Marx Stossspannungsgenerator

Marx Stossspannungsgeneratoren dienen zur Erzeugung hoher und höchster Gleichspannungen in kurzen Impulsen. Solche Impulse werden für Prüfzwecke und in Versuchen der Hochspannungstechnik benötigt. Zum Beispiel werden solche Generatoren dazu benutzt Blitzeinschläge zu simulieren. Weiterhin verwendet man Marx-Generatoren zur Speisung von Gaslasern, die im Impulsbetrieb arbeiten, so zum Beispiel der Stickstofflaser.



Funktionsweise

Marx-Generatoren basieren auf der Idee, eine große Anzahl an Kondensatoren parallel mit Gleichspannung auf Scheitelspannung aufzuladen und diese dann schlagartig in Serie zu entladen. Beim Aufladen der parallelgeschalteten Kondensatoren addieren sich die Ladeströme, bei der anschließenden Reihenschaltung addieren sich die Spannungen der einzelnen Kondensatoren. Folgender Schaltplan soll dies veranschaulichen:



Das Schaltbild zeigt einen sechsstufigen Marx-Generator. Je nach gewünschter Ausgangsspannung können mehr, oder weniger Stufen verwendet werden. Allgemein lässt sich sagen, dass ein Marxgenerator aus einer Reihenschaltung von n einzelnen Stoßstromkreisen besteht. Wobei ein Stossstromkreis jeweils ein Kondensator, 2 Ladewiderstände und eine Funkenstrecke beinhaltet. Man spricht dann von einem n-stufigen Marx-Generator. Über einen Hochspannungstransformator und einen Gleichrichter wird die Ladespannung zur Verfügung gestellt. Dabei werden die Kondensatoren nicht auf den Effektivwert der Transformatorspannung, sondern durch die Gleichrichtung auf den Scheitelwert des Transformators aufgeladen. Der Ladevorgang der Kondensatoren erfolgt in der Regel relativ langsam im Bereich von mehreren Sekunden. Die Spannung über den Kondensatoren folgt hierbei einer e-Funktion. Die Ladewiderstände begrenzen hierbei nicht nur den Ladestrom, sondern erlauben auch die kurzzeitige Reihenschaltung der Kondensatoren mittels der Funkenstrecken. Die Schlagweiten der Funkenstrecken sind so gewählt, dass die Strecken bei Erreichen der maximalen Ladespannung gerade noch nicht durchschlagen. Sind alle Stoßkondensatoren auf den Spizenwert der Ladespannung aufgeladen, erfolgt mittels einer Triggerfunkenstrecke (1. Funkenstecke) die Zündung der 1. Strecke, die daraufhin durchschlägt. An der nächsten Funkenstrecke steht nunmehr die doppelte Ladespannung an, so dass mit Sicherheit zünden wird. Innerhalb extrem kurzer Zeit zünden auf diese Weise alle Funkenstrecken, sodass zwischen Ausgang und Erdpotential nun die n-fache Eingangsspannung anliegt.







Bei folgendem Bild stand das Hochspannungsnetzgerät etwas zu nah am Generator und die Entladung suchte sich seinen Weg durch die Steuerelektronik. Das Resultat war eine Menge zerstörter Halbleiter und ein Nachmittag Reparaturarbeit.





Weitere Bilder:











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