馬克思發(fā)生器原理圖

馬克思發(fā)生器是通過低壓直流電源產(chǎn)生高壓脈沖，通過電容并聯(lián)充電再串聯(lián)放電的高壓裝置，該結構由Erwin Otto Marx于1924年提出，它能模仿雷電及操作過電壓等過程。所以經(jīng)常用于絕緣沖擊耐壓及介質沖擊擊穿、放電等高能物理試驗中。例如，模擬雷電對電力線齒輪和航空設備的影響。

如圖1所示。圖中C為級電容，它們由充電電阻R 并聯(lián)起來，通過整流回路T-D-r充電到V。此時，因保護電阻r 一般比R約大10倍，它不僅保護了整流設備，而且還能保證各級電容充電比較均勻。在第1級中g0為點火球隙，由點火脈沖起動；其他各級中g為中間球隙，它們調整在g0起動后逐個動作。這些球隙在回路中起控制開關的作用，當它們都動作后，所有級電容C就通過各級的波頭電阻Rf串聯(lián)起來，并向負荷電容C0充電。此時，串聯(lián)后的總電容為C/n，總電壓為nV。n為發(fā)生器回路的級數(shù)。

由于C0較小，很快就充滿電，隨后它將與級電容C一起通過各級的波尾電阻Rt放電。這樣，在負荷電容C0上就形成一很高電壓的短暫脈沖波形的沖擊電壓。在此短暫的期間內，因充電電阻R遠大于Rf和Rt，因而它們起著各級之間隔離電阻的作用。沖擊電壓發(fā)生器利用多級電容器并聯(lián)充電、串聯(lián)放電來產(chǎn)生所需的電壓，其波形可由改變Rf和Rt的阻值進行調整，幅值由充電電壓V 來調節(jié)，極性可通過倒換硅堆D兩極來改變。

圖中C1為主電容，又稱沖擊電容，它相當于各級串聯(lián)后的總電容，即;C2為負荷電容，即C2=C0，它包括調波電容、試品電容、測量設備（分壓器）電容及聯(lián)線等寄生電容;G代表控制放電的球隙;Rf和Rt分別為波頭電阻和波尾電阻，它們相當于各級rf和rt的總和，即Rf=nrf，Rt=nrt；U1為充電電壓，它相當于各級串聯(lián)后的總電壓，即U1=nV；U2為輸出電壓，即所需的沖擊電壓。此等值電路相當于單級沖擊電壓發(fā)生器的電路。根據(jù)電路分析，輸出電壓U2（t）為一雙指數(shù)函數(shù)τ1》》τ。

半峰值時間T2≈0.69Rt（C1+C2）。

效率沖擊電壓發(fā)生器輸出電壓幅值V2m與充電電壓пV 之比稱作發(fā)生器的效率η，即

η=（V2m /nV）×100%

。對雷電沖擊波，η一般約80%；對操作沖擊波，η有時僅60%。

沖擊電壓波形參數(shù)T1（Tcr）、T2及發(fā)生器效率η與回路結構和參數(shù)有關，均需通過實際調試進行調整和確定。對于電力變壓器等帶有繞組的電力設備，通常還要求做雷電沖擊截波試驗。沖擊電壓發(fā)生器外接一截斷間隙即可產(chǎn)生沖擊截波。標準雷電截波是標準雷電沖擊波經(jīng)過2～5μs截斷的波形。

沖擊電壓發(fā)生器是高電壓試驗室的基本試驗設備之一。中國已建的沖擊電壓發(fā)生器最高額定電壓為6MV，有個別國家高達10MV 。