> Техника, страница 96 > Выпрямители

Выпрямители

Выпрямители. И о н н ы/й выпрямитель с накаленным катодом, или газотрон, является промежуточным звеном между ртутным выпрямителем (смотрите) с жидким катодом и кенотроном (смотрите). Ртутный В. с жидким катодом является вакуумным прибором с неограниченной эмиссией. Увеличение рабочего тока вызывает лишь соответственное увеличение катодного пятна и сопровождается более интенсивным испарением ртути в катода. Вследствие этого жидкий катод всегда работает в атмосфере паров, насыщающих пространство, и всякое изменение £°, будь то от увеличения нагрузки или от внешнего нагрева, сопровождается весьма большими колебаниями давления паров. Так например, при изменении t° прибора с 40 до 80° давление увеличивается от 5 до 100 β.

Это обстоятельство весьма вредно отзывается на обратном зажигании В., во избежание чего приходится прибегать к искусственному охлаждению прибора с таким расчетом, чтобы его t° не превышала 50°. Этого недостатка лишен чисто вакуумный В. с накаленным катодом—кенотрон, но наличие у его катода пространственного заряда и связанного с ним большого падения напряжения заставляет отказаться от его применения при выпрямлении больших мощностей. Газотрон, с одной стороны, имеет накаленный катод, что ставит предел его току эмиссии, с другой стороны, перенос тока в нем происходит не только электронами, но и ионами, образующимися вследствие расщепления нейтральных атомов газа, небольшое количество которого введено в баллон. Обычно в эвакуированный сосуд вводят несколько капель ртути. Присутствие ртутных паров обеспечивает нейтрализацию пространственного заряда у катода, а ограниченное их количество позволяет катоду работать при отсутствии их насыщения, а следовательно и при мало изменяющемся с темп-рой давлении, т. к. для паров, не насыщающих пространство, имеет место равенство

pv=RT.

Для нормальной работы газотрона должен быть соблюдены определенные условия.

Как известно, при значительном падении напряжения между анодом и катодом ионы, движущиеся к катоду, получают настолько большую скорость, что удары их о катод не являются упругими, а сопровождаются полной отдачей запаса кинетическ. энергии. Это явление вызывает разрушение катода и обусловливает его недолговечность. Методом борьбы с разрушением катода может служить уменьшение скорости ионов или, что то же, уменьшение падения напряжения до величины, при которой запас кинетич. энергии ионов не велик и процесс переноса тока не сопровождается интенсивной рдировкой катода. Как показал опыт, критич. падением напряжения, после которого начинается разрушение катода, для паров ртути является величина 22 V. Для других газов она колеблется _fв пределах 20—25 V. Ниже критич. падения В.’ будет работать безупречно, а выше весьма скоро выйдет из строя. Условие малого падения напряжения м. б. соблюдено при наличии такого давления паров ртути, которое для паров, насыщающих пространство, соответствует £°, большей 15°. При этом катод должен быть накален полностью, чтобы обеспечить нужное для прохождения тока количество электронов. Благодаря работе обоих электродов газотрона при малом давлении возможно даже при высоких напряжениях сильно их сблизить, чем свести к ничтожной величине падение в положительном столбе. Отсутствие на пути от анода к катоду вблизи них поверхностей, могущих получить заряды, снижает до минимума зажигательный потенциал. Катод газотрона обычно делается из никелевой спирали, покрытой окисью какого-нибудь щелочно-земельного металла. Такая конструкция катода обеспечивает большую активную поверхность при малой теплоотдаче, что благоприятно сказывается на количестве энергии, затрачиваемой на накал. Обычно на 1 А тока эмиссии приходится ок. 20 W, поглощаемых катодом. Спираль катода располагается в баллоне так. обр., что ее ребра обращены к аноду, благодаря чему сильно уменьшается поверхность, подвергающаяся разрушению. В качестве анода для’ больших газотронов применяется уголь в виде полушара, а для малых — металлич. диск. Баллон газотрона обычно делается из молибденового стекла. Он имеет форму шара в области расположения электродов и двух цилиндров, где сделаны вводы. Нижний цилиндр, занимающий место иод катодом, имеет большие размеры. Темп-pa его при работе много меньше t° шаровой поверхности, вследствие чего излишние пары ртути конденсируются на его стенках. Т. о. нижний цилиндр служит как бы регулятором давления. Шаровая поверхность отделяется от цилиндрической слюдяной перегородкой. Последняя служит ширмой, создающей ди-намич. сопротивление движению паров, почему в области анод-катод пары не насыщают пространство, а в холодной цилиндрич. части они могут его и насыщать. В виду простоты конструкции газотрона производство их в массовом масштабе м. б. осуществлено машинным способом.

Каждый единичный газотрон имеет один анод и рассчитан на выпрямление одной фазы переменного тока. Данные о работе трех выпрямительных устройств одинаковой мощности на кенотронах, газотронах и ртутных В. приведены в таблице.

Работа трех выпрямительных устройств на кенотронах, газотронах и ртутных В.

Число колб	Система выпрямителя	Выпрямленные			Падение напряже ния в колбах, У	Потери (в V) на		Отдача в %
		V	А	kW		накал	паде ние
6	Кенотрон.	15000	12	180	1 560	6,9	18.7	87,5
6	Газотрон.	15 000	12	180	15	1,8	0,36	98,8
2	Ртутный выпрями
	тель.	15 000	12	180	25	0,4	0,6	99,4

камера

К преимуществам газотрона можно отнести:

1) малые габариты колбы, 2) отсутствие искусственной вентиляции, 3) портативность, 4) возможность машинной фабрикации, 5) малый зажигательный потенциал, 6) высокую отдачу; а к недостаткам: 1) необходимость предварительного прогрева колбы и катода, почему ^р£зо-трон не м. б. мгновенно включен на заботу,

2) невозможность изготовления мцшюфазных колб, 3) чувствительность к колебаниям напряжения в цепи накала. Обычно газотрон применяется при выпрямлении высоких напряжений.

Ионный В. с добавочным воз· буждейием дуги выс/окой частотой (В. системы Маркса) состоит из двух идентичных, обычно медных; электродов, помещенных в специальную камеру. Между электродами устанавливается такое расстояние, что приложенное к ним переменное напряжение, подлежащее выпрямлению, не в состоянии его пробить. Возникновение дуги обусловливается приложением в течение времени, соответствующего полу периоду выпрямляемого напряжения, к тем же электродам добавочного напряжения высокой частоты. Тушение дуги к началу перехода выпрямляемого напряжения через нуль производится воздушным и магнитным дутьем. Т. о. получается искусственная ионизация промежутка между электродами в течение одного полупериода с дальнейшим прекращением ее в течение второго полупериода. Схематически камера с помещенными в нее электродами показана на фигуре 1. Электрод на рабочей поверхности имеет кольцеобразную выпуклость А с последующей впадиной,оканчивающейся в центре электрода сначала узким, а затем расширяющимся отверстием В. Дуга, возникшая первоначально между выступами электродов, сдувается воздухом к центру впадины, чем и обусловливается ее потухание. Электроды охлаждаются проточной водой. Магнитное дутье заставляет дугу перемещаться по электроду, чем достигается равномерный его износ. Давление воздуха в камере колеблется 0,5—2 atm в зависимости от величины выпрямляемого напряжения. Потребное для магнитного дутья поле создается магнитодвижущей силой в 1 500—2 000 ампервитков. Для наилучшего прохождения магнитных силовых линий вся нерабочая часть электрода делается железной. Чрезмерно сильно увеличивать расстояние между электродами нельзя, так как в этом случае дуга становится негомогенной, появляется много линий рассеяния и В. теряет способность выдерживать обратные напряжения. Обыкновенно расстояние это берется в пределах 0,5—3 сантиметров в зависимости от не личины выпрямляемого напряжения. Скорость деионизации промежутка между электродами сильно зависит от их формы. Принципиальная схема включения

В. сист. Маркса на одной фазе представлена на фигуре 2. Здесь Т_г — главный силовой трансформатор, шунтированный емкостью, обеспечивающей прохождение тока высокой частоты, К — камера с рабочими электродами, L₂ — вторичная обмотка трансформатора зажигания, В_г — сопротивление нагрузки, также шунтированное емкостью. Остальная часть схемы относится к возбуждению колебаний высокой частоты: Т 2 — вспомогательный маломощный трансфор

Фигура 1.

первичная обмотка

Фигура 2

возможна веадммовение контурах C_lt L_x F име-высокой часто-трансформато-

матор высокого напряжения, V — кенотронный В., С_я —емкость значительной величины, являющаяся аккумулятором энергии постоянного тока, R₂ — сопротивление, через которое конденсатор С_я может отдавать свой заряд конденсатору С_г малцй емкости, трансформатора высокой частоты и F— искровой разрядник, приводимый во вращение синхронным мотором. Когда контакты разрядника находятся в положении, при котором между ними дуги, в ют место затухающие колебания ты, производящие при помощи pa Lι^2 зажигание дуги в камере главных электродов. В. системы Маркса может работать при весьма высоких напряжениях, исчисляемых сотнями kV, и выпрямлять то и порядка тысяч А, то есть способен преобразовывать колоссальные мощности.

Ртутноструйный В. сист. Гартмана является механич. В. вибрационного типа. В нем колеблющейся системой является ртутная струя. Принцип действия В. поясняет фигура 3. Из ме-таллическ. резервуара N течет сплошная струя ртути. Она проходит между полюсами электромагнита F, создающего постоянное магнитное поле. Направляясь вниз, струя касается промежуточного электрода К. К резервуару N с одной стороны и электроду К— с другой приложено переменное напряжение, под влиянием которого через ртутную струю проходит сильный переменный ток. Последний, взаимодействуя с постоянным магнитным полем, заставляет ртутную струю колебаться. По мере удаления от резервуара амплитуда колебаний струи возрастает. Подлежащее выпрямлению напряжение от силового трансформатора подводится к главным электродам К₁ и К₂, между к-рыми расположен прерывающий струю вольфрамовый нож Р. Электрод К служит плюсом выпрямленного тока. Синхронно с напряжением струя перекидывается то на электрод К_г то на электрод АГ₂, чем и до“ стигается выпрямление. Во избежание окисления режущего ножа Р и ртути камера, где помещены электроды, наполняется водородом с избыточным давлением в 5—10 см. При больших мощностях для разрезания дуги обычно ставится пять ножей, чем обеспечивается безупречная коммутация. В. системы Гартмана обладает весьма ценным свойством. Благодаря применению в качестве токопровода жидкой ртутной струи па-денйе напряжения в неМ очень мало (при 5 000 А оно составляет всего 0,4 V), что благоприятно отзывается на его кпд. В. сист. Гартмана строятся на напряжение до 500 V. Область их применения— химич. промсть, где нужны большие силы токов при малых напряжениях.

Об ионном В. с управляющей сеткой (тиратрон) см. Ионный преобразователь.

Лит.: Вологдин В., Выпрямители, М.—Л., 1932; ГюнтершульцеА., Электрич. выпрямители и вентили, пер. с нем., М.—Л., 1932; Белявский А., Механич. выпрямители, М.—Л., 1933; М а г х A., Licht-hogen-Stromrichter fiir sehr liohe Spannungen und Lei-stungen, Berlin, 1932: Hull A., Hot Cathode Thyratr ns, «General Electric Review», v. 32, New York, 1929, 4 и 7, Μ. M. Спвцын»

Фигура 3.