Bộ tạo điện áp xung / bộ tạo marx - sơ đồ mạch, nguyên lý làm việc và các ứng dụng

Trong thiết bị điện tử, sóng tăng là một điều rất quan trọng và nó là một cơn ác mộng đối với mọi nhà thiết kế mạch. Các xung này thường được gọi là xung có thể được định nghĩa là điện áp cao, thường ở một vài kV tồn tại trong một khoảng thời gian ngắn. Các đặc điểm của điện áp xung có thể được nhận thấy với thời gian rơi Cao hoặc thấp, sau đó là thời gian tăng rất cao của điện áp, Sét là một ví dụ về các nguyên nhân tự nhiên gây ra điện áp xung. Vì điện áp Xung này có thể làm hỏng thiết bị điện một cách nghiêm trọng, nên điều quan trọng là phải kiểm tra các thiết bị của chúng tôi hoạt động chống lại điện áp xung. Đây là nơi chúng tôi sử dụng máy phát điện áp xung tạo ra điện áp cao hoặc dòng điện tăng trong một thiết lập thử nghiệm có kiểm soát. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu vềlàm việc và ứng dụng của Máy phát điện áp xung. Vậy hãy bắt đầu.

Như đã nói trước đó, một máy phát xung tạo ra xung thời gian ngắn này với điện áp rất cao hoặc dòng điện rất cao. Như vậy, có hai loại máy phát xung, máy tạo xung điện áp và máy tạo xung dòng. Tuy nhiên, trong bài viết này, chúng ta sẽ thảo luận về máy phát điện áp xung.

Dạng sóng điện áp xung

Để hiểu rõ hơn về điện áp xung, chúng ta hãy xem dạng sóng điện áp xung. Trong hình ảnh dưới đây, một đỉnh duy nhất của dạng sóng Xung điện áp cao được hiển thị

Như bạn có thể thấy, sóng đang đạt đến đỉnh tối đa 100% trong vòng 2 uS. Điều này là rất nhanh, nhưng điện áp cao đang mất dần sức mạnh của nó với khoảng 40uS gần như. Do đó, xung có thời gian tăng rất ngắn hoặc nhanh trong khi thời gian giảm rất chậm hoặc dài. Khoảng thời gian của xung được gọi là đuôi sóng được xác định bởi sự khác biệt giữa dấu thời gian thứ 3 ts3 và ts0.

Máy tạo xung một giai đoạn

Để hiểu hoạt động của máy phát xung, hãy cùng xem sơ đồ mạch của máy phát xung một giai đoạn được hiển thị bên dưới

Đoạn mạch trên gồm hai tụ điện và hai điện trở. Khoảng cách tia lửa điện (G) là khoảng trống cách ly về điện giữa hai điện cực, nơi xảy ra tia lửa điện. Một nguồn điện cao thế cũng được hiển thị trong hình trên. Bất kỳ mạch tạo xung nào cũng cần ít nhất một tụ điện lớn được sạc đến mức điện áp thích hợp rồi phóng điện bằng tải. Trong đoạn mạch trên, CS là tụ nạp. Đây là tụ điện điện áp cao thường hơn định mức 2kV (phụ thuộc vào điện áp đầu ra mong muốn). CB tụ điện là điện dung tải sẽ phóng điện cho tụ nạp. Điện trở và RD và RE điều khiển hình dạng sóng.

Nếu quan sát kỹ hình ảnh trên, chúng ta có thể thấy rằng khe hở G hoặc tia lửa điện không có kết nối điện. Khi đó điện dung tải như thế nào để có hiệu điện thế cao? Đây là mẹo và bằng cách này, mạch trên hoạt động như một máy phát xung. Tụ điện được sạc cho đến khi điện áp tích điện của tụ điện đủ để vượt qua khe hở tia lửa. Một xung điện được tạo ra qua khe hở tia lửa điện và điện áp cao được chuyển từ đầu cực điện cực bên trái sang đầu cực điện cực bên phải của khe hở tia lửa và do đó làm cho nó trở thành một mạch được kết nối.

Thời gian đáp ứng của mạch có thể được điều khiển bằng cách thay đổi khoảng cách giữa hai điện cực hoặc thay đổi điện áp đã sạc đầy của tụ điện. Việc tính toán điện áp xung đầu ra có thể được thực hiện bằng cách tính toán dạng sóng điện áp đầu ra với

v (t) = (e ^{- α t} - e ^{- β t})

Ở đâu, α = 1 / R _d C _b β = 1 / R _e C _z

Nhược điểm của Máy tạo xung một giai đoạn

Nhược điểm lớn của mạch tạo xung một tầng là kích thước vật lý. Tùy thuộc vào định mức điện áp cao, các thành phần có kích thước lớn hơn. Ngoài ra, việc tạo điện áp xung cao đòi hỏi điện áp một chiều cao. Do đó, đối với mạch tạo điện áp xung một tầng, rất khó đạt được hiệu suất tối ưu ngay cả khi sử dụng nguồn điện một chiều lớn.

Các quả cầu được sử dụng cho kết nối khe hở cũng yêu cầu kích thước rất cao. Corona bị phóng điện do tạo điện áp xung rất khó để triệt tiêu và định hình lại. Tuổi thọ điện cực bị rút ngắn và cần thay thế sau một vài chu kỳ lặp lại.

Máy phát điện Marx

Erwin Otto Marx đã cung cấp một mạch tạo xung nhiều tầng vào năm 1924. Mạch này được sử dụng đặc biệt để tạo ra điện áp xung cao từ nguồn điện có điện áp thấp. Có thể nhìn thấy mạch của máy phát xung ghép kênh hay thường được gọi là mạch Marx trong hình dưới đây.

Đoạn mạch trên dùng 4 tụ điện (có thể có số tụ là n) được tích điện bằng nguồn cao áp trong điều kiện nạp song song các điện trở tích điện từ R1 đến R8.

Trong điều kiện phóng điện, khe hở tia lửa vốn là một mạch hở trong trạng thái sạc, hoạt động như một công tắc và kết nối một đường nối tiếp qua dải tụ điện và tạo ra một điện áp xung rất cao trên tải. Điều kiện phóng điện được thể hiện trong hình trên bằng đường màu tím. Điện áp của tụ điện đầu tiên cần phải được vượt quá đủ để phá vỡ khe hở tia lửa và kích hoạt mạch máy phát Marx.

Khi điều này xảy ra, khe hở tia lửa đầu tiên kết nối hai tụ điện (C1 và C2). Do đó hiệu điện thế trên tụ thứ nhất gấp đôi hiệu điện thế C1 và C2. Sau đó, khe hở tia lửa thứ ba tự động phá vỡ vì điện áp qua khe hở tia lửa thứ ba đủ cao và nó bắt đầu thêm điện áp C3 của tụ điện thứ ba vào ngăn xếp và điều này sẽ tiếp tục lên đến tụ điện cuối cùng. Cuối cùng, khi đạt đến khe hở tia lửa cuối cùng và cuối cùng, điện áp đủ lớn để phá vỡ khe hở tia lửa cuối cùng trên tải có khoảng cách lớn hơn giữa các bugi.

Điện áp đầu ra cuối cùng trên khoảng trống cuối cùng sẽ là nVC (trong đó n là số tụ điện và VC là điện áp tích điện của tụ điện) nhưng điều này đúng trong các mạch lý tưởng. Trong các tình huống thực tế, điện áp đầu ra của mạch phát Marx Impulse sẽ thấp hơn nhiều so với giá trị mong muốn thực tế.

Tuy nhiên, điểm tia lửa cuối cùng này cần phải có khoảng trống lớn hơn vì nếu không có điều này, các tụ điện sẽ không ở trong tình trạng được sạc đầy. Đôi khi, việc xả thải được thực hiện có chủ ý. Có một số cách để xả tụ điện trong máy phát điện Marx.

Các kỹ thuật phóng điện tụ trong Máy phát điện Marx:

Xung điện cực kích hoạt bổ sung : Xung điện cực kích hoạt bổ sung là một cách hiệu quả để kích hoạt máy phát Marx một cách có chủ ý trong điều kiện sạc đầy hoặc trong trường hợp đặc biệt. Điện cực kích hoạt bổ sung được gọi là Trigatron. Có nhiều hình dạng và kích thước khác nhau Trigatron có sẵn với các thông số kỹ thuật khác nhau.

Ion hóa không khí trong khe hở : Không khí bị ion hóa là con đường hữu hiệu có lợi để dẫn khe hở tia lửa điện. Quá trình ion hóa được thực hiện bằng cách sử dụng một tia laser xung.

Giảm áp suất không khí bên trong khe hở : Việc giảm áp suất không khí cũng có hiệu quả nếu khe hở tia lửa điện được thiết kế bên trong buồng.

Nhược điểm của Máy phát điện Marx

Thời gian tích điện lâu: Máy phát điện Mác dùng điện trở để nạp điện cho tụ điện. Do đó thời gian tính phí cao hơn. Tụ điện gần nguồn điện sẽ được sạc nhanh hơn những tụ điện khác. Điều này là do khoảng cách tăng lên vì điện trở giữa tụ điện và nguồn điện tăng lên. Đây là một nhược điểm lớn của tổ máy phát điện Marx.

Mất hiệu suất: Do nguyên nhân tương tự như đã mô tả trước đây, do dòng điện chạy qua các điện trở nên hiệu suất của mạch máy phát Marx thấp.

Tuổi thọ ngắn của khe hở tia lửa điện: Chu kỳ phóng điện lặp đi lặp lại qua khe hở tia lửa điện sẽ rút ngắn tuổi thọ của các điện cực của khe hở tia lửa điện cần được thay thế theo thời gian.

Thời gian lặp lại của chu kỳ sạc và phóng điện: Do thời gian sạc cao nên thời gian lặp lại của bộ tạo xung rất chậm. Đây là một nhược điểm lớn khác của mạch máy phát Marx.

Ứng dụng của mạch tạo xung

Ứng dụng chính của mạch tạo xung là thử nghiệm các thiết bị điện áp cao. Bộ chống sét, cầu chì, điốt TVS, các loại thiết bị chống sét lan truyền khác nhau, v.v. được thử nghiệm bằng cách sử dụng bộ tạo điện áp Impulse. Không chỉ trong lĩnh vực thử nghiệm mà mạch tạo xung còn là một công cụ thiết yếu được sử dụng trong các thí nghiệm vật lý hạt nhân cũng như trong các ngành công nghiệp thiết bị laser, nhiệt hạch và plasma.

Máy phát điện Marx được sử dụng cho mục đích mô phỏng hiệu ứng sét trên bánh răng đường dây điện và trong các ngành hàng không. Nó cũng được sử dụng trong máy X-Ray và Z. Các mục đích sử dụng khác, chẳng hạn như kiểm tra cách điện của các thiết bị điện tử cũng được kiểm tra bằng cách sử dụng mạch tạo xung.