1. Шта је Марксов генератор?
A Марксов генераторје стандардна топологија кола иза скоро сваког индустријског система за тестирање импулсног напона. Име је добио по немачком инжењеруЕрвин Ото Маркс, који га је предложио 1924. године, решава фундаментални проблем: како да генеришете импулс од 400 кВ, 800 кВ или 1200 кВ када ваше напајање треба да испоручи само ±100 кВ по степену?
Одговор је елегантно - пуњење многих идентичних степена кондензаторапаралелнона скромном напону, а затим их повежитеу серијиса активираним варничним празнинама у тренутку пражњења, множењем излазног напона са бројем степени.
Овај чланак пролази кроз Марксов дијаграм кола фазу по фазу, објашњавајући шта свака компонента ради, како се једностепена и вишестепена-кола разликују и како се заправо обликује познати таласни облик муње од 1,2/50 µс.
2. Основна идеја: паралелно пуњење, серијско пражњење
Замислите Марксов генератор као мердевине. Свака пречка је кондензатор, а бочне шине су два низа отпорника за пуњење.
Током пуњења:
ДЦ напајање (обично 0–100 кВ по степену) се напаја кроз отпорнике за пуњење-високе вредности.
Сваки кондензатор у лествици се пуни до истог напона - рецимо, +100 кВ.
Пошто су кондензатори у овом тренутку ефективно паралелни, напајање мора да испоручује само напон једног степена, а не напон целог стека.
Варнични размаци између степени остају отворени - ваздух је добар изолатор на овом напону.
Током отпуштања:
Импулс окидача покреће први (највиши{0}}размак) варнични размак.
То прво затварање јаза удвостручује напон у следећем процепу, што га пренапони и узрокује да се следећи поквари.
Ово се каскадно спушта низ лествицу - јаз након јаза који се активира у наносекундама.
Сада су сви кондензатори повезаниу серији. Са 4 степена напуњена до 100 кВ сваки, оптерећење је 4 × 100 кВ =400 кВпреко њега на неколико микросекунди.
Укупна ускладиштена енергија је једноставно н × (½·Ц_стаге·В²), где је н број степени.
3. Марксов дијаграм кола са коментарима - Свака компонента
У наставку је приказано-оно што ћете видети у било којој шеми Марксовог генератора (погледајте слику 1: дијаграм главног кола генератора импулсног напона):
| Компонента | По-сценска улога | Типична вредност |
|---|---|---|
| Главни импулсни кондензатор (Ц) | Чува енергију; један или два по етапи | 1,5 µФ на 100 кВ у 4-степеном систему од 30 кЈ |
| Отпорник за пуњење (Рц) | Изолује фазе током пуњења; висока вредност тако да не оптерећује пулс | Десетине кΩ по степену |
| Таласни фронт / отпорник за пригушивање (Рф) | Обликује растућу ивицу импулса; пригушује паразитске осцилације | Изабрано по капацитету оптерећења |
| Ваветаил отпорник (Рт) | Обликује опадајући реп таласног облика | Изабрано по капацитету оптерећења |
| Варнични размак (Г) | Три{0}}електроде, активиране; повезује степене у серију током пражњења | φ250 мм сферни размак, мотор{1}}подешен |
| Изолациони стуб | Механички подржава торањ | Епоксид, 2 дебљине + 3 танке по степену |
Спољни мерни ланац - слабо пригушени капацитивни делилац и дигитални снимач - се налазе преко пута тестног објекта и није део саме Марксове лествице.
4. Једностепена-насупрот више{2}}Марк кола
Једностепени{0}}Маркје погрешан назив у строгом смислу - један кондензатор напуњен до жељеног напона и испражњен кроз празнину је само импулсни кондензатор, а не Марксово коло. Оно што инжењери обично подразумевају под "једностепеним колом генератора импулса" је аМарксове мердевине-на једној степеници: један главни кондензатор, један отпорник за пуњење, један размак за паљење. Максимални ниво је око 100–200 кВ и уобичајен је у наставним лабораторијама и малим сетовима тестова.
Више{0}}Маркје индустријски облик:
2 степена / 200 кВ: типично за рутинска испитивања расклопних уређаја и инструменталних трансформатора класе 10 кВ-.
3 степена / 300 кВ: улаз за дистрибутивну опрему класе 35 кВ-.
4 степена / 400 кВ: радни коњ за дистрибутивне трансформаторе класе 35 кВ-, проводнике, одводнике пренапона и ГИС.
6 степени / 600 кВ: класа 66–110 кВ.
12 степени / 1200 кВ и више: ЕХВ/УХВ тип{0}}лабораторије за испитивање.
Сваки додатни степен од 100 кВ додаје једну пречку на лествицу - исту топологију, више кондензатора, више празнина, виши торањ.
5. Како се таласни фронт и отпорници таласног репа обликују 1,2/50 µс
Таласни облик муње од 1,2/50 µс не производе само кондензатори - он је пројектован одабиромРф (предњи)иРт (реп).
Тхефронт тиме(1,2 µс) је у великој мери подешено брзином пуњења капацитета оптерећења кроз предњи отпорник. Мањи Рф → бржи фронт; премали Рф → паразитско звоњење.
Тхевреме до половине-вредности(50 µс) је у великој мери одређена тиме колико споро се комбинована кондензаторска батерија празни кроз репни отпорник. Већи Рт → дужи реп.
Заисечен талас(2–6 µс), одвојени јаз за сечење се активира у таласни облик и вештачки га скраћује.
Запреклопни импулс(250/2500 µс), предњи отпорници се задржавају као пригушни отпорници и већи репни отпорници се укључују да успоре таласни облик.
У торњу који се може конфигурисати на терену, оператери замењују утикаче-у сетовима отпорника да би се кретали између режима муње, пребацивања, осциловања и стрмог-таласног режима - без лемљења, без поновног ожичења главног кола.
6. Зашто напајање за пуњење остаје на ниском напону
Уобичајено питање: зашто не бисте директно напунили један кондензатор на 400 кВ?
Одговор је изолација. Кондензатор 400 кВ{2}}уроњен у уље са терминалима предвиђеним за тај напон је велик, скуп и тежак за руковање. Насупрот томе, четири кондензатора од 100 кВ повезана у серију током пражњења су:
јефтинији по џулу ускладиштене енергије,
лакши за отпрему и инсталацију,
модуларни (додати степен, додати 100 кВ),
а напајање за пуњење треба да достигне само 100 кВ - што је много мања, безбеднија једносмерна јединица.
Због тога сваки савремени генератор импулсног напона од 100 кВ навише користи Марксову топологију.
7. Практична разматрања дизајна
Ако проучавате, специфицирате или купујете систем импулсног напона заснован на Марксу{0}}, обратите пажњу на:
Напон степена.Већина индустријских Марксових торњева изграђена је на 100 кВ по степену. Неки компактни високо{2}}енергетски дизајни користе 200 кВ по степену (нпр. . 6 степени=1200 кВ у краћем торњу).
Поузданост окидача. Three-electrode gaps with motorized spacing give >99% успеха испаљивања преко хиљада хитаца; стопа одступања изнад 2% значи нестабилне резултате теста.
Индуктивност тела.Ниже је боље. Добро-дизајниран 4-степени торањ мери испод 55 µХ.
Пропусни опсег разделника.Слабо пригушени капацитивни делилац са делимичним временом одзива мањим од или једнаким 100 нс даје чисте таласне облике до пред-микросекундних стрмих- тестова.
Уземљење.Уземљење у једној-тачки на мањем или једнаком 0,5 Ω се не-не може преговарати - лоше уземљење квари свако мерење.
За потпуно конфигурисан комерцијални пример, погледајте4-степени 400 кВ / 30 кВ Марксов генераторизграђен око Сиеменс ПЛЦ контролне полице.
8. Закључак
Марксово коло генератора је ремек-дело електротехнике из 1920-их које још увек дефинише колико се-апарати високог напона тестирају и данас. Паралелно пуњење чини напајање малим и сигурним; серијско пражњење кроз активиране варнице умножава напон; предњи и репни отпорници обликују таласни облик; и модуларне фазе вам омогућавају да направите било шта, од наставне јединице од 100 кВ до 2400 кВ УХВ-система за испитивање типа од истих грађевинских блокова.
Желите да видите како се ово коло претвара у радни производ?Прегледајте нашепуна серија ВГЈгенератора импулсног напона Маркс-кола од 20 кВ до 2400 кВ.
