Frage:
Warum sind Marx-Generatoren so gebaut?
hanslhansl
2019-12-13 20:42:46 UTC
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Kurze Einführung:

Ein Marx-Generator ist eine Kondensatoranordnung, die eine Eingangsgleichspannung von beispielsweise 1 bis 20 kV in ein Vielfaches davon umwandelt. Kondensatoren werden parallel geladen, und wenn sie die Durchbruchspannung erreichen, entladen sie sich über Funkenstrecken und werden im Wesentlichen in Reihe geschaltet, was zu einer viel höheren Ausgangsspannung führt (theoretisch Eingangsspannung mal Kondensatormenge).

Ich habe ein solches Arrangement gebaut, aber die Funken, die es erzeugt, sind ziemlich klein. Am einfachsten wäre es, den Ausgang zu messen, aber ich habe kein Multimeter für so hohe Spannungen. Zusätzlich möchte ich auch die Theorie dahinter verstehen, weshalb ich diese Frage geschrieben habe.

Dieses Bild ist ein Schaltplan eines Marx-Generators. Während meiner Recherche fand ich mehrere Diagramme für Marx-Generatoren. Sie unterschieden sich ein wenig, aber alle hatten das weiter unten beschriebene Problem. Das Bild hilft mir bei der Beschreibung meines Problems:

Marx Generator circuit diagram

Nehmen wir an, dass der Gleichstromeingang 8 kV beträgt und die Widerstände (Rb und die 10 Widerstände ohne Text) einen Wert von 1 Mohm haben. Meines Wissens würde dies bedeuten, dass der erste Kondensator mit 8 kV und einem Widerstand von 1 Mohm aufgeladen wird, was vollkommen in Ordnung wäre. Soweit ich weiß, ist der 2. Kondensator jedoch nicht mit dem gleichen Widerstand aufgeladen. Es wird mit 8 kV und einem Widerstand von 3 Mohm (Rb + 2-facher Widerstand ohne Text) aufgeladen. Der dritte würde mit 8 kV und 5 Mohm und so weiter aufgeladen werden.

Meine Frage lautet wie folgt:

  1. Ist meine Annahme über das Ladeverhalten korrekt?
  2. Wenn ja, warum sollte jemand das tun? Warum sollten Sie die Widerstände in Reihe anstatt parallel schalten, genau wie die Kappen? Warum sollten die Kappen nicht mit dem gleichen Strom aufgeladen werden, damit sie gleichzeitig eine Durchbruchspannung erreichen? Wenn nein, was ist mein Fehler?
  3. ol>

    Vielen Dank, dass Sie so weit gelesen haben.

    Ich bin ziemlich neu auf dem Gebiet der Elektrik, bitte haben Sie etwas Geduld mit mir.


    Bearbeiten: Da ich nicht weiß, wie ich ein Bild in einem Kommentar posten soll, werde ich es hier einfügen. Einige von Ihnen haben erwähnt, dass die Widerstände bei voller Parallelschaltung der vollen Spannung ausgesetzt wären.Schauen Sie sich das Bild an.Würde das das Problem nicht beheben?

    Erneut bearbeiten: Neuer Schaltplan

    new circuit diagram

Die Kondensatoren sind in Reihe geschaltet, wenn das Gerät ausgelöst wird.Die Widerstände sind es auch - wenn sie beim Laden direkt von einer Quelle über Widerstände gespeist würden, würden die Widerstände an immer höheren Spannungspunkten liegen, wenn Sie die "Kaskade" hinaufsteigen und mehr Leistung verbrauchen.Sie KÖNNTEN steigende Widerstandswerte verwenden, erhalten aber auf diese Weise den gleichen Effekt.
Fünf antworten:
#1
+6
Neil_UK
2019-12-13 22:33:42 UTC
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Sie could verwenden eine parallele Anordnung von Widerständen, aber Sie würden sehr hohe Spannungswiderstände und Abstände um diese herum benötigen.Der Hauptpunkt eines Marx ist es, eine sehr hohe Ausgangsspannung mit Komponenten mit bescheidener Nennleistung zu erhalten.

Wenn der Marx zündet, sieht jeder Widerstand immer noch nur die Ladespannung.Wenn Sie parallele Widerstände verwenden, sehen diejenigen bis zur Endstufe die gesamte Ausgangsspannung.

Schließlich erreichen alle Stufen des Marx die gleiche Spannung.Sie können die Ladezeit verbessern, indem Sie Induktoren anstelle von Widerständen verwenden.Dies begrenzt die Länge des Ausgangsimpulses, ist aber normalerweise sowieso ziemlich kurz.

#2
+4
Oldfart
2019-12-13 20:53:14 UTC
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Wenn Sie ausreichend lange warten, werden alle Kondensatoren auf die Eingangsspannung aufgeladen.

Wenn die "diagonale" Funkenstrecke erlischt, sind alle Kondensatoren über ihre Funkenstrecken in Reihe geschaltet, und die Gesamtspannung ist die Eingangsspannung * Kondensatorstufen. Die Idee ist, dass die Funkenstrecken zu diesem Zeitpunkt einen sehr geringen Widerstand haben.

Um dies zu verstehen, zeichnen Sie das Diagramm erneut, aber ersetzen Sie alle Kondensatoren und alle "diagonalen" Funkenstrecken durch einen Kurzschluss.

Ich habe mir eines davon gebaut und gelernt, nicht loszulassen, während Sie daneben telefonieren.


In Ihrem zweiten Diagramm haben Sie einen unteren Widerstand in Reihe mit der Entladungsschaltung. Das würde den Ausgangsstrom stark einschränken.


Ich habe mit einem davon im Hochspannungslabor der Universität Delft gearbeitet. Es war 20 Meter hoch und konnte mehrere Megavolt erzeugen. Sie haben Ihr angepasstes Schema nicht verwendet, daher würde ich annehmen, dass es einige Nachteile gibt, aber ich kann ehrlich gesagt nicht sehen, welche. Abgesehen von diesem: Aus Sicherheitsgründen möchten Sie, dass die Masse Ihrer Speisespannung und der Endfunke gleich sind.

Übrigens: Bevor Sie daran arbeiten durften, musste es entladen werden. Sie haben das getan, indem Sie ein Rad gedreht haben, das einen Metalldraht an den Kondensatoren vorbei gezogen hat. Jedes Mal, wenn es auf einen Kondensator traf, hörte man das "Klirren" der Entladung.

Ich wollte nicht pedantisch sein, aber Ihr ursprüngliches Diagramm ist falsch. Der untere Kondensator trägt nicht zur Schaltung bei. Der 'linke' Pfeil sollte von unten kommen, damit er sich auf Bodenniveau befindet. Was für meine Bemerkung zu Sicherheit und Boden oben wichtig ist. Sub>

Ich habe meine Frage bearbeitet.Bitte schauen Sie es sich an.
Ich habe es noch einmal bearbeitet
#3
+3
Russell McMahon
2019-12-13 21:48:39 UTC
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Die Kondensatoren sind in Reihe geschaltet, wenn das Gerät ausgelöst wird.
Die Widerstände sind auch.

Wenn sie jedoch beim Laden direkt von einer Quelle über Widerstände gespeist würden, würden sich die Widerstände beim Auslösen des Geräts über immer höhere Spannungspunkte erstrecken, wenn Sie die "Kaskade" hinaufsteigen und immer mehr Leistung verbrauchen und die Kondensatoren zunehmend belastenals die Spannungspunkte anstiegen.

Sie KÖNNTEN parallele Einspeisung verwenden und die Widerstandswerte erhöhen, aber auf diese Weise erhalten Sie den gleichen Effekt.

Ich habe meine Frage bearbeitet.Bitte schauen Sie es sich an.
#4
+2
Jasen
2019-12-14 06:46:45 UTC
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Um den letzten Kondensator besser aufzuladen, müssen Sie alle anderen Funkenstrecken etwas größer als den letzten machen.Auf diese Weise hat der letzte Kondensator Zeit, sich vollständig aufzuladen, bevor die Funkenstrecken ausgelöst werden.

Wenn eine einzelne Funkenstrecke ausgelöst wird, wird der Rest durch die durch die Kondensatoren übertragenen Spannungsimpulse ausgelöst. Es spielt also keine Rolle, ob die Lückenabstände geringfügig voneinander abweichen.

Wenn Sie Widerstände für einen gemeinsamen Eingangsbus verwenden, sehen die Widerstände eine sehr hohe Spannung, wenn die Lücken ausgelöst werden. Bei den Vorwiderständen ist die Spannung an den Widerständen nur ungefähr gleich der Spannung an den Kondensatoren.

Es benötigt die kombinierte Spannung aller Kondensatoren, die vollständig aufgeladen sind, damit ein Funke eine der Lücken überspringt. An diesem Punkt kann ein Funke alle Lücken überspringen.Denken Sie daran, dass alle Lücken die kombinierte Spannung "sehen".
Ja, aber durch Auslösen der letzten Lücke wird der Ladungspegel im letzten Kondensator gesteuert, so dass Zeit für ihn und alle anderen Kondensatoren zum Laden bleibt
#5
  0
Neil_UK
2019-12-18 01:05:36 UTC
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Alle Ihre Beobachtungen sind korrekt. Jedoch ...

1) Wenn Sie lange genug warten, werden alle Kondensatoren auf mehr oder weniger die Versorgungsspannung

aufgeladen

2) Es gibt zwei Möglichkeiten, einen Marx zum Aufrichten zu bringen. Eine besteht darin, eine Funkenstrecke weniger als die anderen einzustellen. Wenn dies zusammenbricht, überträgt die Streukapazität der anderen Knoten zur Erde einen Teil des Schritts auf die anderen Lücken, wodurch sie sofort zusammenbrechen. Wenn dieser kleinere Spalt der letzte in der Kette ist, wird sichergestellt, dass alle Kappen auf mindestens diese Spannung aufgeladen sind. Die andere Möglichkeit besteht darin, eine ausgelöste Lücke als erste Lücke zu verwenden. Sie können warten, bis die erforderliche Ladezeit abgelaufen ist, bevor Sie die Lücke auslösen.

3) Menschen bauen Marx-Generatoren, um sehr hohe Spannungen zu erhalten. Dies bedeutet, dass Platz und Komponenten knapp sind. Das herkömmliche Layout eines Marx nutzt seine Länge effektiv aus und addiert die Spannungsfestigkeit des Raums und der Widerstände in Reihe. Ihr paralleles Layout verzichtet auf diesen Vorteil. Es macht wenig Sinn, einen Marx für bescheidene Spannungen zu bauen.

Ich verstehe nicht, warum die Widerstände in meinem Diagramm mehr Energie aushalten müssen.Es macht für mich Sinn, dass einige der Widerstände in meinem Diagramm den vollen 32 kV ausgesetzt sind, aber warum ist das beim Original nicht der Fall?Nachdem die Lücken geschlossen wurden, kann der Strom nach Verlassen der letzten Kappe zwischen zwei "Wegen" "wählen".Entweder geht es zur großen Funkenstrecke oder es geht zurück zur ursprünglichen Quelle (richtig?).In meinem Schaltplan würde es durch 1 und im Original durch 4 Widerstände gehen.Ist das der Unterschied?Dass die 4 Widerstände die gleiche Arbeit wie 1 leisten müssen und deshalb nicht brechen?


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