce 1914 V. K. Arkadiev , spolu s N. V. Baklinem [4] , sestrojili tzv. „bleskový generátor“ [5] , což byl první pulzní generátor v Rusku, který pracoval na principu sekvenčního připojením kondenzátorů k získání násobeného napětí. Arkadiev-Bucklinův generátor principiálně připomínal činnost Marxova generátoru, ale na rozdíl od něj používal pro připojení krokových kondenzátorů kontaktně-mechanickou metodu, a nikoli bezkontaktní, jako u Marxova generátoru.
Německá asociace pro elektrotechniku, elektroniku a informační technologie jim každoročně uděluje ceny. Erwina Marxe k nejlepším absolventům Technické univerzity v Braunschweigu a Vysoké školy aplikovaných věd v Braunschweigu „Ostfalia“ [6] .
| Vysokonapěťové generátory | ||
|---|---|---|
| Elektrostatický | ||
| elektromagnetické | ||
| Elektronický |
| |