1. Hvað er Marx rafall?
A Marx rafaller staðlað svæðiskerfi hringrásarinnar á bak við næstum öll iðnaðarhöggspennuprófunarkerfi. Nefnt eftir þýskum verkfræðingiErwin Otto Marx, sem lagði það til árið 1924, leysir það grundvallarvandamál: hvernig framleiðir þú 400 kV, 800 kV eða 1200 kV púls þegar hleðslugjafinn þinn þarf aðeins að skila ±100 kV á hverju stigi?
Svarið er glæsilegt - hlaðið mörg eins þéttaþrepsamhliðaá hóflegri spennu, tengdu þá síðaní röðmeð kveikt neistabil á því augnabliki sem útblástur er, margfaldað útgangsspennuna með fjölda þrepa.
Í þessari grein er farið í gegnum Marx hringrásarmyndina stig fyrir þrep, útskýrt hvað sérhver íhlutur gerir, hvernig eins-þrepa og fjöl-rásir eru mismunandi og hvernig kunnuglega 1,2/50 µs eldingarbylgjuformið er í raun mótað.
2. Kjarnahugmyndin: Samhliða hleðsla, raðhleðsla
Hugsaðu um Marx rafallinn sem stiga. Hver þrep er þétti og hliðarteinarnir eru tveir strengir af hleðsluviðnámum.
Við hleðslu:
Jafnstraumhleðslugjafi (venjulega 0–100 kV á hverju stigi) streymir í gegnum há-hleðsluviðnám.
Sérhver þétti í stiganum hleðst upp að sömu spennu - segjum, +100 kV.
Vegna þess að þéttarnir eru í raun samhliða á þessum tímapunkti, þarf framboðið aðeins að skila einu þrepi spennu, ekki fullri spennu.
Neistabilið á milli þrepa er enn opið - loft er góður einangrunarefni við þessa spennu.
Við útskrift:
Kveikjupúls kveikir í fyrsta (efsta-stigi) neistabilinu.
Fyrsta bilið sem lokar tvöfaldar spennuna yfir næsta bil, sem ofspennir það og veldur því að það brotnar næst.
Þetta fellur niður stigann - bilið eftir að bilið kviknar á nanósekúndum.
Nú eru allir þéttar tengdirí röð. Með 4 þrep hlaðin í 100 kV hvert, sér álagið 4 × 100 kV =400 kVyfir það í nokkrar míkrósekúndur.
Heildarorkan sem er geymd er einfaldlega n × (½·C_stig·V²), þar sem n er fjöldi þrepa.
3. Skýrt Marx hringrásarmynd - Sérhver hluti
Hér að neðan er gönguferð-í gegnum það sem þú munt sjá í hvaða skýringarmynd Marx rafala sem er (sjá mynd 1: aðalrásarmynd hvatspennugjafans):
| Hluti | Á-sviðshlutverki | Dæmigert gildi |
|---|---|---|
| Aðalpúlsþétti (C) | Geymir orku; einn eða tveir á hverju stigi | 1,5 µF við 100 kV í 4 þrepa 30 kJ kerfi |
| Hleðsluviðnám (Rc) | Einangrar stig meðan á hleðslu stendur; hátt gildi svo það hleður ekki púlsinn | Tugir kΩ á hverju stigi |
| Bylgjuframhlið / dempunarviðnám (Rf) | Mótar hækkandi brún hvatarinnar; dregur úr sníkjusveiflum | Valið fyrir hverja álagsrýmd |
| Wavetail viðnám (Rt) | Mótar rotnandi hala bylgjuformsins | Valið fyrir hverja álagsrýmd |
| Neistabil (G) | Þrjú-rafskaut, ræst; tengir þrep í röð við losun | φ250 mm kúlubil, mótor-stillt |
| Einangrandi súla | Styður turninn vélrænt | Epoxý, 2 þykkt + 3 þunnt á hverju stigi |
Ytri mælikeðja - veikt dempuð rafrýmd skilrúm og stafræn upptökutæki - situr þvert yfir prófunarhlutinn og er ekki hluti af Marx stiganum sjálfum.
4. Einstigs-Stage vs Multi-Stage Marx Circuits
Marx á einu-stigier rangnefni í ströngum skilningi - stakur þétti hlaðinn að æskilegri spennu og tæmd í gegnum bil er bara púlsþétti, ekki Marx hringrás. Það sem verkfræðingar meina venjulega með „einþrepa straumrafallrás“ er aeinn-þrep Marx stiga: einn aðalþétti, einn hleðsluviðnám, eitt skotbil. Það toppar um 100–200 kV og er algengt í kennslustofum og litlum prófunarsettum.
Marx á mörgum-þrepumer iðnaðarformið:
2 þrep / 200 kV: dæmigert fyrir 10 kV-flokka rofabúnað og tækjaspenna venjubundnar prófanir.
3 þrep / 300 kV: færsla fyrir 35 kV-dreifingarbúnað.
4 þrep / 400 kV: vinnuhesturinn fyrir 35 kV-flokka dreifispenna, bushings, yfirspennuvarnara og GIS.
6 þrep / 600 kV: 66–110 kV flokkur.
12 þrep / 1200 kV og yfir: EHV / UHV gerð-prófunarstofur.
Hvert 100 kV þrep til viðbótar bætir einum þrepi við stigann - sömu svæðisfræði, fleiri þétta, fleiri eyður, hærri turn.
5. Hvernig móta bylgjuhlið og bylgjuhalaviðnám 1,2/50 µs
1,2/50 µs eldingarbylgjuformið er ekki framleitt af þéttunum einum - það er hannað með því að veljaRf (framan)ogRt (hali).
Theframtími(1,2 µs) er að miklu leyti stillt af því hversu hratt hleðslurýman hleðst í gegnum framviðnámið. Minni Rf → hraðari framhlið; of lítill Rf → sníkjuhringur.
Thetími til hálfs-gildis(50 µs) er að miklu leyti stillt af því hversu hægt samsetti þéttabankinn tæmist í gegnum halaviðnámið. Stærri Rt → lengri hali.
Fyrirhakkað bylgja(2–6 µs), sérstakt höggbil skýst inn í bylgjuformið og styttir það tilbúið.
Fyrirskiptihvöt(250/2500 µs), framviðnámunum er haldið áfram sem dempunarviðnám og stærri bakviðnám er kveikt á til að hægja á bylgjuforminu.
Í-stillanlegum turni á sviði, skipta rekstraraðilar um innstungu-í viðnámssettum til að fara á milli eldinga-, skipta-, sveiflustillinga og brattra-bylgjuhama - engin lóðun, engin endurtenging á aðalrásinni.
6. Af hverju hleðsluframboðið helst á lágspennu
Algeng spurning: af hverju ekki bara að hlaða einn þétti beint í 400 kV?
Svarið er einangrun. 400 kV olíu-þéttir með skautum sem eru metnir fyrir þá spennu er stór, dýr og erfiður í meðförum. Aftur á móti eru fjórir 100 kV þéttar tengdir í röð við afhleðslu:
ódýrara á júle af geymdri orku,
auðveldara að senda og setja upp,
mát (bæta við stigi, bæta við 100 kV),
og hleðslugjafinn þarf aðeins að ná 100 kV - miklu minni, öruggari DC eining.
Þetta er ástæðan fyrir því að sérhver nútíma hvatspennugjafi frá 100 kV og upp notar Marx staðfræði.
7. Hagnýt hönnunarsjónarmið
Ef þú ert að læra, tilgreina eða kaupa Marx-hvataspennukerfi skaltu fylgjast með:
Stigspenna.Flestir iðnaðar Marx turnar eru byggðir á 100 kV á hverju stigi. Sumar þéttar há-orkuhönnun nota 200 kV á hverju stigi (td . 6 stig=1200 kV í styttri turni).
Kveikja áreiðanleika. Three-electrode gaps with motorized spacing give >99% skotárangur yfir þúsundir skota; flóttatíðni yfir 2% þýðir óstöðugar niðurstöður úr prófunum.
Inductance líkamans.Lægra er betra. Vel-hannaður 4 þrepa turn er undir 55 µH.
Deilibandbreidd.Létt dempaður rafrýmd deilir með minna en eða jafnt og 100 ns hlutsvörunartíma gefur hreint bylgjuform upp í undir-míkrósekúndna bröttu-framprófunum.
Jarðtenging.Einstaklings-punktar jarðtenging við minna en eða jafnt og 0,5 Ω er ó-viðræðanleg - léleg jarðtenging skemmir allar mælingar.
Fyrir fullstillt viðskiptadæmi, sjáðu4 þrepa 400 kV / 30 kV Marx rafallbyggt utan um Siemens PLC stýrisbúnað.
8. Niðurstaða
Marx rafalrásin er meistaraverk rafmagnsverkfræði 1920 sem skilgreinir enn hversu há-spennutæki eru prófuð í dag. Samhliða hleðsla heldur hleðslugjafanum litlum og öruggum; raðhleðsla í gegnum kveikt neistabil margfaldar spennuna; fram- og halaviðnám móta bylgjuformið; og einingaþrep gera þér kleift að byggja allt frá 100 kV kennslueiningu til 2400 kV UHV gerð-prófunarkerfis úr sömu byggingareiningum.
Viltu sjá hvernig þessi hringrás skilar sér í virka vöru?Skoðaðu okkarfull WGJ röðMarx-hringrásarspennugjafa frá 20 kV til 2400 kV.
