1. Kas yra Markso generatorius?
A Markso generatoriusyra standartinė grandinės topologija už beveik kiekvienos pramoninės impulsinės įtampos bandymo sistemos. Pavadintas vokiečių inžinieriaus varduErvinas Otto Marksas, kuris jį pasiūlė 1924 m., jis išsprendžia esminę problemą: kaip generuoti 400 kV, 800 kV ar 1200 kV impulsą, kai jūsų įkrovimo šaltiniui tereikia tiekti ±100 kV vienai stadijai?
Atsakymas yra elegantiškas - įkraukite daug identiškų kondensatoriaus pakopųlygiagrečiaiesant nedidelei įtampai, tada prijunkite juosserijosesu įjungtais kibirkšties tarpais iškrovos momentu, išėjimo įtampą padauginus iš pakopų skaičiaus.
Šiame straipsnyje išsamiai aprašoma Markso grandinės schema, paaiškinama, ką veikia kiekvienas komponentas, kuo skiriasi vienos{0}}pakopos ir kelių{1}}pakopų grandinės ir kaip iš tikrųjų formuojama pažįstama 1,2/50 µs žaibo bangos forma.
2. Pagrindinė idėja: lygiagretus įkrovimas, serijinis iškrovimas
Pagalvokite apie Markso generatorių kaip apie kopėčias. Kiekviena pakopa yra kondensatorius, o šoniniai bėgiai yra dvi įkrovimo rezistorių eilutės.
Įkrovimo metu:
Nuolatinės srovės įkrovimo maitinimas (paprastai 0–100 kV vienoje pakopoje) tiekiamas per didelės -vertės įkrovimo rezistorius.
Kiekvienas kopėčių kondensatorius įkraunamas iki tos pačios įtampos -, tarkime, +100 kV.
Kadangi šiuo metu kondensatoriai yra lygiagrečiai, maitinimas turi tiekti tik vienos pakopos įtampą, o ne visą kamino įtampą.
Kibirkšties tarpai tarp pakopų lieka atviri - oras yra geras šios įtampos izoliatorius.
Iškrovimo metu:
Trigerio impulsas paleidžia pirmąjį (viršutinės{0}}pakopos) kibirkšties tarpą.
Pirmasis tarpo uždarymas padvigubina įtampą per kitą tarpą, dėl kurio jis per daug įtempiamas ir vėliau jis sugenda.
Tai kaskadomis kopėčiomis žemyn - tarpas po tarpo ugnies nanosekundėmis.
Dabar visi kondensatoriai yra prijungtiserijose. Kai 4 etapai įkraunami iki 100 kV, apkrova mato 4 × 100 kV =400 kVper ją kelias mikrosekundes.
Bendra sukaupta energija yra tiesiog n × (½ · C_stage · V²), kur n yra etapų skaičius.
3. Anotuota Markso grandinės schema - Kiekvienas komponentas
Žemiau{0}}apžvelgsite tai, ką pamatysite bet kurioje Markso generatoriaus schemoje (žr. 1 pav.: impulsinės įtampos generatoriaus pagrindinės grandinės schema):
| Komponentas | Pagal-sceninį vaidmenį | Tipinė vertė |
|---|---|---|
| Pagrindinis impulsinis kondensatorius (C) | Kaupia energiją; vienas ar du per etapą | 1,5 µF esant 100 kV 4 pakopų 30 kJ sistemoje |
| Įkrovimo rezistorius (Rc) | Išskiria etapus įkrovimo metu; didelė vertė, todėl neapkrauna pulso | Dešimtys kΩ per etapą |
| Bangos frontas / slopinimo rezistorius (Rf) | Formuoja kylantį impulso kraštą; slopina parazitinius svyravimus | Parenkama pagal apkrovos talpą |
| „Wavetail“ rezistorius (Rt) | Formuoja nykstančią bangos formos uodegą | Parenkama pagal apkrovos talpą |
| Uždegimo kibirkšties tarpas (G) | Trys-elektrodai, suveikę; iškrovimo metu nuosekliai jungia etapus | φ250 mm rutulio tarpas, variklis-sureguliuotas |
| Izoliacinė kolona | Mechaniškai palaiko bokštą | Epoksidinė, 2 storio + 3 ploni kiekviename etape |
Išorinė matavimo grandinė -, silpnai slopinamas talpinis daliklis ir skaitmeninis įrašymo įrenginys - yra skersai bandomojo objekto ir nėra pačių Markso kopėčių dalis.
4. Vienos-pakopos ir kelių-pakopų Markso grandinės
Vienetapis{0}}Marxasyra klaidingas pavadinimas griežtąja prasme - vienas kondensatorius, įkrautas iki norimos įtampos ir iškrautas per tarpą, yra tik impulsinis kondensatorius, o ne Markso grandinė. Inžinieriai paprastai turi omenyje „vienpakopę impulsų generatoriaus grandinę“.vieno-laiptelio Markso kopėčios: vienas pagrindinis kondensatorius, vienas įkrovimo rezistorius, vienas šaudymo tarpas. Jis viršija apie 100–200 kV ir yra įprastas mokymo laboratorijose ir mažuose bandymų rinkiniuose.
Kelių-pakopų Marksasyra pramoninė forma:
2 pakopos / 200 kV: būdingas 10 kV{1}}klasės skirstomųjų įrenginių ir prietaisų transformatorių įprastiniams bandymams.
3 pakopos / 300 kV: įėjimas į 35 kV{1}}klasės skirstomąją įrangą.
4 pakopos / 400 kV: darbinis arkliukas 35 kV-klasės skirstomiesiems transformatoriams, įvorėms, viršįtampių ribotuvai ir GIS.
6 pakopos / 600 kV: 66–110 kV klasė.
12 pakopų / 1200 kV ir daugiau: EHV / UHV tipo{0}}bandymo laboratorijos.
Kiekviena papildoma 100 kV pakopa prideda vieną laiptelį prie kopėčių - ta pati topologija, daugiau kondensatorių, daugiau tarpų, aukštesnis bokštas.
5. Kaip bangos fronto ir bangos uodegos rezistoriai formuojasi 1,2/50 µs
1,2/50 µs žaibo bangos formos nesukuria vien kondensatoriai - ji sukurta pasirinkusRf (priekyje)irRt (uodega).
Thepriekinis laikas(1,2 µs) daugiausia priklauso nuo to, kaip greitai apkrovos talpa įkraunama per priekinį rezistorių. Mažesnis Rf → greitesnis priekis; per mažas Rf → parazitinis skambėjimas.
Thelaikas iki pusės{0}}vertės(50 µs) daugiausia nustatoma pagal tai, kaip lėtai kombinuotas kondensatorių bankas išsikrauna per uodegos rezistorių. Didesnė Rt → ilgesnė uodega.
Užkapota banga(2–6 µs), atskiras pjaustymo tarpas įsijungia į bangos formą ir ją dirbtinai sutrumpina.
Užperjungimo impulsas(250/2500 µs), priekiniai rezistoriai išlaikomi kaip slopinantys rezistoriai, o didesni galiniai rezistoriai įjungiami, kad sulėtėtų bangos forma.
Lauke-konfigūruojamame bokšte operatoriai keičia kištuką-rezistorių rinkiniuose, kad galėtų pereiti tarp žaibo, perjungimo, virpesių ir stačiųjų
6. Kodėl įkrovimo maitinimas lieka žema įtampa
Dažnas klausimas: kodėl tiesiog neįkrauti vieno kondensatoriaus iki 400 kV?
Atsakymas yra izoliacija. 400 kV panardintas į alyvą{2}}kondensatorius su tokiai įtampai pritaikytais gnybtais yra didelis, brangus ir sunkiai valdomas. Priešingai, keturi 100 kV kondensatoriai, nuosekliai sujungti iškrovimo metu, yra:
pigiau už sukauptos energijos džaulį,
lengviau išsiųsti ir sumontuoti,
modulinis (pridėkite pakopą, pridėkite 100 kV),
o įkrovimo maitinimas turi pasiekti tik 100 kV - daug mažesnis, saugesnis nuolatinės srovės įrenginys.
Štai kodėl kiekvienas modernus impulsinės įtampos generatorius nuo 100 kV naudoja Markso topologiją.
7. Praktiniai projektavimo svarstymai
Jei studijuojate, nurodote ar perkate Markso{0}}pagrįstą impulsinės įtampos sistemą, atkreipkite dėmesį į:
Pakopos įtampa.Dauguma pramoninių Markso bokštų yra pastatyti 100 kV vienai stadijai. Kai kurios kompaktiškos didelės{2}}energijos konstrukcijos naudoja 200 kV pakopoje (pvz., . 6 pakopos=1200 kV trumpesniame bokšte).
Trigerio patikimumas. Three-electrode gaps with motorized spacing give >99% šaudymo sėkmė per tūkstančius šūvių; pabėgimo rodiklis virš 2% reiškia nestabilius tyrimo rezultatus.
Kūno induktyvumas.Žemiau yra geriau. Gerai-suprojektuotas 4 pakopų bokštas yra mažesnis nei 55 µH.
Skirstytuvo pralaidumas.Silpnai slopinamas talpinis daliklis, kurio dalinė atsako trukmė yra mažesnė nei 100 ns arba lygi 100 ns, suteikia švarias bangas iki sub-mikrosekundės stataus{2}}priekio bandymų.
Įžeminimas.Vieno-taško įžeminimas, esant mažesniam arba lygus 0,5 Ω, yra ne-sutartis, - prastas įžeminimas sugadina kiekvieną matavimą.
Visiškai sukonfigūruotą komercinį pavyzdį žr4 pakopų 400 kV / 30 kV Markso generatoriuspastatytas aplink Siemens PLC valdymo stovą.
8. Išvada
Markso generatoriaus grandinė yra XX a. 20-ojo dešimtmečio elektros inžinerijos šedevras, kuris iki šiol apibrėžia, kaip aukštos įtampos aparatai išbandomi ir šiandien. Lygiagretus įkrovimas užtikrina mažą ir saugų įkrovimo šaltinį; serijinis iškrovimas per suveikusius kibirkšties tarpus padidina įtampą; priekiniai ir galiniai rezistoriai formuoja bangos formą; ir moduliniai etapai leidžia sukurti bet ką nuo 100 kV mokymo įrenginio iki 2400 kV UHV tipo{5}}bandymo sistemos iš tų pačių elementų.
Norite pamatyti, kaip ši grandinė virsta veikiančiu produktu?Naršykite mūsųvisa WGJ serijaMarkso{0}}grandinės impulsinės įtampos generatoriai nuo 20 kV iki 2400 kV.
