Generator tegangan impuls / generator marx - diagram rangkaian, prinsip kerja dan aplikasi

Dalam elektronik, lonjakan adalah hal yang sangat penting dan merupakan mimpi buruk bagi setiap perancang sirkuit. Lonjakan ini biasanya disebut sebagai impuls yang dapat didefinisikan sebagai tegangan tinggi, biasanya dalam beberapa kV yang terjadi dalam durasi waktu yang singkat. Ciri-ciri tegangan impuls dapat diketahui dengan tinggi atau rendahnya waktu jatuh diikuti dengan waktu kenaikan tegangan yang sangat tinggi, Petir merupakan salah satu contoh penyebab alamiah yang menyebabkan tegangan impuls. Karena tegangan impuls ini dapat sangat merusak peralatan listrik, penting untuk menguji perangkat kami untuk bekerja melawan tegangan impuls. Di sinilah kami menggunakan generator Tegangan Impuls yang menghasilkan tegangan tinggi atau lonjakan arus dalam pengaturan pengujian yang terkontrol. Pada artikel ini, kita akan mempelajari tentangcara kerja dan penerapan Impulse Voltage Generator. Jadi, mari kita mulai.

Seperti yang diceritakan sebelumnya, generator impuls menghasilkan gelombang berdurasi pendek ini dengan tegangan yang sangat tinggi atau arus yang sangat tinggi. Jadi, ada dua jenis generator impuls, generator tegangan impuls dan generator arus impuls. Namun, pada artikel kali ini, kita akan membahas generator tegangan impuls.

Bentuk Gelombang Tegangan Impuls

Untuk memahami tegangan impuls dengan lebih baik, mari kita lihat bentuk gelombang tegangan impuls. Pada gambar di bawah ini, satu puncak bentuk gelombang Impuls tegangan tinggi ditampilkan

Seperti yang Anda lihat, gelombang mencapai puncak maksimumnya 100 persen dalam 2 uS. Ini sangat cepat, tetapi tegangan tinggi kehilangan kekuatannya dengan rentang hampir 40uS. Oleh karena itu, denyut nadi memiliki waktu naik yang sangat pendek atau cepat sedangkan waktu jatuh sangat lambat atau lama. Durasi pulsa disebut gelombang ekor yang ditentukan oleh perbedaan antara cap waktu ke-3 ts3 dan ts0.

Generator Impuls Satu Tahap

Untuk memahami cara kerja generator impuls, mari kita lihat diagram rangkaian generator impuls satu tahap yang ditunjukkan di bawah ini.

Rangkaian di atas terdiri dari dua kapasitor dan dua resistansi. Spark Gap (G) adalah celah yang diisolasi secara elektrik antara dua elektroda tempat terjadinya percikan api listrik. Sumber daya tegangan tinggi juga ditunjukkan pada gambar di atas. Setiap rangkaian generator impuls membutuhkan setidaknya satu kapasitor besar yang diisi ke level tegangan yang sesuai dan kemudian dibuang oleh beban. Pada rangkaian di atas, CS adalah kapasitor pengisi daya. Ini adalah kapasitor tegangan tinggi yang biasanya lebih dari peringkat 2kV (tergantung pada tegangan keluaran yang diinginkan). Kapasitor CB adalah kapasitansi beban yang akan melepaskan muatan kapasitor. Resistor dan RD dan RE mengontrol bentuk gelombang.

Jika diamati dengan seksama gambar di atas, kita dapat menemukan bahwa celah G atau percikan tidak memiliki sambungan listrik. Lalu bagaimana kapasitansi beban mendapatkan tegangan tinggi? Inilah triknya dan dengan yang satu ini, rangkaian di atas bertindak sebagai generator impuls. Kapasitor diisi sampai tegangan muatan kapasitor cukup untuk melewati celah percikan. Impuls listrik yang dihasilkan melintasi celah percikan dan tegangan tinggi ditransfer dari terminal elektroda kiri ke terminal elektroda kanan celah percikan dan dengan demikian menjadikannya sirkuit yang terhubung.

Waktu respons rangkaian dapat dikontrol dengan memvariasikan jarak antara dua elektroda atau mengubah tegangan kapasitor yang terisi penuh. The Perhitungan tegangan output impuls dapat dilakukan dengan menghitung gelombang tegangan output dengan

v (t) = (e ^{- α t} - e ^{- β t})

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

Kekurangan Generator Impuls Satu Tahap

Kerugian utama dari rangkaian generator impuls satu tahap adalah ukuran fisiknya. Bergantung pada peringkat tegangan tinggi, komponen menjadi lebih besar ukurannya. Selain itu, pembangkitan tegangan impuls tinggi membutuhkan tegangan DC tinggi. Oleh karena itu, untuk rangkaian generator tegangan impuls satu tahap, cukup sulit untuk mendapatkan efisiensi yang optimal bahkan setelah menggunakan catu daya DC yang besar.

Bola yang digunakan untuk koneksi celah juga membutuhkan ukuran yang sangat tinggi. Korona yang dilepaskan oleh pembangkitan tegangan impuls sangat sulit untuk ditekan dan dibentuk kembali. Umur elektroda semakin pendek dan membutuhkan penggantian setelah beberapa siklus pengulangan.

Generator Marx

Erwin Otto Marx menyediakan rangkaian generator impuls bertingkat pada tahun 1924. Rangkaian ini khusus digunakan untuk menghasilkan tegangan impuls tinggi dari sumber daya tegangan rendah. Rangkaian generator impuls multipleks atau biasa disebut rangkaian Marx dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Rangkaian di atas menggunakan 4 buah kapasitor (boleh ada n jumlah kapasitor) yang diisi oleh sumber tegangan tinggi dalam kondisi pengisian paralel oleh resistor muatan R1 sampai R8.

Selama kondisi pelepasan, celah percikan yang merupakan rangkaian terbuka selama status pengisian, bertindak sebagai sakelar dan menghubungkan jalur seri melalui bank kapasitor dan menghasilkan tegangan impuls yang sangat tinggi melintasi beban. Kondisi debit ditunjukkan pada gambar di atas dengan garis ungu. Tegangan kapasitor pertama harus dilampaui secukupnya untuk memecah celah percikan dan mengaktifkan rangkaian generator Marx.

Ketika ini terjadi celah percikan pertama menghubungkan dua kapasitor (C1 dan C2). Oleh karena itu tegangan pada kapasitor pertama menjadi dua kali lipat dengan dua tegangan C1 dan C2. Selanjutnya, celah percikan ketiga secara otomatis rusak karena tegangan yang melintasi celah percikan ketiga cukup tinggi dan mulai menambahkan tegangan C3 kapasitor ketiga ke dalam tumpukan dan ini berlanjut hingga kapasitor terakhir. Akhirnya, ketika celah busi terakhir dan terakhir tercapai, tegangan cukup besar untuk memutus celah percikan terakhir melintasi beban yang memiliki celah lebih besar di antara busi.

Tegangan keluaran akhir melintasi celah terakhir akan menjadi nVC (di mana n adalah jumlah kapasitor dan VC adalah tegangan muatan kapasitor) tetapi ini berlaku di sirkuit ideal. Dalam skenario nyata, tegangan keluaran rangkaian generator Impulse Marx akan jauh lebih rendah dari nilai sebenarnya yang diinginkan.

Namun, titik percikan terakhir ini perlu memiliki celah yang lebih besar karena tanpa ini kapasitor tidak masuk ke kondisi terisi penuh. Terkadang, pembuangannya dilakukan dengan sengaja. Ada beberapa cara untuk melepaskan bank kapasitor di generator Marx.

Teknik pemakaian kapasitor di Marx Generator:

Berdenyut elektroda Pemicu tambahan : Mendenyapkan elektroda pemicu tambahan adalah cara efektif untuk dengan sengaja memicu generator Marx selama kondisi pengisian penuh atau dalam kasus khusus. Elektroda pemicu tambahan disebut sebagai Trigatron. Trigatron tersedia dalam berbagai bentuk dan ukuran dengan spesifikasi berbeda.

Mengionisasi udara di celah : Udara terionisasi adalah jalur efektif yang bermanfaat untuk mengalirkan celah percikan. Ionisasi dilakukan dengan menggunakan laser berdenyut.

Mengurangi tekanan udara di dalam celah : Pengurangan tekanan udara juga efektif jika celah percikan dirancang di dalam ruang.

Kerugian dari Generator Marx

Waktu pengisian yang lama: Generator Marx menggunakan resistor untuk mengisi daya kapasitor. Dengan demikian waktu pengisian semakin tinggi. Kapasitor yang lebih dekat ke catu daya diisi lebih cepat daripada yang lain. Hal ini disebabkan jarak yang semakin jauh karena peningkatan tahanan antara kapasitor dan catu daya. Ini adalah kelemahan utama dari unit generator Marx.

Kehilangan efisiensi: Karena alasan yang sama seperti yang dijelaskan sebelumnya, saat arus mengalir melalui resistor, efisiensi rangkaian generator Marx rendah.

Masa pakai yang pendek dari celah percikan: Siklus pelepasan yang berulang melalui celah percikan mempersingkat masa pakai elektroda celah percikan yang perlu diganti dari waktu ke waktu.

Waktu pengulangan siklus pengisian dan pengosongan: Karena waktu pengisian yang tinggi, waktu pengulangan generator impuls sangat lambat. Ini adalah kelemahan utama dari rangkaian generator Marx.

Penerapan Rangkaian Generator Impuls

Aplikasi utama rangkaian generator impuls adalah untuk menguji perangkat tegangan tinggi. Arester petir, Sekring, dioda TVS, berbagai jenis pelindung lonjakan arus, dll. Diuji menggunakan generator tegangan Impuls. Tidak hanya di bidang pengujian, tetapi rangkaian generator impuls juga merupakan instrumen penting yang digunakan dalam eksperimen fisika nuklir serta dalam industri perangkat laser, fusi, dan plasma.

Generator Marx digunakan untuk tujuan simulasi efek petir pada peralatan saluran listrik dan dalam industri penerbangan. Ini juga digunakan dalam mesin X-Ray dan Z. Kegunaan lain, seperti pengujian insulasi perangkat elektronik juga diuji menggunakan rangkaian generator impuls.