- Valni oblik impulsnog napona
- Jednofazni impulsni generator
- Mane jednofaznog generatora impulsa
- Marxov generator
- Mane Marxova generatora
- Primjena kruga generatora impulsa
U elektronici su prenaponski valovi vrlo kritična stvar i to je noćna mora svakog dizajnera sklopa. Ti se prenaponi obično nazivaju impulsom koji se može definirati kao visoki napon, obično u nekoliko kV koji postoji kratko vrijeme. Karakteristike impulsnog napona mogu se primijetiti s velikim ili niskim vremenom pada, nakon čega slijedi vrlo veliko vrijeme porasta napona. Munja je primjer prirodnih uzroka koji uzrokuje impulsni napon. Budući da ovaj impulsni napon može ozbiljno oštetiti električnu opremu, važno je testirati naše uređaje da rade protiv impulsnog napona. Tu se koristi generator impulsnog napona koji generira visoke naponske ili strujne prenapone u kontroliranom postavljanju ispitivanja. U ovom ćemo članku naučiti orad i primjena generatora impulsnog napona. Dakle, krenimo.
Kao što je ranije rečeno, generator impulsa proizvodi kratkotrajne udarne valove vrlo visokim naponom ili vrlo velikom strujom. Dakle, postoje dvije vrste impulsa, impulsni generator napona i impulsa generatorom struje. Međutim, u ovom ćemo članku razgovarati o impulsnim generatorima napona.
Valni oblik impulsnog napona
Da bismo bolje razumjeli impulsni napon, pogledajmo valni oblik impulsnog napona. Na donjoj je slici prikazan jedan vrh visokonaponskog impulsnog valnog oblika
Kao što vidite, val doseže svoj maksimum od 100 posto u roku od 2 uS. To je vrlo brzo, ali visoki napon gubi snagu sa rasponom od gotovo 40uS. Stoga puls ima vrlo kratko ili brzo vrijeme porasta, dok vrlo sporo ili dugo vrijeme pada. Trajanje impulsa naziva se valni rep koji je definiran razlikom između žiga ts3 i ts0.
Jednofazni impulsni generator
Da biste razumjeli rad impulsnog generatora, pogledajmo shemu sklopa jednostupanjskog impulsnog generatora koja je prikazana dolje
Gornji krug sastoji se od dva kondenzatora i dva otpora. Iskra (G) je električno izolirani razmak između dviju elektroda na kojem se događaju električne iskre. Visokonaponski izvor napajanja također je prikazan na gornjoj slici. Bilo koji krug impulsnog generatora treba barem jedan veliki kondenzator koji se napuni na odgovarajuću razinu napona, a zatim isprazni opterećenjem. U gornjem krugu, CS je kondenzator za punjenje. Ovo je visokonaponski kondenzator tipično veći od 2kV (ovisi o željenom izlaznom naponu). Kondenzator CB je nosivost koja će isprazniti kondenzator za punjenje. Otpor i RD i RE kontroliraju oblik vala.
Ako smo gornju sliku pažljivo promatrali, možemo utvrditi da G ili svjećica nemaju električni priključak. Kako onda nosivost nosi visoki napon? Evo trika i prema ovom, gornji sklop djeluje kao generator impulsa. Kondenzator se puni sve dok napunjeni napon kondenzatora ne bude dovoljan da pređe iskra. Električni impuls generiran preko iskrišta i visoki napon prenosi se s lijevog terminala elektrode na desni terminal elektrode i to ga čini povezanim krugom.
Vrijeme odziva kruga može se kontrolirati mijenjanjem udaljenosti između dvije elektrode ili promjenom potpuno napunjenog napona kondenzatora. Izračun napona izlaznog impulsa može se izvršiti izračunavanjem valnog oblika izlaznog napona sa
v (t) = (E - α t - E - β t)
Gdje, α = 1 / R d C b β = 1 / R e C z
Mane jednofaznog generatora impulsa
Glavni nedostatak jednostepenog kruga generatora impulsa je fizička veličina. Ovisno o visokonaponskom naponu, komponente dobivaju veće veličine. Također, stvaranje visokog impulsnog napona zahtijeva visoki istosmjerni napon. Stoga je za jednostepeni krug generatora impulsnog napona prilično teško dobiti optimalnu učinkovitost čak i nakon upotrebe velikih istosmjernih izvora napajanja.
Kuglice koje se koriste za spajanje razmaka također su trebale vrlo velike veličine. Koronu koja se isprazni stvaranjem impulsnog napona vrlo je teško suzbiti i preoblikovati. Život elektrode se skraćuje i zahtijeva zamjenu nakon nekoliko ciklusa ponavljanja.
Marxov generator
Erwin Otto Marx osigurao je 1924. sklop višestepenog generatora impulsa. Ovaj se krug posebno koristi za generiranje visokog impulsnog napona iz izvora niskog napona. Strujni krug multipleksiranog impulsnog generatora ili obično nazivani Marxovim krugom može se vidjeti na donjoj slici.
Gornji krug koristi 4 kondenzatora (može biti n broj kondenzatora) koji se pune visokonaponskim izvorom u paralelnom stanju punjenja otpornicima naboja R1 do R8.
Tijekom stanja pražnjenja, svjećica koja je tijekom stanja punjenja bila otvoreni krug, djeluje kao prekidač i povezuje serijski put kroz kondenzatorsku bateriju i generira vrlo visok impulsni napon na opterećenju. Uvjet pražnjenja prikazan je na gornjoj slici ljubičastom linijom. Napon prvog kondenzatora treba premašiti dovoljno da se razbije iskra i aktivira Marxov krug generatora.
Kada se to dogodi, prva iskrišta povezuju dva kondenzatora (C1 i C2). Stoga se napon na prvom kondenzatoru udvostručuje za dva napona C1 i C2. Nakon toga, treća svjećica automatski se prekida jer je napon na trećoj svjećici dovoljno visok i počinje dodavati napon trećeg kondenzatora C3 u hrpu i to ide sve do posljednjeg kondenzatora. Konačno, kada se postigne posljednja i zadnja svjećica, napon je dovoljno velik da probije posljednju svjećicu na opterećenju koje ima veći razmak između svjećica.
Konačni izlazni napon na konačnom razmaku bit će nVC (gdje je n broj kondenzatora, a VC napon nabijenog kondenzatora), ali to vrijedi u idealnim krugovima. U stvarnim scenarijima izlazni napon kruga Marxovog impulsnog generatora bit će mnogo niži od stvarne željene vrijednosti.
Međutim, ova posljednja točka iskrenja mora imati veće praznine, jer bez toga kondenzatori ne dolaze u potpuno napunjeno stanje. Ponekad se pražnjenje vrši namjerno. Postoji nekoliko načina pražnjenja kondenzatorske banke u Marxovom generatoru.
Tehnike pražnjenja kondenzatora u Marx Generatoru:
Pulsiranje dodatne okidačke elektrode : Pulsiranje dodatne okidačke elektrode učinkovit je način namjernog pokretanja Marxova generatora tijekom stanja punjenja ili u posebnom slučaju. Dodatna elektroda okidača naziva se Trigatron. Dostupni su različiti oblici i veličine Trigatrona s različitim specifikacijama.
Ioniziranje zraka u praznini: Ionizirani zrak učinkovit je put koji je koristan za provođenje iskrišta. Jonizacija se vrši pomoću impulsnog lasera.
Smanjivanje tlaka zraka unutar zazora : Smanjenje tlaka zraka također je učinkovito ako je iskrište dizajnirano unutar komore.
Mane Marxova generatora
Dugo vrijeme punjenja: Marxov generator koristi otpore za punjenje kondenzatora. Tako se vrijeme punjenja povećava. Kondenzator koji je bliži izvoru napajanja puni se brže od ostalih. To je zbog povećane udaljenosti zbog povećanog otpora između kondenzatora i napajanja. To je glavni nedostatak Marxove generatorske jedinice.
Gubitak učinkovitosti: Iz istog razloga kao što je prethodno opisano, dok struja prolazi kroz otpore, učinkovitost Marxovog kruga generatora je mala.
Kratki životni vijek svjećice: Ponavljajući ciklus pražnjenja kroz svjećicu skraćuje vijek trajanja elektroda svjećice koju treba s vremena na vrijeme zamijeniti.
Vrijeme ponavljanja ciklusa punjenja i pražnjenja: Zbog velikog vremena punjenja, vrijeme ponavljanja generatora impulsa je vrlo sporo. To je još jedan od glavnih nedostataka Marxovog kruga generatora.
Primjena kruga generatora impulsa
Glavna primjena kruga generatora impulsa je ispitivanje visokonaponskih uređaja. Gromobrani, Osigurači, TVS diode, različite vrste prenaponskih zaštitnika itd. Ispituju se pomoću impulsnog generatora napona. Ne samo na polju ispitivanja, već je i krug generatora impulsa također važan instrument koji se koristi u pokusima nuklearne fizike, kao i u industriji lasera, fuzije i plazme.
Marxov generator koristi se u svrhe simulacije djelovanja groma na zupčanice dalekovoda i u zrakoplovnoj industriji. Također se koristi u rendgenskim i Z aparatima. Druge namjene, poput ispitivanja izolacije elektroničkih uređaja, također se ispituju pomoću krugova generatora impulsa.