1. Mis on Marxi generaator?
A Marxi generaatoron standardne vooluahela topoloogia peaaegu iga tööstusliku impulsspinge testimissüsteemi taga. Nimetatud saksa inseneri järgiErwin Otto Marx, kes selle 1924. aastal välja pakkus, lahendab see põhiprobleemi: kuidas genereerida 400 kV, 800 kV või 1200 kV impulssi, kui teie laadimisallikas on vaja ainult ±100 kV astme kohta?
Vastus on elegantne - laadige palju identseid kondensaatoriastmeidparalleelselttagasihoidlikul pingel, seejärel ühendage needseeriasvallandatud sädemevahedega tühjenemise hetkel, korrutades väljundpinge astmete arvuga.
Selles artiklis käsitletakse Marxi vooluahela skeemi etappide kaupa, selgitades, mida iga komponent teeb, kuidas ühe-etapilise ja mitme-astmega vooluringid erinevad ning kuidas tuttav 1,2/50 µs välklainekuju tegelikult kujundatakse.
2. Põhiidee: paralleellaadimine, seeria tühjendamine
Mõelge Marxi generaatorile kui redelile. Iga pulk on kondensaator ja külgmised siinid on kaks laadimistakistite rida.
Laadimise ajal:
Alalisvoolu laadimisallikas (tavaliselt 0–100 kV astme kohta) toidab läbi kõrge -väärtusega laadimistakistite.
Iga redeli kondensaator laeb kuni sama pingeni - näiteks +100 kV.
Kuna kondensaatorid on sellel hetkel tõhusalt paralleelsed, peab toiteallikas andma ainult ühe astme pinget, mitte kogu pinu pinget.
Astmetevahelised sädemevahed jäävad avatuks - õhk on selle pinge juures hea isolaator.
Tühistamise ajal:
Päästikuimpulss käivitab esimese (ülemise{0}}astme) sädevahe.
See esimene tühimiku sulgemine kahekordistab pinget järgmisel vahel, mis pingestab selle üle ja põhjustab selle järgmiseks purunemise.
See kaskaadib redelit mööda alla - vahe pärast tühimikust nanosekundites.
Nüüd on kõik kondensaatorid ühendatudseerias. Kui 4 etappi on laetud 100 kV-ni, näeb koormus 4 × 100 kV =400 kVüle selle mõne mikrosekundi jooksul.
Salvestatud koguenergia on lihtsalt n × (½·C_etapp·V²), kus n on etappide arv.
3. Märkustega Marxi vooluringskeem - Iga komponent
Allpool on{0}}ülevaade sellest, mida näete mis tahes Marxi generaatori skeemil (vt joonis 1: impulsspinge generaatori põhiskeem):
| Komponent | -lavarolli järgi | Tüüpiline väärtus |
|---|---|---|
| Põhiimpulsskondensaator (C) | Salvestab energiat; üks või kaks etapi kohta | 1,5 µF 100 kV juures 4-astmelises 30 kJ süsteemis |
| Laadimistakisti (RC) | Isoleerib laadimise ajal etapid; kõrge väärtus, nii et see ei koorma impulssi | Kümned kΩ astme kohta |
| Lainefront / summutustakisti (Rf) | Kujundab impulsi tõusva serva; summutab parasiitide võnkumisi | Valitud koormusmahtuvuse järgi |
| Lainesaba takisti (Rt) | Kujundab lainekuju laguneva saba | Valitud koormusmahtuvuse järgi |
| Süütevahe (G) | Kolm-elektroodi, käivitub; ühendab etapid tühjenemise ajal järjestikku | φ250 mm keravahe, mootor-reguleeritud |
| Isoleeriv kolonn | Toetab torni mehaaniliselt | Epoksiid, 2 paksust + 3 õhukest etapi kohta |
Väline mõõteahel - nõrgalt summutatud mahtuvuslik jagaja ja digitaalsalvesti - asetseb risti katseobjekti ega ole osa Marxi redelist.
4. Ühe-etapiline vs mitme-etapiline Marxi vooluring
Üheastmeline{0}}Marxon vale nimetus täpses tähenduses - üks soovitud pingeni laetud ja tühimiku kaudu tühjendatud kondensaator on lihtsalt impulsskondensaator, mitte Marxi vooluahel. Mida insenerid tavaliselt "üheastmelise impulssgeneraatori ahela" all mõtlevad, on aüks-redel Marxi redel: üks peakondensaator, üks laadimistakisti, üks süütevahe. See ületab umbes 100–200 kV ja on levinud õppelaborites ja väikestes katsekomplektides.
Mitmeastmeline Marx-on tööstuslik vorm:
2 astet / 200 kV: tüüpiline 10 kV-klassi lülitusseadmete ja instrumenditrafode tavapäraste katsete jaoks.
3 astet / 300 kV: sissepääs 35 kV-klassi jaotusseadmetele.
4 astet / 400 kV: 35 kV -klassi jaotustrafode, läbiviikude, liigpingepiirikute ja GIS-i tööhobune.
6 astet / 600 kV: 66–110 kV klass.
12 astet / 1200 kV ja üle selle: EHV / UHV tüüpi{0}}katselaborid.
Iga täiendav 100 kV aste lisab redelile ühe pulga - sama topoloogia, rohkem kondensaatoreid, rohkem lünki, kõrgem torn.
5. Lainefrondi ja lainesaba takistite kuju 1,2/50 µs
1,2/50 µs välgulainekuju ei tekita ainult kondensaatorid - see on loodud validesRf (eesmine)jaRt (saba).
Theesiaeg(1,2 µs) on suuresti määratud sellega, kui kiiresti koormusmahtuvus laeb läbi esitakisti. Väiksem Rf → kiirem esiosa; liiga väike Rf → parasiithelin.
Theaega pooleni -väärtusest(50 µs) on suuresti määratud sellega, kui aeglaselt kombineeritud kondensaatoripank tühjeneb läbi sabatakisti. Suurem Rt → pikem saba.
Sesttükeldatud laine(2–6 µs), vallandub lainekujusse eraldi tükeldamine ja kärbib selle kunstlikult.
Sestlülitusimpulss(250/2500 µs), jäetakse esitakistid summutustakistiteks ja suuremad sabatakistid lülitatakse sisse, et lainekuju aeglustada.
Väljal-konfigureeritavas tornis vahetavad operaatorid pistikut-takistikomplektides, et liikuda välgu-, lülitus-, võnkumis- ja järsu-lainerežiimide vahel - ilma jootmiseta ega peavooluahela ümberjuhtmete ühendamiseta.
6. Miks jääb laadimisallikas madalale pingele
Üldine küsimus: miks mitte laadida ühte kondensaatorit otse 400 kV pingele?
Vastus on isolatsioon. 400 kV õli-kondensaator, mille klemmid on selle pinge jaoks ette nähtud, on suur, kallis ja raskesti käsitsetav. Seevastu neli tühjenemise ajal järjestikku ühendatud 100 kV kondensaatorit on:
odavam salvestatud energia džauli kohta,
lihtsam tarnida ja paigaldada,
modulaarne (lisage aste, lisage 100 kV),
ja laadimisvarustus peab jõudma ainult 100 kV-ni - palju väiksem ja ohutum alalisvooluseade.
Seetõttu kasutab iga kaasaegne impulsspinge generaator alates 100 kV-st Marxi topoloogiat.
7. Praktilised kujunduslikud kaalutlused
Kui uurite, täpsustate või ostate Marxi{0}}põhist impulsspingesüsteemi, pöörake tähelepanu:
Lava pinge.Enamik tööstuslikke Marxi torne on ehitatud 100 kV astmega. Mõned kompaktsed suure{2}}energiaga konstruktsioonid kasutavad 200 kV astme kohta (nt . 6 astme=1200 kV lühemas tornis).
Päästiku töökindlus. Three-electrode gaps with motorized spacing give >99% tulistamise edu tuhandete laskude kohta; üle 2% jooksev määr tähendab ebastabiilseid testitulemusi.
Keha induktiivsus.Madalam on parem. Hästi kujundatud-4-astmeline torn mõõdab alla 55 µH.
Jagaja ribalaius.Nõrgalt summutatud mahtuvuslik jagaja, mille osaline reaktsiooniaeg on 100 ns või sellega võrdne, annab puhtad lainekujud kuni sub-mikrosekundilise järsu-eesmise katseni.
Maandus.Ühepunktiline{0}}maandus 0,5 Ω või vähemal on -vaieldamatu - halb maandus rikub iga mõõtmise.
Täielikult konfigureeritud kaubandusliku näite saamiseks vaadake4-astmeline 400 kV / 30 kV Marxi generaatorehitatud ümber Siemensi PLC juhtraami.
8. Järeldus
Marxi generaatoriahel on 1920. aastate elektrotehnika meistriteos, mis määrab siiani, kuidas kõrgepingeaparaate tänapäeval testitakse. Rööplaadimine hoiab laadimisallika väikese ja turvalisena; jadalahendus läbi vallandatud sädemevahede mitmekordistab pinget; esi- ja sabatakistid kujundavad lainekuju; ja modulaarsed etapid võimaldavad teil ehitada samadest ehitusplokkidest kõike alates 100 kV õppeseadmest kuni 2400 kV UHV tüüpi{5}}testisüsteemini.
Kas soovite näha, kuidas see skeem muutub toimivaks tooteks?Sirvige meietäielik WGJ seeriaMarxi{0}}ahela impulsspinge generaatorid vahemikus 20 kV kuni 2400 kV.
