Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_10930
.pdf
длительное время работы дуги, чтобы получить максимальную отдачу от данного выпрямительного
устройства. С этой целью было применено и усовершенствовано тройное двухфазное трансформаторное
соединение, включающее подходящий многофазный межфазный трансформатор, как описано ниже для
использования с данным устройством.
В одном из вариантов изобретения используется вакуумный контейнер, который практически полностью
состоит из металла, причем все части этого металла находятся в электрическом контакте друг с другом, катод
расположен в кварцевом или другом изолирующем катодном гнезде, расположенном на дне контейнера, а
основной анод сформирован на верхней стенке контейнера.
Плоский выпрямитель необходимо особенно тщательно защищать от соединений ртути, которые,
по-видимому, представляют собой оксиды или нитриды ртути, или, возможно, от органических соединений,
которые нестабильны и могут распадаться с произвольной периодичностью, вызывая образование локальных
газовых скоплений, снижающих изоляционные свойства дугообразующего пространства в периоды отсутствия
дугового разряда и приводящих к обратным вспышкам. Именно по этой причине аноды предпочтительно не
охлаждать ниже примерно 800 или 1000 °C, поскольку эти нестабильные соединения ртути, по-видимому, не
образуются, если температура поддерживается выше указанных пределов.
Поэтому в данном выпрямителе необходимо приложить особые усилия для тщательной обработки устройства
перед использованием и обеспечить герметичный контейнер, чтобы азот и кислород не попадали внутрь с
момента включения выпрямителя, что могло бы изменить напряжение постоянного тока или, если оно
фиксировано, мощность подаваемого постоянного тока.
На рис. 2 представлена схема цепей и аппаратуры, демонстрирующая еще один из предпочтительных типов
выпрямителей, используемых в аппаратуре больших размеров, со специальным инверторным подключением
для подачи трехфазного питания переменной частоты от линии постоянного тока.
На фиг. 3 представлена схема, иллюстрирующая применение изобретения к устройству, вызывающему
дуговой разряд, отличному от выпрямителя или инвертора, в данном случае — в качестве грозозащитного
устройства.
На рис. 4 представлен вид сверху выпрямительной конструкции, несколько похожей на показанную на рис. 2.
На рис. 5 представлена схематическая иллюстрация цепей и аппаратуры, демонстрирующая
модифицированную конструкцию выпрямителя, а также модифицированную конструкцию устройства для
управления точкой в цикле, в которой работают различные устройства, обеспечивающие включение питания.
На рис. 6 представлена схематическая иллюстрация схем и устройств, в которых питаемые элементы
обеспечиваются с помощью вращающегося коммутатора, приводимого в движение синхронным двигателем,
питаемым от системы переменного тока.
На рис. 7 представлена схема цепей и устройств, демонстрирующих конструкцию с двойным катодом, в
которой один или другой катод может быть задействован путем подачи питания на один или другой из двух
устройств, обеспечивающих его работу либо в качестве выпрямителя, либо в качестве инвертора; в данной
модификации показана конструкция в стеклянном корпусе.
На рис. 8 представлена схематическая иллюстрация цепей и аппаратуры, демонстрирующая другую
конструкцию в стеклянном корпусе, в которой используется основной графитовый анод, экранированный
вывод анода и экран, расположенный в дугогасительном пространстве между основным графитовым анодом
и катодом.
На рис. 9 представлена схематическая иллюстрация применения устройства поддержания работоспособности
в традиционной конструкции ртутно-дугового выпрямителя, имеющего множество анодов и один катод в
вакуумированном контейнере.
Рисунки 10–17 представляют собой пояснительные диаграммы, на которые далее будут ссылаться.
На рис. 1 показана выпрямительная система, использующая шесть выпрямительных устройств, все
аналогичной конструкции, но для простоты подробно показано только одно из них, остальные пять
обозначены схематически, при этом подразумевается, что их конструкция идентична конструкции первого
упомянутого устройства. Представленная здесь конструкция является предпочтительной для небольших
устройств с номинальной мощностью от 100 до 500 ампер, хотя данная конструкция не ограничивается
какой-либо конкретной мощностью. Чтобы дать представление об огромной компактности, достигнутой
благодаря этой конструкции, можно отметить, что поперечный разрез на рис. 1 представляет собой
конструкцию устройства, рассчитанного на ток 100 ампер при напряжении постоянного тока 600 вольт,
обеспечивающего такую замечательную выходную мощность при конструкции, в которой диаметр
дугогасительной камеры составляет приблизительно три дюйма (76 мм). Это лишь предварительная
конструкция, которая может быть улучшена за счет дальнейших модификаций по мере накопления опыта, так
что в конечном итоге можно будет получить мощность в 150 или 80 ампер при тех же габаритах.
Как показано на рисунке 1, данный конкретный вариант исполнения представляет собой герметично закрытый
вакуумный контейнер 1, состоящий 85 практически полностью из металла, например, железа, причем все
части указанного металла находятся в электрическом контакте друг с другом. Катод 2 из ртути или другого
испаряемого и легко конденсирующегося материала расположен под углом 90 в чаше или емкости 3 из кварца
или другого изоляционного материала, расположенной на дне резервуара 1. Кварцевая или другая изоляция
между ртутным катодом и резервуаром должна быть такого типа, который нелегко забивается грязью или
частицами ртути, и с этой целью она предпочтительно увенчана стальным защитным кольцом 4, которое
предотвращает попадание ртути на часть ее поверхности. 100 Для удобства изготовления металлический
резервуар обычно состоит из нескольких частей, которые можно изготовить отдельно, а затем собрать и
сварить вместе. Как показано на чертеже, этот резервуар состоит из чашеобразного основания 5, в котором
размещены катодный разъем 3 и защитное кольцо 4.
К верхней части этого базового участка 5 приварен основной железный анод 6, имеющий плоское дно 110,
расположенный на расстоянии порядка дюйма (25 мм) от поверхности ртутного катода, причем это расстояние
является минимальным, соответствующим ограничениям конструкции, и отнюдь не настолько малым, чтобы
существовал риск образования проводящего мостика между основным анодом и катодом из-за
перемешивания жидкой ртути во время работы устройства. 120 На верхней части основного анода 6
расположена водяная рубашка 7, окруженная воздухоохлаждаемым водяным конденсатором S, который
получает пар из водяной рубашки, конденсирует его и возвращает обратно в водяную рубашку, поддерживая
тем самым температуру анода чуть выше 100 °C в зависимости от давления пара, которое создается в
конденсаторе. Это давление ограничивается срабатывающим устройством безопасности и напряжением,
подаваемым на него для получения этого тока.
В 1970 году было рассмотрено несколько теорий, пытавшихся объяснить работу карборундового стержня или
другого устройства, приводящего в действие, и в настоящее время предпочтительной является следующая
теория, которая предлагается предварительно, без какого-либо желания ограничивать изобретение
какой-либо конкретной теорией работы. Если между верхней частью стержня и ртутью приложить
положительный потенциал, то через стержень к ртути потечет ток. При работе с твердым расплавленным
металлом или стержнем с не очень малым поперечным сечением необходимо использовать материал,
удельное сопротивление которого превышает 10² Ом на кубический сантиметр, что, возможно, как минимум
в 100 раз больше удельного сопротивления ртути. С теоретической точки зрения, сопротивление ртути в
первую очередь будет пренебрежено. 90 Фактический поток тока будет следовать линиям, обозначенным
цифрой 20 на схематическом рисунке на рис. 10. На рис. 10 также показаны эквипотенциальные линии 21. В
этих условиях плотность тока вдоль поверхности стержня под уровнем ртути будет увеличиваться от
основания стержня до точки выхода стержня из ртути, обозначенной цифрой 22, в которой плотность тока
становится бесконечной, согласно математической теории, если предположить, что стержень и ртуть
идеально непрерывны, то есть если не учитывать фактическую атомную структуру.
Аналогично, градиент напряжения 105 вдоль поверхности стержня становится бесконечным по мере
приближения к месту соединения с ртутью сверху.
Математически градиент вдоль поверхности стержня вблизи ртутного контакта будет приблизительно
определяться формулой {T 00o/, где d — диаметр или толщина ртути, X00 — градиент вдоль стержня на
большом расстоянии от ртути, а y — расстояние от ртутного контакта до точки на поверхности стержня, в
которой определяется градиент.
Поскольку можно ожидать, что приведенная выше формула применима вплоть до атомных расстояний, то
есть до значения y = 10¹⁰ сантиметров, видно, что при напряженности X0O порядка 100 вольт на сантиметр
градиент на расстоянии одного атома от ртутного контакта будет порядка 125 × 10⁶ вольт на сантиметр.
Ряд исследователей продемонстрировал, что градиента напряжения в 166 вольт на сантиметр достаточно
для извлечения электронов из материала. Следовательно, целесообразно установить клапан 9 (130) на
значение, соответствующее температуре, скажем, 200 °C, или другой заранее установленной максимальной
температуре.
Основной анод 6, составляющий верхнюю часть резервуара, снабжен центральным отверстием, в котором
герметично запечатан изолятор любого подходящего типа, показанный на фиг. 1 в виде стеклянного элемента
10, который герметизирован стеклянным уплотнением 11 с никелированным медным кольцом 12, нижний
конец которого припаян к трубке, приваренной к основному аноду 6, вокруг центрального отверстия. В
стеклянном или другом изоляторе 10 герметично запечатан вольфрамовый катодный вывод 13, который
проходит по центру устройства и контактирует с ртутным катодом 2, и анодный вывод 14, поддерживающий
проводящую трубку 15, нижний конец которой заканчивается трубчатым никелевым держателем 16 для
трубчатого стержня 17, изготовленного из плохо проводящего материала, такого как формованный карборунд
с глинистым связующим или другим связующим, которое не выделяет газов при более низких условиях
эксплуатации, или другого плохо проводящего материала, который не разрушается при рабочих условиях,
например, кристалл карборунда, материал нити Тернста, ферросилиций, галенит и, вероятно, другие
подобные материалы.
Этот элемент 17, обеспечивающий постоянное напряжение, неподвижно закреплен таким образом, что его
нижний конец погружен в катод 2 из жидкой ртути и остается погруженным в течение всего периода
эксплуатации. Его опорная трубка 15 изолирована от расположенного по центру катодного вывода 13 с
помощью кварцевой или другой изолирующей трубки 18, и предпочтительно она также экранирована снаружи
с помощью более крупной кварцевой или другой изолирующей трубки 19, окружающей ее, как показано на
рисунке 1.
Сопротивление стержня 17, погруженного в ртуть, должно быть таким, чтобы градиент напряжения около 100
вольт на дюйм (25 мм) или более вдоль стержня не пропускал чрезмерно большой ток. Если стержень должен
иметь обычные размеры, а не представлять собой очень тонкую пленку, то для его изготовления потребуется
материал с удельным сопротивлением более 10² Ом на кубический сантиметр. В то же время его удельное
сопротивление не должно быть слишком высоким, поскольку, как будет объяснено далее, при работе
активирующего стержня на ртути образуется дуга с катодом и на мгновение с анодом на стороне
активирующего стержня. Чтобы этот кратковременный ток протекал в сторону 60 стержня без чрезмерного
напряжения, удельное сопротивление не должно быть слишком высоким. Как правило, удельное
сопротивление менее 10+5 Ом на кубический сантиметр будет достаточно низким для этой цели. Изменение
удельного сопротивления, как правило, влечет за собой изменение тока, при котором происходит зажигание
418,920. Предположим, что электроны будут вытягиваться из поверхности ртути вблизи соединения стержня,
и что там может зародиться катод дуги, причем ток этой дуги сначала течет к боковой поверхности стержня, а
затем к все более высоким точкам на поверхности стержня по мере того, как газовое пространство становится
все более ионизированным, в конечном итоге замыкая стержень и достигая металлического держателя
стержня.
Таким образом, дуга возникнет, если на стержень приложить напряжение, создающее средний градиент вдоль
него порядка 102 вольт на сантиметр, и эта дуга перекроет стержень, если напряжение будет достаточным
для протекания значительного тока со стороны стержня в начальной дуге. Если приложенного напряжения
недостаточно для этой последней цели, дуга не соединит стержень, а будет выглядеть как крошечная искра в
месте соединения ртути и стержня.
Согласно предложенной теории, удельное сопротивление стержня должно быть таким, чтобы допускать
приложение градиента порядка 100 вольт на сантиметр вдоль него без протекания чрезмерного тока. Если
ток, протекающий через стержень, должен быть ограничен порядками десяти ампер, то сопротивление
стержня на сантиметр длины должно составлять порядка десяти Ом. Использование специальных методов
возбуждения, таких как конденсаторные разряды, иногда позволяет применять более высокие токи для
зажигания дуги на стержне. При использовании таких методов можно получать кратковременные
возбуждающие токи силой 1000 ампер или даже 10 000 ампер.
При таких токах сопротивление стержня на единицу длины может составлять всего лишь порядка 10² Ом.
Согласно предложенной теории, также необходимо, чтобы в зарождающейся дуге в ртутном контакте
протекал достаточный ток, чтобы он быстро распространялся вдоль стержня и перекрывал его. Если
сопротивление на единицу длины стержня слишком велико, то для этой цели потребуется чрезмерное
напряжение, и по этой причине установлен верхний предел в 105 Ом на сантиметр длины стержня.
Хотя приведенная здесь теория применима к простому стержню, очевидно, что можно вносить изменения в
его форму или использовать комбинации полностью изолирующих материалов с проводящими материалами
для достижения цели создания стержня.
Таким образом, устройство согласно настоящему изобретению обеспечивает средства для запуска дуги на
поверхности проводника путем создания очень высокого локального градиента для ее возникновения и
обеспечения протекания достаточного тока в этой зарождающейся дуге для обеспечения ее быстрого роста.
Было обнаружено, что при использовании твердого формованного карборундового стержня, состоящего
примерно из 70% карборунда и 30% глинистого связующего, а также некоторого количества сажи, с удельным
сопротивлением около 2 Ом на кубический сантиметр, при диаметре стержня около четверти дюйма (6,3 мм) и
длине около одной пятой дюйма (5 мм) между держателем и поверхностью ртути в нерабочем состоянии, на
стыке поверхности стержня и поверхности ртути образуется катодное пятно при токе 7 ампер, проходящем
через стержень, и напряжении 35 вольт.
Напряжение, необходимое для работы замыкающего стержня 80, предпочтительно получают из цепи
переменного тока, к которой подключено устройство, а также предпочтительно непосредственно от главного
анода устройства, в котором расположен замыкающий стержень 85. Как только в точке соединения
поверхности оживляемого дерна и поверхности ртути образуется катодное пятно, возникает дуга,
направленная от основного анода к ртутному бассейну. 90 В цепи, обеспечивающей поддержание
напряжения, последовательно включено достаточно мощное внешнее устройство, потребляющее
напряжение, чтобы оно немедленно погасло, поскольку оно не может работать параллельно с основной дугой,
напряжение которой на 95% меньше, чем общее напряжение цепи, обеспечивающей поддержание
напряжения. Таким образом, кратковременная дуга создается на основном катоде в начале периода искрения,
и в любое другое время дуга не возникает, поэтому в период отсутствия искрения в зону искрения нет
источника, подающего ионы или электроны.
Как указывалось ранее, это 105 является существенной особенностью изобретения, а именно, существенным
устранением обратных токов, которые обычно возникают в других пародуговых выпрямителях из-за ионов и
электронов, присутствующих в дуговом пространстве в периоды отсутствия дуги.
Хотя теория этого устройства для восстановления жизни была изложена с особым акцентом на ртутный катод,
очевидно, что материалом катода вовсе не обязательно должна быть ртуть, или даже жидкость. Ключевой
особенностью, по-видимому, является наличие достаточно высокого градиента потенциала в точке
соединения поверхности активируемого стержня и поверхности катода.
Фактически, устройство для подзарядки согласно изобретению работает очень хорошо при погружении в
латунный катод, что может быть достигнуто путем погружения стержня в расплавленную латунь и
затвердевания латуни вокруг одного из его концов. Зарядный стержень также будет работать, когда он
находится в непосредственном контакте с поверхностью латуни или другого материала 130 4118,920, и
каждая из этих обмоток соединена с двумя вторичными обмотками или с одной вторичной обмоткой, имеющей
средний отвод 32, при этом клеммы вторичных обмоток соединены с катодными выводами 70 13 двух
выпрямителей. Три средние точки 32 вторичных обмоток соединены с клеммами трехфазного межфазного
трансформатора 33, имеющего нейтральное соединение 34, которое 75 соединено с положительным
проводником цепи нагрузки постоянного тока 25.
В межфазном трансформаторе 33 обмотки расположены таким образом, чтобы уравновешивать поток
постоянного тока, сохраняя при этом токи в трех клеммных соединениях практически равными друг другу.
Как показано на рис. 1, это достигается путем намотки межфазного трансформатора на трехплечевой
намагничиваемый сердечник 35, причем на каждом плече находится одна обмотка 85.
На рис. 11 и 12 показаны типичные формы напряжения и тока одного из выпрямителей, подключенных к одной
из обмоток трансформатора, показанного на рис. 1. Толстая линия 90 (36) на рис. 11 показывает напряжение
между анодом и катодом одного выпрямителя.
Пунктирная линия 37 на том же рисунке показывает напряжение на обмотке трансформатора. На рис. 12
показан ток 95, входящий в анод выпрямителя. Когда ток достигает нуля в точке 39, напряжение на дуговом
пространстве внутри выпрямителя очень быстро изменяется от очень низкого положительного значения,
обозначенного точкой 100 на рис. 11, до отрицательного значения 41, таким образом, очень быстро подавая
отрицательное напряжение на главный анод.
Как показано на рис. 13, обратный ток, протекающий через дугогасящее пространство сразу после окончания
периода дугогасения, относительно высок; таким образом, согласно нашим теориям, это делает причины
обратного возгорания очень частыми.
Менее чем за сто микросекунд при низком давлении пара порядка одного микрона или за несколько сотен или
тысяч микросекунд при более высоком давлении пара порядка пятидесяти микрон дуговое пространство
приобретет способность выдерживать значительное напряжение с низкой вероятностью обратного
воспламенения из-за уменьшения обратного тока в материале, как показано на рис. 13. 120 Для
предотвращения пробоя в переходный период сразу после окончания дугового разряда желательно
обеспечить медленное нарастание отрицательного напряжения в соответствии с пунктирной кривой 42 на рис.
11 или какой-либо аналогичной кривой, чтобы напряжение на электроде не подавалось до тех пор, пока
электрод не потеряет большую часть своей ионизации. В этом случае, однако, электрод должен быть прочно
зафиксирован, чтобы его конец не отделился от катода, что быстро привело бы к перегоранию конца стержня.
Когда верхний конец стержня удерживается в латунном или другом твердом металлическом держателе,
напряжение, необходимое для пропускания достаточного тока через стержень для образования катодного
пятна на держателе, когда держатель имеет отрицательный заряд относительно ртутного катода, может быть
значительно больше, чем напряжение, необходимое для образования катодного пятна на ртути, когда ртуть
имеет отрицательный заряд относительно держателя. Это, вероятно, объясняется различиями в характере
контакта, а также характеристиками кипения и электронной эмиссии держателя. Эту разницу напряжений
можно еще больше увеличить, сделав конец стержня, находящийся в держателе, гораздо большего сечения,
чем тот, который погружается в ртуть, как будет показано в связи с рисунком 2. Можно полагать, что эта
разница в рабочих напряжениях замыкающего устройства приведет к его пробою только тогда, когда
держатель будет иметь положительный потенциал относительно ртути, и эта асимметрия может быть усилена
соответствующими средствами, как описано ниже в связи с рис. 2 и 8, но предпочтительно использовать
какое-либо вспомогательное выпрямительное устройство для подачи потенциала на замыкающее устройство
только во время положительных полупериодов переменного напряжения, подаваемого на него.
Падение напряжения во вспомогательном выпрямителе также помогает погасить компенсационную дугу сразу
после возникновения основной дуги.
На рис. 1 каждый активируемый стержень 17 получает питание от выпрямителя с горячим катодом 23,
подключенного к анодной шине 24. В конкретной системе, показанной на этом рисунке, основные аноды и
контуры всех шести выпрямителей объединены в общую шину 24, которая подключена к заземленному
отрицательному проводнику цепи нагрузки постоянного тока 25. Точка в цикле, в которой на активные стержни
поступает достаточный ток для инициирования дуг, может контролироваться любым подходящим способом,
схематически показанным на рисунке 1 в виде реостата 26, который подключен между основной анодной
шиной 24 и активной анодной шиной 27. Этот реостат 26 также может служить переключателем для
размыкания всех цепей включения, что приводит к прекращению работы всех выпрямителей.
На фиг. 1 показаны соединения переменного тока, включающие трехфазную линию питания 28, к которой
подключена дельта-образная первичная обмотка 29 трансформатора или трансформаторной группы,
имеющей тройную двухфазную вторичную обмотку 31. Таким образом, первичная обмотка 29 имеет три
обмотки, 418,920. Как показано на рис. 1, нарастание отрицательного напряжения на главном аноде
относительно главного катода, или, что то же самое, нарастание положительного напряжения на главном
катоде относительно главного анода, может быть отложено на любую желаемую величину путем
шунтирования каждого выпрямителя внешней цепью, включающей конденсатор 44 достаточного размера.
При использовании такой комбинации конденсатор необходимо зарядить до того, как можно будет подать
обратное напряжение на основной анод и катод, а время, необходимое для этой операции зарядки, будет
определяться индуктивностью, обычно присутствующей во внешних цепях выпрямительной дуги или цепи, и
сопротивлением цепи конденсатора.
Обычно небольшой отдельный резистор 45 подключается последовательно с конденсатором 44, что
желательно в любом случае для демпфирования цепи и предотвращения колебаний. В случае, если
реактивного сопротивления, последовательно соединенного с выпрямляющей дугой, недостаточно, может
быть использован небольшой внешний реактор 46, обладающий свойством насыщения при очень низком
токе, что обеспечивает очень низкое реактивное сопротивление для токов нормальной нагрузки в течение
периода дугового разряда.
В небольшом выпрямителе, показанном на рис. 1, для катода не предусмотрено специальное охлаждение,
поскольку потери в этом устройстве чрезвычайно низки, поэтому испарение ртути может быть достаточным
для поддержания достаточной температуры катода устройства, чтобы предотвратить возникновение разряда
между основным катодом и основным анодом в периоды отсутствия дугового разряда, поскольку такой
разряд, будучи обратным током, значительно увеличил бы вероятность обратного воспламенения.
Это будет легче понять, обратившись к рис. 14, на котором показано напряжение, при котором начнётся
разряд в неионизированном пространстве, заполненном парами ртути, в зависимости от произведения pd, где
p — давление пара в миллиметрах ртутного столба, а d — расстояние между электродами в сантиметрах.
Минимальное пусковое напряжение, составляющее примерно 470 вольт, достигается при произведении pd,
равном приблизительно 6. Нормальный рабочий диапазон выпрямителя — это когда произведение pd
составляет приблизительно единицу или меньше, так что пусковое напряжение равно 's'evera.,1 тысячи вольт.
Давление паров ртути, конечно же, зависит от температуры. Таким образом, необходимо поддерживать такие
температурные условия и использовать такие расстояния, чтобы предотвратить существенное превышение
произведением pd некоторого безопасного значения, например, единицы.
В случае больших размеров, таких как показано на рис. 2, обычно необходимо или желательно использовать
какие-либо эффективные средства охлаждения катода. В то же время крайне желательно использовать
какое-либо средство фиксации катодного пятна, которое имеет преимущество в значительном снижении
интенсивности катодного излучения, уменьшении турбулентности катода и ограничении количества
испаряемого пара. Эта новая функция, хотя и является значительным преимуществом в многоанодных
выпрямителях масляного типа, особенно желательна в выпрямителях, в которых анод практически полностью
закрывает катод и отстоит от него на расстояние, достаточное лишь для обеспечения механического зазора,
чтобы избежать разбрызгивания жидких мостиков через пространство между основным анодом и катодом.
Кроме того, крайне желательно, чтобы такие средства фиксации катодного пятна были очень тщательно
охлаждены.
В соответствии с только что изложенными принципами, устройство, показанное на рис.
2 Предусмотрено высокоэффективное средство охлаждения катода и средство фиксации катодного пятна под
углом 90 градусов с водяным охлаждением. Таким образом, под металлическим катодным резервуаром 48
расположена водяная рубашка 47, в которой размещено некоторое количество жидкой ртути 49 или другого
испаряемого, извлекаемого и 95 легко конденсируемого катодного материала. Охлаждающая среда, такая как
максимально холодная вода, поступает через впускную трубу 50 в центральный отсек 51 водяной рубашки,
откуда она 100 выводится через горизонтальные точечные охлаждающие трубы 52, радиально отходящие от
центра ртутного бассейна, так что верхние части труб находятся примерно на одном уровне с верхней
поверхностью 105 ртути, когда устройство не используется.
Вода отводится с внешних концов этих труб 52 для точечной фиксации в кольцевой отсек 53 водяной
рубашки, после чего она выводится через выходную трубу 54.
По меньшей мере верхние половины труб 52 для точечной фиксации покрыты гальваническим покрытием или
листом подходящего материала для точечной фиксации 55, который, если он выполнен в виде листа,
приваривается к трубе таким образом, чтобы обеспечить хороший тепловой контакт с ней, причем указанный
материал для точечной фиксации представляет собой молибден или вольфрам, или другой
нераспыляющийся материал, который смачивается ртутью и предотвращает 120 прогорание трубы в
результате воздействия.
Трубки 52 для фиксации пятна и охлаждения расположены достаточно близко друг к другу, так что расчетная
температура любой точки 125 поверхности ртути, за исключением катодного пятна, не может превышать
примерно 60 °C или, возможно, 80 °C, а предпочтительно она значительно ниже, возможно, до 50 °C или даже
меньше. Поскольку трубки 52, предназначенные для фиксации катода, расположены радиально, они
находятся на расстоянии друг от друга на внешних концах больше, чем на внутренних, и между их внешними
концами могут использоваться дополнительные средства охлаждения в виде сплошных металлических
выступов 56, приваренных к верхней части металлического катодного гнезда 48, как показано на разрезе на
рис. 2 и на плане на рис. 4.
Устройство, показанное на фиг. 2, представляет собой вакуумированный контейнер, имеющий дно, верх и
боковые стенки, причем дно образовано катодным приемником 48, описанным выше. Верхняя часть
образована основной анодной пластиной 57, а боковые стенки образованы изоляционным кольцом или
фарфоровой катодной втулкой 58, которая зажимается и герметично запаивается между катодным гнездом 48
и анодной пластиной 57 с использованием любого подходящего уплотнения, как указано на рисунке 59. Для
того чтобы изоляционное кольцо 58 лучше функционировало, не замыкаясь накоротко из-за жидкой ртути или
частиц грязи, его внутренняя стенка имеет гофрированную структуру, как показано на рисунке, а также
защищена кольцевым защитным кожухом или цилиндрической пароотводящей перегородкой 61, имеющей
перфорацию 62 в нижней части для возврата жидкой ртути в катодный бассейн.
Активная поверхность анода состоит из плоской нижней пластины 63 с полым выступом 64, который
выступает вниз от анодной пластины 57 и образует охлаждающую рубашку для анода; воздух или другая
подходящая охлаждающая среда подается через входную трубу 65 и отводится через выходную трубу 66.
Этот выступающий вниз выступ или охлаждающая рубашка анода в значительной степени заполняет
пространство внутри цилиндра перегородки 61, так что нижняя пластина или эффективная основная
поверхность анода 63 имеет практически тот же диаметр, что и верхняя поверхность ртутного катодного
бассейна 49. Расстояние между основным анодом и основным катодом в конкретной конструкции, показанной
на рис. 2, составляет одну целую и одну четвертую дюйма (31 мм).
Поскольку в конструкции, показанной на рис. 2, катод сильно охлаждается, давление пара поддерживается на
низком уровне с помощью системы охлаждения катода, поэтому нет необходимости полагаться на систему
охлаждения анода для этой цели. Следовательно, основной анод на рис. 2 может работать при более
высокой температуре, например, до 300 °C, и это желательно, вероятно, из-за его способности
предотвращать образование нитридов или других вредных веществ на поверхности анода.
Как показано на рис. 2, в качестве анода, обеспечивающего питание, используется короткий сплошной
стержень 67 из карборунда или другого ранее упомянутого материала, обеспечивающего питание, который
крепится к держателю 68 на нижнем конце стального опорного стержня 69, подвешенного к пластине 70, на
которой установлен анод, обеспечивающий питание.
Опорный стержень 69, обеспечивающий подачу напряжения, расположен по центру и проходит через
центральное отверстие 71 в основной анодной пластине 57. Анодная пластина 70, обеспечивающая питание,
отделена от основной анодной пластины 70 57 трубчатой фарфоровой прокладкой 72, которая надлежащим
образом герметизирована с обеими пластинами, как показано на рисунке 73. Как и во всех конструкциях
устройств для восстановления жизни, согласно данному изобретению, стержень 67, предназначенный для
восстановления жизни, простирается достаточно глубоко (75) в ртутный бассейн (49), чтобы обеспечить
постоянный контакт с ртутью, иначе его работа была бы неисправна, и он быстро бы сгорел.
На рис. 2 верхний конец карборундового стержня 67, используемого для подзарядки, увеличен, как показано
на рис. 74, чтобы увеличить отрицательное напряжение, необходимое для формирования катодного пятна на
держателе 68, без влияния на формирование катодного пятна 85 на ртути, когда анод, используемый для
подзарядки, положителен. Этот эффект на держателе достигается за счет увеличенного поперечного сечения
и, следовательно, более низкого сопротивления стержня, используемого для подзарядки, на его верхнем
конце 90.
Центральное отверстие 71 в основной анодной пластине 57 имеет большие размеры, что облегчает отвод
газов из внутренней части контейнера. Это осуществляется посредством насосного соединения 75, которое
закреплено на верхнем фланце 76, отделенном от пластины анода 70, обеспечивающей подачу питания,
другим трубчатым фарфоровым разделителем 77, который также надлежащим образом герметизирован с
двумя пластинами сверху и снизу, как показано на рисунке 78.
Хотя в конструкции, показанной на рис. 2, это, вероятно, не совсем необходимо, предусмотрен трубчатый
защитный кожух или экран 781 105, свисающий с пластины подающего анода 70 и простирающийся вниз
внутри отверстия 71 в основной анодной пластине 57, причем диаметр этого трубчатого защитного кожуха
значительно больше диаметра стержня подающего анода 69 110. В верхней части этого трубчатого защитного
кожуха предусмотрена водяная рубашка 79, которая обеспечивает конденсацию всех паров ртути до того, как
они достигнут насосного соединения. Подходящая охлаждающая жидкость 115 подается в водяную рубашку
79 через входные и выходные трубы 80 и 81.
Для защиты уплотнений 59 в верхней и нижней частях изоляционного кольца 58 120 между основной анодной
пластиной 57 и стальным катодным приемником 48 предпочтительно предусматривать водяные каналы 82 в
основной анодной пластине и в катодном приемнике как можно ближе к уплотнениям, чтобы предотвратить
перегрев уплотнений, поскольку эти уплотнения расположены в самой горячей части контейнера.
На рис. 2 показана инверторная система, использующая шесть устройств, подобных описанному выше, для
передачи мощности от цепи источника постоянного тока 83 к трехфазной цепи нагрузки 84. Схема
подключения тройного двухфазного трансформатора показана так же, как на рис. 1, с некоторыми
незначительными изменениями.
Клеммы шестифазной обмотки трансформатора 85 подключены к основным анодам 57, а не к катодам, как
показано на рис. 1.
Три нейтральные точки вторичной обмотки главного трансформатора 85 на рис. 2 соединены с
трансформатором типа 86, который ранее никогда не использовался в качестве межфазного трансформатора
и который имеет преимущества в использовании только двух обмоток вместо трех, а также в использовании
только двух сердечников вместо трех, как в межфазном трансформаторе типа «звезда», описанном далее в
связи с рис. 5.
Трехфазный межфазный трансформатор 86 на рис. 2 состоит из двух отдельных однофазных
автотрансформаторных сердечников, имеющих обмотки 87 и 88, соединенных соответственно по хорошо
известной схеме Скотта. То есть одна обмотка 87 короче другой, имеет в 0,866 раза больше витков, чем
другая обмотка 88, и соединена со средней точкой 881 более длинной обмотки. Нейтральный отвод 89
подключен к короткой обмотке 87 в точке, расположенной на расстоянии -3- от клеммы 881, являющейся
средней точкой отвода.
Если постоянные токи на трех клеммах описанного выше трехфазного межфазного трансформатора 86,
соединенного по схеме Скотта, уравновешиваются, то намагниченности постоянного тока нейтрализуют друг
друга, что показывает пригодность соединения трансформатора Скотта для использования в качестве
межфазного трансформатора, что является новым направлением его применения. Таким образом, в более
длинной обмотке 88 равные постоянные токи текут в противоположных направлениях в двух половинах. В
короткой обмотке 87 постоянный ток в -й ветви вдвое больше постоянного тока в -а ветви и противоположен
по направлению, что приводит к нейтрализации магнитодвижущих сил постоянного тока.
Нейтральная точка 89 межфазного трансформатора соединена с положительным проводником цепи
постоянного тока 83 для приема энергии от цепи постоянного тока, в отличие от схемы подключения
выпрямителя на рис. 1, где она соединена с отрицательным проводником для передачи энергии в цепь
постоянного тока.
На рис. 2 шесть катодов 48 постоянно соединены вместе с катодной шиной 90, которая, в свою очередь,
соединена с заземленным отрицательным проводником цепи постоянного тока 83, так что все e65 катодные
гнезда 48, которые составляют дно баков зажигания, находятся под потенциалом земли, что значительно
упрощает задачу монтажа.
На рис. 2 шесть замыкающих анодов 67 получают питание от соответствующих выводов главных анодов
посредством шести механически управляемых коммутаторных колец 91, которые могут приводиться в
движение реверсивным двигателем 91а с регулируемой скоростью, питаемым от сети постоянного тока.
Каждое из коммутаторных колец 91 имеет один проводящий сегмент 91b, причем последовательные сегменты
смещены друг относительно друга на 60 градусов.
На каждом коммутаторном кольце установлены две щетки 92, одна щетка из каждой пары соединена с одним
из работающих анодов 67, а другая щетка из той же пары соединена с соответствующим выводом основного
анода. В соединениях с замыкающим анодом предусмотрен шестиполюсный выключатель 93, позволяющий
прерывать основные дуговые цепи инверторов без необходимости использования мощных выключателей.
Для обеспечения отрицательного импульса напряжения 90°, необходимого для прекращения дугового
разряда на нескольких основных анодах 57, предусмотрены любые подходящие конденсаторные средства,
такие как три конденсатора, подключенные к трем парам диаметрально противоположных клемм
шестифазной обмотки трансформатора.
Инверторная система, показанная на рис. 2, может быть удобно использована для подачи переменного тока
частотой 100 В на асинхронный двигатель 95, который получает питание от трехфазной цепи переменного
тока 84, питаемой от инвертора. Частоту и направление 105 фазового вращения можно регулировать с
помощью двигателя постоянного тока 91а.
Как правило, также желательно наличие какого-либо средства для изменения напряжения трехфазного
двигателя 95, особенно при запуске, и такое средство обычно обозначается переменным резистором 96 на
положительном выводе питания инвертора.
На фиг. 1 и 2 изобретение 115 показано в связи с вакуумированными резервуарами, содержащими
асимметрично проводящие паровые дуги, для использования в качестве выпрямителя или инвертора,
соответственно.
На фиг. 3 показано применение изобретения в виде 120 к устройству 97 для создания дуги в открытом
воздухе, которое может использоваться в общих задачах коммутации или, как показано, в конкретной задаче
коммутации, связанной с разрядом импульса молнии от линии переменного тока 125 и гашением
возникающей после этого электрической дуги.
Дуговое устройство 97 на рис. 3 состоит из двух латунных электродов 98, установленных на концах длинной
волоконной трубки 99. 130 418 920 тех, которые были бы необходимы на открытом воздухе. Когда говорится о
том, что расстояние между электродами достаточно велико, чтобы предотвратить повторное зажигание, это
означает, что оно достаточно велико при наличии деионизирующего воздействия, чтобы предотвратить
повторное зажигание. До настоящего времени было невозможно проложить дугу в условиях сильного
деионизирующего воздействия. Было необходимо зажечь дугу в точке 75, которая в значительной степени
находится вне зоны действия деионизирующего излучения, а затем попытаться перенести дугу в точку,
которая находится в зоне действия такого сильного деионизирующего излучения, которое обеспечит более
или менее быстрое гашение 80 дуги.
На фиг. 5 показан еще один вариант осуществления изобретения, который, по-видимому, обладает многими
преимуществами с точки зрения производства и иллюстрирует некоторые 85 вариантов конструкции. В данной
конструкции основное охлаждение пространства внутри выпрямителя или инвертора осуществляется с
помощью водоохлаждаемой перегородки, которая отделяет основной анод от основного катода под углом 90°
и в значительной степени позволяет обойтись без специальных цепей задержки для предотвращения
обратных воздействий в переходный период. В данной конструкции также используются более стандартные
варианты исполнения основного анода и основного катода.
Подробно рассматривая рис. 5, можно увидеть, что выпрямитель или инвертор, как показано на рисунке,
состоит из вакуумированного бака, имеющего трубчатую боковую стенку 130 с водяной рубашкой, к которой
съемно прикреплены верхняя основная анодная пластина 131 и нижний катодный узел 132, с использованием
в качестве соединительных элементов резиновых прокладок 133 или других легкосъемных 105 герметичных
уплотнительных средств.
Поскольку эти уплотнения работают в относительно холодных участках резервуара, их легко снять не
составляет труда. 110 Основная анодная пластина 131 в верхней части бака поддерживает стальную головку
основного анода 134, которая выступает внутрь бака и изолированно крепится к основной анодной пластине с
помощью фарфорового изолятора 135, конструкция которого была доведена до совершенства в соответствии
с традиционными формами ртутно-дуговых выпрямителей с металлическим баком.
Анодная головка 134 поддерживается стержнем 136 анода 120, верхняя часть которого может нести
радиаторные ребра 137 для охлаждения анодной головки, как в традиционных конструкциях выпрямителей.
Фарфоровый анод 135 герметично соединен с анодной пластиной 131 125 посредством постоянного
припаянного уплотнения 138, конструкция которого стала стандартной в ранее созданных многоанодных
выпрямительных контурах.
Катодный узел 132 на рис. 5, волоконная трубка 130 и, предпочтительно, по меньшей мере один из
электродов 98 снабжены множеством перфораций 100 с целью сброса давления газа при возникновении дуги.
Для каждого из электродов 98 предусмотрено устройство для поддержания жизни, которое предпочтительно
состоит из двух коротких стержней 101 из материала, используемого для поддержания жизни, как это было
описано ранее. На рис. 3 показано, что эти активируемые стержни 101 состоят из кристаллов карборунда.
Каждый активируемый стержень или кристалл имеет один конец, погруженный в один из латунных электродов
98, которые отлиты вокруг него, а другой конец стержня удерживается или погружается в небольшой
латунный держатель 102, имеющий клеммное соединение 103, проходящее через изолятор 104 в боковой
Соседние файлы в папке патенты