Игнитрон

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Устройство игнитрона: (1) Анод, (2) Катод, (3) Поджигающий электрод, (4) Ртуть, (5) Изоляторы, (6) Охлаждающая жидкость

Рту́тный выпрями́тель, игнитро́н (от лат. ignis — огонь и электрон) — одноанодный ионный прибор с ртутным катодом и управляемым дуговым разрядом. Применяется в качестве электрического вентиля в мощных выпрямительных устройствах, электроприводах, электросварочных устройствах, тяговых и выпрямительных подстанциях и т. п.[1] со средней силой тока в сотни ампер и выпрямленным напряжением до 5 кВ[2].

Для игнитрона характерно незначительное падение напряжения и высокий КПД (98—99 %)[2].

Устройство и принцип действия[править | править код]

Металлический корпус игнитрона служит выводом катода. Воздух из корпуса откачивается. Непосредственно катодом является ртуть, налитая на дно корпуса, а её пары заполняют внутреннее пространство игнитрона. Через изолятор пропущен вольфрамовый ввод с поджигающим электродом[2] из карбида бора. Острие поджигающего электрода опущено в ртуть, но не смачивается ею, из-за чего под действием импульса тока амплитудой до нескольких десятков ампер и длительностью несколько десятков микросекунд между катодом и поджигающим электродом ртуть испаряется, ток прерывается и возникает дуговой разряд, образуя так называемое катодное пятно. С катодного пятна начинается термоэлектронная эмиссия. Если на основном (или, в некоторых моделях, небольшом вспомогательном) аноде есть положительное относительно катода напряжение, то электроны приходят в движение к аноду, разгоняются и производят ударную ионизацию атомов ртути в парах ртути в катод-анодном пространстве. Игнитрон наполняется плазмой и между анодом и катодом зажигается дуга основного разряда и течёт прямой ток. При уменьшении напряжения на аноде дуга гаснет и игнитрон запирается. Чтобы снова отпереть его, необходимо при положительном напряжении на аноде подать вновь поджигающий импульс. Изменяя момент зажигания относительно начала полупериода можно управлять углом отсечки импульсов выпрямленного анодного тока от 180° до 90° и регулировать таким образом среднее значение выпрямленного тока.

Прямое падение напряжения на игнитроне сравнительно невелико и составляет 15—20 В. С учётом величины прямого тока в сотни ампер, абсолютные тепловые потери, тем не менее, исчисляются единицами киловатт, и игнитроны требуют интенсивного охлаждения, как правило, жидкостного: металлический корпус их заключается в рубашку, по которой циркулирует вода или антифриз.

Обратное зажигание[править | править код]

Схема и эпюры напряжений двуплечего выпрямителя со средней точкой. Игнитроны условно показаны в виде диодов.

Как правило, игнитроны применяются в двухполупериодных двуплечих выпрямителях, в которых амплитуда обратного напряжения вдвое больше амплитуды импульсов выпрямленного напряжения. Если на аноде игнитрона сконденсируется ртуть, может произойти т. н. «обратное зажигание». Когда анод находится под отрицательным потенциалом относительно катода, на капле сконденсировавшейся ртути на аноде возможно образование катодного пятна и зажигание дуги. Игнитрон приобретает обратную проводимость, вся вторичная обмотка трансформатора оказывается замкнута на него накоротко, и ток короткого замыкания может вывести из строя как игнитрон, так и трансформатор.

Для борьбы с обратным зажиганием используются специальные конструктивные решения: графитовые сетки и металлические кольца, не допускающие попадания и накопления ртути на аноде, а также быстродействующие электронные схемы защиты.

Недостатки[править | править код]

  • Игнитрон содержит ртуть, которая при его работе сильно нагревается. При разрушении корпуса игнитрона велик риск загрязнения окружающей среды ртутью и отравления людей и животных.
  • Для работы игнитрона необходим источник достаточно мощных импульсов зажигания.
  • Необходимы устройства, следящие за направлением тока в цепи и отключающие игнитроны при обратном зажигании.
  • Потери в игнитронах выше, чем в кремниевых диодах и тиристорах.
  • Игнитроны могут использоваться только в одном положении — анодом кверху и не допускают сильных толчков при которых ртуть плещется внутри корпуса и при этом повышается риск обратного зажигания.
  • Игнитроны критичны к температуре среды. Например, на электровозах ВЛ60 с игнитронными выпрямителями не разрешалось пускать выпрямители в действие при температуре охлаждающей жидкости ниже +25 и выше +38° С.

История создания[править | править код]

Впервые в мире ртутный выпрямитель был сконструирован русским учёным-изобретателем Валентином Петровичем Вологдиным (1881—1953)[3]. Работы над его созданием были начаты ещё до Первой мировой войны и завершены успешными испытаниями в 1922 г. Первые игнитроны Вологдина имели мощность до 10 кВт при напряжении выпрямленного тока более 3,5 кВ[4]. Они были надежны в работе и стали широко применяться в установках на мощных радиотелефонных и радиотелеграфных станциях, которые выпускала Нижегородская радиолаборатория. Сконструированный В. П. Вологдиным и его сотрудниками ртутный выпрямитель вскоре стал одним из основных источников питания советских ламповых радиостанций и получил высокую оценку за рубежом. Советские выпрямительные установки экспортировались в ряд стран, а отдельные экземпляры выпрямительных колб были поставлены в Голландию, Францию и Германию[5].

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. Игнитрон // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
  2. 1 2 3 Бензарь В. К. Словарь-справочник по электротехнике, промышленной электронике и автоматике. — Мн.: Вышэйшая школа, 1985. — С. 54. — 176 с. — 20 000 экз.
  3. Российский государственный архив научно-технической документации (РГАНТД), Самарский филиал.
  4. Вологдин, Валентин Петрович: биография.
  5. Вологдин Валентин Петрович, создает первые в мире высоковольтные ртутные выпрямители. Разработал с токами высокой частоты - СССР - Впервые в мире - Статьи - Славные имена. slavnyeimena.ru. Дата обращения 26 января 2019.

Литература[править | править код]

  • Бензарь В. К. Словарь-справочник по электротехнике, промышленной электронике и автоматике. — Мн.: Вышэйшая школа, 1985. — С. 54. — 176 с. — 20 000 экз.