Генератор Маркса
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Генера́тор Ма́ркса — генератор импульсного высокого напряжения, принцип действия которого основан на зарядке электрическим током соединённых параллельно (через резисторы) конденсаторов, которые после заряжания соединяются последовательно при помощи различных коммутирующих устройств (например газовых разрядников или тригатронов), тем самым увеличивая выходное напряжение пропорционально-ступенчато количеству соединённых конденсаторов.
После зарядки конденсаторов запуск генератора обычно производится после срабатывания первого разрядника (на рисунке обозначенного как trigger (триггер). После срабатывания триггера перенапряжение на разрядниках заставляет срабатывать все разядники практически одновременно, чем и производится последовательное соединение заряженных конденсаторов.
Генераторы Маркса позволяют получать импульсные напряжения от десятков киловольт до нескольких миллионов и до десятка миллионов вольт.
Частота импульсов, вырабатываемых генератором Маркса зависит от мощности генератора в импульсе — от единиц импульсов в час, до нескольких десятков герц.
Энергия в импульсе генераторов Маркса широко варьируется и может начинаться от величин в десятые джоуля и достигать величин в десятки мегаджоулей.
Содержание |
[править] Пример конструкции
Лабораторные малые генераторы Маркса до напряжений в 100-200 киловольт могут исполняться с воздушной изоляцией, более мощные генераторы Маркса с более высокими рабочими импульсными напряжениями могут выполняться с ваккумной, газовой (газ с высокой электрической прочностью под давлением, например элегаз), масляной изоляцией, препятствующей как непосредственным паразитным пробоям воздуха так и стеканию зарядов с установки вследствие коронных разрядов.
В случае исполнения генераторов Маркса с ваккумной, газовой или масляной изоляцией генератор обычно помещается в герметичную вакуумированную или заполненную указанными веществами ёмкость. В некоторых конструкциях генераторов Маркса применяют герметизацию конденсаторов и резисторов, но расположение газовых разрядников на воздухе.
В качестве разрядников применяют воздушные разрядники (например с глушителями звука) на напряжение до 100 кВ и ток до 1000 кА, вакуумные разрядники, игнитроны, импульсные водородные тиратроны. Тиристоры в качестве коммутирующих элементов практически не применяются в связи с малыми значениями обратного напряжения и трудностями синхронизации их срабатывания в случае последовательного соединения. Все виды разрядников отличаются теми или иными различными недостатками (эррозией элекродов, недостаточным бстродействием, незначительным сроком службы и т.д.) либо дороги, как например водородные тиратроны.
Для снижения потерь в качестве защитных и разделительных (зарядных) элементов генератора вместо резисторов в некоторых случаях применяют высокодобротные дроссели. В некоторых конструкциях генераторов в качестве резистров применяюю жидкостные сопротивления (резисторы).
На рисунке (коаксиальной конструкции) изображён генератор Маркса, использующий жидкостные конденсаторы на деионизированной воде. Такая конструкция улучшает технологичность конденсатора, уменьшает длину соединительных проводников а также позволяет значительно уменьшить общее время срабатывания разрядников благодаря их облучению УФ-излучением разрядников, сработавших чуть раньше.
Основной недостаток генератора Маркса состоит в том, что при уровне зарядного напряжения порядка (50-100)•103 В он должен содержать 5-8 ступеней с таким же количеством искровых коммутаторов, что связано с ухудшением удельных энергетических и массо-габаритных параметров и снижением КПД. В режиме разряда генератора Маркса потери складываются из потерь в конденсаторах и искровых промежутках и сопротивления нагрузки, например канала разряда в главном разрядном промежутке. Для уменьшения потерь стремяться снижать сопротивления искровых коммутаторов ГИН, например, помещением их в электрически прочный газ под давлением, применяют конденсаторы с повышенной добротностью, оптимизируют инициирование пробоя для достижения минимальных пробивных градиентов и т.п.
[править] Применение
Генератор импульсов высокого напряжения (генератор импульсного напряжения, ГИН) Маркса используется в разнообразных исследованиях в науке, а также для решения разнообразных задач в технике. В некоторых установках генераторы Маркса работают и в качестве генераторов импульсного тока (ГИТ).
В некоторых установках объединяют два генератора Маркса в единую установку в которой многоступенчатый ГИН с конденсаторами небольшой общей ёмкостью обеспечивает высокий потенциал напряжения, необходимый для развития разряда основного малоступенчатого ГИТ с конденсаторами большой общей ёмкости, со сравнительно невысоким потенциалом, но большой силой тока в продолжительном импульсе.
Например, генераторы Маркса применяются (начальное историческое применение) в ядерных и термоядерных исследованиях для ускорения различных элементарных частиц, создания ионных пучков, создания релятивистских электронных пучков для инициирования термоядерных реакций.
Генераторы Маркса применяются в качестве мощных источников накачки квантовых генераторов, для исследований состояний плазмы, для исследований импульсных электромагнитных излучений.
В военной технике генераторы Маркса в комплексе с, например, виркаторами в качестве генераторов излучения применяются для создания портативных средств радиоэлектронной борьбы, в качестве электромагнитного оружия, действие которого основано на поражении целей радиочастотным электромагнитным излучением (РЧЭМИ).
Известно применение генераторов Маркса в качестве источников энергии рельсотронов и гауссовских пушек, рассматриваемых как перспективные артиллерийские системы.
Миниатюризованные генераторы Маркса считаются перспективными для использования в современных моделях электрошокового оружия, как мобильного (например тетанайзера установленного на колёсном транспорте), так и ручного, носимого человеком постоянно.
В общепромышленной технике генераторы Маркса наряду с другими источниками импульсных напряжений и токов применяются в технике электрогидравлической обработки материалов, дроблении, бурении, уплотнении грунтов и бетонных смесей.
[править] История
Генератор импульсов высокого напряжения изобретён Эрвином Марксом в 1924.
В настоящее время существует международная премия им. Эрвина Маркса.
В отечественных источниках генератор Маркса часто называют генератором Аркадьева-Маркса, или генератором Маркса-Аркадьева. В некоторых отечественных источниках генератор Маркса называется генератором Аркадьева-Баклина-Маркса.
Такое название возникло в связи с тем, что в 1914, году В.К. Аркадьев совместно с Н.В. Баклиным построили так называемый «генератор молний», который являлся первым импульсным генератором в России, работавшем на принципе последовательного соединения конденсаторов для получения умноженного напряжения.
Генератор Аркадьева-Баклина принципиально напоминал работу генератора Маркса, но в отличие от него использовал контактно-механический способ соединения конденсаторов ступеней, а не бесконтактный (переносом зарядов в газе или вакууме) как в генераторе Маркса.
[править] См. также
- Генератор Ван де Граафа
- Генератор Кокрофта-Уолтона
- Генератор Фитча-Говела
[править] Литература
- Фрюнгель Ф. Импульсная техника. Генерирование и применение разрядов конденсаторов, пер. с нем., M.- Л., 1965
- Техника высоких напряжений, под ред. Л. И. Сиротинского, ч. 1, M., 1951
- Гончаренко Г. M., Жаков E. M., Дмоховская Л. Ф., Испытательные установки и измерительные устройства в лабораториях высокого напряжения, M., 1966;
- Техника больших импульсных токов и магнитных полей, под ред. В. С. Комелькова, M., 1970
- Кремнев В. Формирование нано-секундных импульсов высокого напряжения, M., 1970
- Булан В. и др. Высоковольтный наносекундный генератор Маркса с импульсами квазипрямоугольной формы. //ПТЭ. - 1999.- N.6.
[править] Ссылки
- Самодельный генератор Маркса(англ.)
- Фото различных конструкций(фр.)
- Генератор Маркса в подмосковье, фото(русск.)
 |
Это незавершённая статья о технике. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её. |
