Mikä on Marx -generaattori?

Marx -generaattori on sähköpiiri, joka käyttää useita tallennuslaitteita, joita kutsutaan kondensaattoreiksi. Nämä ladataan rinnakkain ja sitten purkautuvat peräkkäin, jolloin syntyy suurjännitepulssi. Laitetta käytetään yleisesti suurjännitekomponenttien ja lentokoneiden instrumenttien testauksessa simuloimaan salamaniskusta mahdollisesti aiheutuvaa virtapiikkiä. Generaattorin kehitti saksalainen insinööri Erwin Marx vuonna 1924.

Teknisesti Marx -generaattori on jännitteen kertoja. Tämäntyyppinen piiri muuntaa alemman jännitteen vaihtovirran (AC) korkeammaksi tasavirtajännitteeksi (DC). Yleensä tämä tehdään kondensaattoreilla ja diodeilla. Kondensaattoreita käytetään sähkövarauksen tallentamiseen. Diodit estävät purkautumisen sallimalla sähkövirran kulkea vain yhteen suuntaan.

Marx -generaattorin kondensaattoreiden latausta ja purkausta ohjaavat sarja vastuksia ja kipinävälejä. Vastukset tuovat piiriin sähköistä vastusta, mikä vaikeuttaa virran kulkua siihen suuntaan. Kipinävälit koostuvat kahdesta johtimesta, jotka on erotettu raolla, jonka läpi sähköinen kipinä kulkee. Tämä tapahtuu, kun johtimien välinen jänniteero saavuttaa kriittisen pisteen, jota kutsutaan katkaisujännitteeksi.

Vastukset kytkevät virtalähteen kondensaattoreihin rajoittamalla niiden purkausnopeutta. Kun laukaisu, kipinävälit yhdistävät kondensaattorit sarjaan, jolloin niiden varastoitu energia purkautuu yhtenä ulostulona. Jotta tämä tapahtuisi, kipinöiden tulee palaa nopeammin kuin mikään kondensaattori voi purkaa vastuksensa kautta. Tämä on harvoin ongelma, koska kipinävälit saavuttavat tyypillisesti vaaditun jakojännitetason muutamassa nanosekunnissa.

Nämä laitteet ovat yleinen tapa tuottaa korkeajännitteisiä sähköisiä impulsseja testausta varten, varsinkin jos käytettävissä olevan latausjännitteen jännite on riittämätön. Käytettäessä suurjännitelaitteiden testauksessa Marx-generaattori pystyy tuottamaan yli kahden miljoonan voltin sähköpurkauksia. Z-kone, tehokas röntgengeneraattori Sandian National Laboratoriesissa New Mexicossa, käyttää 36 Marx-generaattorin rengasta. Niitä on myös käytetty lyhyiden sähköpulssien syöttämiseen elektro-optiikkalaitteisiin, tietyntyyppisten lasereiden käyttämiseen ja räjähteiden sytyttämiseen.

Samanlaista tikkaatyyppistä piiriä käytetään Cockcroft-Walton-generaattorissa. Tässä piirin toteutuksessa kytkentään käytetään diodeja eikä vastuksia ja kipinävälejä. Laite toimii myös jännitteenkertoimena, mutta tuottaa vakion tasavirtaa pikemminkin kuin Marx -generaattorin pulssiteho.