Как работает генератор Маркса. Из каких компонентов состоит генератор Маркса. Как собрать простой генератор Маркса в домашних условиях. Какие меры безопасности нужно соблюдать при работе с высоким напряжением. Какие интересные эффекты можно наблюдать при работе генератора Маркса.
Принцип работы генератора Маркса
Генератор Маркса — это импульсный источник высокого напряжения, изобретенный немецким инженером Эрвином Марксом в 1924 году. Принцип его работы основан на параллельной зарядке конденсаторов с последующим их последовательным соединением.
Схема генератора Маркса состоит из следующих основных элементов:
- Конденсаторы
- Зарядные резисторы
- Разрядники (искровые промежутки)
- Источник питания
Работа генератора происходит в два этапа:
- Зарядка конденсаторов. Конденсаторы заряжаются параллельно через зарядные резисторы до напряжения источника питания.
- Разряд. При достижении напряжения пробоя на первом разряднике происходит последовательное срабатывание всех разрядников. Конденсаторы соединяются последовательно, и их напряжения складываются.
В результате на выходе генератора формируется импульс напряжения, в несколько раз превышающий напряжение источника питания. Количество ступеней умножения определяется числом конденсаторов.
Компоненты для сборки простого генератора Маркса
Для сборки простого генератора Маркса в домашних условиях потребуются следующие компоненты:
- Высоковольтные конденсаторы (например, К15-4 на 470 пФ, 30 кВ)
- Резисторы (можно использовать самодельные из веток дерева)
- Разрядники (искровые промежутки из медной проволоки)
- Источник высокого напряжения (например, строчный трансформатор от старого телевизора)
- Изоляционные материалы (оргстекло, текстолит)
Важно использовать компоненты, рассчитанные на высокое напряжение. Обычные радиодетали не подойдут.
Пошаговая инструкция по сборке генератора Маркса
Вот краткая инструкция по сборке простого генератора Маркса:
- Подготовьте изолирующее основание из оргстекла или текстолита.
- Закрепите на основании высоковольтные конденсаторы на расстоянии 3-4 см друг от друга.
- Соедините конденсаторы параллельно через зарядные резисторы.
- Сделайте разрядники из медной проволоки с зазором 2-3 мм между электродами.
- Подключите источник высокого напряжения через балластный резистор.
- Заземлите последний конденсатор в цепочке.
При сборке важно соблюдать меры электробезопасности и работать в резиновых перчатках.
Меры безопасности при работе с генератором Маркса
Генератор Маркса является источником очень высокого напряжения и может быть смертельно опасен. При работе с ним необходимо соблюдать следующие меры предосторожности:
- Работать только в резиновых перчатках и обуви
- Не прикасаться к схеме во включенном состоянии
- Обязательно разряжать конденсаторы после выключения
- Не допускать посторонних лиц при экспериментах
- Работать только на изолирующем основании
- Иметь поблизости аптечку и средства пожаротушения
Даже небольшой разряд от генератора Маркса может быть смертельным. Безопасность должна быть на первом месте!
Интересные эффекты при работе генератора Маркса
При работе генератора Маркса можно наблюдать ряд впечатляющих физических эффектов:
- Мощные искровые разряды длиной до нескольких десятков сантиметров
- Коронный разряд в виде голубоватого свечения вокруг проводников
- Сильное электростатическое поле, ощущаемое кожей
- Спонтанное зажигание люминесцентных ламп вблизи генератора
- Образование озона с характерным запахом
- Электромагнитные помехи, влияющие на электронику
Эти эффекты наглядно демонстрируют мощь высоковольтных импульсов, генерируемых схемой Маркса.
Применение генераторов Маркса
Несмотря на простоту конструкции, генераторы Маркса находят широкое применение в науке и технике:
- Испытания высоковольтной изоляции
- Моделирование грозовых разрядов
- Ускорители заряженных частиц
- Генерация мощных электромагнитных импульсов
- Накачка мощных лазеров
- Импульсная обработка материалов
В промышленных установках генераторы Маркса позволяют получать импульсы напряжением до десятков мегавольт.
Преимущества и недостатки генератора Маркса
Генератор Маркса имеет ряд достоинств и недостатков по сравнению с другими схемами получения высокого напряжения:
Преимущества:
- Простота конструкции
- Возможность получения сверхвысоких напряжений
- Высокий КПД
- Малые габариты
Недостатки:
- Импульсный характер выходного напряжения
- Сложность управления частотой импульсов
- Сильные электромагнитные помехи
- Высокая опасность поражения током
Тем не менее, благодаря своей эффективности генераторы Маркса остаются востребованными во многих областях.
Модификации и улучшения схемы Маркса
Базовая схема генератора Маркса допускает различные модификации для улучшения характеристик:
- Использование управляемых разрядников (тиратронов) для синхронизации
- Применение емкостных делителей для снижения напряжения на разрядниках
- Компенсация индуктивности цепи разряда
- Оптимизация формы электродов разрядников
- Использование жидких диэлектриков для повышения пробивного напряжения
Эти усовершенствования позволяют повысить выходное напряжение, частоту следования импульсов и стабильность работы генератора Маркса.
Мой генератор Маркса | Мои увлекательные и опасные эксперименты
Информация предоставлена исключительно в образовательных целях!Администратор сайта не несет ответственности за возможные последствия использования предоставленной информации.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
Генератор Маркса — импульсный генератор высокого напряжения, принцип действия которого основан на заряде соединённых параллельно через резисторы конденсаторов, соединяющихся после заряда последовательно при помощи коммутирующих устройств — выходное напряжение при этом увеличивается пропорционально количеству соединённых конденсаторов.
Такая схема была запатентована Эрвином Марксом (Erwin Marx) в 1923 году.
Эрвин Отто Маркс
В 1914 году В. К. Аркадьев совместно с Н. В. Баклиным построили «генератор молний» — первый импульсный генератор в России, работавший на принципе последовательного соединения конденсаторов для получения умноженного напряжения, но использовавший контактно-механический, а не бесконтактный, способ соединения конденсаторов ступеней.
После заряда конденсаторов запуск генератора обычно производится после срабатывания первого разрядника (обычно обозначаемого как trigger (триггер)). После срабатывания триггера перенапряжение на остальных разрядниках заставляет срабатывать все разрядники практически одновременно, что и обеспечивает сложение напряжений последовательно соединенных конденсаторов.
Генераторы Маркса позволяют получать импульсные напряжения от единиц киловольт до десятка мегавольт. Частота импульсов, вырабатываемых генератором Маркса, зависит от мощности генератора в импульсе — от единиц импульсов в час до нескольких десятков герц. Энергия в импульсе генераторов Маркса широко варьируется (от дециджоулей до десятков мегаджоулей).
КОНСТРУКТИВНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ
Для своих исследований я собрал экспериментальный генератор Маркса.
МОЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА
(щелкните по рисунку для просмотра в увеличенном размере)
1 — резисторы в цепи ксеноновой лампы-вспышки
2 — конденсаторы в цепи ксеноновой лампы-вспышки
3 — ксеноновая лампа-вспышка из цифрового фотоаппарата
4 — импульсный трансформатор из советской внешней фотовспышки
5 — резисторы ступеней генератора Маркса
6 — конденсаторы ступеней генератора Маркса
7 — триггер
8 — разрядники ступеней генератора Маркса
9 — главный разрядник генератора Маркса
СХЕМА
(щелкните по рисунку для просмотра в увеличенном размере)
ИЗОЛЯЦИЯ
В моей экспериментальной установке изоляция воздушная.
РАЗРЯДНИКИ
В качестве разрядников второй и следующих ступеней генератора Маркса применяют обычно воздушные (в том числе с глушителями звука) разрядники на напряжение до 100 кВ и ток до 1000 кА.
Для срабатывания генератора Маркса необходимо инициировать пробой первого (триггерного) воздушного промежутка («trigger gap«).
Для этого могут быть использованы различные способы:
«jumping wire» — подвижный проводник — механическое сближение контактов триггерного разрядника с помощью изолированного стержня или внесение изолированной отвертки между контактами разрядника
«three electrode trigger gap» — трехэлектродный воздушный промежуток (тригатрон)
«hydrogen thyratron» — водородный тиратрон
Водородный тиратрон — газоразрядный (заполненный водородом) прибор для управления токами большой величины при высоких напряжениях.
Тиратрон имеет 3 электрода — анод, катод и сетку:
Тригатрон (от англ.
trigger — пусковое устройство, пусковой сигнал и (элек)трон) — разновидность управляемого искрового разрядника с холодным катодом для управления большими токами (20-100 кА и вплоть до мегаамперов) при высоких напряжениях (обычно 10-100 кВ).
Тригатрон имеет 3 электрода — 2 массивных (главных) для пропуска тока и маленький управляющий электрод:
Когда тригатрон отключён, напряжение между главными электродами должно быть меньше напряжения пробоя, соответствующего расстоянию между электродами и применённому диэлектрику (воздуху, аргоно-кислородной смеси, азоту, водороду или элегазу). Чтобы включить тригатрон, на управляющий электрод подаётся высоковольтный импульс. Он ионизирует газ между управляющим и одним из главных электродов, возникает искровой разряд, который укорачивает не ионизированный промежуток между главными электродами. Искра создаёт ультрафиолетовое излучение и порождает множество свободных электронов в промежутке. Это быстро приводит к электрическому пробою и между главными электродами возникает электрическая дуга с малым сопротивлением.
Дуга продолжается до тех пор, пока напряжение между главными электродами не станет меньше некоторого значения. Стеклянные тригатроны часто покрывают защитной волнистой металлической сеткой во избежание разлёта кусочков стекла при разрыве колбы. Я в своей установке использовал подобие тригатрона — управляемый разрядник с тремя электродами, но не помещенный в корпус.
Разрядники остальных ступеней — такие же, только без триггерного электрода.
Таким образом, в первой ступени первоначально происходит пробой воздушного промежутка «стержень — сегмент сферы», а в остальных разрядниках — «сегмент сферы — сегмент сферы».
Напряженность электрического пробоя воздуха составляет ~ 3 кВ/мм.
Основной разрядник — два залуженных на конце медных провода.
Устойчивый пробой наблюдается при расстоянии ~ 7 мм между ними:
СХЕМА ЗАЖИГАНИЯ
Основными элементами схемы зажигания моего генератора Маркса являются времязадающая цепочка Rt — Ct, ксеноновая лампа EL1, трансформатор T1 с обмотками L1 и L2.
Времязадающая цепочка Rt-Ct
Резистивная часть цепочки Rt составлена из 15 последовательно включенных резисторов сопротивлением 10 МОм номинальной мощностью 0,125 Вт.
Общее сопротивление Rt = 150 МОм.
Емкостная часть цепочки Ct составлена из девяти конденсаторов CBB81 Ct1 — Ct9 3300 пФ x 1000 В:
Общая емкость Ct = 3,3 нФ.
Постоянная времени задающей цепочки Rt — Ct составляет $\tau = 0,5 $ с.
Импульсный трансформатор T1
Импульсный трансформатор («trigger transformer» или «trigger coil«) часто применяется в типовых схемах питания ксеноновых ламп-вспышек («external triggering«):
В такой схеме конденсаторы Cg и C (намного большей емкости — десятки и сотни мкФ) заряжаются до напряжения ~ 300 В. Конденсатор
Cg разряжается на первичную обмотку трансформатора 1-2 (с малым числом витков) при замыкании ключа S (в качестве ключа может быть использован тиристор).
Номинальная входная энергия при этом для разных типов трансформаторов составляет от 0,9 до 16 мДж. Импульс тока в первичной обмотке вызывает возникновение высоковольтного импульса (2-10 киловольт) во вторичной обмотке 3-2 (с гораздо большим числом витков, чем в первичной). Этот импульс прикладывается к управляющему электроду ксеноновой лампы (металлической (никелевой) пластине или сетке, частично охватыващей колбу лампы) и вызывает ионизацию газа в ней — в лампе возникает тонкий ионизированный стример («streamer«). Ионизация вызывает резкое снижение сопротивления газа в лампе («triggering«), что инициирует разряд основного конденсатора C (энергия разряда — до 130 Дж), подключенного к электродам лампы, через лампу и требуемую резкую вспышку белого света.
В качестве примера такого трансформатора можно привести TC-50:
Параметры трансформатора TC-50:
первичная обмотка — 14 витков, 3,5 мкГн, 130 мОм;
вторичная обмотка — 1000 витков, 2,1 мГн, 180 Ом;
входное напряжение — 300 В;
выходное напряжение — 10 кВ;
емкость конденсатора — 0,22 мкФ;
энергия — 10 мДж.
В своем генератор Маркса я использовал импульсный (авто)трансформатор, взятый мной из советской сетевой фотовспышки «Фотон»:
1 — верхний вывод первичной обмотки L1
2 — объединенные нижние выводы обмоток L1 и L2
3 — верхний вывод вторичной обмотки L2
сетевая фотовспышка «Фотон»
На схеме вспышки трансформатор обозначен как
Тр:
Не следует путать импульсный трансформатор для зажигания лампы с трансформатором инвертора, предназначенного для преобразования низкого напряжения питания (например, 6 вольт) в высокое напряжение заряда конденсатора C (например, 340 вольт):
Ксеноновая лампа EL1
Ксеноновая лампа представляет собой трубку (из кварцевого или боросиликатного стекла), заполненную ксеноном, и имеет три электрода — анод, катод и триггер:
Анод и катод обычно изготавливаются из вольфрама.
Лампа в моем генераторе Маркса взята из вспышки цифрового фотоаппарата Genius G-Shot D211:
Зажигание
После подачи питания от выпрямителя, подключенного к высоковольтному генератору, конденсатор Ct начинает заряжаться через резистор Rt.
Параллельно происходит заряд основных конденсаторов C1 — C4 через резисторы R1 — R7 (см. полную схему установки выше).
Когда напряжение на конденсаторе достигает напряжения срабатывания лампы EL1, происходит пробой, лампа вспыхивает
и замыкает цепь, соединяя заряженный конденсатор Ct с первичной обмоткой L1 трансформатора T1. Возникающий в обмотке L1 импульс тока наводит импульс высокого напряжения во вторичной обмотке L2. Этот высоковольтный импульс пробивает воздушный промежуток между электродами 3 и 2 воздушного разрядника (см. фотографию выше) (см. разряд 1 на фото ниже). Разряд с управляющего электрода 3 инициирует разряд между основными электродами 1 и 2 конденсаторов первой ступени C1 (см. разряд 2 на фото ниже).
1 — пробой вспомогательного промежутка
2 — пробой основного промежутка
Резистор R1 предотвращает возникновение дугового разряда на первом разряднике после его пробоя.
КОНДЕНСАТОРЫ
Я в своей установке использовал конденсаторы CBB81 (аналог К78-2) — высоковольтные конденсаторы не-индуктивного типа на основе полипропилен-металлизированной плёнки (с большими токами разряда) с огнезащитным эпоксидным покрытием корпуса:
1 — полипропилен-металлизированная плёнка
2 — слой напыленного металла
3 — выводы
4 — красная эпоксидная смола
5 — алюминиевая фольга
Я решил увеличить энергию разряда, добавив конденсаторы 22 нФ x 2000 В:
В итоге, конденсаторы одной ступени включены таким образом:
C1 … C3 — 3300 пФ x 1000 В (общая емкость цепочки 1,1 нФ)
C4, C5 — 8200 пФ x 2000 В (общая емкость цепочки 4,1 нФ)
C6, C7 — 22 нФ x 2000 В (общая емкость цепочки 11 нФ)
Общая емкость конденсаторов одной ступени составила C = 16,2 нФ.
При напряжении заряда U = 3 кВ в одной ступени запасается энергия $ W_e = {{C\dot{U}^2}\over 2} = 0,07 $ Дж.
Таким образом, энергия одного разряда составляет около 0,4 Дж. Для сравнения, в проекте Loneoceans Laboratories энергия разряда в первом варианте генератора составила 0,05 Дж, а во втором — 0,56 Дж.
РЕЗИСТОРЫ
Резисторы R2 — R7 (см. полную схему установки выше) составлены из трех соединенных последовательно резисторов МЛТ по 560 кОм, а резистор R1 — из трех резисторов ОМЛТ по 910 кОм (у всех резисторов номинальная мощность 2 Вт):
Резисторы ОМЛТ имеют такие же электрические параметры, как и МЛТ, но обладают повышенной механической прочностью и надежностью — срок сохраняемости у резисторов ОМЛТ — 25 лет, а у МЛТ — 15 лет.
ЭКСПЕРИМЕНТЫ С МОИМ ГЕНЕРАТОРОМ МАРКСА
Разряд генератора Маркса:
1 — вспышка ксеноновой лампы
2 — разряд на управляющем электроде
3 — разряд разрядника ступени
4 — разряд основного разрядника разряд генератора Маркса
Разряды моего генератора Маркса при выключенном освещении:
(щелкните мышкой по рисунку для просмотра в увеличенном размере)
При напряжении питания 3,6 кВ интервал между разрядами составил 1,2 с.
При повышении напряжения на выходе высоковольтного источника частота разрядов возрастает — при напряжении 4,2 кВ интервал между разрядами 0,7 — 0,8 с.
Видео моих экспериментов с генератором Маркса
09.11.2015 — https://youtu.be/9waUcT-yDOo
25.03.2013 — https://youtu.be/LLqqs178_sk
24.01.2013 — https://youtu.be/a2DiT5gKEZE
Высокое напряжение
Генератор Маркса является источником высокого напряжения — содержит конденсаторы, которые в процессе работы заряжаются до опасного напряжения. Необходимо всегда разряжать конденсаторы перед какими-либо манипуляциями с устройством.
Следует учитывать, что высокое напряжение может вызвать электрический пробой воздуха (напряжение 1 кВ пробивает воздушный промежуток длиной 1,1 мм).
Ультрафиолет
Электрические разряды генератора Маркса являются источником ультрафиолетового излучения в диапазонах UVA (ближний ультрафиолет, УФ-A лучи, 315 — 400 нм) и UVB (средний ультрафиолет, УФ-B лучи, 315 — 280 нм).
При экспериментах следует использовать защитные очки.
Озон
При разряде генератора Маркса в воздухе происходит образование аллотропной формы кислорода — озона $ O_3 $:
$ O_2 + O = O_3 $
Опасность озона (Классификация ЕС согласно Директиве об опасных веществах (DSD)):
| окислитель | очень токсичен | коррозионен |
Озон токсичен (относится к 1 классу опасности — «чрезвычайно опасные вещества«) из-за его высокой окисляющей способности и образования во многих реакциях с его участием свободных радикалов кислорода. Основное технологическое применение озона связано именно с его исключительными окислительными свойствами (по своим окислительным возможностям озон опережает хлор и перекись водорода).
Он может причинить вред людям, домашним питомцам и растениям.
50% белых мышей гибнет после 4 часов воздействия озона концентрацией 0,53 — 1 мг/м³.
Порог человеческого обоняния соответствует концентрации озона в воздухе около 0,01 мг/м³.
ПДК озона в воздухе рабочей зоны (ГОСТ 12.1.007-76, ГН 2.2.5.1313-03) 0,1 мг/м³.
При вдыхании высоких концентраций озона (9 мг/м3 и выше) может появиться:
- кашель
- раздражение глаз
- головная боль
- головокружение
- загрудинные боли
1 мг/м3 озона = 0,46 ppm; 1 ppm = 2,15 мг/м3; 1 мг/л = 103 мг/м3
Озон в высоких концентрациях нестабилен и постепенно превращается в кислород:
$ 2 O_3 \rightarrow 3 O_2 $
При работе моего генератора Маркса запах озона начинает ощущаться уже после нескольких десятков разрядов!
Радиопомехи
Генератор Маркса является источником мощных радиочастотных помех (RFI).
Он может повлиять на работу кардиостимуляторов!
Генератор импульсов высокого напряжения (генератор импульсного напряжения, ГИН) Маркса используется в разнообразных исследованиях в науке, а также для решения разнообразных задач в технике.
Первоначально генераторы Маркса применялись и применяются сейчас в ядерных и термоядерных исследованиях для ускорения различных элементарных частиц, создания ионных пучков, создания релятивистских электронных пучков для инициирования термоядерных реакций. Также генераторы Маркса применяются в качестве мощных источников накачки квантовых генераторов, для исследований состояний плазмы, для исследований импульсных электромагнитных излучений. В военной технике генераторы Маркса отдельно и в комплексе с виркаторами применяются в качестве генераторов излучения для создания портативных средств радиоэлектронной борьбы, в качестве электромагнитного оружия, действие которого основано на поражении целей радиочастотным электромагнитным излучением (РЧЭМИ).
В американском передвижном генераторе Маркса
FEBETRON-2020 генерируются импульсы тока в 6 кА при напряжении 2,3 МВ, в результате чего излучаются мощные электромагнитные импульсы:Виркаторы (
Virtual Cathode Oscillator) используются как генераторы излучения в СВЧ и рентгеновском диапазонах. Виркаторы способны произвести очень мощные одиночные импульсы энергии, они конструктивно просты, небольшие по размерам, прочные и способны работать в относительно широкой полосе частот микроволнового диапазона. Мощность таких генераторов может достигать уровня 1010—1012 Вт. Виркатор представляет собой электронную лампу, у которой есть два электрода – эмиттер и сетка. При приложении к ним импульса высокого напряжения формируется облако электронов, которое движется к сетке, пролетает сквозь ее ячейки и колеблется относительно сетки вплоть до полной нейтрализации заряда. При движении электронов с ускорением возникает электромагнитное излучение.
Облако электронов выполняет роль «виртуального катода», от которого, собственно, и происходит название «виркатор».1 — изолятор; 2 — металлический катод; 3— сеточный анод; 4— виртуальный катод; 5— диэлектрическое окно
Генерация гигаваттной мощности требует такого числа электронов, которое можно получить лишь при взрывной эмиссии: на микроостриях поверхности эмиттера под действием поля высокой напряженности происходит сильный местный разогрев вещества и оно превращается в плотную плазму (то есть взрывается). Интересно, что нужная плотность микронеровностей (в сочетании с нужной проводимостью) получается на сломе графита, поэтому один из самых удобных материалов для эмиттера – сломанные грифели карандашей.
Виркатор с емкостным накопителем энергии, Национальный исследовательский Томский политехнический университет (создание мобильных источников СВЧ-излучения, работающих в частотно-периодическом режиме, воздействие излучения на материалы и объекты, радиолокация)
В промышленности генераторы Маркса наряду с другими источниками импульсных напряжений и токов применяются в электрогидравлической обработке материалов, дроблении, бурении, уплотнении грунтов и бетонных смесей.
простой для повторения генератор высокого напряжения / Хабр
Добрый день, уважаемые хабровчане.
Этот пост будет немного необычным.
В нём я расскажу, как сделать простой и достаточно мощный генератор высокого напряжения (280 000 вольт). За основу я взял схему Генератора Маркса. Особенность моей схемы в том, что я пересчитал её под доступные и недорогие детали. К тому же сама схема проста для повторения (у меня на её сборку ушло 15 минут), не требует настройки и запускается с первого раза. На мой взгляд намного проще чем трансформатор Теслы или умножитель напряжения Кокрофта-Уолтона.
Принцип работы
Сразу после включения начинают заряжаться конденсаторы. В моём случае до 35 киловольт. Как только напряжение достигнет порога пробоя одного из разрядников, конденсаторы через разрядник соединятся последовательно, что приведёт к удвоению напряжения на конденсаторах, подсоединённых к этому разряднику. Из-за этого практически мгновенно срабатывают остальные разрядники, и напряжение на конденсаторах складывается.
Я использовал 12 ступеней, то есть напряжение должно умножиться на 12 (12 х 35 = 420). 420 киловольт — это почти полуметровые разряды. Но на практике, с учетом всех потерь, получились разряды длиной 28 см. Потери были вследствие коронных разрядов.
О деталях:
Сама схема простая, состоит из конденсаторов, резисторов и разрядников. Ещё потребуется источник питания. Так как все детали высоковольтные, возникает вопрос, где же их достать? Теперь обо всём по порядку:
1 — резисторы
Нужны резисторы на 100 кОм, 5 ватт, 50 000 вольт.
Я пробовал много заводских резисторов, но ни один не выдерживал такого напряжения — дуга пробивала поверх корпуса и ничего не работало. Тщательное загугливание дало неожиданный ответ: мастера, которые собирали генератор Маркса на напряжение более 100 000 вольт, использовали сложные жидкостные резисторы генератор Маркса на жидкостных резисторах, или же использовали очень много ступеней.
Я захотел чего-то проще и сделал резисторы из дерева.
Отломал на улице две ровных веточки сырого древа (сухое ток не проводит) и включил первую ветку вместо группы резисторов справа от конденсаторов, вторую ветку вместо группы резисторов слева от конденсаторов. Получилось две веточки с множеством выводов через равные расстояния. Выводы я делал путём наматывания оголённого провода поверх веток. Как показывает опыт, такие резисторы выдерживают напряжение в десятки мегавольт (10 000 000 вольт)
2 — конденсаторы
Тут всё проще. Я взял конденсаторы, которые были самыми дешевыми на радио рынке — К15-4, 470 пкф, 30 кВ, (они же гриншиты). Их использовали в ламповых телевизорах, поэтому сейчас их можно купить на разборке или попросить бесплатно. Напряжение в 35 киловольт они выдерживают хорошо, ни один не пробило.
3 — источник питания
Собирать отдельную схему для питания моего генератора Маркса у меня просто не поднялась рука.
Потому, что на днях мне соседка отдала старенький телевизор «Электрон ТЦ-451». На аноде кинескопа в цветных телевизорах используется постоянное напряжение около 27 000 вольт. Я отсоединил высоковольтный провод (присоску) с анода кинескопа и решил проверить, какая дуга получится от этого напряжения.
Вдоволь наигравшись с дугой, пришел к выводу, что схема в телевизоре достаточно стабильная, легко выдерживает перегрузки и в случае короткого замыкания срабатывает защита и ничего не сгорает. Схема в телевизоре имеет запас по мощности и мне удалось разогнать её с 27 до 35 киловольт. Для этого я покрутил подстроичник R2 в модуле питания телевизора так, что питание в строчной развертке поднялось с 125 до 150 вольт, что в свою очередь привело к повышению анодного напряжения до 35 киловольт. При попытке ещё больше увеличить напряжение, пробивает транзистор КТ838А в строчной развёртке телевизора, поэтому нужно не переборщить.
Процесс сборки
С помощью медной проволоки я прикрутил конденсаторы к веткам дерева.
Между конденсаторами должно быть расстояние 37 мм, иначе может произойти нежелательный пробой. Свободные концы проволоки я загнул так, чтобы между ними получилось 30 мм — это будут разрядники.
Лучше один раз увидеть, чем 100 раз услышать. Смотрите видео, где я подробно показал процесс сборки и работу генератора:
Техника безопасности
Нужно соблюдать особую осторожность, так как схема работает на постоянном напряжении и разряд даже от одного конденсатора будет скорее всего смертельным. При включении схемы нужно находиться на достаточном удалении потому, что электричество пробивает через воздух 20 см и даже более. После каждого выключения нужно обязательно разряжать все конденсаторы (даже те, что стоят в телевизоре) хорошо заземлённым проводом.
Лучше из комнаты, где будут проводиться опыты, убрать всю электронику. Разряды создают мощные электромагнитные импульсы. Телефон, клавиатура и монитор, которые показаны у меня в видео, вышли из строя и ремонту больше не подлежат! Даже в соседней комнате у меня выключился газовый котёл.
Нужно беречь слух. Шум от разрядов похож на выстрелы, потом от него звенит в ушах.
Интересные наблюдения
Первое, что ощущаешь при включении — то, как электризуется воздух в комнате. Напряженность электрического поля настолько высока, что чувствуется каждым волоском тела.
Хорошо заметен коронный разряд. Красивое голубоватое свечение вокруг деталей и проводов.
Постоянно слегка бьет током, иногда даже не поймёшь от чего: прикоснулся к двери — проскочила искра, захотел взять ножницы — стрельнуло от ножниц. В темноте заметил, что искры проскакивают между разными металлическими предметами, не связанными с генератором: в дипломате с инструментом проскакивали искорки между отвёртками, плоскогубцами, паяльником.
Лампочки загораются сами по себе, без проводов.
Озоном пахнет по всему дому, как после грозы.
Заключение
Все детали обойдутся где-то в 50 грн (5$), это старый телевизор и конденсаторы.
Сейчас я разрабатываю принципиально новую схему, с целью без особых затрат получать метровые разряды. Вы спросите: какое применение данной схемы? Отвечу, что применения есть, но обсуждать их нужно уже в другой теме.
На этом у меня всё, соблюдайте осторожность при работе с высоким напряжением.
Обновление, май 2003 г. — Маркс Три теперь готово и работает
Нравится ли вам идея с катушками тесла и другими высоковольтными искрами? вещи, но у вас нет времени, денег или терпения, чтобы построить что-то сложное? Вот забавный маленький проект, который может сделать большие, толстые, шумные искры длиной не менее 2 дюймов, и может быть построен очень быстро и дешево. Генератор Маркса состоит из набора резисторов, конденсаторов и разрядники расположены следующим образом:
Конденсаторы C заряжаются параллельно через резисторы 1M (один МОм), поэтому
каждый из них заряжается до входного напряжения. Rb обладает балластным эффектом. Это необходимо, чтобы избежать образования непрерывной дуги поперек первый разрыв после срабатывания — это предотвращает дальнейшее срабатывание. Значение будет зависеть от типа используемого источника питания — значения около 1 м, как правило, правильные. Высокие значения уменьшат максимальная частота повторения искры, так что вы можете получить больше «ударов в секунду» за счет уменьшение руб. Хотя можно сделать генератор Маркса, используя всего лишь набор резисторов,
конденсаторы и искровые промежутки, может быть трудно обеспечить надежное срабатывание, так как
зависит от напряжения пробоя искровых промежутков, и может быть тонкая грань между
не срабатывает и не срабатывает, пока все конденсаторы не будут полностью заряжены. Выбор компонента Я основывал значения компонентов на том, что у меня было в наличии, и есть много возможностей для
здесь эксперименты. Если вы сомневаетесь, попробуйте сначала построить всего пару стадий, чтобы увидеть, как
ну детали, которые вы используете, будут работать. Конденсаторы в идеале должны быть керамического типа, так как они лучше всего подходят для быстрых импульсов.
в генераторе Маркса — полипропиленовые импульсные колпачки наверное тоже подошли бы, но
стоят дороже, и их труднее найти с высоким номинальным напряжением. Используйте самое высокое напряжение
типы, которые вы можете найти — типы 6,3 кВ легко доступны у большинства поставщиков компонентов, и
значения до 15 кВ найти не так уж сложно. Рекомендуется входное напряжение около 4-8 кВ. Помимо этого, многие проблемы будут отвлекать от «быстрого и грязного» подхода, требующего гораздо большей осторожности при строительстве, чтобы уменьшить потери на корону из-за острых краев, потребуется несколько последовательных резисторов, а конденсаторы будет сложнее найти. Высокий импеданс зарядной сети означает, что потери на корону могут значительно ухудшить производительность выше примерно 5-6 кВ, если не принять меры предосторожности чтобы избежать острых краев — т.е. путем шлифовки концов проволоки и стыков.. Блок питания Для этой конструкции требуется слаботочный источник высокого напряжения постоянного тока в диапазоне 4-8 кВ. Количество используемых каскадов будет определять выходное напряжение и, следовательно, длину искры. Будут установлены верхние пределы практического количества ступеней из-за времени зарядки и скорость, с которой разряд распространяется по промежуткам. У меня закончились резисторы, прежде чем я нашел предел!
Закрытие искровых разрядников и общестроительных работ. Искровые разрядники просто изготовлены из толстой луженой медной проволоки, как показано выше. Это
важно, чтобы зазоры были изогнутыми, а острые концы проволоки отогнуты, как показано на рисунке
— это позволяет избежать потери короны и преждевременного выхода из строя. Используемый провод должен быть не менее 1,5 мм.
диам. Выходной зазор, однако, должен иметь достаточно острые точки для максимальной длины искры. Зазоры должны быть изначально установлены примерно на 1,5 мм. Может потребоваться некоторая корректировка — если генератор не срабатывает, возможно, один или несколько зазоров слишком далеко друг от друга. Если зазоры слишком близко, особенно вблизи конца подачи, вы можете увидеть формирование непрерывной дуги, препятствующей дальнейшая операция. Увеличение разрыва на первом (и, возможно, втором) этапе может уменьшить склонность к дуге. Также помогает увеличение балластного резистора Rb за счет более медленное время перезарядки. Непрерывное искрение также можно значительно уменьшить, пропустив несколько воздушный поток, например от небольшого веера, между щелей. Как видно на фото, очень грубая конструкция типа «елочка» может быть
используется, компоненты просто спаяны вместе — конечно, более аккуратная сборка
техника может быть использована, но имейте в виду, что все, на чем вы ее строите, должно выдерживать
полное напряжение разряда — идеально подходит плексиглас (акрил/плекси) или поликарбонат (лексан). Величина искры на выходном промежутке будет зависеть от входного напряжения и количества этапы — начните с примерно полдюйма и постепенно увеличивайте его (осторожно!) пока искры не перестанут появляться. Подробнее о генераторах Marx здесь «Маркс Два» Это развитие «быстрого и грязного» устройства.
выше. Конструкция в принципе аналогична, но имеет лучшую (т.е. некоторую!) механическую
опора, закрепленная на полосе из плексигласа (=акрил/плексиглас), которая была сложена под действием тепла в
V-образное сечение для жесткости. Он производит искры до 9″ длинной от входа около
16кВ постоянного тока. Чтобы обеспечить более высокое входное напряжение, я использовал конденсаторы Panasonic 1 нФ 15 кВ. Выбор этого стоимость диктовалась тем, что было легко доступно у обычных поставщиков компонентов. Резисторы представляли собой пары серий 1M2 Philips (теперь компоненты BC) с металлическими глазурованными деталями VR37. Они имеют номинальное напряжение 3,5 кВ каждый, поэтому пара имеет номинальное напряжение 7 кВ — немного низко для входное напряжение 15 кВ, но это напряжение наблюдается только в течение коротких периодов, и они появляются выдержал нормально. Опять же, значение 1M2 было просто наименьшим доступным значением. Искровые разрядники аналогичны используемым в версии Q&D, но с загнутыми концами проводов. и припаяны для уменьшения потерь на корону. Расстояние зазора составляет около 12 мм для 16 кВ. Я обнаружил, что при напряжении выше 15 кВ на выводах конденсатора возникало искрение, и поэтому пришлось добавить довольно грязную изоляцию в виде силиконового герметика на выводы конденсатора — было бы намного проще заранее обернуть выводы! Для достаточно надежного запуска этого генератора не требовалось запускающей цепи — я думаю
более высокое входное напряжение очень помогло в этом, вероятно, из-за короны. >Выпуск через стенку пластиковой бутылки с напитком. Если вы получите интервал справа, первые несколько выстрелов создают огромный заряд на поверхности бутылку (слышно, как она «шипит»), а следующая вызывает захватывающее зрелище. перекрытие. < Зажигание аргона в трехфутовой пластиковой трубе. Провода были
помещены в каждый конец, концы заклеены упаковочной лентой, и подача аргона включена на
несколько секунд. «Маркс два с половиной»
Быстрый и простой способ увеличить длину искры — построить вторую конструкцию «Маркс два», и запустите их как пару в биполярной конфигурации. Общая схема эффективно то же, за исключением того, что вход питания подается в центр банка:
В этой конфигурации одна сторона генерирует высокое положительное напряжение, а другая — высокое
отрицательное напряжение, дающее вдвое большую длину искры, чем одиночная башня. Одно преимущество этого
устройство заключается в том, что напряжение на землю в любой точке никогда не превышает половины общего
выходное напряжение, уменьшая потери на корону. Я построил второй банк, состоящий из 13 этапов
(Это было просто ограничено размером пластикового листа, который у меня был под рукой!), и комбинированный
установка будет производить искры длиной около 14 дюймов между двумя башнями. Очень важно, чтобы импульс от срабатывания зазоров распространялся быстро ко всем этапам, и это может вызвать проблемы при соединении двух башен, которые находятся на расстоянии отдельно. Основная проблема заключается в емкости относительно земли соединения, отмеченного «линия передачи» на приведенной выше диаграмме. Чтобы уменьшить это, я использовал полиэтиленовую изоляцию. провод (из зачищенного коаксиального кабеля RG58), поддерживаемый парой пластиковых крышек от аэрозольных баллончиков (на фото слева), чтобы убедиться, что кабель удерживается на расстоянии не менее 40 мм от поверхности. намотка провод через два колпачка позволяет легко регулировать длину без скручивания провода вниз к столу. Это длинное изображение
экспозиция нескольких снимков и улучшенный цвет, чтобы показать дымку короны
стримеры, которые видны в темноте. Еще одно улучшенное изображение, показывающее стримеры короны при отсутствии искры на выходе.
происходит разрядка.
Блок питания Вы хотите получить самый большой LOPT, который вы можете найти — размер и мощность LOPT
обычно пропорциональны размеру экрана, а мониторы, как правило, больше, чем телевизоры
тот же размер экрана. Если вы получаете LOPT сам по себе, вы не можете посмотреть, как он был подключен
в мониторе может быть сложно разобраться в соединениях, т.к.
прямое напряжение выпрямителя слишком велико, чтобы его можно было легко проверить. Если у вас есть проблемы с определением
распиновки, попробуйте этот метод: Если ваш LOPT имеет дополнительные высоковольтные выходные провода (иногда помеченные как «фокус» и/или ‘Экран), отрежьте их, и заклейте концы отрезанных проводов силиконовым герметиком (сан. герметик).
Уроки, извлеченные из этого генератора Маркса, должны быть включены в «Маркс Три»…: * Требуется дополнительная изоляция выводов конденсатора выше 15 кВ во избежание искрения.
перепрыгивая через выводы конденсатора, и это намного проще поставить ДО пайки
все вместе! Мягкий силиконовый рукав или, возможно, термоусадка, вероятно, будет
лучше всего, чтобы избежать небольших воздушных зазоров. В качестве альтернативы, V-образная конструкция позволила бы
вещь (кроме искровых промежутков) должна быть инкапсулирована, что также уменьшит потери на корону,
но требует довольно много заливочной смеси! Дешевые высоковольтные конденсаторы.Спасибо Роберту Траутману за следующую информацию о самодельных конденсаторах . Как известно, недорогие конденсаторы любого реального качества найти сложно.
значение, которое будет обрабатывать более высокие входные напряжения. Я использую обратноходовой трансформатор на 25 кВ.
(LOPT) со старого компьютерного монитора в качестве входных данных, поэтому мне нужны были конденсаторы, способные выдержать
как минимум это напряжение. Итак, я изготовил собственные конденсаторы из листов майлара, которые обычно используются в качестве страниц.
протекторы в блокнотах и алюминиевые полоски для тиснения из магазина товаров для рукоделия. Чтобы дать им
конструкции я скрутил эти материалы (три куска майлара и две алюминиевые полоски,
чередуются) деревянные дюбели диаметром около 7/8 дюйма (2,2 см).
требуемое номинальное напряжение (по моим оценкам, они будут составлять около 50 кВ), края каждого
скошенная алюминиевая полоса (пластина конденсатора) проходит не ближе к краям майлара, чем
около 1,6 дюйма (4 см) по всему периметру, тем самым обеспечивая расстояние 3,2 дюйма (8 см) между
соседние плиты. Я построил 10-каскадный генератор Маркса с этими самодельными конденсаторами, и они ДЕЙСТВИТЕЛЬНО работают. Я,
правда, совсем разочаровал тривиальный выход (всего около 7см). Я оценил, с
вход 25кВ, что я получил бы 250кВ. Я, наверное, много теряю от короны, несмотря на
значительные усилия, чтобы свести его к минимуму, так как я получаю только около 75 кВ. Другой возможный
источником потерь может быть утечка внутри этих грубых конденсаторов. Они хорошо справляются с хранением
заряд, но они могут быть не лучшими с точки зрения утечки. Я просто хотел передать вам и тем, кому может быть интересен ваш сайт что конденсаторы 0,005 мкФ, 50 кВ — пусть и не самые эффективные — можно построить легко примерно за 2 доллара за материалы каждый. Опять же, можно достичь гораздо больших емкостей. с более длинными алюминиевыми полосами для пластин. Единственная проблема с более длинными пластинами заключается в том, что нужно будет найти другой источник майлара. Эти защитные листы для ноутбуков обеспечивают всего около 15,5 дюймов (39,4 см) пригодного для использования материала на лист — достаточно, чтобы разместить тарелки длиной 12 дюймов (30,5 см) с достаточным пространством вокруг них. Обновление, октябрь 2005 г. — похоже, что большая часть проблемы была связана с питанием. питание, а не конденсаторы…
|
Когда первый (самый левый) искровой разрядник прорывается
вниз (искры), напряжение на следующем увеличивается, что приводит к его выходу из строя и т. д.
для всех остальных зазоров. Когда все промежутки разрушены, низкий импеданс ионизированного
воздух в искрах эффективно соединяет все заряженные конденсаторы последовательно, увеличивая
входное напряжение по количеству конденсаторов. Путь ионизированного воздуха имеет достаточно низкую
сопротивление, что зарядные резисторы не имеют существенного влияния. 
Одно грубое решение
для механического инициирования разрушения первого зазора, т.е. помахав (соответственно
изолированы!) отверткой между электродами. 
Выходной провод от Тт
(Тот, который был бы подключен к триггерному электроду в оригинальной вспышке
приложение) находится в паре миллиметров от первого искрового промежутка, как показано выше, так что искра
будет прыгать с него при срабатывании. Я обнаружил, что дешевая катушка, которую я использовал, имела тенденцию
сдохнет после нескольких минут работы, поэтому что-то с более прочной изоляцией будет
предпочтительнее. 
В качестве альтернативы несколько
стандартные резисторы можно использовать последовательно, рассчитанные таким образом, чтобы каждый резистор не видел больше
чем его номинальное напряжение (обычно около 500 В). Например, десять резисторов по 100К 1/4 Вт.
можно использовать вместо каждого высоковольтного резистора 1M. Значение резисторов 1M не слишком
критический — более высокие значения увеличивают время перезарядки, более низкие значения увеличивают потери, т.к.
некоторая часть искрового разряда просачивается обратно через цепочку резисторов, особенно при более низком
номинальные конденсаторы. 
Я использовал детали 4,7 нФ 4 кВ, которые недавно выбрал
очень дешево собрать их большой мешок на радио-митинге (hamfest). Большие значения дадут
более толстые искры, но для перезарядки требуется больше времени! Вы можете часто запускать их сверх их
номинальное напряжение, но очевидно, что это приводит к повышенному риску отказа. 
(полярность не важна). Небольшие слаботочные источники высокого напряжения от таких устройств, как ионизаторы,
копировальные аппараты и лазерные принтеры должны быть подходящими. Я использовал избыток 5кВ 2мА
питание фотоумножителя. 
Брать
будьте осторожны, чтобы избежать искрового разряда от заземляющего электрода к резисторам или конденсаторам
рядом с «горячим» концом, так как эти разряды могут разрушить изоляцию компонентов. 
Если
делая простую «накрутку», по крайней мере, поместите его на пластиковый лист, чтобы избежать разряда в
стол/банка — дерево не является хорошим изолятором при таких напряжениях! Избегайте острых краев на любом из
соединения (например, не используйте металлические винты), так как это может вызвать потери на корону, снижая
выход значительно. 
Для любого заданного
Размер искрового промежутка, регулировка входного напряжения была довольно важна — слишком низкое и
никогда не срабатывал, но по мере того, как напряжение повышалось выше точки, где он начинал срабатывать, срабатывал
частота увеличилась, но мощность начала снижаться, так как нижние щели срабатывали раньше
колпачки в конце цепи были полностью заряжены. 
Это фото с длинной выдержкой, на котором видно несколько разрядов, и оно выглядит намного
более фиолетовый, чем настоящий, который имеет интенсивный белый цвет. Каждая заправка аргоном длилась около
5-10 минут до того, как требуется пополнение. 
Важно соединить выходную землю с входной землей или
питания, чтобы избежать заземления обмотки ВН до высокого напряжения, которое может
сломать изоляцию. 
Затем найдите контакты заземления HT, принеся
заземленный провод в пределах 1 мм от каждого контакта по очереди — любой контакт, от которого вы можете получить искру
должен быть заземлен — вы можете найти более одного контакта, в зависимости от триплера
конфигурация. Как только эти контакты заземлены, вы должны получить хорошую сочную искру от
колпачок EHT. 
Это позволило использовать существующую обмотку.
на трансформаторе как на первичке. Эта установка очень легко производила выходное напряжение более 25 кВ, и
основной проблемой было снижение напряжения — так как входное напряжение сети (регулируется
variac) был увеличен с нуля, он внезапно начинался примерно с 16 кВ при напряжении около 50 В.
вход — его можно уменьшить, понизив напряжение после этого — я думаю, что это
эффект был вызван схемой плавного пуска в галогенной подаче. Эксперимент был
сократился, когда подача галогена прекратилась с довольно эффектным взрывом. 🙁 
) за 22,99 . 
Калибровка от известного источника высокого напряжения не требуется — вы можете проверить
ток FSD измерителя при низком напряжении относительно цифрового мультиметра, и если резисторы 5%, вы должны
получить 5% общей точности. Сопротивлением измерителя можно пренебречь, так как оно будет намного меньше
чем резисторы капельницы. Например, чтобы счетчик на 100 мкА показывал 25 кВ при полной шкале,
требуемое сопротивление будет V/I, т.е. 25E3 / 100E-6 = 250M. Используя резисторы ВР37, вы
нужно по крайней мере десять резисторов, чтобы поддерживать напряжение на каждой ячейке в пределах спецификации, чтобы вы могли
используйте шестнадцать 15M и один 10M последовательно, чтобы получить 250M в сумме. Для максимальной точности я бы рекомендовал
поместите цепочку резисторов в пластиковую трубку и, в идеале, загерметизируйте
компаунд — невыполнение этого требования может привести к неточности из-за потери короны припоя
стыки и т. д. Возможной альтернативой может быть многократное покрытие лаком или воском.
Эти материалы после прокатки на 7/8″ (2,2 см) x 3″ (7,6 см)
штифт производит конденсатор 0,005 мкФ (5 нФ) на 50 кВ в 5,5 «(14 см) x 1» (2,54 см)
космос. Дюбель, поскольку он сделан из дерева, должен быть примерно такой же длины, как и ширина
алюминиевые полоски, чтобы избежать дугового разряда. Очевидно, что могут быть гораздо большие емкости.
достигнуто с помощью более длинных алюминиевых полос, чем те, которые я использовал, но это было только начало. 
может я еще успею
получить больше от моего Маркса с большей настройкой искрового промежутка, так как уже сделав это, я
утроил начальную длину выходной искры 1 дюйм (2,54 см). Комплект Marx Generator 2.
0 — Eastern Voltage Research Описание продукта
Генератор Marx 2.0 — это удивительный комплект. На сегодняшний день это единственный генератор Маркса высокой мощности. Комплект Marx Generator 2.0 будет генерировать импульс электричества высокого напряжения 100 кВ, очень похожий на импульс молнии, в пределах вашего собственного дома. Если вы не знакомы с этими типами устройств, генератор Маркса представляет собой многоступенчатое устройство умножения напряжения, в котором каждый конденсатор состояния заряжается параллельно, а затем с помощью тщательно расположенных искровых промежутков разряжается последовательно, создавая очень интенсивный, выходной импульс высокого напряжения со сверхбыстрым временем нарастания. Это тип технологии, которая используется для имитации настоящей молнии. Генераторы Маркса размером с десятиэтажный дом были спроектированы, построены и использованы для испытаний грозовых разрядов на самолетах, приборах и других промышленных изделиях. Теперь вы можете собрать свой собственный генератор Маркса, не выходя из дома или школы.
Генератор Маркса 2.0 представляет собой 15-ступенчатое устройство с конденсатором на 6 кВ для каждой ступени. В отличие от меньшего по размеру комплекта Marx Generator 1.0, который мы сейчас предлагаем, Marx Generator 2.0 предлагает в 10 раз большую емкость каскада. При зарядном напряжении 6 кВ теоретически максимальный выходной импульс высокого напряжения составит 90 кВ или почти 100 кВ! Он может создавать дугу на выходе примерно 4 дюйма в зависимости от входного напряжения, расстояния между разрядниками, настройки и атмосферных условий. В комплект входят все конденсаторы, зарядные резисторы, последовательные ограничивающие резисторы, а также монтажные кронштейны под прямым углом, могут быть установлены вертикально. Общая высота этих генераторов Marx составляет колоссальные 18 дюймов, они изготовлены из чрезвычайно прочного FR-4 толщиной 0,124 дюйма, а также имеют внутренние вырезы, так что каждый искровой разрядник можно увидеть во время работы.
Искровые разрядники, используемые в этих устройствах, изготовлены из латунного сплава, который обеспечивает очень стабильное и стабильное напряжение дуги.
