- Darbe Gerilimi Dalga Biçimi
- Tek Aşamalı İmpuls Üreteci
- Tek Aşamalı Darbe Üreticinin Dezavantajları
- Marx jeneratör
- Marx Jeneratörünün dezavantajları
- Darbe Jeneratör Devresinin Uygulanması
Elektronikte dalgalanmalar çok kritik bir şeydir ve her devre tasarımcısı için bir kabustur. Bu dalgalanmalar, genellikle kısa bir süre için var olan birkaç kV'de yüksek voltaj olarak tanımlanabilen impuls olarak adlandırılır. Darbe geriliminin özellikleri, Yüksek veya Düşük düşme süresi ve ardından çok yüksek gerilim yükselme süresi ile fark edilebilir. Yıldırım, Darbe gerilimine neden olan doğal nedenlere bir örnektir. Bu Darbe gerilimi, elektrikli ekipmana ciddi şekilde zarar verebileceğinden, cihazlarımızı darbe gerilimine karşı test etmek önemlidir. Bu, kontrollü bir test düzeneğinde yüksek voltaj veya akım dalgalanmaları oluşturan bir Darbe Gerilimi üreteci kullandığımız yerdir. Bu yazıda, hakkında bilgi edineceğizDarbe Gerilim Jeneratörünün çalışması ve uygulaması. Öyleyse başlayalım.
Daha önce söylendiği gibi, bir impuls üreteci, çok yüksek voltaj veya çok yüksek akımla bu kısa süreli dalgalanmaları üretir. Bu nedenle, iki tür dürtü üreteci vardır, dürtü voltaj üreteci ve darbe akımı üreteci. Bununla birlikte, bu yazıda, impuls voltaj jeneratörlerini tartışacağız.
Darbe Gerilimi Dalga Biçimi
İmpuls voltajını daha iyi anlamak için impuls voltaj dalga formuna bir göz atalım. Aşağıdaki resimde, tek bir yüksek voltajlı dürtü dalga formu tepe noktası gösterilmektedir.
Gördüğünüz gibi, dalga 2 uS içinde maksimum yüzde 100 zirvesine ulaşıyor. Bu çok hızlı, ancak yüksek voltaj neredeyse 40uS'lik bir açıklıkla gücünü kaybediyor. Bu nedenle, nabzın çok kısa veya hızlı yükselme süresi, çok yavaş veya uzun düşüş süresi vardır. Darbenin süresi, 3. zaman damgası ts3 ve ts0 arasındaki farkla tanımlanan dalga kuyruğu olarak adlandırılır.
Tek Aşamalı İmpuls Üreteci
Bir İmpuls jeneratörünün çalışmasını anlamak için, aşağıda gösterilen tek aşamalı bir impuls jeneratörünün devre şemasına bir göz atalım.
Yukarıdaki devre iki kapasitör ve iki dirençten oluşur. Kıvılcım Boşluğu (G), elektrik kıvılcımlarının meydana geldiği iki elektrot arasındaki elektriksel olarak izole edilmiş bir boşluktur. Yukarıdaki resimde yüksek voltajlı bir güç kaynağı da gösterilmektedir. Herhangi bir impuls üreteci devresi, uygun bir voltaj seviyesine kadar şarj edilen ve ardından bir yük tarafından boşaltılan en az bir büyük kapasitör gerektirir. Yukarıdaki devrede CS, şarj kondansatörüdür. Bu, tipik olarak 2kV değerinden daha yüksek bir yüksek voltaj kapasitördür (istenen çıkış voltajına bağlıdır). CB kapasitör, şarj kapasitörünü boşaltacak yük kapasitansıdır. Direnç ve RD ve RE dalga şeklini kontrol eder.
Yukarıdaki görüntü dikkatlice izlenirse, G veya kıvılcım boşluğunun elektrik bağlantısı olmadığını görebiliriz. Öyleyse yük kapasitansı yüksek voltajı nasıl alır? İşte püf noktası ve bununla, yukarıdaki devre bir dürtü üreteci olarak işlev görür. Kondansatör, kondansatörün yüklü voltajı kıvılcım aralığını geçmeye yetene kadar şarj edilir. Kıvılcım aralığı ve yüksek voltaj boyunca üretilen bir elektriksel dürtü, sol elektrot terminalinden kıvılcım aralığının sağ elektrot terminaline aktarılır ve böylece onu bağlı bir devre haline getirir.
Devrenin tepki süresi, iki elektrot arasındaki mesafeyi değiştirerek veya tam şarjlı voltajı kapasitörleri değiştirerek kontrol edilebilir. Çıkış darbe gerilimi hesaplama ile çıkış gerilimi dalga formu hesaplanarak yapılabilir
v (t) = (E - α t - E - β t)
Nerede, α = 1 / R d C b β = 1 / R e C z
Tek Aşamalı Darbe Üreticinin Dezavantajları
Tek aşamalı bir impuls üreteci devresinin en büyük dezavantajı fiziksel boyuttur. Yüksek voltaj değerine bağlı olarak bileşenlerin boyutu büyür. Ayrıca, yüksek darbeli voltaj üretimi , yüksek bir DC voltajı gerektirir. Bu nedenle, tek aşamalı bir impuls voltaj üreteci devresi için, büyük DC güç kaynaklarını kullandıktan sonra bile optimum verimi elde etmek oldukça zorlaşır.
Boşluk bağlantısı için kullanılan küreler de çok yüksek boyut gerektiriyordu. Darbe voltajı üretimi tarafından boşaltılan koronanın bastırılması ve yeniden şekillendirilmesi çok zordur. Elektrot ömrü kısalır ve birkaç tekrardan sonra değiştirilmesi gerekir.
Marx jeneratör
Erwin Otto Marx, 1924'te çok aşamalı bir dürtü jeneratör devresi sağladı. Bu devre, özellikle düşük voltajlı bir güç kaynağından yüksek dürtü voltajı üretmek için kullanılır. Çoklu dürtü üreteci devresi veya genel olarak Marx devresi olarak adlandırılan devre aşağıdaki resimde görülebilir.
Yukarıdaki devre, paralel şarj durumunda yüksek voltaj kaynağı tarafından R1 ila R8 şarj dirençleri tarafından şarj edilen 4 kapasitör (n sayıda kapasitör olabilir) kullanır.
Deşarj koşulu sırasında, şarj durumu sırasında açık devre olan kıvılcım aralığı, bir anahtar görevi görür ve kapasitör bankası boyunca bir seri yolu bağlar ve yük boyunca çok yüksek bir dürtü voltajı üretir. Deşarj durumu yukarıdaki resimde mor çizgi ile gösterilmektedir. Kıvılcım aralığını kırmak ve Marx jeneratör devresini etkinleştirmek için ilk kapasitörün voltajının yeterince aşılması gerekir.
Bu meydana geldiğinde, ilk kıvılcım aralığı iki kondansatörü (C1 ve C2) birbirine bağlar. Bu nedenle, ilk kondansatördeki voltaj, C1 ve C2'nin iki voltajıyla iki katına çıkar. Daha sonra, üçüncü kıvılcım aralığı boyunca voltaj yeterince yüksek olduğu için üçüncü kıvılcım aralığı otomatik olarak bozulur ve üçüncü kondansatör C3 voltajını yığına eklemeye başlar ve bu son kondansatöre kadar devam eder. Son olarak, son ve son kıvılcım aralığına ulaşıldığında, gerilim, bujiler arasında daha büyük bir boşluğa sahip olan yük boyunca son kıvılcım aralığını kıracak kadar büyüktür.
Son boşluktaki son çıkış voltajı nVC olacaktır (burada n kapasitörlerin sayısıdır ve VC kapasitör yüklü voltajdır) ancak bu ideal devrelerde doğrudur. Gerçek senaryolarda, Marx Impulse jeneratör devresinin çıkış voltajı, gerçek istenen değerden çok daha düşük olacaktır.
Bununla birlikte, bu son kıvılcım noktasının daha büyük boşluklara sahip olması gerekir çünkü bu olmadan kapasitörler tam olarak şarj edilmiş bir duruma gelmez. Bazen taburculuk kasıtlı olarak yapılır. Marx jeneratöründeki kapasitör bankasını boşaltmanın birkaç yolu vardır.
Marx Generator'da kondansatör boşaltma teknikleri:
Ek Tetikleme elektrodunun titreştirilmesi: Ek bir tetikleme elektrodunun titreştirilmesi, tam şarj durumunda veya özel bir durumda Marx jeneratörünü kasıtlı olarak tetiklemenin etkili bir yoludur. Ek tetik elektrodu Trigatron olarak adlandırılır. Farklı özelliklere sahip farklı şekil ve boyutlarda Trigatron mevcuttur.
Boşluktaki havanın iyonlaştırılması : İyonize hava, kıvılcım boşluğunu iletmek için faydalı olan etkili bir yoldur. İyonizasyon, darbeli bir lazer kullanılarak yapılır.
Boşluk içindeki hava basıncının düşürülmesi: Kıvılcım aralığı bir hazne içinde tasarlanmışsa, hava basıncının azaltılması da etkilidir.
Marx Jeneratörünün dezavantajları
Uzun şarj süresi: Marx jeneratörü, kondansatörü şarj etmek için dirençler kullanır. Böylece şarj süresi yükselir. Güç kaynağına yakın olan kondansatör diğerlerinden daha hızlı şarj olur. Bunun nedeni, kapasitör ve güç kaynağı arasındaki artan direnç nedeniyle artan mesafedir. Bu, Marx jeneratör ünitesinin önemli bir dezavantajıdır.
Verimlilik kaybı: Daha önce anlatılanla aynı nedenden ötürü, akım dirençlerden akarken, Marx jeneratör devresinin verimliliği düşüktür.
Kıvılcım aralığının kısa ömrü: Kıvılcım aralığından tekrar eden boşalma döngüsü, zaman zaman değiştirilmesi gereken bir kıvılcım aralığının elektrotlarının ömrünü kısaltır.
Şarj ve deşarj döngüsünün tekrar süresi: Yüksek şarj süresi nedeniyle, impuls jeneratörünün tekrarlama süresi çok yavaştır. Bu, Marx jeneratör devresinin bir başka büyük dezavantajıdır.
Darbe Jeneratör Devresinin Uygulanması
Darbe üreteci devresinin ana uygulaması, yüksek voltaj cihazlarını test etmektir. Yıldırım arestörleri, Sigortalar, TVS diyotları, farklı tipte aşırı gerilim koruyucuları, vb. Darbe voltaj jeneratörü kullanılarak test edilir. Sadece test alanında değil, aynı zamanda Darbe jeneratör devresi aynı zamanda nükleer fizik deneylerinde ve ayrıca lazerler, füzyon ve plazma cihazı endüstrilerinde kullanılan önemli bir araçtır.
Marx jeneratörü, güç hattı donanımı ve havacılık endüstrilerindeki yıldırım etkilerinin simülasyonu için kullanılır. X-Ray ve Z makinelerinde de kullanılmaktadır. Elektronik cihazların yalıtım testi gibi diğer kullanımlar da darbe üreteci devreleri kullanılarak test edilir.