Marx generator

Ik vind dit een beetje een geval 'als je er om moet vragen, dan heb je te weinig kennis om het veilig te doen'.

'Verschillende spanningen aftappen'; weet je dat je er spanningspulsen mee krijgt, en niet een continue spanning?

Of een flyback geschikt is voor je doel, hangt van je doel af. Doe eerst even wat uitgebreider uit de doeken wat je hier mee wil voeden. Dus het apparaat/experiment dat je wil voeden, de spanning die je nodig hebt, en de stroom die je nodig hebt.

Er zijn genoeg mensen die je graag willen helpen, maar onderschat niet waar je mee bezig bent. Met een Marx generator kan die ene klap meteen je laatste zijn, en vonken van over de 10cm maken kan zomaar gebeuren.

[Bericht gewijzigd door Ledlover op (18%)]

sorry ik wil er een hogespanning voeding mee maken. Als je dan op verschillende plekken draden aansluit krijg je een andere spanning

een voeding bouw je toch anders als alles wat hier is besproken.

Een marxgenerator ziet er simpel uit, maar het loopt op parasitaire effecten.
Een vonkbrug ziet bijvoorbeeld een andere vonkbrug doorslaan en daardoor wordt zijn doorslagspanning lager.

Het zal inderdaad niet triviaal zijn om dat werkend te krijgen, zeker niet als de spanningen toch al lager zijn.

Je kan een Marx generator zelfs met heel eenvoudige middelen maken: https://www.youtube.com/watch?v=WDfZFSay_1A

Maar je hebt wel een behoorlijke spanning nodig om het ding aan de praat te krijgen. Reken zo'n 10 tot 20 kV.
Met batterijen en lagere spanning gaat het echt niet lukken.

Een Marx generator levert ook pulsen aan een zeer hoge spanning, dat is dus helemaal wat anders dan een hoogspanningsvoeding.
Met alle condensatoren die in zo'n Marx generator zitten is het ook een niet al te veilig ding. Een 22 pF "doorknob" condensator (geen idee hoe je dat in het Nederlands noemt) opgeladen tot 10-20 kV kan behoorlijk bijten. Het is nog niet bepaald dodelijk maar wel bijzonder pijnlijk...

'Door-knobs' zijn nogal kostbaar, reken zo'n € 20,- voor een 6kV exemplaar op een beurs. Als je daar 150 stuks van nodig hebt.....

Ze worden meestal in een spaningsvermenigvuldiger gebruikt.

Zonder door knob kom je er ook. Je zult dan alleen de ingangsspanning wat lager moeten kiezen. Om een bepaalde uitgangsspanning te bereiken moet je dan meer trappen hebben.

Maar een Marx generator is niet geschikt om 'een voeding' te bouwen.

Ik heb wat Aliexpress hoogspannings C's gekocht. Ben benieuwd of de 10kv modellen ook echt 10kv kunnen weerstaan :+

[Bericht gewijzigd door Ledlover op (20%)]

Bij Baco hebben ze zo een 10kV/100pF 'door knob' te koop voor €9,95 inderdaad:

Link

Knap prijzig, zeker als je ziet dat een normale THT variant met dezelfde ratings bij TME minder dan €0,60 kost:

Link

Een 10kV/2n2 kost een heel redelijke €1,30:

Link

Wellicht zijn die 'door knob' modellen voor 'high reliability' toepassingen of zijn die ratings zoals bijvoorbeeld X- of Y-condensatoren, waar de werkelijke DC spanning die ze kunnen verdragen een ordegrootte hoger is dan de aangegeven nominale spanning. Anders kan ik het formaat niet echt verklaren.

In elk geval hebben Ledlover ea gelijk: een Marxgenerator is geen voeding en die route afstruinen om een gelijkspanning te krijgen is niet logisch. Overigens heeft de TS de vraag niet echt beantwoord waarvoor het is. "Voor een voeding" is niet een antwoord, je wil weten waar het op aangesloten wordt om te bepalen waar de karakteristieken van de spanning aan moeten voldoen. Als je met een batterij vonkjes wil maken moet je gewoon een bobine van de sloop halen en daar wat mee spelen.

AliExpress heeft trouwens complete Marx generators: https://nl.aliexpress.com/item/32941023870.html

Persoonlijk heb ik een rothekel aan China, meerbepaald de CCP en Xi Jinping, zelf zou ik daar nooit kopen.

Die doorknob modellen zie je veel in professionele hoogvermogen radiozenders. Vandaar dat Baco ze heeft.

Boven de paar kilowatt HF kom je al gauw op die doorknob condensatoren uit in je tuner als je een 'te korte' antenne gebruikt, of in je buizen eindtrap.

Op 31 oktober 2021 12:35:41 schreef Kruimel:
Wellicht zijn die 'door knob' modellen voor 'high reliability' toepassingen of zijn die ratings zoals bijvoorbeeld X- of Y-condensatoren, waar de werkelijke DC spanning die ze kunnen verdragen een ordegrootte hoger is dan de aangegeven nominale spanning. Anders kan ik het formaat niet echt verklaren.

Bij spanningen van enkele tientallen kV zijn de krachten op het diëlektricum van een condensator bijzonder groot door elektrostatische aantrekking tussen de platen.
Bij veelvuldig laden en (puls-)ontladen krijg je een constante verandering van de krachten op het diëlektricum dat daardoor in het slechtste geval kan barsten of zelfs verbrijzelen.

Gewone keramische condensatoren zou ik dus niet voor een Marx generator gebruiken. Het zal wel werken, maar mogelijks niet lang.

We hebben nog altijd geen idee waarom de TS een Marx generator nodig heeft. Gewoonlijk wordt dat gebruikt voor de voeding van gepulste X-ray buizen, maar veel andere toepassingen zijn er niet.

Wat dit betreft moet ik jullie geloven, ik heb zelf weinig ervaring met HV of HF schakelingen. Voor niet-professionele toepassingen (wat een Marxgenerator eigenlijk altijd wel is) zou ik nog wel voor de goedkopere condensatortjes opteren. De 8x minder geld voor 20x de capaciteit wekt toch de Hollander in mij. Voor zo een verschil vervang ik ze wel als ze uiteindelijk toch overlijden. ;)

Overigens heb ik geen hekel aan China, maar je wil niet afhankelijk zijn van AliExpress. Het is een beetje 'hit and miss' met hun producten dus ik koop er alleen dingen die (in absolute termen) goedkoop zijn en die ik zelf kan testen. Soms heb je geluk en werkt het als een zonnetje, soms niet, en dan moet je iets achter de hand hebben. Kijk altijd uit met dingen met een netsnoer.

Hij wil een voeding bouwen met diverse uitgang spanningen gevoed met 12V, we zullen eerst moeten weten of dat AC, DC moet zijn, hoeveel volt en vooral hoeveel stroom hij moet kunnen leveren. Hij wil niet vertellen waarvoor het is dus dan houdt het op.

Op 30 oktober 2021 20:54:08 schreef Sine:
[...]

Ik vrees dat dat met een diac niet gaat werken, het idee is dat alle vonkbruggen tegelijk doorslaan, dat zal met een diac niet lukken.

En dan nog al zo het werken dan heb je om van 12 naar 2kV te gaan 160+ trappen nodig.

Tuurlijk wel, ik zie geen verschil. zo'n diac gedraagt zich net als een vonkbrug voor lage spanningen.
De door iemand geopperde opmerking dat de ene vonkbrug de andere "ziet" doorslaan is natuurlijk onzin.

Een beetje achterhaalde manier om een spanningsvermenigvuldiger te maken, we zijn niet meer in het jaar 1821.
Ondertussen zijn er diodes ipv een vonkenbrug en bekom je precies hetzelfde.
Maar tot zover het principe.

Het is zoals gezegd waanzin om met enkel een vermenigvuldiger te proberen hoogspanning te maken vertrekkende van 12V.

Op 1 november 2021 09:39:37 schreef grotedikken:
De door iemand geopperde opmerking dat de ene vonkbrug de andere "ziet" doorslaan is natuurlijk onzin.

Bij een 'echte' Marx-generator worden de eerste een of twee vonkbruggen getriggerd (met een extra elektrode, of door bestraling met ioniserende straling zoals UV-licht). De andere vonkbruggen slaan dan verder 'vanzelf' over door overspanning.
Voor eenvoudigere Marx-generatoren wordt vaak geen triggercircuit gebruikt, maar wacht men gewoon het doorslaan van de eerste vonkbrug (en meteen daarna alle andere) af.

Om weinig jitter en dus een steile, hoge puls te krijgen, moeten de vonkbruggen wel zo snel mogelijk na elkaar doorslaan. Daarvoor zijn grote, goed bepaalde overspanningen nodig.
Dat lukt door zelfinductie-arme condensatoren te gebruiken, en de parasitaire capaciteit overal zo laag mogelijk te houden.

Dat is kostbaar, en voor eenvoudige Marx-generatoren daardoor vaak niet te doen. Wat echter wel werkt, is met het door de overslag ontstane UV-licht de volgende vonkbruggen te belichten, waardoor die ook weer doorslaan en de volgende belichten, enzovoorts.
Om dit te bereiken, wordt de generator zo gemaakt dat alle vonkbruggen elkaar 'zien', bijvoorbeeld door ze bij elkaar in een buis te plaatsen (onder hogere druk, om voldoende doorslagspanning te krijgen). De overige onderdelen kunnen onder olie gezet worden, want die hoeven elkaar niet te zien.

Voorbeelden (pdf, 119 kb) (Lehr, Ron: Foundations of Pulsed Power Technology, 2017)

FET, hoe durf je! Een beetje met argumenten en bronnen aankomen voor iets wat toch "natuurlijk onzin" is!

GD heeft blijkbaar nog nooit van UV triggered spark gaps gehoord, wat helemaal niet zo ongebruikelijk is voor het snel schakelen van hoge spanningen (enkel kV en hoger). Ik heb het laatst nog gezien bij een spark chamber muonen detector.

Men zegt dat de over de tweede vonkbrug (bijna) tweemaal de doorslagspanning staat als de eerste vonkbrug doorgeslagen is.
Hoe kan dat?
Volgens mij staat over de tweede vonkbrug altijd minder dan éénmaal de doorslagspanning als de eerste vonkbrug doorgeslagen is.

Waar zit mijn denkfout?
Ik verwijs naar de tekening van Kruimel.
We laden alle condensatoren op tot iets minder dan de doorslagspanning van de vonkbruggen.
Na een oneindige tijd hebben alle condensatoren dezelfde spanning en die is gelijk aan iets minder dan de doorslagspanning.
Laten we aannemen dat deze spanning 10kV is, dus alle condensatoren zijn opgeladen tot 10kV. Er loopt geen stroom meer, dus alle onderkanten van de condensatoren staan op aardpotentiaal en zijn dus nul Volt.
Nu ontsteken we de eerste vonkbrug.
De eerste condensator "C" staat nu parallel aan de onderste weerstand "Rc".
De spanning op het eerste onderste knooppunt "Rc - Spark Gap Switch - C - Rc" was nul Volt en wordt 10kV, nl de spanning van de bovenkant van de eerste Condensator. Alle knooppunten rechts van dit knooppunt staan ook op een spanning van 10kV tov aarde, want nog geen van de andere vonkbruggen zijn ontstoken.
De bovenkant van alle condenstoren wordt met 10kV opgetild tov aarde en staat dus 20kV tov aarde. De spanning over de tweede vonkbrug was eerst 10kV - 0V = 10kV en na ontsteken wordt de spanning over de tweede vonkbrug 20kV - 10kV = 10kV. De spanning over de tweede vonkbrug wijzigt niet door het ontsteken van de eerste vonkbrug.
Zodra de eerste vonkbrug ontstoken is begint de linkercondensator zich te ontladen over de onderste Rc en de rechter condensator over de bovenste Rc.

Interessant punt, dat had ik nog niet gezien. Daar heb ik eigenlijk geen verklaring voor...

Uit experimenten kunnen we zien dat het wel werkt, dus het triggeren van de eerste vonkbrug doet iets, maar wat? Ik vermoed dat het ontstekingsmechanisme misschien vanaf de eerste begint (die condensator zal immers het snelste laden), en vervolgens willekeurig plaatsvindt via een capaciteit naar aarde.

Zodra de eerste vonkbrug dan ontsteekt is de situatie zijn zoals je beschrijft. Als er echter een kleine capaciteit naar aarde is vanaf de derde condensator of hoger is dat misschien voldoende om een spanningspiek te genereren die één van de volgende vonkbruggen ontsteekt. Er van uitgaande dat alle vonkbruggen al dicht bij onsteken zitten zou er slechts een kleine verstoring nodig zijn.

Dat heb je best goed gezien, de "cascadeverklaring" klonk zo logisch dat ik er nooit bij stilgestaan heb dat het eigenlijk niet logisch was dat de andere vonkbruggen ook zouden ontsteken. Op dit punt moet ik je een uitgewerkte verklaring schuldig blijven... :X

Ik verwacht eigenlijk ook dat de parasitaire capaciteit er iets mee te maken heeft, want anders zou de spanning over de 2de vonkbrug inderdaad niet toenemen wanneer de eerste doorslaat.

Zonder een dergelijk effect zou het geheel m.i. nooit kunnen werken als alle vonkbruggen identiek zijn; immers, de onderste condensator zal altijd verder geladen zijn dan de bovenste, dus de elke volgende vonkbrug zou verder verwijderd zijn van zijn ontsteekspanning. Vooral als de generator spontaan ontsteekt zou dat een probleem zijn; als de onderste vonkbrug een triggered spark gap is, zou je langer kunnen wachten, tot alle condensators helemaal opgeladen zijn.

Alsnog zou het zinvol kunnen zijn om de bovenste vonkbruggen kleiner te maken; als ze veel groter zijn dan nodig, verlies je daar ook meer spanning, terwijl die bovenste trappen toch al steeds minder bijdragen aan de totale spanning.

Even een vraagje of zomaar een idee; zou het helpen om de vonkbrug te triggeren met stoom (waterstof/zuurstof), waardoor een betere geleiding ontstaat.
Zout water is een goede elektrische geleider, gedemineraliseerd water is geen goede geleider.
Maar dit onder hoge temperaturen te laten koken bevat het geen zout.

Dat is exact de reden dat ik schrijf:

Een vonkbrug ziet bijvoorbeeld een andere vonkbrug doorslaan en daardoor wordt zijn doorslagspanning lager.

Er is nog een ander effect waar ik niemand over hoor. Vanuit mijn geschiedenisboekjes weet ik dat de heer H. Hertz zat te spelen met vonken en vonkbrugontvangers.
Een marx-generator bestaat uit veel identieke elementen. Als gevolg daarvan maken alle vonkbruggen deel uit van allemaal identieke vonkbrugontvangers, die dus allemaal op nagenoeg dezelfde frequentie staan afgestemd. Als eentje gaat dan gaan alle andere vonkbruggen met deze meeresoneren en slaan ongeveer tegelijk door.
Of slaat nu mijn fantasie op hol?

Op 1 november 2021 23:18:22 schreef Martin V:
Even een vraagje of zomaar een idee; zou het helpen om de vonkbrug te triggeren met stoom (waterstof/zuurstof), waardoor een betere geleiding ontstaat.
Zout water is een goede elektrische geleider, gedemineraliseerd water is geen goede geleider.
Maar dit onder hoge temperaturen te laten koken bevat het geen zout.

Wat is de doorslagspanning van 1 atm stoom?
Als de lucht eenmaal doorgeslagen is dan heb je te maken met de houdspanning. Hoe laag is die van lucht en van stoom?

[Bericht gewijzigd door ohm pi op (30%)]

Op 1 november 2021 19:34:56 schreef ohm pi:
Men zegt dat de over de tweede vonkbrug (bijna) tweemaal de doorslagspanning staat als de eerste vonkbrug doorgeslagen is.
Hoe kan dat?
Volgens mij staat over de tweede vonkbrug altijd minder dan éénmaal de doorslagspanning als de eerste vonkbrug doorgeslagen is.

Waar zit mijn denkfout?

De bovenkant van alle condenstoren wordt met 10kV opgetild tov aarde en staat dus 20kV tov aarde.

dat oplichten van 10kV naar 20kV gebeurt niet ogenblikkelijk. alle onderdelen hebben een zekere capaciteit (zelfs een stuk draad in de ruimte)-hoe weinig ook- . via de hoogohmige weerstanden komt die sprong dus met enige vertraging, intussen ontsteekt de volgende gap reeds. en het UV licht van de eerste vonk helpt blijkbaar ook. (dat heb ik hier net zelf gelezen :-) )

Dat het werkt komt hoogstwaarschijnlijk door parasitaire capaciteiten, maar andere effecten zijn zeker niet uitgesloten. Nergens staat vermeld dat de tweede vonkbrug doorslaat op parasitaire effecten. Er wordt alleen maar een 'magische' spanningsverdubbeling genoemd. Om de tweede vonkbrug door te laten slaan hoeft de spanning ook niet verdubbeld te worden. Een beetje meer spanning is genoeg en dan kan een paar geladen parasitaire capaciteiten van enkele picofarads net genoeg zijn. Zeker als UV-licht en radiogolven ook hun steentje bijdragen.

Op 1 november 2021 19:34:56 schreef ohm pi:
De bovenkant van alle condenstoren wordt met 10kV opgetild tov aarde en staat dus 20kV tov aarde. De spanning over de tweede vonkbrug was eerst 10kV - 0V = 10kV en na ontsteken wordt de spanning over de tweede vonkbrug 20kV - 10kV = 10kV. De spanning over de tweede vonkbrug wijzigt niet door het ontsteken van de eerste vonkbrug.

Als je naar de laatste vonkbrug kijkt, zie je meteen waar je denkfout ligt.
Stel, er zijn vijf condensatoren, geladen tot 10 kV; en vijf vonkbruggen Zie het plaatje; stel je voor dat de drie stipjes slechts een vonkbrug voorstellen.
Als de eerste brug doorslaat, zeg je, gaan de onderkanten van condensatoren 2 t/m 5 met 10 kV omhoog. Dat zou betekenen dat de spanning over de laatste vonkbrug opeens verdubbelt naar 20 kV, waardoor hij onmiddellijk zou doorslaan.
De vraag is nu echter: waarom wordt alleen over dié brug de spanning hoger, en blijft hij bij alle andere bruggen constant? Alle vonkbruggen zijn gelijk!

De bewering dat bij de andere de spanning constant blijft, is dan ook onjuist.
Het is beter, te zeggen: de vijf condensatoren, met in totaal 50 kV erover, verdeelden die 50 kV over eerst 5 vonkbruggen, en nu - nadat de eerste doorgeslagen is - over nog maar 4. De spanning per brug gaat dus van 10 kV omhoog naar 12,5 kV.
Na de tweede doorslag wordt de spanning 16,7 kV, dan 25 kV, en tenslotte 50 kV - voor zover niet lang voor die tijd de overige bruggen al gaan meedoen.

De pdf die ik hierboven linkte legt het op blz. 6 uit .

Deze denkfout is ook de grondslag van veel paradoxen en puzzeltjes over netwerken met schakelaars, of met (ook weer) geladen condensatoren.

In het geval van de Marx is de eenvoudigste fysische verklaring, dat de spanning zich evenredig over de niet doorgeslagen bruggen wil verdelen, omdat hun capaciteiten vrijwel gelijk zijn. Het is daarvoor niet nodig dat die capaciteiten groot zijn!

Op 1 november 2021 14:14:32 schreef SparkyGSX:

GD heeft blijkbaar nog nooit van UV triggered spark gaps gehoord, wat helemaal niet zo ongebruikelijk is voor het snel schakelen van hoge spanningen (enkel kV en hoger). Ik heb het laatst nog gezien bij een spark chamber muonen detector.

Ik had al met teslacoils gerommeld vermoedelijk voor jij geboren was.

Je doet alsof zo'n ding gemeengoed is. Heb jij echt een muondetector van dichtbij gezien of op National Geographic?

Volgens mij moet het werken met diacs. Desnoods neem je voor de eerste dan een triac. Maar dan natuurlijk als onhandige manier om van 12V 60V te maken. Ik dacht meteen aan diegene die laatst een telefoonbel in zn auto wilde plaatsen. :-)

Kom, dit is gewoon een schooljongetje die met simpele middelen wat vonken wil trekken. Ik vind dat in deze tijd van technische vooruitgang waar ongeloofelijk veelte weten valt de leraars vééél te lang stilstaan bij oubollige fysicaproeven van 200 jaar geleden.
Natuurlijk omdat ze spectaculair zijn en de leerlingen die les tenminste niet van verveling in slaap vallen.
Een Marxgenerator om van 12V rechtstreeks enkele kV te maken is gewoon onzin. Er zijn genoeg betere oplossingen als het ventje tenminste eindelijk eens wil verduidelijken wat hij precies wil.

Misschien wachten tot het onweert en een vlieger of een ballonetje oplaten aan een koperdraad. Aarding niet vergeten én een ALS van minstens 300mA!! :-)