Marxi generaator

Allikas: Vikipeedia

Marxi generaator on üks elektrilise vooluringi tüüpe, mida esmakordselt kirjeldas Erwin Otto Marx aastal 1924. Selle eesmärgiks on genereerida kõrgepingeimpulsse.

Marxi generaatorit rakendatakse laialdaselt äikese efektide simuleerimiseks, mida kasutatakse kõrgepinge ja lennunduse varustuse testimisel. Tänapäeval on näiteks 36 Marxi generaatorist koosnev üksus kasutusel Sandia rahvusliku laboratooriumi juures, et genereerida röntgenkiiri (üks elektromagneetilise radiatsiooni vorme) nende Z-masinas (maailma suurim röntgenkiirte generaator maailmas).



Põhimõte[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kondensaatorite n laadimine toimub paralleelselt läbi takistite kuni nad saavutavad sisendpinge väärtuse V ning seejärel ühendatakse jadamisi sädevahemiku lülititega, mis ideaalsel juhul põhjustab pinge V mitmekordistumist kondendsaatorite arvu n kordselt. Läbi praktiliste katsetuste on selgunud, et väljundpinge on siiski mõnevõrra väiksem kui n*V. Kui kondensaatorite laadimine toimub paralleelselt, siis tühjenemisel on kondensaatorid ühendatud jadamisi. Sädevahemik koosneb kahest elektroodist, mis on eraldatud omavahel väikese tühimikuga ning mida tavaliselt täidab mingi gaas nt. õhk.

Kuigi kõigil Marxi generaatoritel on sama tööpõhimõte, siis and võivad natuke erineda oma ehituse poolest, sõltudes konkreetset rakenduse tüübist kus generaatorit kasutatakse ja selle funktsionaalsusest.

Maailmas on kasutusel mitmeid Marxi generaatori tüüpe näiteks suurte generaatorite Marxi süsteem, mõõdukas Marxi generaatorite süsteem, kompaktne Marxi generaatorite süsteem ja jäik Marxi generaatorite süsteem.

Suurte generaatorite Marxi süsteeme võib leida üha laienevates suurt energiat kasutavates süsteemides nagu hetkel Z-masin ja suurtes HPM (High-power microwave) süsteemides. Tavaliselt asetseb selline Marxi generaatorite süsteem väga suurtes ruumides.

Mõõdukas Marxi generaatorite süsteem kirjeldada kui väikeses ruumis, kuid võimalikult suure ekraaniga olevat süsteemi. Selline tüüp Marxist suudab genereerida pinge impulsse vahemikus alates 100 V kuni mitmete megavoltideni.

Kompaktne Marxi generaatorite süsteem on samas suuruses kui tavaline arvuti ekraan ja mahub ka lihtsalt kätte.

Jäik Marxi generaatorite süsteem on tavaliselt vooluringi skeemi aluse (nt. laua plaadi) suurune. Ta on võimeline genereerima pinge impulsse kuni mitmete kilovoltideni.

Suurte ja mõõdukate Marxi generaatorite süsteemid on kasutusel kui alamsüsteemid, mis toodavad kõrgepinge impulsse suuremate rakenduste tarbeks nagu näiteks Z-masinad. Kompaktsete ja jäikade Marxi generaatorite süsteem on kasutusel otse mõningate rakenduste tarbeks ja nad ei ole lihtsalt mingid alamosad. Näiteks on need süsteemid kasutusel impulss radarite juures.



Generaatori optimeerimine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Korralik toime seadmel sõltub kondensaatorite valikust ja tühjakslaadimise ajast. Ümberlülitus aega laadimise ja tühjaks laadumise vahel saab parandada ,kui asendada elektroodid radioaktiivsete isotoopidega nagu tseesium 137 või nikkel 63. Ka on üks võimalusi ümberlülitus aja vähendamiseks see, et sädevahemikud ümber paigutada nii, et ultraviolett valgus, mis tekib sädevahemikus tekkinud sädemest , valgustab ülejäänud avatud sädevahemikke. Isolatsioon on sageli saavutatud, kui Marxi generaator on asetatud transformaatori õlisse või kõrge rõhuga elektronegatiivsesse gaasi nagu näiteks väävel hexafluoriidi (SF6).

Tuleks tähele panna, et mida vähem on takistust kondensaatorite ja pingeallika vahel, seda kiiremini kondensaatorid laaduvad. Need kondensaatorid, mis on disaini poolest lähemal pingeallikale, laaduvad kiiremini võrreldes nende kondensaatoritega, mis asetsevad kaugemal. Kui generaatoril on lubatud laadida piisavalt, siis kõik kondensaatorid saavutavad sama pinge. Laadiv takisti, Rc, peab olema õiges mõõdus nii laadimise kui tühjenemise jaoks. Vahetevahel asendatakse need takistid induktoritega, et parandada laadumise kiirust ja efektiivsust.

Mitmetes generaatorites on takistid tehtud klaasist või plastikust, kus takistite torustik on täidetud lahjendatud vasksulfaadiga. Need vedelik takistid aitavad vältida mõningaid probleeme , mis kaasnevad harjumuspäraste takistust omavate materjalide kasutamisega, näiteks on nendel materjalidel kalduvus takituse vähenemisele selle aja jooksul, kui ollakse kõrgepinge tingimustes.

Lühikesed impulsid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Marxi generaatorit kasutatakse ka lühikeste kõrgepinge impulsside genereerimiseks Pockels kärgede tarbeks, juhtides TEA laserit, süüdates näiteks tuumarelva lõhkeaine kuid ka radarile vajalike impulsside jaoks.

Ümberlülituse lühiajalisus generaatori juures on omane, kuna lülitusaeg isegi kiiretoimelistel versioonidel ei ole vähem kui 1 ns ja seega on isegi mitmed madala võimsusega elektroonika seadmed kiiremad. Kiiretoimeliste vooluringide disainis on elektrodünaamika väga tähtis. Marxi generaator toetab seda niivõrd kuivõrd kuna ta kasutab lühikesi juhtidest ühendusi oma komponentide vahel, kuid disain on sellest hoolimata põhiliselt elektristaatilise oma.

Kui esimene vahemik katkeb, siis elektristaatiline teooria ennustab pinge kasvu kogu skeemil, kus on sädevahemikud. Kuid skeemi etapid on ühendatud mahtuvuslikult maaga ja seeriate kaupa üksteisega ja seega tekib igas etapis pinge tõus , mis on järjest nõrgem, mida kaugemal on etapp ümberlülitusest.

Rakendused[muuda | redigeeri lähteteksti]

Üks rakendusi on nn. „kaubavaguni“ lülitus Pockels kärgedel. Kasutusel on neli Marxi generaatorit, iga Pockels kärje kaks elektroodi on ühendatud positiivse impulsi generaatorisse ja negatiivse impulsi generaatorisse.

Marxi generaatoreid kasutatakse ka selleks, et pakkuda kõrgepinge impulsse testimaks elektrilise aparatuuri, nagu transformaatorid, isoleeritust. Kõrgepinge aparatuuri jaoks rakendatav pinge võib isegi küündida 2 miljoni voldini.

Vaata ka[muuda | redigeeri lähteteksti]

Cockcroft-Walton generator – on sarnane elektriahel, millel on sama „redel“ struktuur. Cockcroft-Walton generaator toodab püsivat alalisvoolu

Lisa lugemist[muuda | redigeeri lähteteksti]

  • Carey, W.J.; Mayes, J.R. „MARX GENERATOR DESIGN AND PERFORMANCE“, Power Modulator Symposium, 2002 and 2002 High-Voltage Workshop. Conference Record of the Twenty-Fifth International. Issue Date: 30 June-3 July 2002. On page(s): 625 – 628
  • Peterkin, F.E.; Hankla, B.J.; Stevens, J.L.; Sharrow, J.F. „COMPACT MARX GENERATOR TEST SYSTEM“, Power Modulator Symposium, 2002 and 2002 High-Voltage Workshop. Conference Record of the Twenty-Fifth International. Issue Date: 30 June-3 July 2002. On page(s): 399 - 402

Välislingid[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. http://www.instructables.com/id/Build-a-simple-Marx-Generator/
  2. http://www.electronixandmore.com/project/4.html
  3. http://home.earthlink.net/~jimlux/hv/marx.htm