Azərbaycanca
Беларускі
Dansk
Deutsch
Española
Français
Indonesia
Italiana
日本語
Қазақ
Lietuvos
Nederlands
Português
Русский
සිංහල
แบบไทย
Türkçe
Українська
中國人
United State
Afrikaans
Генера́тор Ма́ркса (англ. Marx generator) — генератор імпульсної високої напруги, принцип роботи якого ґрунтується на заряджанні електричним струмом з'єднаних паралельно (через резистори) конденсаторів, що сполучаються після зарядки послідовно з використанням різноманітних комутуючих пристроїв (наприклад, (газових розрядників) або тригатронів). Таким способом вихідна напруга стає більшою пропорційно до кількості сполучених конденсаторів.
Після зарядження конденсаторів запуск генератора зазвичай проводиться із спрацьовування першого розрядника, на рисунку позначеного як trigger (тригер). Після спрацювання тригера перенапруження на розрядниках змушує спрацьовувати усі розрядники практично одночасно, чим і реалізується послідовне сполучення заряджених конденсаторів.
Генератори Маркса дозволяють отримувати імпульсні напруги від десятків кіловольт до десятка мегавольт.
Частота імпульсів, що виробляються генератором Маркса, залежить від потужності генератора в імпульсі і становить від одиниць імпульсів за годину до декількох десятків герц.
Енергія в імпульсі генераторів Маркса широко варіюється (від дециджоулів до десятків мегаджоулів).
Варіанти конструкцій
Блакитні смужки — діелектрик (вода) конденсаторів, обкладки яких сполучені резисторами (виконані із скрученого високоомного дроту). Розрядні проміжки (подвійна лінія куль посередині) розташовані так близько, як це можливо, і самосинхронізуються спалахами УФ-випромінювання. Напруга живлення підводиться знизу, висока напруга знімається з циліндра вгорі
Лабораторні малі генератори Маркса до напруг у 100…200 кіловольт можуть виконуватися з повітряною ізоляцією, потужніші генератори Маркса з вищими робочими імпульсними напругами можуть виконуватися з вакуумною, газовою (газ з високою електричною міцністю під тиском, наприклад елегаз), оливовою ізоляцією, що перешкоджає як безпосереднім паразитним пробоям повітря, так і стіканню зарядів з установки внаслідок коронних розрядів.
У разі виконання генераторів Маркса з вакуумною, газовою чи масляною ізоляцією генератор зазвичай міститься в герметичну вакуумовану або заповнену зазначеними речовинами ємкість. У деяких конструкціях генераторів Маркса застосовують герметизацію конденсаторів і резисторів, але газові розрядники розташовують на повітрі.
Як розрядники застосовують повітряні розрядники (наприклад, з глушниками звуку) на напругу до 100 кВ і струм до 1000 кА, вакуумні розрядники, ігнітрони, імпульсні водневі тиратрони. Тиристори як комутаційні елементи практично не застосовуються у зв'язку з малими значеннями зворотної напруги і труднощами синхронізації їх спрацьовування в разі послідовного сполучення. Всі види розрядників характеризуються тими чи іншими вадами (ерозією електродів, недостатньою швидкодією, незначним терміном служби тощо) або є дорогими, як, наприклад, водневі тиратрони.
З метою зменшення втрат як захисні та розділювальні (зарядні) елементи генератора замість резисторів у деяких випадках застосовують високо добротні електричні дроселі. В окремих конструкціях генераторів роль резисторів виконують рідинні опори (резистори).
На рисунку зображений генератор Маркса (коаксіальна конструкція), який використовує рідинні конденсатори на деіонізованій воді. Така конструкція покращує технологічність конденсатора, зменшує довжину з'єднувальних провідників, а також дозволяє значно зменшити загальний час спрацьовування розрядників завдяки їх опроміненню УФ-випромінюванням.
Основний недолік генератора Маркса полягає в тому, що при рівні зарядної напруги порядку (50…100)·103 В він повинен мати 5…8 ступенів з такою ж кількістю іскрових комутаторів, що пов'язано з погіршенням питомих енергетичних і масо-габаритних параметрів та пониженням ККД. У режимі розряду генератора Маркса втрати складаються із втрат у конденсаторах й іскрових проміжках та опору навантаження, наприклад, каналу розряджання у головному розрядному проміжку. Для зменшення втрат намагаються зменшити опори іскрових комутаторів генераторів імпульсної напруги (ГІН), наприклад, поміщенням їх в електрично міцний газ під тиском, застосовують конденсатори з підвищеною добротністю, оптимізують ініціювання пробою для досягнення мінімальних пробивних градієнтів тощо.
Застосування
Генератор імпульсів високої напруги Маркса використовується у різноманітному устаткування для наукових досліджень, а також для вирішення різноманітних задач у техніці. У деяких установках генератори Маркса працюють як генератори імпульсного струму (ГІС). У такому обладнанні об'єднують два генератори Маркса в єдину установку, в якій багатоступінчастий ГІН з конденсаторами невеликої загальної ємності забезпечує високий потенціал напруги, необхідний для розвитку розряду основного малоступінчастого ГІС з конденсаторами великої загальної ємності, з порівняно невисоким потенціалом, але великою силою струму у тривалому імпульсі.
Наприклад, генератори Маркса застосовують (історично перше використання) в ядерних і термоядерних дослідженнях для прискорення елементарних часток, створення іонних пучків, створення релятивістських електронних пучків з метою ініціювання термоядерних реакцій.
Генератори Маркса застосовують як потужне джерело накачки квантових генераторів, для досліджень станів плазми, для досліджень імпульсних електромагнітних випромінювань.
У військовій техніці генератори Маркса у комплексі з, наприклад, віркаторами (англ. vircator, VIRtual CAthode oscillaTOR) застосовуються як генератори випромінювання при створенні портативних засобів радіоелектронної боротьби, як електромагнітну зброю, дія якої ґрунтується на ураженні цілей радіочастотним електромагнітним випромінюванням.
У промисловості генератори Маркса поряд з іншими джерелами імпульсних напруг та струмів знайшли застосування в електрогідравлічній обробці матеріалів, дробленні, бурінні, ущільненні ґрунтів та бетонних сумішей.
Історична довідка
Генератор імпульсів високої напруги винайдений німецьким інженером (нім. Erwin Otto Marx) у 1924 році, виготовлений у 1926 році.
У російськомовній літературі генератор Маркса часто називають генератором Аркадьєва — Маркса або генератором Маркса — Аркадьєва.
Така назва з'явилась у зв'язку з тим, що в 1914 році російський фізик В. К. Аркадьєв виготовив так званий «генератор блискавок», який був першим в Росії імпульсним генератором, що працював на принципі послідовного сполучення конденсаторів з метою досягнення помноження напруги. Цей генератор принципово нагадував роботу генератора Маркса, але на відміну від нього використовував контактно-механічний спосіб сполучення конденсаторів ступенів, а не безконтактний, як в генераторі Маркса.
Див. також
Примітки
- Бабкин, 2008, с. 330.
- (PDF). Архів оригіналу (PDF) за 3 вересня 2014. Процитовано 17 жовтня 2014.
- . Архів оригіналу за 19 вересня 2014. Процитовано 17 жовтня 2014.
- Архів оригіналу за 14 червня 2021. Процитовано 10 червня 2022.
Джерела
- Бабкин A.B., Велданов В. А., Грязнов Е. Ф. Средства поражения и боеприпасы: Учебник. — Москва : МГТУ, 2008. — .
- Фрюнгель Ф. Импульсная техника. Генерирование и применение разрядов конденсаторов, пер. с нем., M.-Л.: Энергия, 1965. — 488 с.
- Техника высоких напряжений / Под ред. Л. И. Сиротинского. — Ч. 1. — М. — Л.: Госэнергоиздат, 1951. — 292 с.
- Гончаренко Г. M., Жаков E. M., Дмоховская Л. Ф. Испытательные установки и измерительные устройства в лабораториях высокого напряжения. — М.: Изд. МЭИ, 1966. — 160 с.
- Техника больших импульсных токов и магнитных полей / Под ред. В. С. Комелькова. — М.: Атомиздат, 1970. − 472 с.
- Месяц Г. А., Насибов А. С., Кремнев В. В. Формирование нано-секундных импульсов высокого напряжения. — М: Энергия, 1970. — 152 с.
- Кремнев В. В., Месяц Г. А. Методы умножения и трансформации импульсов в сильноточной электроники. — Новосибирск: Наука, 1987. — 226 с.
Посилання
- «Quick & Dirty» Marx generator [ 2 жовтня 2014 у Wayback Machine.](англ.)
- (рос.)
- Marx Generator [ 16 березня 2014 у Wayback Machine.]. На сайті Політехнічного інституту Ренсслера (англ.)
- Jochen Kronjaeger Marx generator [ 19 травня 2014 у Wayback Machine.]. Jochen's High Voltage Page, 2003. (англ.)
- Jim Lux Marx Generators [ 29 листопада 2014 у Wayback Machine.], High Voltage Experimenter's Handbook, 3 May 1998. (англ.)
- The 'Quick & Dirty' Marx generator [ 2 жовтня 2014 у Wayback Machine.]. Mike's Electric Stuff, May 2003. (англ.)
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Genera tor Ma rksa angl Marx generator generator impulsnoyi visokoyi naprugi princip roboti yakogo gruntuyetsya na zaryadzhanni elektrichnim strumom z yednanih paralelno cherez rezistori kondensatoriv sho spoluchayutsya pislya zaryadki poslidovno z vikoristannyam riznomanitnih komutuyuchih pristroyiv napriklad gazovih rozryadnikiv abo trigatroniv Takim sposobom vihidna napruga staye bilshoyu proporcijno do kilkosti spoluchenih kondensatoriv Principova shema generatora Marksa stadiya zaryadzhannya Generator Marksa na stadiyi rozryadu Pislya zaryadzhennya kondensatoriv zapusk generatora zazvichaj provoditsya iz spracovuvannya pershogo rozryadnika na risunku poznachenogo yak trigger triger Pislya spracyuvannya trigera perenapruzhennya na rozryadnikah zmushuye spracovuvati usi rozryadniki praktichno odnochasno chim i realizuyetsya poslidovne spoluchennya zaryadzhenih kondensatoriv Generatori Marksa dozvolyayut otrimuvati impulsni naprugi vid desyatkiv kilovolt do desyatka megavolt Chastota impulsiv sho viroblyayutsya generatorom Marksa zalezhit vid potuzhnosti generatora v impulsi i stanovit vid odinic impulsiv za godinu do dekilkoh desyatkiv gerc Energiya v impulsi generatoriv Marksa shiroko variyuyetsya vid decidzhouliv do desyatkiv megadzhouliv Varianti konstrukcijKoaksialna konstrukciya generatora Marksa Ye dzherelom impulsiv z 5 ns frontom Blakitni smuzhki dielektrik voda kondensatoriv obkladki yakih spolucheni rezistorami vikonani iz skruchenogo visokoomnogo drotu Rozryadni promizhki podvijna liniya kul poseredini roztashovani tak blizko yak ce mozhlivo i samosinhronizuyutsya spalahami UF viprominyuvannya Napruga zhivlennya pidvoditsya znizu visoka napruga znimayetsya z cilindra vgori Laboratorni mali generatori Marksa do naprug u 100 200 kilovolt mozhut vikonuvatisya z povitryanoyu izolyaciyeyu potuzhnishi generatori Marksa z vishimi robochimi impulsnimi naprugami mozhut vikonuvatisya z vakuumnoyu gazovoyu gaz z visokoyu elektrichnoyu micnistyu pid tiskom napriklad elegaz olivovoyu izolyaciyeyu sho pereshkodzhaye yak bezposerednim parazitnim proboyam povitrya tak i stikannyu zaryadiv z ustanovki vnaslidok koronnih rozryadiv U razi vikonannya generatoriv Marksa z vakuumnoyu gazovoyu chi maslyanoyu izolyaciyeyu generator zazvichaj mistitsya v germetichnu vakuumovanu abo zapovnenu zaznachenimi rechovinami yemkist U deyakih konstrukciyah generatoriv Marksa zastosovuyut germetizaciyu kondensatoriv i rezistoriv ale gazovi rozryadniki roztashovuyut na povitri Yak rozryadniki zastosovuyut povitryani rozryadniki napriklad z glushnikami zvuku na naprugu do 100 kV i strum do 1000 kA vakuumni rozryadniki ignitroni impulsni vodnevi tiratroni Tiristori yak komutacijni elementi praktichno ne zastosovuyutsya u zv yazku z malimi znachennyami zvorotnoyi naprugi i trudnoshami sinhronizaciyi yih spracovuvannya v razi poslidovnogo spoluchennya Vsi vidi rozryadnikiv harakterizuyutsya timi chi inshimi vadami eroziyeyu elektrodiv nedostatnoyu shvidkodiyeyu neznachnim terminom sluzhbi tosho abo ye dorogimi yak napriklad vodnevi tiratroni Z metoyu zmenshennya vtrat yak zahisni ta rozdilyuvalni zaryadni elementi generatora zamist rezistoriv u deyakih vipadkah zastosovuyut visoko dobrotni elektrichni droseli V okremih konstrukciyah generatoriv rol rezistoriv vikonuyut ridinni opori rezistori Na risunku zobrazhenij generator Marksa koaksialna konstrukciya yakij vikoristovuye ridinni kondensatori na deionizovanij vodi Taka konstrukciya pokrashuye tehnologichnist kondensatora zmenshuye dovzhinu z yednuvalnih providnikiv a takozh dozvolyaye znachno zmenshiti zagalnij chas spracovuvannya rozryadnikiv zavdyaki yih oprominennyu UF viprominyuvannyam Osnovnij nedolik generatora Marksa polyagaye v tomu sho pri rivni zaryadnoyi naprugi poryadku 50 100 103 V vin povinen mati 5 8 stupeniv z takoyu zh kilkistyu iskrovih komutatoriv sho pov yazano z pogirshennyam pitomih energetichnih i maso gabaritnih parametriv ta ponizhennyam KKD U rezhimi rozryadu generatora Marksa vtrati skladayutsya iz vtrat u kondensatorah j iskrovih promizhkah ta oporu navantazhennya napriklad kanalu rozryadzhannya u golovnomu rozryadnomu promizhku Dlya zmenshennya vtrat namagayutsya zmenshiti opori iskrovih komutatoriv generatoriv impulsnoyi naprugi GIN napriklad pomishennyam yih v elektrichno micnij gaz pid tiskom zastosovuyut kondensatori z pidvishenoyu dobrotnistyu optimizuyut iniciyuvannya proboyu dlya dosyagnennya minimalnih probivnih gradiyentiv tosho ZastosuvannyaGenerator impulsiv visokoyi naprugi Marksa vikoristovuyetsya u riznomanitnomu ustatkuvannya dlya naukovih doslidzhen a takozh dlya virishennya riznomanitnih zadach u tehnici U deyakih ustanovkah generatori Marksa pracyuyut yak generatori impulsnogo strumu GIS U takomu obladnanni ob yednuyut dva generatori Marksa v yedinu ustanovku v yakij bagatostupinchastij GIN z kondensatorami nevelikoyi zagalnoyi yemnosti zabezpechuye visokij potencial naprugi neobhidnij dlya rozvitku rozryadu osnovnogo malostupinchastogo GIS z kondensatorami velikoyi zagalnoyi yemnosti z porivnyano nevisokim potencialom ale velikoyu siloyu strumu u trivalomu impulsi Napriklad generatori Marksa zastosovuyut istorichno pershe vikoristannya v yadernih i termoyadernih doslidzhennyah dlya priskorennya elementarnih chastok stvorennya ionnih puchkiv stvorennya relyativistskih elektronnih puchkiv z metoyu iniciyuvannya termoyadernih reakcij Generatori Marksa zastosovuyut yak potuzhne dzherelo nakachki kvantovih generatoriv dlya doslidzhen staniv plazmi dlya doslidzhen impulsnih elektromagnitnih viprominyuvan U vijskovij tehnici generatori Marksa u kompleksi z napriklad virkatorami angl vircator VIRtual CAthode oscillaTOR zastosovuyutsya yak generatori viprominyuvannya pri stvorenni portativnih zasobiv radioelektronnoyi borotbi yak elektromagnitnu zbroyu diya yakoyi gruntuyetsya na urazhenni cilej radiochastotnim elektromagnitnim viprominyuvannyam U promislovosti generatori Marksa poryad z inshimi dzherelami impulsnih naprug ta strumiv znajshli zastosuvannya v elektrogidravlichnij obrobci materialiv droblenni burinni ushilnenni gruntiv ta betonnih sumishej Generator Marksa dlya testuvannya komponentiv elektroperedachi visokoyi naprugi u tehnichnomu universiteti Drezdena Nimechchina Generator Marksa zliva u laboratoriyi visokih naprug v inzhenernomu koledzhi Dzhabalpura Indiya 600 kilovoltovij 10 stupenevij generator Marksa u diyiIstorichna dovidkaGenerator impulsiv visokoyi naprugi vinajdenij nimeckim inzhenerom nim Erwin Otto Marx u 1924 roci vigotovlenij u 1926 roci U rosijskomovnij literaturi generator Marksa chasto nazivayut generatorom Arkadyeva Marksa abo generatorom Marksa Arkadyeva Taka nazva z yavilas u zv yazku z tim sho v 1914 roci rosijskij fizik V K Arkadyev vigotoviv tak zvanij generator bliskavok yakij buv pershim v Rosiyi impulsnim generatorom sho pracyuvav na principi poslidovnogo spoluchennya kondensatoriv z metoyu dosyagnennya pomnozhennya naprugi Cej generator principovo nagaduvav robotu generatora Marksa ale na vidminu vid nogo vikoristovuvav kontaktno mehanichnij sposib spoluchennya kondensatoriv stupeniv a ne bezkontaktnij yak v generatori Marksa Div takozhGenerator Van de Graafa Generator Kokrofta VoltonaPrimitkiBabkin 2008 s 330 PDF Arhiv originalu PDF za 3 veresnya 2014 Procitovano 17 zhovtnya 2014 Arhiv originalu za 19 veresnya 2014 Procitovano 17 zhovtnya 2014 Arhiv originalu za 14 chervnya 2021 Procitovano 10 chervnya 2022 DzherelaBabkin A B Veldanov V A Gryaznov E F Sredstva porazheniya i boepripasy Uchebnik Moskva MGTU 2008 ISBN 978 5 7038 3171 7 Fryungel F Impulsnaya tehnika Generirovanie i primenenie razryadov kondensatorov per s nem M L Energiya 1965 488 s Tehnika vysokih napryazhenij Pod red L I Sirotinskogo Ch 1 M L Gosenergoizdat 1951 292 s Goncharenko G M Zhakov E M Dmohovskaya L F Ispytatelnye ustanovki i izmeritelnye ustrojstva v laboratoriyah vysokogo napryazheniya M Izd MEI 1966 160 s Tehnika bolshih impulsnyh tokov i magnitnyh polej Pod red V S Komelkova M Atomizdat 1970 472 s Mesyac G A Nasibov A S Kremnev V V Formirovanie nano sekundnyh impulsov vysokogo napryazheniya M Energiya 1970 152 s Kremnev V V Mesyac G A Metody umnozheniya i transformacii impulsov v silnotochnoj elektroniki Novosibirsk Nauka 1987 226 s Posilannya Quick amp Dirty Marx generator 2 zhovtnya 2014 u Wayback Machine angl ros Marx Generator 16 bereznya 2014 u Wayback Machine Na sajti Politehnichnogo institutu Rensslera angl Jochen Kronjaeger Marx generator 19 travnya 2014 u Wayback Machine Jochen s High Voltage Page 2003 angl Jim Lux Marx Generators 29 listopada 2014 u Wayback Machine High Voltage Experimenter s Handbook 3 May 1998 angl The Quick amp Dirty Marx generator 2 zhovtnya 2014 u Wayback Machine Mike s Electric Stuff May 2003 angl