Topik Khusus I: Pembangkit Marx

2.23 Topik Khusus I: Pembangkit Marx

Perahatikan rangkaian parallel tiga kapasitor sejenis seperti pada Gambar 2.45. Rangkaian tiga kapasitor tersebut dihubungkan dengan sumber tegangan V. Akibatnya tiap kapasitor menyimpan muatan Q = CV. Kemudian hubungan masing-masing kapasitor dengan sumber tegangan diputus. Tiap kapasitor tidak dihubungkan dengan rangkaian lainnya sehingga muatan tetap bertahan dalam kapasitor. Akibatnya tegangan kapasitor tetap V (asumsi tidak ada muatan yang bocor). Pada kondisi ini, tiap kapasitor dapat dipandang sebagai sebuah sumber tegangan dengan tegangan V. Jika kemudian tiga kapasitor dihibungkan secara seri maka seolah-olah kita menghubungkan secara seri tiga buah baterei di mana satu baterei memiliki potensial V. Akibatnnya potensial total yang dihasilkan menjadi 3V. Jadi, tiga kapasitor yang semua dirangkaian secara paralel dan dihubungkan dengan sumber tegangan yang sama, lalu secara tiba-tiba hubungan dengan sumber tegangan diputus dan kapasitor dihubungkan secara seri maka kita akan dapatkan poetsnal baru yang nilainya beberapa kali potensial yang dihasilkan sumber semula. Inilah prinsip kerja Pembangkit Marx (Marx generator).

V V 3V

Gambar 2.45 (kiri) Kapasitor dihubungkan secara paralel pada sebuah sumber tegangan. (b) Hubungan parallel kapasitor diputus secara bersamaan dan secara bersaman pula dihubungan secara seri. Akibatnya dihasilkan tegangan yang sangat tinggi yang nilainya sama dengan jumlag regangan semua kapasitor saat dihubungkan secara parallel.

Pembangkit Marx adalah rangaian yang menghasilkan pulsa potensial listik sangat besar dari sumber potensial listrik yang kecil. Prinsipnya adalam memberi muatan kepada banyak kapasitor yang disusun secara paralel. Pemberian muatan tersebut dilakukan dengan menggunakan sumber tegangan yang kecil hingga kapasitor terisi penuh muatan sebesar Q = CV. Jika hubungan antara semua kapasitor dengan sumber tegangan tiba-tiba diputus maka tiap kapasitor mempertahankan muatannya sehingga satu kapasitor berperialku sebagai sebuah sumber tegangan dengan tegangan V = Q/C. Kemudian semua kapasitor secara seri dihubungkan secara serentak. Akibatnya kita mendapatkan sumber tegangan secara seri di mana tiap sumber memiliki tegangan V. Jika ternapat n kaapsitor maka tegangan yang kita dapatkan menjadi nV. Jadi, kita dapat memperbesar tegangan dengan menggunakan kapasitor benayak mungkin. Gambar 2.46 adalah llustrasi pembangkit Marx

Gambar 2.46 Rangkaian pembangkit Marx. (atas) swith diatur sehingga semua kapasitor berada dalam hubungan seri. (bawah) switch dipindahkan secara bersamaan sehingga semua kaapsitor tersusun secara parallel.

Perhatikan Gambar 2.46. Gambar atas proses pengisian kapasitor. Semua saklar dibuka sehingga semua kaapsitor terhubung secara parallel. Gambar bawah adalah ketika semua saklar tiba-tiba ditutup. Akibatnya semua resistor menjadi tidak berfungsi dan semua kapasitor tersusun secara seri. Pada outrpu diperoleh tegangan yang sangat besar. Secara teori tegangan yang diperoleh di output adalah nV in . Namun ini adalah kondisi ideal. Tegangan yang diperoleh lebih kecil dari itu, tetapi tetap jauh lebih bear daripada V in jika n sangat besar.

Gambar 2.47 Pembangkit Marx yang digunakan untuk mengetes komponen transmisi tegangan tinggi yang berada di TU Dresden, Jerman (en.wikipedia.org)

Gambar 2.47 adalah contoh pembangkir Marx yang ada di TU Dresden, Jerman. Alat ini digunakan untuk mengetes peralatan yang akan dipasang pada saluran tegangan tinggi. Sebelum dipasang ke saluran tegangan tinggi maka kemampuan alat tersebut ditest dulu di laboratorium menggunakan sumber tegangan tinggi. Dan salah satu sumber tegangan tinggi yang digunakan untuk mengetes adalah pembangkit Marx.