Marx jeneratörü, kapasitör adı verilen çoklu depolama aygıtlarından yararlanan bir elektrik devresidir. Bunlar paralel olarak şarj edilir ve ardından sırayla deşarj edilerek yüksek voltajlı bir elektrik darbesi üretilir.
Yüksek voltajlı DC’den daha da yüksek voltaj darbeleri üretmek için kullanılan Marx jeneratörü, 1924 yılında Alman mühendis Erwin Marx tarafından geliştirildi.. Marx jeneratörü, bir direnç, yüksek voltaj için bir kapasitör ve bir kıvılcım aralığından (elektrot) oluşan bir devredir. Bu devreye yüksek voltajlı elektrik uygulandığında birden fazla kondansatör aynı anda şarj olur. Sonunda, şarj voltajı çok yükseldiğinde, elektrotlar arasında deşarj meydana gelir ve kısa devreye neden olur. Kısa devre, tüm kapasitörlerin seri bağlanmasına neden olur ve her bir kondansatörün şarj voltajı toplanarak yüksek voltaj üretilir. Marx jeneratörü, yıldırım düşmesinden kaynaklanabilecek güç dalgalanmasının türünü simüle etmek için yüksek voltajlı bileşenlerin ve uçak enstrümantasyonunun testinde yaygın olarak kullanılır.
Marx jeneratörü, özellikle mevcut şarj kaynağının voltajı yetersizse, test için yüksek voltajlı elektrik darbeleri üretmenin yaygın bir yoludur. Yüksek voltajlı ekipmanın testinde kullanıldığında, bir Marx jeneratörü iki milyon volttan fazla elektrik deşarjı üretebilir. New Mexico’daki Sandia Ulusal Laboratuvarlarındaki, güçlü bir X-ışını jeneratörü olan Z makinesinde, 36 Marx jeneratöründen oluşan bir halka kullanır. Ayrıca elektro-optik ekipman için kısa elektrik darbeleri sağlamak, belirli lazer türlerini çalıştırmak ve patlayıcıları ateşlemek için de kullanılmıştır.
Marx Jeneratörü Nasıl Çalışır?
Teknik olarak, bir Marx jeneratörü, bir voltaj çarpanıdır. Bu devre türü, düşük voltajlı alternatif akımı(AC), daha yüksek bir doğru akım (DC) voltajına dönüştürür. Genellikle bu, kapasitörler ve diyotlar kullanılarak yapılır. Kondansatörler elektrik yükünü depolamak için kullanılır. Diyotlar, bir elektrik akımının yalnızca bir yönde geçmesine izin vererek deşarjı engeller.
Marx jeneratöründeki kapasitörlerin şarj ve deşarjı, bir dizi direnç ve kıvılcım aralığı tarafından kontrol edilir. Dirençler, bir devreye elektrik direnci vererek akımın bu yönde akmasını zorlaştırır. Kıvılcım boşlukları, bir elektrik kıvılcımının geçtiği bir boşlukla ayrılmış iki iletkenden oluşur. Bu, iletkenler arasındaki voltaj farkı, kırılma voltajı adı verilen kritik bir noktaya ulaştığında olur.
Dirençler, deşarj oranlarını sınırlarken güç kaynağını kapasitörlere bağlar. Tetiklendiğinde, kıvılcım boşlukları kapasitörleri bir seri halinde bağlar ve depolanan enerjinin tek bir çıkış olarak boşalmasını sağlar. Bunun olması için, kıvılcım boşluklarının tümü, herhangi bir kapasitörün direnci aracılığıyla deşarj edebileceğinden daha hızlı ateşlenmelidir. Kıvılcım boşlukları tipik olarak birkaç nanosaniye içinde gerekli arıza voltajı seviyesine ulaştığından, bu nadiren bir sorundur.
1. Marx Jeneratörü Kapasitör Şarj Teknikleri
Bir SC’yi şarj etmenin, yüksek AC voltajını düzelterek şarj etme ve başka bir kapasitör aracılığıyla şarj etme (flaş şarj) olmak üzere iki yolu vardır. SC’yi şarj etmek için her iki tekniğin de SC voltajından daha yüksek voltajlar içermesi gerekir. Akımın daha yüksek voltajdan daha düşük voltaja akabilmesi planlanmıştır. Yüksek AC voltajını düzeltmenin ilk yolu, DC voltajına yükseltici bir transformatördür.
Ancak bu yaklaşımın, öncelikle transformatörde olmak üzere farklı dezavantajları vardır. Yükseltici transformatör ağırdır ve pahalıdır. Ayrıca boyutları büyüktür ve farklı elektrik kayıpları vardır. İkinci yaklaşımın şarj süresinde faydaları vardır. Aynı voltaj şarjı için kapasitör yaklaşımı, transformatörden daha hızlıdır.
2. Marx Jeneratörü Kapasitör Deşarj Teknikleri
- Ek bir tetik elektrotunun pulslanması: Marx jeneratörü tamamen şarj olduğunda veya belirli bir senaryoda, ek bir tetik elektrotunun pulslanması, onu kasıtlı olarak tetiklemek için etkili bir yaklaşımdır. Trigatron, ek tetik elektrotunun adıdır. Trigatron, her biri kendi özelliklerine sahip çeşitli şekil ve boyutlarda gelir.
- Boşluktaki havayı iyonize etmek: İyonize hava, kıvılcım aralığını iletmek için etkili bir yöntemdir. Gazı iyonize etmek için darbeli bir lazer kullanılır.
- Boşluk içindeki hava basıncının azaltılması: Kıvılcım aralığı bir oda içinde oluşturulmuşsa, hava basıncının düşürülmesi de etkilidir.
Marx Jeneratörünün Dezavantajları
Marx jeneratörü, kondansatörü dirençlerle şarj eder, bu da uzun zaman alır. Sonuç olarak, şarj süresi artar. Güç kaynağına en yakın olan kapasitör diğerlerinden daha hızlı şarj olur. Bunun nedeni, artan direncin bir sonucu olarak kapasitör ile güç kaynağı arasındaki artan mesafedir. Bu, Marx jeneratörünün dezavantajlarından biridir.
- Verimlilik kaybı: Aynı nedenden dolayı akım dirençlerden geçerken Marx jeneratör devresinin verimliliği azalır.
- Kısa ömür: Zaman zaman değiştirilmesi gereken bir kıvılcım aralığının elektrotları, kıvılcım aralığı yoluyla tekrarlayan deşarj döngüsü nedeniyle kısa bir ömre sahiptir.
- Şarj ve deşarj döngüsü tekrar süresi: Darbe üretecinin tekrar süresi, uzun şarj süresi nedeniyle oldukça yavaştır. Bu, Marx üreten devredeki bir başka önemli kusurdur.
Marx Jeneratörü Kullanım Alanları
Darbe üreteci devresinin ana uygulaması, yüksek voltajlı cihazları test etmektir. Paratonerler, sigortalar, TVS diyotları, farklı tipteki aşırı gerilim koruyucular, vb. Darbe gerilim üreteci kullanılarak test edilir. Sadece test alanında değil, İmpuls üreteci devresi de nükleer fizik deneylerinde olduğu kadar lazerler, füzyon ve plazma cihazı endüstrilerinde de kullanılan önemli bir araçtır.
Marx jeneratörü, güç hattı dişlilerinde ve havacılık endüstrilerinde yıldırım etkilerinin simülasyonu amacıyla kullanılır. Ayrıca X-Ray ve Z makinelerinde de kullanılmaktadır. Elektronik cihazların yalıtım testi gibi diğer kullanımlar da darbe üreteci devreleri kullanılarak test edilir.
Marx jeneratörünün kullanım alanları arasında gıda sektörü de vardır. Marx jeneratörü, darbeli elektrik alan işlemeyi kullanarak patatesler, diğer meyve ve sebzeler için kesme iyileştirme veya kurutma hızlandırma sağlamak için kullanılır.
