Ртутный выпрямитель

При уменьшении напряжения источника электрической энергии, подключенного к стабилизатору, в цепи уменьшается сила тока. Соответственно увеличивается сопротивление стабилитрона и вновь напряжение на его зажимах остается неизменным, а напряжение на ограничительном сопротивлении уменьшается.

Таким образом, при нормальном режиме работы стабилитрона путем изменения силы тока автоматически поддерживается неиз­менное напряжение на нагрузке, подключенной  к  его  зажимам.

Стабилитрон также стабилизирует напряжение на нагрузке при изменении величины этой нагрузки, т. е. силы тока в ней. Основными показателями, по которым выбираются стабилитроны, явля­ются: напряжение стабилизации, напряжение зажигания, наиболь­ший и наименьший токи.

Напряжение стабилизации несколько меньше напряжения за­жигания (в пределах от единиц до нескольких десятков вольт). Так, стабилитрон типа СГ4С рассчитан на стабилизируемое напря­жение в 150 в. Наименьший ток его 5 ма, наибольший ток 30 ма.

§ 146. ТИРАТРОН

В различных уставах автоматики большое распространение получил управляемый ионный пробор – тиратрон.

Тиратрон представляет собой триод, наполненный смесью инертных газов. В стеклянном баллоне тиратрона помещаются анод, катод и управляющий электрод – сетка. Катод нагревается

электрическим током. На анод подается положительное напряже­ние, на сетку — отрицательное напряжение, удерживающее (за­пирающее) электроны в промежутке катод-сетка.

Сетка тиратрона в отличие от сетки триода не позволяет изме­нять силу анодного тока. Вследствие наличия газа в колбе тира­трона его с помощью сетки можно лишь отпереть — зажечь, но нельзя погасить. После  зажигания  тиратрона  сетка  теряет  свое управляющее свойство.

Допустим, что на сетку тиратрона (рис. 202, в) через потенцио­метр Пс подан большой отрицательный потенциал, а анод имеет по отношению к катоду положительный потенциал. Электрическое поле сетки будет препятствовать  движению  электронов  к  аноду.

Постепенное уменьшение запирающего отрицательного напря­жения на сетке (путем перемещения движка потенциометра вправо) приведет к появлению небольшого тока в цепи анода тиратрона. При дальнейшем уменьшении этого напряжения боль­шое количество электронов с высокой скоростью будут двигаться к аноду. На своем пути они станут ионизировать атомы газа. Движение ионов газа, в свою очередь, ускоряется электрическим полем анода и катода, при столкновениях с нейтральными атомами они образуют новые ионы в еще большем количестве. Такая ла­винообразная ионизация сопровождается скачкообразным нара­станием силы анодного тока и зажиганием тиратрона.

Для ограничения силы тока в цепь анода включают ограничи­тельное сопротивление.

С момента зажигания тиратрона и возникновения электриче­ского разряда в нем сетка теряет свое управляющее свойство. Это связано с тем, что отрицательный заряд сетки оказывается окру­женным оболочкой из положительных ионов, которые нейтрали­зуют его действие.

Прекращение разряда в тиратроне можно осуществить снятием анодного напряжения. За время, которое длится до 1 мсек, в лам­пе происходит процесс рекомбинации, после чего сетка вновь при­обретает управляющее действие.

В цепи сетки тиратрона образуется сеточный ток /с, который является нежелательным. Этот ток создается электронами и поло­жительно заряженными ионами. При положительном напряжении на сетке она притягивает к себе электроны и в ее цепи появляется электронный ток.

При отрицательном напряжении на сетке к ней притягивается некоторое количество положительных ионов и в цепи сетки возни­кает ионный сеточный ток. Так как ионы имеют большую, чем элек­троны, массу, то они менее подвижны и поэтому ионный ток в цепи сетки меньше электронного сеточного тока.

Для ограничения бесполезного сеточного тока в ее цепь включают ограничительное сопротивление.

В практике применяют разнообразные марки тиратронов. Они отличаются: напряжением накала, напряжением возникновения электрического разряда, наибольшим отрицательным запирающим напряжением сетки, током накала, средним током анода, временем разогрева катода, сопротивлением в цепи сетки и размерами.

Так, тиратрон ТГ 1-2,5/4 с оксидным катодом прямого накала имеет следующие основные данные: среднее значение тока анода 2,5 а, напряжение накала 5 в, напряжение возникновения электри­ческого разряда 140 в, наибольшее отрицательное напряжение сетки 100 в, ток накала 142 а, время разогрева 1 мин, сопротивление в цепи сетки 0,001—0,1 Мом.

§ 147. РТУТНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

Работа ртутного выпрямителя основана на использовании авто4 электронной эмиссии и ионизации газа паров ртути.

Ртутные выпрямители делятся на стеклянные и металлические.

Стеклянный однофазный ртутный выпрямитель (рис. 203) имеет колбу из молибденового стекла, из которой выкачан воздух. В колбу впаяны два стальных или графитных электрода А1 и А2 которые являются главными анодами выпрямителя. Нижняя часть колбы заполнена ртутью, которая служит като­дом выпрямителя. В ртути помещается металлический стержень, впаянный в стекло. Рядом с ним в колбу впаян стеклян­ный отросток, в котором также находится ртуть. Здесь размещается анод зажигания A3.

Аноды А1 и А2 соединены с концами вторичной обмотки основного трансфор­матора Тр0. К катоду К подключают на­грузку. Провод, идущий от нагрузки, со­единяют через дроссель Др со средней точкой О вторичной обмотки трансформатора Тр0.

Чтобы ртутный выпрямитель осущест­влял выпрямление переменного тока, его необходимо возбудить. Для этого вклю­чают рубильники P1 и Р2 и подают пере­менное напряжение на основной Тр0 и вспомогательный Трв трансформаторы. Затем создают условия для того, чтобы ртуть катода соединялась с ртутью анода зажигания А3. При этом под действием напряжения вторичной обмотки вспомогательного трансформатора Трв электрический ток проходит через рубильники Р2, сопротивление R, анод зажигания А3 и катод К.

Когда колбу возвращают в первоначальное положение, контакт между ртутью, окружающей катод К, и анодом зажигания А3 раз­рывается, и в этом месте образуется электрическая дуга, а на ртути катода появляется небольшое сильно нагретое светлое ка­тодное пятно. Это пятно является местом испарения ртути.

Вместе с тем вблизи поверхности ртути создается электриче­ское поле столь высокой напряженности, что оно вырывает свобод­ные электроны с этой поверхности. Это так называемая автоэлек­тронная (или электростатическая) эмиссия. Электроны, освобож­денные на катоде, летят к тому из анодов, который в данный момент имеет положительный потенциал по отношению к катоду (рис. 204). На своем пути электроны сталкиваются с молекулами паров ртути и ионизируют их, т. е. отделяют от них электроны, превращая эти молекулы в положительные ионы. Ударяющие в катод положи­тельные ионы поддерживают температуру катодного пятна.

Нетрудно понять, что дуга в колбе выпрямителя представляет собой поток быстро движущихся электронов от катода к аноду и относительно медленно движущихся (из-за своей большой массы) положительных ионов ртути в обратном направлении.

Когда на аноде вследствие изменения напряжения на концах вто­ричной обмотки трансформатора изменяется потенциал (вместо по-

положительного созда­ется отрицательный), дуга в колбе перебра­сывается к тому из ано­дов, который в данный момент имеет положи­тельный потенциал, и таким образом соеди­няет поочередно катод с каждым из анодов. Дуга выполняет функ­цию практически без и­нерционного переклю­чателя, соединяющего нагрузку то с одной, то с другой половиной об­мотки трансформатора.

Пусть в течение одного полупериода (см. рис. 203) напряжение, подаваемое со вторичной обмотки трансформатора Тр0 на аноде колбы, имеет положительное значение на аноде А1 и отрицательное на аноде А2. Тогда ток пройдет от точки 1 вторичной обмотки транс­форматора через анод А1, катод, нагрузку (в направлении, указан­ном стрелкой), дроссель, среднюю точку вторичной обмотки и правую половину этой обмотки к минусу (точка 2). Через анод А2, имеющий отрицательный потенциал, ток протекать не будет.

В течение второго полупериода полярность напряжения на ано­дах колбы изменится. Тогда ток пройдет от точки 2 вторичной об­мотки трансформатора Тр0, через анод А2, катод, нагрузку, дрос­сель, среднюю точку вторичной обмотки и левую половину этой обмотки к плюсу (точка 1). В следующие полупериоды процесс повторится и направление выпрямленного тока в нагрузке оста­нется неизменным. Такой ртутный выпрямитель осуществляет двухполупериодное выпрямление переменного тока.

Стеклянные ртутные выпрямители изготовляют на различные напряжения (до 15 000 в) и разные токи.

При выпрямлении переменного тока большой мощности в ртут­ных выпрямителях выделяется значительное количество тепла. Поэтому вместо хрупких и непрочных стеклянных колб у мощных выпрямителей применены металлические.

Главные детали металлического ртутного выпрямителя: аноды,  катоды, анод зажигания и др. — имеют то же назначение, что и в стеклянном выпрямителе. Этот выпрямитель включается в схему также через два трансформатора — основной и вспомогательный.

Металлический  выпрямитель  оборудован  водяным  охлаждением. Металлические выпрямители изготовляют большой мощности на высокие напряжения и различные токи. Они питаются от трех­фазной сети, поэтому являются многофазными.