§ 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.

Электрифицированные железные дороги, городские трамвайные сети, метрополитен получают постоянный ток от таких мощных ртутных выпрямителей, но в настоящее время они заменяются полупроводниковыми выпрямителями.