Τι είναι μια γεννήτρια Μαρξ;

Μια γεννήτρια Marx είναι ένα ηλεκτρικό κύκλωμα που χρησιμοποιεί πολλαπλές συσκευές αποθήκευσης που ονομάζονται πυκνωτές. Αυτά φορτίζονται παράλληλα και στη συνέχεια εκφορτίζονται διαδοχικά, παράγοντας έναν ηλεκτρικό παλμό υψηλής τάσης. Η συσκευή χρησιμοποιείται συνήθως για τη δοκιμή εξαρτημάτων υψηλής τάσης και οργάνων αεροσκαφών για την προσομοίωση του τύπου υπερτάσεως ισχύος που μπορεί να προκύψει από κεραυνό. Η γεννήτρια αναπτύχθηκε από τον Γερμανό μηχανικό Erwin Marx το 1924.

Τεχνικά, μια γεννήτρια Marx είναι ένας πολλαπλασιαστής τάσης. Αυτός ο τύπος κυκλώματος μετατρέπει το εναλλασσόμενο ρεύμα χαμηλότερης τάσης (AC) σε τάση υψηλότερου συνεχούς ρεύματος (DC). Συνήθως, αυτό γίνεται χρησιμοποιώντας πυκνωτές και διόδους. Οι πυκνωτές χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση ηλεκτρικού φορτίου. Οι δίοδοι αναστέλλουν την εκφόρτιση επιτρέποντας σε ένα ηλεκτρικό ρεύμα να περάσει μόνο προς μία κατεύθυνση.

Η φόρτιση και η εκφόρτιση των πυκνωτών σε μια γεννήτρια Marx ελέγχεται από μια σειρά αντιστάσεων και κενά σπινθήρα. Οι αντιστάσεις εισάγουν ηλεκτρική αντίσταση σε ένα κύκλωμα, καθιστώντας δύσκολη τη ροή του ρεύματος προς αυτή την κατεύθυνση. Τα διάκενα σπινθήρων αποτελούνται από δύο αγωγούς που χωρίζονται από ένα κενό κατά μήκος του οποίου περνά ένας ηλεκτρικός σπινθήρας. Αυτό συμβαίνει όταν η διαφορά τάσης μεταξύ των αγωγών φτάσει σε ένα κρίσιμο σημείο που ονομάζεται τάση διάσπασης.

Οι αντιστάσεις συνδέουν το τροφοδοτικό με τους πυκνωτές περιορίζοντας τον ρυθμό εκφόρτισής τους. Όταν ενεργοποιούνται, τα διάκενα σπινθήρα συνδέουν τους πυκνωτές σε μια σειρά επιτρέποντας την αποθηκευμένη ενέργειά τους να εκφορτιστεί ως μία μόνο έξοδος. Για να συμβεί αυτό, τα κενά σπινθήρα πρέπει όλα να πυροδοτηθούν πιο γρήγορα από ό,τι μπορεί να εκφορτιστεί ένας πυκνωτής μέσω της αντίστασής του. Αυτό είναι σπάνια πρόβλημα, καθώς τα κενά σπινθήρα συνήθως φτάνουν το απαιτούμενο επίπεδο τάσης διάσπασης σε λίγα νανοδευτερόλεπτα.

Αυτές οι συσκευές είναι ένας κοινός τρόπος παραγωγής ηλεκτρικών παλμών υψηλής τάσης για δοκιμή, ιδιαίτερα εάν η τάση της διαθέσιμης παροχής φόρτισης είναι ανεπαρκής. Όταν χρησιμοποιείται στη δοκιμή εξοπλισμού υψηλής τάσης, μια γεννήτρια Marx είναι ικανή να παράγει ηλεκτρικές εκκενώσεις που υπερβαίνουν τα δύο εκατομμύρια βολτ. Η μηχανή Z, μια ισχυρή γεννήτρια ακτίνων Χ στα Εθνικά Εργαστήρια Sandia στο Νέο Μεξικό, χρησιμοποιεί έναν δακτύλιο από 36 γεννήτριες Marx. Έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί για την παροχή βραχέων ηλεκτρικών παλμών για ηλεκτρο-οπτικό εξοπλισμό, για την κίνηση ορισμένων τύπων λέιζερ και για την ανάφλεξη εκρηκτικών.

Ένα παρόμοιο κύκλωμα τύπου σκάλας χρησιμοποιείται στη γεννήτρια Cockcroft-Walton. Σε αυτή την υλοποίηση του κυκλώματος, χρησιμοποιούνται δίοδοι αντί αντιστάσεις και κενά σπινθήρα για μεταγωγή. Η συσκευή λειτουργεί επίσης ως πολλαπλασιαστής τάσης, αλλά παράγει ένα σταθερό DC αντί για την παλμική ισχύ μιας γεννήτριας Marx.