شبیه سازی مولد مارکس تکرارپذیر برای تولید پالس های پرتوان

این مقاله به شبیه سازی عددی یک مولد مارکس تکرارپذیر با قابلیت تولید پالس های ولتاژ باال (تا ۰۰۸ کیلوولت) و نرخ تکرار ۰۸ هرتز در محیط متلب می پردازد. ژنراتورهای مارکس به عنوان منابع پالسی پرقدرت، نقش کلیدی در تولید پرتوهای الکترونی قوی برای کاربردهایی مانند منابع مایکروویو پرقدرت (HPM) ایفا می کنند. سیستم های مرسوم نظیر ترانسفورماتورهای تسال یا ژنراتورهای مارکس معمولی، به دلیل حجم زیاد، انرژی مصرفی باال و محدودیت در عملکرد تکراری، کارایی الزم را در شرایط عملیاتی پیچیده ندارند. در این مقاله، طراحی و توسعه یک ژنراتور مارکس فشرده که با هدف تولید ولتاژ ۰۰۵ کیلوولت و جریان ۸ کیلوآمپر برای تحریک منابع HPM بهینه سازی شده است. این سیستم از هشت مرحله دوقطبی (۶۱ مرحله تک قطبی) با خازن های ذخیره سازی انرژی پلی پروپیلنی استفاده می کند که امکان تحمل وارونگی ولتاژ تا ۰۵٪ را فراهم می سازد. کاهش اندوکتانس سری از طریق طراحی فشرده، به کارگیری الکترودهای کم فاصله و خازن های کم القا، و همچنین استفاده از مدار راه انداز مبتنی بر ترانسفورماتور پالسی ۰۳ کیلوولتی، بهبود چشمگیری در عملکرد تکراری و انتقال انرژی ایجاد کرده است. هدف اصلی، تحلیل رفتار دینامیکی سیستم تحت شرایط مختلف بار و بهینه سازی پارامترهای کلیدی نظیر القاوری سری، ظرفیت خازن و امپدانس بار است. با استفاده از مدل سازی مدار معادل مولد مارکس و حل معادلات دیفرانسیل به روش ODE۴۵، پاسخ گذرای سیستم در دو حالت دمپ بحرانی (۰Z=۲LZ۰=۲ZLZ) و دمپ کم (۰Z=LZ۰=ZLZ) بررسی شد. نتایج نشان داد که در حالت دمپ کم، جریان خروجی به ۸ کیلوآمپر افزایش می یابد، اما همراه با بازتاب ولتاژ تا ۰۳٪ است. در مقابل، در دمپ بحرانی، ولتاژ خروجی به ۰۴۵ کیلوولت (۶.۳۷٪ ولتاژ ارکشن) با پهنای پالس ۵۶ نانوثانیه و حداقل نویز دست یافت. بهینه سازی فاصله الکترودهای اسپارک گپ و جایگزینی خازن های سرامیکی با پلی پروپیلن، القاوری سری را ۵۱٪ کاهش داد و پهنای پالس را به ۰۶ نانوثانیه بهبود بخشید. شبیه سازی در نرخ تکرار ۰۸ هرتز، تغییرات ولتاژ کمتر از ۵٪ را نشان داد که بیانگر پایداری سیستم در کاربردهای عملی است. این مطالعه گامی موثر در جهت توسعه مولدهای مارکس فشرده با کارایی باال برای منابع مایکروویو پرقدرت (HPM) محسوب می شود و امکان جایگزینی آزمایش های پرهزینه با شبیه سازی های دقیق عددی را فراهم می کند. این پژوهش گامی مهم در توسعه سیستم های پالسی فشرده و کارآمد برای کاربردهای HPM محسوب می شود.

کلیدواژه ها:

مولد مارکس تکرارپذیر ، پالس های پرتوان ، تحلیل امپدانس بار ، بهینه سازی القاوری سری