Darbe üreteci (enerji mühendisliği)

Bir sinyal jeneratörü , bir olduğunu Elektroteknik aygıt ilk depolayan bir miktar elektrik enerjisinin daha uzun bir süre boyunca ve daha sonra ( "aniden"), çok kısa bir süre içinde bu enerji miktar salabilir.

Enerji salımının kısa süresinden dolayı, birkaç nanosaniye ila birkaç mikrosaniye arası süreler yaygındır, çok yüksek anlık güçler oluşur. Büyük puls üreteçleri ile bir terawatt'a kadar tepe çıkışları mümkündür. Birkaç 100 kilovolta kadar elektrik gerilimleri ve birkaç mega ampere kadar akımlar karakteristiktir.

LANL'de puls üreteci Shiva Star

Darbe jeneratörlerinin teknik uygulamaları, darbeli radar cihazları için, darbeli lazerler için ( gaz lazerleri , pompa lazer diyotları veya katı hal lazerler için flaş tüpleri ), X-ışını tüpleri için klystron veya magnetron gibi verici tüplerin tedarikini içerir . mıknatıs şekillendirme , elektromanyetik darbe kaynağı ve Hydrospark işlemi gibi endüstriyel üretim yöntemleri . Askeri uygulamalar, örneğin, elektronik harp için bir vircator tedarikidir .

Bilimsel uygulamalar, örneğin, nükleer füzyon ve güçlü manyetik alanların oluşumudur.

Daha küçük puls üreteçleri, elektromanyetik uyumluluk için elektromanyetik testlerde ve yüksek gerilim laboratuvarlarında, örneğin yıldırımdan korunma testleri için test jeneratörleri olarak kullanılır .

Tasarım ve prensibe bağlı olarak, puls üreteçleri bazen akış sıkıştırma üreteci gibi yalnızca tek bir darbe yayabilir , çünkü darbe üretildiğinde yok edilirler.

inşaat

Darbe jeneratörlerinin yapısı, darbe süresinin büyüklüğüne ve tepe gücüne bağlı olarak çok farklıdır. En çok cihazların gibi konsantre bileşenleri kullanan ortak noktası kondansatör ve / veya bobin ya da kapasitif veya indüktif bir kaplama , bir elektrik hattı . Süreçlerin modellenmesi çizgi teorisi çerçevesinde gerçekleşir . Mekanik enerji kaynağı olan cihazlar da vardır, örn. B. akış sıkıştırma üreteci ve sözde kompulsatör .

Darbe jeneratörlerinin bir diğer özelliği de hızlı, güçlü elektrik anahtarlarıdır. Bunlar örneğin mekanik anahtarlar , tristörler , tiratronlar , MOSFET'ler , elektron tüpleri veya özellikle anahtarlama kıvılcım boşlukları olabilir . İkincisinin tipik bir örneği, Marx üretecidir .

Darbe süresini kısaltmak veya çıkışı artırmak için genellikle kapasitörler ve bobinlerden oluşan darbe oluşturan bir ağ (PFN) veya bir devreden yararlanılır.

Çizgi dairelerinden darbe üreteci

Çizgi teorisi , elektriksel süreçlerin açıklamasını sağlar . Daha küçük güçler için, puls üreteçleri sadece bir parça koaksiyel kabloyla da uygulanabilir , ancak şeritler tipiktir .

Tek hatlı basit darbe şekillendirici aşaması

D uzunluğunda bir elektrik hattı şeklindeki bir darbe şekillendirici aşamasının basitleştirilmiş işlevsel prensibi, yandaki çizimde gösterilmektedir. Zaman şalteri açık olan çizgisi ilk olarak daha uzun bir zaman süresi boyunca DC gerilim kaynağının sabit bir DC gerilime yüklenir bir ile DC voltaj kaynağının bir ile iç direnci R _S önemli ölçüde daha büyük hat empedansı Z ₀ . Deşarj anında şalter kapatılır ve hatta depolanan enerji , empedans açısından hat empedansına uyan yük direnci R _L'ye iletilir . Hattın tüm enerjisi hemen dönüştürülmez; yayılma hızının sınırlandırılması, hat boyunca dalga yayılımının bir etkisine neden olur: Yük direncindeki R _L doğrudan voltaj, doğrudan voltaj kaynağının yarısına kırılır , bu, Yük direncinin hat empedansına uyarlandığı gerçeği . Dalga olarak tanımlanabilecek bu voltaj düşüşü, besleme noktası yönünde ışık hızının yaklaşık yarısı kadar yayılır ; özgül hız, diğer şeylerin yanı sıra, hattın tasarımına ve kısaltma faktörüne VKF bağlıdır . sonunda yansıtılır ve ardından yük direnci R _L'ye giden hat kadar çalışır . Yük direnci R _L' deki darbenin T süresi , dalganın hat boyunca geçiş süresine bağlıdır ve:

${\ displaystyle T = {\ frac {2D} {c_ {0}}} \ cdot VKF}$

ile hafif vakum hızı ve katı yağ faktörü VKV'nin . ${\ displaystyle c_ {0}}$

Blumlein puls üretecinin prensip yapısı

Bir puls üretecinin bu tasarımının dezavantajı, yük direnci R _L' de DC voltaj kaynağının voltajının yalnızca yarısının mevcut olmasıdır . Adını Alan Blumlein'den alan ve yandaki çizimde basitleştirilmiş şekilde gösterildiği gibi Blumlein jeneratörü bu dezavantajı ortadan kaldırır . Blümlein jeneratörü durumunda, yük direnci R _L hattın ortasındadır; hattın toplam uzunluğu basit bir puls üretecinin iki katıdır. Yük direnci R _L , hattın empedansının iki katı olmalıdır, bu nedenle hat ile eşleşmez. Bu kasıtlı yanlış hizalamanın bir sonucu olarak, DC gerilim kaynağındaki bir kısa devre tarafından tetiklenen gelen dalga, dalganın yarı genlikli bir yansımasına ve iletilmesine neden olur. Bu, darbe süresi boyunca yük direncinin bağlantılarında aynı büyüklükte pozitif ve negatif voltaja yol açar. Bu, darbe sırasında yük direncine tam voltajın uygulandığı anlamına gelir. Blumlein puls üretecinin dezavantajı, ek kablo uzunluğu nedeniyle iki kat daha pahalı olmasıdır.

Blumlein ilkesine dayanan Dünyanın en büyük darbe jeneratörleri biri Shiva Yıldız at Los Alamos Ulusal Laboratuvarı'nda . Diğer şeylerin yanı sıra, füzyon deneyleri ve askeri araştırmalar için bir itici güç kaynağı olarak hizmet eder. Kondansatörlerde depolanan enerji 10  MJ olup , deşarj sırasındaki voltaj yaklaşık 10 MA dürtü akımlarıyla yük direncinde  100 kV'un üzerine çıkar  . Güç, birkaç mikrosaniyede yaklaşık 1 TW'ye ulaşır.

Diğer tasarımlar

Puls üreteci örnekleri:

• Marx jeneratörü ile kondansatörler, bir DC voltaj kaynağına paralel olarak şarj edilir ve aniden kıvılcım boşlukları aracılığıyla seri olarak bağlanır .
• İle ateşleme bobini enerji manyetik alan ve depolanır (geleneksel) mekanik anahtarı ile serbest (kesici)
• içinde çit ya da yüksek gerilim, kontak testi jeneratörler de ve bir kondansatör, bir olan transformatör deşarj
• Pockels hücrelerini çalıştırmak için yüksek voltaj darbeleri , seri bağlı MOSFET'ler tarafından bir DC voltaj kaynağından üretilir
• Mıknatıs dönüşümü için impulslar, Hydrospark işlemi ve Dresden yüksek alanlı mıknatıs laboratuvarında yüksek voltajlı kapasitörlerin (10 ... 40 kV) boşaltılmasıyla üretilir.

Edebiyat

• Gennady A. Mesyats: Darbeli Güç . Springer Science & Business Media, 2007, ISBN 978-0-306-48654-8 . 

Bireysel kanıt

1. ↑ W. König: "Üretim süreci: sac metal işleme"; Springer-Verlag 2013 - 270 sayfa; Sayfa 53
2. ↑ Klaus Wille: Ders Elektroniği, Bölüm 4: Çizgiler. Arşivlenmiş orijinal üzerinde 24 Ocak 2014 ; 5 Mart 2015'te erişildi . 
3. ↑ patent GB589127 : Elektrik darbesi üretmek için aparatta veya aparatla ilgili gelişmeler. 10 Ekim 1941'de kayıtlı , 12 Haziran 1947'de yayınlanmış , başvuran: Alan Dower Blumlein. ‌
4. ^ Fritz Herlach, Noboru Miura: Yüksek Manyetik Alanlar, Bilim ve Teknoloji. Teori ve Deneyler II . bant 3 . World Scientific, 2006, ISBN 978-981-277-488-0 , s. 243 . 
5. ↑ https://www.google.com/patents/US8536929 Ayarlanabilir akımlı yüksek voltaj anahtarı US 8536929 B2