Voltage pulse generators, Summaries of Electrical and Electronics Engineering

Download Voltage pulse generators and more Summaries Electrical and Electronics Engineering in PDF only on Docsity! Universitatea Din Oradea Facultatea de inginerie si management industrial Departamentul Inginerie Energetică Referat din disciplina Tehnica tensiunilor înalte Student: Szappanos Tamas-Daniel 2022 Cuprins Introducere...........................................................................................................................................1 Generatoare de impulsuri de tensiune................................................................................................2 Generator Marx....................................................................................................................................3 Principiul de funcționare......................................................................................................................3 Aplicarea circuitului generator de impulsuri.......................................................................................7 Bibliografie............................................................................................................................................8 Generator Marx Un generator Marx este un circuit electric descris pentru prima dată de Erwin Otto Marx în 1924. Scopul său este de a genera un impuls de înaltă tensiune dintr-o sursă de curent continuu de joasă tensiune. Generatoarele Marx sunt utilizate în experimente de fizică de înaltă energie, precum și pentru a simula efectele fulgerelor asupra echipamentelor electrice și a echipamentelor de aviație. Un mic generator Marx demonstrativ Principiul de funcționare Circuitul generează un impuls de înaltă tensiune prin încărcarea unui număr de condensatori în paralel, apoi conectându-i brusc în serie. Vezi circuitul de mai sus. La început, condensatoare (C) sunt încărcate în paralel cu o tensiune VC printr-o sursă de curent continuu prin rezistențele (RC). Eclatoarele utilizate ca întrerupătoare au tensiunea VC pe ele, dar întrerupătoarele au o tensiune de spargere mai mare decât VC, astfel încât toate se comportă ca circuite deschise în timp ce condensatorii se încarcă. Ultimul decalaj izolează ieșirea generatorului de sarcină; fără acest decalaj, sarcina ar împiedica încărcarea condensatoarelor. Pentru a crea impulsul de ieșire, primul eclator este cauzat să se defecteze (declanșat); defectarea scurtează efectiv decalajul, plasând primii doi condensatori în serie, aplicând o tensiune de aproximativ 2VC pe cel de-al doilea eclator. În consecință, al doilea decalaj se descompune pentru a adăuga al treilea condensator la „stivă”, iar procesul continuă să descompună secvenţial toate golurile. Acest proces al eclatoarelor care conectează condensatorii în serie pentru a crea tensiunea înaltă se numește montare. 3 Ultimul gol conectează ieșirea seriei „stivei” de condensatoare la sarcină. În mod ideal, tensiunea de ieșire va fi nVC, numărul de condensatori înmulțit cu tensiunea de încărcare, dar în practică valoarea este mai mică. Rețineți că niciuna dintre rezistențele de încărcare Rc nu este supusă la o tensiune mai mare decât tensiunea de încărcare chiar și atunci când condensatorii au fost montați. Încărcarea disponibilă este limitată la încărcarea condensatoarelor, astfel încât ieșirea este un impuls scurt pe măsură ce condensatorii se descarcă prin sarcină. La un moment dat, eclatoarele nu mai conduc, iar sursa de joasă tensiune începe să încarce condensatorii din nou. Principiul înmulțirii tensiunii prin încărcarea condensatoarelor în paralel și descărcarea lor în serie este folosit și în circuitul multiplicator de tensiune, folosit pentru a produce tensiuni înalte pentru imprimantele laser și televizoarele cu tub catodic, care are asemănări cu acest circuit. O diferență este că multiplicatorul de tensiune este alimentat cu curent alternativ și produce o tensiune continuă de ieșire constantă, în timp ce generatorul Marx produce un impuls. Generator Marx utilizat pentru testarea Generator Marx de 800 kV în componentelor de transmisie a puterii de înaltă tensiune laborator la Institutul Național de Tehnologie, 4 Performanța corespunzătoare depinde de selecția condensatorului și de momentul descărcării. Timpii de comutare pot fi îmbunătățiți prin doparea electrozilor cu izotopi radioactivi Cesiu 137 sau Nichel 63 și prin orientarea eclatoarelor astfel încât lumina ultravioletă de la un comutator eclator de aprindere să ilumineze eclatoarele deschise rămase. Izolarea tensiunilor înalte produse este adesea realizată prin scufundarea generatorului Marx în ulei de transformator sau într-un gaz dielectric de înaltă presiune, cum ar fi Hexafluorura de Sulf (SF6). Reținemi că, cu cât este mai puțină rezistență între condensator și sursa de alimentare de încărcare, cu atât se va încărca mai repede. Astfel, în acest design, cei mai aproape de sursa de alimentare se vor încărca mai repede decât cei mai îndepărtați. Dacă generatorul este lăsat să se încarce suficient de mult, toți condensatorii vor atinge aceeași tensiune. În cazul ideal, închiderea comutatorului cel mai apropiat de sursa de alimentare de încărcare aplică o tensiune de 2V celui de-al doilea comutator. Acest comutator se va închide apoi, aplicând o tensiune de 3V celui de-al treilea întrerupător. Acest comutator se va închide apoi, rezultând o cascadă în josul generatorului care produce nV la ieșirea generatorului (din nou, doar în cazul ideal). Primul comutator poate fi lăsat să se defecteze spontan (uneori numit o întrerupere automată) în timpul încărcării dacă sincronizarea absolută a impulsului de ieșire nu este importantă. Cu toate acestea, este de obicei declanșat în mod intenționat odată ce toți condensatorii din banca Marx au atins încărcarea completă, fie prin reducerea distanței spațiului, prin pulsarea unui electrod de declanșare suplimentar (cum ar fi un Trigatron), prin ionizarea aerului din spațiu folosind un laser sau prin reducerea presiunii aerului în interiorul golului. Rezistoarele de încărcare, Rc trebuie să fie dimensionate corespunzător atât pentru încărcare, cât și pentru descărcare. Acestea sunt uneori înlocuite cu inductori pentru o eficiență îmbunătățită și o încărcare mai rapidă. În multe generatoare, rezistențele sunt fabricate din tuburi de plastic sau sticlă umplute cu soluție diluată de sulfat de cupru. Aceste rezistențe lichide depășesc multe dintre problemele cu care se confruntă materialele rezistive solide mai convenționale, care au tendința de a-și scădea rezistența în timp în condiții de înaltă tensiune. Generatorul Marx este, de asemenea, folosit pentru a genera impulsuri scurte de mare putere pentru celulele Pockels, conducând un laser TEA, aprinderea explozivului convențional al unei arme nucleare și impulsuri radar. Scuritatea este relativă, deoarece timpul de comutare chiar și al versiunilor de mare viteză nu este mai mic de 1 ns și, prin urmare, multe dispozitive electronice de putere redusă sunt mai rapide. În proiectarea circuitelor de mare viteză, electrodinamica este importantă, iar generatorul Marx sprijină acest lucru în măsura în care utilizează cabluri scurte groase între componentele sale, dar designul este totuși în esență unul electrostatic. 5