Generatorul meu Marx, experimentele mele fascinante și periculoase

Informațiile sunt furnizate exclusiv în scopuri educaționale!
Administratorul site-ului nu este responsabil pentru posibilele consecințe ale utilizării informațiilor furnizate.

PRINCIPIUL ACȚIUNII
Generatorul Marx este un generator de impulsuri de înaltă tensiune. Principiul de funcționare se bazează pe încărcare prin rezistențe conectate în paralel condensatoarele taxează în serie după conectarea prin intermediul unor dispozitive de comutare - în acest caz, tensiunea de ieșire este crescut proporțional cu numărul de condensatoare conectate.

O astfel de schemă a fost brevetată de Erwin Marx în 1923.

Erwin Otto Marx

În 1914, VK Arkad'ev împreună cu NV Bucklin construit „Lightning Generator“ - primul generator de impulsuri în Rusia, care lucrează pe principiul conexiunii serie de condensatoare pentru multiplicare de tensiune, dar utilizarea de contact-mecanice și nu un non-contact, metoda de conectare stadiile condensatoarelor.

După încărcarea condensatoarelor, generatorul este, de obicei, pornit după declanșarea primului descărcător (de obicei denumit declanșator). După declanșarea declanșatorului, supratensiunea asupra descărcătorilor rămași obligă toate descărcătoarele să funcționeze aproape simultan, ceea ce asigură adăugarea tensiunilor condensatoarelor seriale conectate în serie.

Generatoarele lui Marx permit recepționarea tensiunilor de impuls de la un kilovolt la zece megavolți. Frecvența pulsurilor produse de generatorul Marx depinde de puterea generatorului în impuls - de la impulsuri pe oră până la câteva zeci de hertzi. Energia din pulsul generatoarelor Marx variază foarte mult (de la decidzhoules la zeci de megajoule).

EXECUȚIA CONSTRUCTIVĂ
Pentru cercetarea mea, am adunat generatorul experimental al lui Marx.

IZOLAREA
În instalația mea experimentală, izolație termică.

SURGE
Ca goluri de scânteie ale celui de-al doilea și ale următoarelor etape ale generatorului Marx, se folosesc în mod normal descărcătoare de aer (inclusiv supresoare de sunet) pentru tensiuni de până la 100 kV și curent până la 1000 kA.

Pentru declanșarea generatorului Marx este necesar să se inițieze o defalcare a primului spațiu de declanșare a aerului ("declanșator").
Pentru aceasta pot fi utilizate diferite metode:
"sârmă de sărituri" - apropierea mecanică a contactelor dispozitivului de descărcare a declanșatorului prin utilizarea unei tije izolante sau prin introducerea unei șurubelnițe izolate între contactele decalajului
"trei deschideri de declanșare a electrodului" - spațiu de aer cu trei electrozi (trigatron)
"hidrogen tiratron" - hidrogen tiratron

Hidrogenul thyratron este un dispozitiv de descărcare de gaze (umplut cu hidrogen) pentru controlul curentului de mare curent la tensiuni înalte.
Thyratron are 3 electrozi - anod, catod și grilă:

Trigatron (de declanșare engleză -. Dispozitiv Declanșarea și semnalul de declanșare (electroni) tron) - soi administrat parascântei de catod rece pentru a controla curenți mari (20-100 kA și până la megaamperes) la tensiuni ridicate (tipic 10-100 kW) .
Trigatron are 3 electrozi - 2 masivi (principali) pentru trecerea curentului și un mic electrod de control:

Când trigatron deconectat, tensiunea dintre electrozii principali trebuie să fie mai mică decât tensiunea defalcarea corespunzătoare distanței dintre electrozi și a aplicat un dielectric (aer, amestec argon-oxigen, azot, hidrogen sau hexafluorură de sulf). Pentru a activa trigonul, se aplică un impuls de înaltă tensiune pe electrodul de comandă. Acesta ionizează gazul dintre pilot și unul dintre principalele electrozi, apare o descărcare de scânteie care scurtează decalajul neionizat între electrozii principali. Scânteia creează radiații ultraviolete și generează o mulțime de electroni liberi în decalaj. Acest lucru conduce rapid la defectarea electrică și apare un arc electric cu rezistență scăzută între electrozii principali. Arcul continuă până când tensiunea dintre electrozii principali este mai mică decât o anumită valoare. Trigramele de sticlă sunt adesea acoperite cu o plasă metalică protectoare de metal, pentru a evita împrăștierea bucăților de sticlă atunci când balonul se rupe.

Am folosit în configurația mea o asemănare cu un trigatron - un arzător controlat cu trei electrozi, dar nu plasat în carcasă.

Încălzitorul principal este două fire de cupru înfășurate la capăt.
Defalcarea stabilă se observă la o distanță de

7 mm între ele:

Principalele elemente ale schemei de aprindere a generatorului meu Marx sunt lanțul consumator de timp Rt-Ct. lampa xenon EL1. transformatorul T1 cu înfășurările L1 și L2.

Lanțul consumator de timp Rt-Ct
Partea rezistivă a lanțului Rt este alcătuită din 15 rezistoare de 10 MO conectate în serie, cu o putere nominală de 0,125 W.
Rezistența totală Rt = 150 MΩ.

Partea capacitivă a lanțului Ct este alcătuită din nouă condensatoare CBB81Ct1 - Ct9 3300 pF x 1000 V:

Capacitatea totală Ct = 3,3 nF.

Constanta de timp a lanțului de condus Rt - Ct este $ \ tau = 0.5 $ s.

transformator de impulsuri ( „transformator de declanșare“ sau „bobina de declanșare“) este adesea folosit în circuite tipice lămpi cu xenon de alimentare de tip flash ( „declanșare externă“):

În această schemă, condensatoarele Cg și C (capacitate mult mai mare - zeci și sute de μF) sunt încărcate la tensiune

300 V. Condensatorul Cg este descărcat la înfășurarea primară a transformatorului 1-2 (cu un număr mic de ture) atunci când tasta S este închisă (un tiristor poate fi folosit ca o cheie). Energia nominală de intrare este apoi de la 0,9 la 16 mJ pentru diferite tipuri de transformatoare. Pulsul curent în înfășurarea primară cauzează o apariție de impulsuri de înaltă tensiune (2-10 kV) în înfășurarea secundară 3-2 (cu un număr mult mai mare de spire decât primar). Acest puls este aplicat la electrodul de comandă al lămpii cu xenon (metal (nichel) placa sau grila acoperă parțial becul) și determină ionizarea gazului în ea - în lampa apare streamer subțire ionizată ( „streamer“). Ionizarea determină o reducere dramatică a rezistenței gazului lămpii ( „declanșare“), care declanșează descărcarea condensatorului principal C (energie de descărcare - până la 130 J) conectate la electrozii lămpii prin lampă și blițul ascuțit necesară de lumină albă.

Ca un exemplu al unui astfel de transformator, putem cita TC-50:

Transformatoarele TC-50:
înfășurare primară - 14 rotații, 3,5 μH, 130 mOhm;
înfășurare secundară - 1000 de rotații, 2.1 mH, 180 Ohm;
tensiunea de intrare - 300 V;
tensiunea de ieșire - 10 kV;
capacitatea condensatorului este de 0,22 μF;
energia este de 10 mJ.

În generatorul meu Marx, am folosit un transformator puls (auto), preluat dintr-un flash foton sovietic "Photon":

Pe circuitul blițului, transformatorul este desemnat drept Tp:

Nu confunda un transformator de impulsuri pentru aprinderea lămpii transformatorului de invertor, proiectat pentru a converti o tensiune joasă (de exemplu, 6 volți) la o încărcare de înaltă tensiune a condensatorului C (de exemplu, 340 volți)

Lampa Xenon EL1
Lampa Xenon este un tub (din sticlă de cuarț sau borosilicat) umplut cu xenon și are trei electrozi - anod, catod și declanșator:

Anodul și catodul sunt de obicei realizate din wolfram.

Lampa din generatorul meu Marx este luată din blițul unei camere digitale Genius G-Shot D211:

aprindere
După ce alimentarea este furnizată de la redresorul conectat la generatorul de înaltă tensiune. Capacitorul Ct începe să fie încărcat prin rezistorul Rt.
În paralel, condensatoarele principale C1-C4 sunt încărcate prin rezistențele R1-R7 (vezi schema completă de instalare de mai sus).
Când tensiunea pe condensator atinge tensiunea de comutare a lămpii EL1. apare defecțiunea, lampa clipește

și închide circuitul, conectând condensatorul încărcat Ct la înfășurarea primară L1 a transformatorului T1. Impulsul curent din înfășurarea L1 induce un impuls de înaltă tensiune în bobina secundară L2. Acest impuls de înaltă tensiune perforează spațiul de aer dintre electrozii 3 și 2 ai spațiului de aer (a se vedea fotografia de mai sus) (a se vedea bitul 1 din fotografia de mai jos). Descărcarea de la electrodul de comandă 3 inițiază o descărcare între electrozii principali 1 și 2 ai condensatorilor primei trepte C1 (a se vedea bitul 2 din fotografia de mai jos).

Rezistorul R1 previne apariția unei descărcări cu arc pe primul arzător după defectare.

I în instalație utilizată condensatori CBB81 (analog K78-2) - condensatori de înaltă tensiune non-inductive tip metalizată peliculă pe bază de polipropilenă (curenți mari de refulare) cu corp ignifug epoxidic:

REZISTOARE
(. Schema instalare completă Cm mai sus) - rezistoare R2 R7 este compus din trei rezistoare conectate în serie mlt 560 ohmi, iar rezistorul R1 - trei rezistoare OMLT de 910 ohmi (toate rezistențe de putere de 2 W nominale):

EXPERIMENTE CU GENERATORUL ME MARX

Descărcarea generatorului Marx:

La o tensiune de alimentare de 3,6 kV, intervalul dintre descărcări a fost de 1,2 secunde.
Când crește tensiunea la ieșirea sursei de înaltă tensiune, crește frecvența descărcării - la o tensiune de 4,2 kV, intervalul dintre descărcări este de 0,7-0,8 s.

PERICOLUL GENERATORULUI MARX

Înaltă tensiune
Generatorul Marx este o sursă de tensiune înaltă - conține condensatori, care în procesul de încărcare sunt încărcați la tensiune periculoasă. Deconectați întotdeauna condensatorii înainte de orice manipulare a dispozitivului.
Trebuie avut în vedere că o tensiune înaltă poate provoca o defecțiune electrică a aerului (o tensiune de 1 kV sparge spațiul de aer de 1,1 mm în lungime).

ultraviolet
descărcare electrică a generatorului Marx este o sursă de radiații ultraviolete în intervalul UVA (langa ultraviolete, razele UVA de 315 - 400 nm) și UVB (mediu ultraviolete, razele UVB de 315 - 280 nm).
Ochelari de protecție ar trebui utilizați în timpul experimentelor.

ozon
Când generatorul lui Marx este evacuat în aer, se formează o formă alotropă de oxigen - ozon $ O_3 $:
$ O_2 + O = O_3 $

Ozon hazard (clasificarea UE conform Directivei Substanțelor Periculoase (DSD)):

Articole similare

• Generatorul Marx cu mâinile lor, totul