lunes, 26 de septiembre de 2011

Generador de impulsos atmosféricos de alta tensión.


    Este aparato por lo general recibe el nombre de generador de Marx, pero en realidad no es un generador sino un multiplicador de voltaje similar al diseñado por los científicos Walton y Cockroft para aceleradores de partículas y es bastante más barato y sencillo que el multiplicador de Cockroft-Walton. Fue diseñado por Erwin Otto Marx en la década de los años veinte con el propósito de producir pulsos de muy alto voltaje (HV) y de corta duración similares a los rayos atmosféricos; es por eso que es frecuentemente usado para probar aparatos o equipos que se ven expuestos a descargas eléctricas muy intensas como los aviones, los transformadores de alto voltaje y por supuesto los pararrayos.
   El aparato consta de varios capacitores de alto voltaje conectados en paralelo a través de resistores o bobinas. Cada etapa consta de un capacitor y dos bobinas o resistores; además entre una etapa y la siguiente hay un explosor dispuesto de tal manera que cuando el banco de capacitores se carga a la tensión de la fuente de poder, salta una chispa que los conecta en serie obteniéndose un voltaje que en teoría es n veces el de entrada, siendo n el número de etapas. Esto puede apreciarse en la imagen siguiente-



Como puede verse, el circuito no es para nada complicado, lo que sí es complicado es encontrar componentes de los valores adecuados para construirlo y una fuente de poder adecuada que debe de estar en condiciones de dar 10 KV sin calentarse excesivamente y con un valor de potencia razonable para que el proceso de carga de los capacitores no tarde mucho en completarse; esto puede lograrse construyendo una fuente de alta tensión de 10 -15KV con un flyback y un oscilador ZVS de alta potencia el cual resulta bastante eficiente.
Dado que no es fácil conseguir los componentes para el multiplicador hay que construirlos. No voy a dar instrucciones detalladas pero sí algunas pautas y ecuaciones aplicables.

Capacitores: los capacitores son los componentes más importantes del circuito ya que almacenan la energía que será liberada durante la descarga. Para su construcción conviene usar hoja de aluminio (de la que se usa en la cocina) y polipropileno como el empleado en las bolsas de plástico. El dimensionamiento del condensador dependerá de la potencia de la fuente, de la tensión de trabajo y del número de etapas. Si disponemos de una fuente de poder con oscilador ZVS los capacitores podrán tener un valor igual o mayor que 5nF @15 KV si lo alimentamos con hasta 12 KV.

Choques inductivos (bobinas): son los componentes a través de los cuales los capacitores se cargan en paralelo. Cuando los explosores conectan los capacitores, las bobinas evitan su descarga a través de la fuente de poder dada su inductancia, recomendándose un valor práctico igual o mayor que 1 mH. En caso de usarse resistores, sólo se admiten los de película metálica; los de película de grafito no sirven porque son destruidos por el alto voltaje; su valor será de
Explosores: los explosores son sencillamente interrupciones del circuito que en la práctica se traducen en dos electrodos separados una cierta distancia por aire; estos electrodos serán de algún metal o aleación resistente a la corrosión como por ejemplo trocitos de varilla de acero con los extremos redondeados para minimizar las pérdidas por efecto corona, además es muy importante que se pueda ajustar la distancia que los separa.
La regulación de los explosores es crítica ya que limita la tensión máxima a la que se cargan los capacitores, si esta es excesiva pueden quedar permanentemente averiados, por eso es importante diseñar los capacitores para una tensión superior a la provista por la fuente de poder. Nótese que la rigidez dieléctrica del aire en condiciones normales es de 800- 1000 Volts por milímetro, por lo tanto si queremos que los explosores se disparen a una tensión de diezmil volts ajustaremos la distancia interelectródica en valores menores o iguales a 10 milímetros.

Ecuaciones para el cálculo de Capacitores y Bobinas

Bobinas

Si la bobina tiene más de una capa, para calcular su sección debe  tomarse su diámetro medio en centímetros.
Capacitores

Si saben cómo despejar una incógnita, no tendrán ningún problema. 

Ahora les dejo el circuito de la fuente de poder ZVS

Los transistores MOSFET usados en este circuito pueden aprovecharse de la placa de componentes de un monitor CRT en desuso, aunque nuevos no cuestan más de U$S 4. El transformador usado es un flyback de un televisor a color. Es un circuito realmente bueno, sino miren los arcos que se pueden obtener con él:


Después de haber hablado del multiplicador de Marx veámoslo en acción en el siguiente video

En este caso su constructor usó veinte capacitores caseros de 7nF cada uno ( o sea que tiene veinte etapas) para construirlo. Desconozco si como elementos de carga usó resistores o bobinas, aunque me inclino más por la primera opción.
Y en este video tenemos un generador de impulsos hecho con componentes comerciales, por lo que resultó mejor elaborado que el anterior, aunque en desempeño no son muy diferentes...


Recuerden que acá se manipulan altos voltajes.
 En ciertas condiciones recibir una descarga eléctrica de cualquiera de los dos dispositivos detallados puede producir mucho daño y hasta resultar mortal, por lo tanto...¡Mucho cuidado!

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