- Impulzna napetost
- Enostopenjski impulzni generator
- Slabosti enostopenjskega impulznega generatorja
- Marxov generator
- Slabosti Marxovega generatorja
- Uporaba vezja generatorja impulzov
V elektroniki so prenapetosti zelo kritična stvar in so nočna mora vsakega oblikovalca vezij. Ti prenapetosti se običajno imenujejo impulz, ki ga lahko definiramo kot visoko napetost, običajno v nekaj kV, ki obstaja za kratek čas. Značilnosti impulzne napetosti lahko opazimo z visokim ali nizkim časom padca, ki mu sledi zelo visok čas naraščanja napetosti. Strela je primer naravnih vzrokov, ki povzročajo impulzno napetost. Ker lahko ta impulzna napetost močno poškoduje električno opremo, je pomembno, da naše naprave preizkusimo, da delujejo proti impulzni napetosti. Tu uporabljamo generator impulzne napetosti, ki v nadzorovanih preskusnih nastavitvah ustvarja visokonapetostne ali tokovne sunke. V tem članku bomo izvedeli več odelovanje in uporaba impulznega napetostnega generatorja. Torej, začnimo.
Kot smo že povedali, generator impulzov povzroči ta kratkotrajni val z zelo visoko napetostjo ali zelo velikim tokom. Tako obstajata dve vrsti impulznih generatorjev, generator impulzne napetosti in generator impulznega toka. V tem članku pa bomo razpravljali o generatorjih impulzne napetosti.
Impulzna napetost
Za boljše razumevanje impulzne napetosti si oglejmo valovno obliko impulzne napetosti. Na spodnji sliki je prikazan en vrh visokonapetostne impulzne valovne oblike
Kot lahko vidite, val doseže svoj največji 100-odstotni vrh v 2 US. To je zelo hitro, vendar visoka napetost skoraj izgubi svojo moč v razponu od 40uS. Zato ima pulz zelo kratek ali hiter čas naraščanja, medtem ko zelo počasen ali dolg čas padanja. Trajanje impulza se imenuje valni rep, ki je opredeljen z razliko med 3. žigom ts3 in ts0.
Enostopenjski impulzni generator
Da bi razumeli delovanje impulznega generatorja, si oglejte vezje enostopenjskega impulznega generatorja, ki je prikazano spodaj
Zgornje vezje je sestavljeno iz dveh kondenzatorjev in dveh uporov. Iskra (G) je električno izolirana reža med dvema elektrodama, kjer se pojavijo električne iskre. Na zgornji sliki je prikazan tudi visokonapetostni vir energije. Vsako vezje generatorja impulzov potrebuje vsaj en velik kondenzator, ki se napolni do ustrezne napetosti in nato izprazni s tovorom. V zgornjem vezju je CS polnilni kondenzator. To je visokonapetostni kondenzator, ki je običajno večji od 2 kV (odvisno od želene izhodne napetosti). Kondenzator CB je nosilnost, ki bo izpraznila polnilni kondenzator. Upor in RD in RE nadzorujejo valovno obliko.
Če zgornjo sliko natančno opazujemo, lahko ugotovimo, da G ali iskrišče nima električne povezave. Kako potem obremenitvena kapacitivnost dobi visoko napetost? Tu je trik in pri tem zgornje vezje deluje kot generator impulzov. Kondenzator se polni, dokler napolnjena napetost kondenzatorja ne zadošča za prehod iskre. Električni impulz, ki nastane čez vžigalno iskrišče in visoko napetost, se prenese iz terminala leve elektrode na desni terminal elektrode vžigalne svečke in tako postane povezan krog.
Odzivni čas vezja je mogoče nadzorovati s spreminjanjem razdalje med dvema elektrodama ali spreminjanjem polne napetosti kondenzatorjev. Izračun izhodne impulzne napetosti lahko izvedemo z izračunom valovne oblike izhodne napetosti z
v (t) = (E - α t - E - β t)
Kje, α = 1 / R d C b β = 1 / R e C z
Slabosti enostopenjskega impulznega generatorja
Glavna pomanjkljivost enostopenjskega vezja generatorja impulzov je fizična velikost. Odvisno od visokonapetostne moči so komponente večje. Tudi generacija visoke impulzne napetosti zahteva visoko enosmerno napetost. Zato je za enostopenjsko vezje generatorja impulzne napetosti precej težko doseči optimalno učinkovitost tudi po uporabi velikih napajalnikov z enosmernim tokom.
Krogle, ki se uporabljajo za režno povezavo, so prav tako zahtevale zelo veliko velikost. Korono, ki se izprazni z ustvarjanjem impulzne napetosti, je zelo težko zatreti in preoblikovati. Življenjska doba elektrode se skrajša in jo je treba po nekaj ciklih ponovitve zamenjati.
Marxov generator
Erwin Otto Marx je leta 1924 zagotovil večstopenjsko vezje generatorja impulzov. To vezje se posebej uporablja za generiranje visoke impulzne napetosti iz nizkonapetostnega vira energije. Na spodnji sliki je razvidno vezje multipleksiranega impulznega generatorja ali običajno imenovano Marxovo vezje.
Zgornje vezje uporablja 4 kondenzatorje (kondenzatorjev je lahko n), ki jih polni visokonapetostni vir v vzporednem stanju polnjenja s polnilnimi upori R1 do R8.
Med stanjem praznjenja iskrilo, ki je bilo med polnjenjem odprto v vezju, deluje kot stikalo in poveže zaporedno pot skozi kondenzatorsko baterijo in ustvari zelo visoko impulzno napetost na bremenu. Stanje praznjenja je na zgornji sliki prikazano z vijolično črto. Napetost prvega kondenzatorja mora biti presežena toliko, da razbije iskrišče in aktivira Marxovo vezje generatorja.
Ko se to zgodi, prva iskrila poveže dva kondenzatorja (C1 in C2). Zato se napetost na prvem kondenzatorju podvoji za dve napetosti C1 in C2. Nato se tretja vžigalna vrzel samodejno pokvari, ker je napetost na tretji vžigalni žarnici dovolj visoka in začne dodajati napetost tretjega kondenzatorja C3 v sklad, kar se nadaljuje do zadnjega kondenzatorja. Ko je dosežena zadnja in zadnja vžigalna napetost, je napetost dovolj velika, da prekine zadnjo iskrišče na obremenitvi, ki ima večjo režo med svečami.
Končna izhodna napetost na končni reži bo nVC (kjer je n število kondenzatorjev in VC napolnjena napetost kondenzatorja), vendar to velja za idealna vezja. V resničnih scenarijih bo izhodna napetost vezja generatorja Marx Impulse veliko nižja od dejanske želene vrednosti.
Vendar mora imeti ta zadnja iskrišča večje vrzeli, ker brez tega kondenzatorji ne pridejo v popolnoma napolnjeno stanje. Včasih se odvajanje opravi namerno. Obstaja več načinov za praznjenje kondenzatorskega sklopa v Marxovem generatorju.
Tehnike praznjenja kondenzatorjev v Marxovem generatorju:
Pulsiranje dodatne sprožilne elektrode : pulziranje dodatne sprožilne elektrode je učinkovit način za namerno sprožitev Marxovega generatorja med polnjenjem ali v posebnem primeru. Dodatna sprožilna elektroda se imenuje Trigatron. Na voljo so različne oblike in velikosti Trigatrona z različnimi specifikacijami.
Ionizacija zraka v reži : Ioniziran zrak je učinkovita pot, ki je koristna za vodenje iskrišča. Ionizacija se opravi z uporabo impulznega laserja.
Zmanjšanje zračnega tlaka znotraj reže : Zmanjšanje zračnega tlaka je učinkovito tudi, če je iskrišče zasnovano znotraj komore.
Slabosti Marxovega generatorja
Dolg čas polnjenja: Marxov generator uporablja upore za polnjenje kondenzatorja. Tako se čas polnjenja podaljša. Kondenzator, ki je bližje napajalniku, se napolni hitreje kot drugi. To je posledica povečane razdalje zaradi povečanega upora med kondenzatorjem in napajalnikom. To je glavna pomanjkljivost agregata Marx.
Izguba učinkovitosti: Zaradi istega razloga, kot je bilo prej opisano, ko tok teče skozi upore, je učinkovitost Marxovega vezja generatorja majhna.
Kratka življenjska doba iskrišča: Ponavljajoči se cikel praznjenja skozi iskrilo skrajša življenjsko dobo elektrod vžigalne svečke, ki jo je treba občasno zamenjati.
Čas ponavljanja polnjenja in praznjenja: Zaradi velikega časa polnjenja je čas ponavljanja generatorja impulzov zelo počasen. To je še ena večja pomanjkljivost Marxovega generatorja.
Uporaba vezja generatorja impulzov
Glavna uporaba vezja generatorja impulzov je testiranje visokonapetostnih naprav. Odvodniki strele, varovalke, diode TVS, različne vrste prenapetostnih zaščit itd. Se preizkušajo z uporabo impulznega napetostnega generatorja. Ne samo na področju testiranja, ampak je vezje generatorja impulzov tudi bistven instrument, ki se uporablja v eksperimentih z jedrsko fiziko, pa tudi v industriji laserjev, fuzije in plazemskih naprav.
Marxov generator se uporablja za simulacijo udarcev strele na daljnovod in v letalski industriji. Uporablja se tudi v rentgenskih in Z aparatih. Druge uporabe, na primer preskušanje izolacije elektronskih naprav, se preizkušajo tudi z vezji generatorjev impulzov.