158. Стеклянные ртутные выпрямители

Вентиль представляет собой устройство, имеющее малое сопротивление для тока прямого направления и большое сопротивление для тока обратного направления.

Ртутные выпрямители бывают стеклянные, металлические и стеклянно-металлнческие.

Рассмотрим устройство стеклянного ртутного выпрямителя и рабочий процесс в нем. В стеклянный сосуд 1 (фиг. 313) налита ртуть 2. Сверху впаян угольный электрод 3. Воздух из сосуда выкачан и сосуд запаян.

Если присоединить аккумуляторную батарею 4 так, чтобы положительный полюс батареи был соединен с угольным электродом (анодом), а отрицательный полюс батареи был соединен с другим электродом — ртутью (катодом), то между анодом и катодом возникнет электрическое поле.

Даже при комнатной температуре ртуть испаряется с поверхности катода и пары ее заполняют сосуд. Если при помощи специального устройства возбудить в сосуде дуговой разряд, то с поверхности ртути, так называемого катодного нлн светлого пятна, начнут вылетать электроны, которые под действием электрического поля будут двигаться по направлению к аноду. На пути своего движения электроны ударяются о нейтральные молекулы паров ртути. Происходит ионизация толчком, в результате чего образуются положительные н отрицательные ноны.

Ионизация паров ртути сопровождается появлением в сосуде ртутного выпрямителя интенсивного свечения фиолетового цвета.

В цепи начнет проходить электрический ток. Электроны совместно с отрицательными ионами ртути двигаются к аноду. В то же время положительные ноны, притягивающиеся катодом, ударяются о поверхность ртутн, образуя вышеупомянутое раскаленное катодное пятно. Электрическое поле, образованное положительными зарядами ионов, способствует вырыванию электронов с поверхности ртути и образованию потока электронов.

Ртутные пары, соприкасаясь с холодными стенками стеклянного сосуда, конденсируются в капли ртуги, которые стекают вниз.

Если пересоединить аккумуляторную батарею так, чтобы к угольному электроду 3 был присоединен минус батареи, а к ртутному электроду 2 — плюс батареи, то при тех же условиях (наличие светлого пятна на катоде) ток в цепи проходить не сможет. Сосуд с ртутью, включенный в цепь переменного токи, сможет пропускать ток только в одном направлении и преобразует переменный ток в пульсирующий.

На фиг. 314 представлена кривая однофазного переменного тока. Если каждая верхняя полуволна синусоиды будет соответствовать направлению тока от холодного электрода к нагретому, то ток в цепн будет проходить только в соответствующие этой полуволне моменты времени. Каждая отрицательная полуволна синусоиды окажется срезанной, и ток в цепи в соответствующие этой полуволне моменты времени проходить не будет. Таким образом, в цепн будет иметь место пульсирующий ток.

Во избежание перерыва тока однофазные ртутные выпрямители устраиваются с двумя анодами. На фиг. 315 представлена схема включения двуханодного ртутного выпрямителя в цепь однофазного переменного тока. Такие выпрямители изготовляются на ток до 50А и напряжение до 500 В. Из стеклянной колбы 1 откачан воздух и пространство заполнено парами ртути при давлении от 0,001 до 0,05 мм рт. ст. В нижней части стеклянной колбы помещается жидкая ртуть, внутрь которой входит молибденовый стержень 2, впаянный в стекло колбы. Два графитовых анода 3 расположены в стеклянных отростках — рогах колбы. Для зажигания дуги устраивается дополнительный анод 4 с небольшим количеством ртути.

При пуске ртутного выпрямителя нажимают кнопку в цепи зажигания и стеклянную колбу выпрямителя наклоняют в сторону так, чтобы ртуть анода зажигания 4 соединилась со ртутью катода 2. При возвращении колбы в первоначальное положение происходит разрыв ртути и в месте разрыва возникает электрическая дуга, основанием которой на ртути катода и является вышеупомянутое светлое пятно. Электроны, вылетая с поверхности катодного пятна, устремляются к главным анодам. Включая сопротивление потребителя к катоду колбы выпрямителя (плюс внешней сети) и к нулевой точке трансформатора 5 (минус внешней сети), лолучнм выпрямленный ток.

Стрелками показано направление этого тока: сплошными — при положительной полуволне переменного тока, пунктирными — при отрицательной полуволне.

Из фиг. 316, а видно, что в определенные моменты времени выпрямленный ток становится равным нулю. В эти моменты дуга в ртутном выпрямителе может погаснуть и ее придется

зажигать снова. Для сглаживания пульсаций тока в цепь выпрямителя включают катушку индуктивности со сталью. На фиг. 316, б показана кривая выпрямленного тока в цепи с катушкой.

При высокой температуре анода он начнет также испускать электроны н выпрямитель будет пропускать обе полуволны синусоиды переменного тока. Это явление называется обратным зажиганием. Оно может произойти при плохом охлаждении выпрямителя, перегрузке, при наличии посторонних газов в колбе. Обратное зажигание сопровождается коротким замыканием вторичной обмотки питающего трансформатора. Для защиты от действий короткого замыкания устанавливаются специальные быстродействующие автоматы, которые при появлении обратного зажигания отключают выпрямитель.

Для выпрямления токов высокого напряжения служат выпрямители, аноды которых устраиваются в высоких стеклянных отростках. Высоковольтные выпрямители изготовляют на 3000, 10 000 В и другие напряжения.

При резком уменьшении или прекращении тока в цепи электрическая дуга в колбе может погаснуть и ее нужно зажигать вновь. Во избежание этого применяют выпрямители с независи-

мым возбуждением. На фиг. 317 показано устройство колбы стеклянного ртутного выпрямители с независимым возбуждением. Аноды независимого возбуждения (число которых обычно равно двум) получают питание от отдельного трансформатора. Их назначение состоит в том, чтобы поддержать электрическую дугу при резком уменьшении или полном прекращении выпрямленного тока.

Низковольтные ртутные выпрямители от 20 А, а также высоковольтные выпрямители устраиваются с искусственным охлаждением при помощи электрического вентилятора.

Для преобразования трехфазного переменного тока в постоянный ток служат трехфазные ртутные выпрямители (фиг. 318). Главные аноды выпрямителя получают питание от трехфазного трансформатора. Нулевая точка трансформатора является отрицательным полюсом сети постоянного тока. Катод колбы выпрямителя является положительным полюсом сети достоянного тока. Аноды независимого возбуждения питаются от отдельного трансформатора ТВЗ через дроссели L₁ и L₂. Сопротивление служит для ограничения тока в цепи зажигания. Электрический вентилятор для охлаждения колбы включается одновременно с трансформатором.

При выпрямлении трехфазного тока кривые выпрямленного гока перекрывают друг друга н пульсации тока становятся мень-

ше, чем при работе в сети однофазного тока (фиг. 319). Катушка индуктивности в этом случае применяется лишь для сглаживания пульсаций выпрямленного тока.

Обозначение типа ртутного выпрямителя состоит из букв и цифр. Буква В обозначает выпрямительную колбу; цифра перед буквой В показывает число рабочих анодов колбы. Буква Н указывает на наличие независимого возбуждения. Цифра, стоящая после букв, указывает максимально допустимый выпрямленный ток в амперах.

В высоковольтных выпрямителях после тока указывается величина рабочего выпрямленного напряжения в вольтах.

Примеры: 2В-12 — колба ртутного выпрямителя с двумя рабочими анодами на 12 А выпрямленного тока.

4В-6 — колба ртутного выпрямителя с четырьмя рабочими анодами на 6 А выпрямленного тока.

ЗВН-6-10 000— колба ртутного выпрямителя с тремя рабочими анодами, с независимым возбуждением на 6 А выпрямленного тока при предельном рабочем напряжении в 10 000 В.

Ртутные выпрямители нмеюг малое падение напряжения в дуге. В зависимости от конструкции оно колеблется в пределах от 16 до 25 В. Вследствие малого падения напряжения ртутные выпрямители имеют высокий к. п. д. (до 86%).

Стеклянные ртутные выпрямители применяются для зарядки аккумуляторных батарей, питания дуговых фонарей для киноаппаратов, силовой и осветительной сети постоянного тока, для целей электролиза, для питания оперативных цепей постоянного тока электрической аппаратуры и т. д.