Файл: Лебедев, Н. Н. Электротехника и электрооборудование учеб. пособие [для монтаж. и строит. спец. техникумов].pdf

пряжения на х-пластинах), электронный луч на экране трубки чертит светящуюся вертикальную прямую, у которой часть, находящаяся над горизонтальной осью трубки, соответствует положительной ампли­ туде синусоидального напряжения, а часть, находящаяся ниже гори­ зонтальной оси, соответствует отрицательной амплитуде напряжения.

При одновременном включении пилообразного напряжения на х-пластины и синусоидального напряжения на «/-пластины в результа­ те совместного их воздействия на электронный луч на экране трубки появится светящееся изображение синусоиды. Если на «/-пластины бу­ дет подано исследуемое напряжение несинусоидальной формы, то на экране появится соответствующее изображение, по которому можно будет судить о характере этого напряжения.

Для правильной работы трубки необходимо, чтобы период (его продолжительность) исследуемого напряжения или равнялся периоду пилообразного напряжения, или был меньше его в целое число раз. При некотором усложнении схемы можно на экране трубки получать также кривые протекания исследуемого тока.

По конструктивному выполнению ионные приборы сходны с элек­ тровакуумными: у них также имеется анод и катод, могут быть допол­ нительные электроды — сетки, но ток в этих приборах носит несколь­ ко иной характер: он создается как потоком электронов, вылетающих из катода, так и движением положительных ионов.

Процесс образования ионов в газе называется его и о н и з а ц и е й . Из курса физики известно, что ионизация газа может происходить вслед­ ствие различных явлений: под воздействием ультрафиолетовых лучей и радиоактивных излучений, под влиянием высокой температуры и, наконец, в результате соударения летящих с большой скоростью сво­

Для ионизации атома, т. е. для расщепления его на электрон и по­

Для различных элементов оно различно, например для газа неона оно равно 21,5 эВ, а для паров ртути только 10,4 эВ. В связи с этим при ударной ионизации летящий электрон при столкновении с атомом га­ за должен обладать достаточной кинетической энергией, не меньшей энергии ионизации для данного газа.

Электрический ток в газах не подчиняется закону Ома. Зависимость между напряжением и током в газовом промежутке — вольт-ампер-

159

ная его характеристика — в несколько упрощенном виде представ­ лена на рис. 10.8. При постепенном подъеме напряжения t/a с нуля ток в цепи вначале растет пропорционально напряжению (участок харак­ теристики Оа), затем возрастание тока при увеличении напряжения за­ медляется и даже прекращается вовсе (участок а — b — с характе- ' ристики). Наконец, при достижении напряжением некоторой опреде­

Далее, при достаточной величине напряжения между анодом и ка­ тодом-тлеющий разряд переходит в д у г о в о й разряд; ток при этом резко возрастает, а падение напряжения в приборе уменьшается, так как сильно ионизированный разреженный газ является проводником с высокой электропроводностью.

Состояние ионизированного газа называется г а з о р а з р я д ­ н о й п л а з м о й .

Дуговой разряд в разреженном газе может быть и н е с а м о с т о ­ я т е л ь н ы м , получаемым за счет подвода энергии извне. Подвод энергии осуществляется нагревом катода. Возникает термоэлектрон­ ная эмиссия, раскаленный катод испускает поток электронов, которые ионизируют разреженный газ.

В ионных приборах используют различные виды газовых разрядов. На основе самостоятельного дугового разряда работают ртутные вен­ тили; при несамостоятельном дуговом разряде — газотроны и тира­ троны с накаливаемым катодом; есть приборы, использующие и тлею­ щий разряд.

§ 10.7. Газотроны и тиратроны

Простейшим ионным прибором является г а з о т р о н , принципи­ альное устройство которого показано на рис. 10.9. В баллоне прибора имеются анод и накаливаемый катод. Из баллона откачивают воздух,

160

после чего заполняют инертным газом (ксеноном, криптоном, аргоном и их смесями) или ртутными парами при давлении порядка долей милли­ метра ртутного столба (0,1—0,5 мм рт. ст.).

Катоды применяют как прямого накала, так и косвенного. Катоды прямого накала обычно изготовляют в виде молибденовой или нике­ левой ленты, свернутой в спираль (токи накала газотронов значитель­ но выше, чем у электровакуумных приборов). Аноды могут быть из ни­ келя или другого металла.

Рис. 10.9. Газотрон:

а — схема устройства; б — обозначение; / — анод; 2 — катод

Рис. 10.10. Тиратрон:

а — устройство; б —• обо* значение; / — анод; 2 — катод; 3 •— подогреватель; 4 — управляющая сетка

Работа газотрона протекает следующим образом. Накаленный ка­ тод испускает электроны, которые под действием напряжения, дей­ ствующего между анодом и катодом, устремляются к аноду, ионизируя при этом (ударная ионизация) газовую среду в баллоне. Вторичные электроны (отщепленные от нейтральных атомов при .ионизации) вместе с первичными летят к аноду. Положительные ионы, возникшие при соударении атомов с летящими электронами, движутся к катоду. Направление тока в лампе и во внешней цепи определяется направле­ нием движения положительно заряженных частиц — ионов, т. е. внутри газотрона от анода к катоду. При нормальных условиях ток обратного направления в газотроне протекать не может, так как холод­ ный анод не может испускать электронов. В связи с этим газотроны ис­ пользуют в качестве вентилей для выпрямления переменного тока. По сравнению с электровакуумными вентилями — кенотронами газо­ троны имеют некоторые преимущества. Они могут пропускать значи­

г

тельно большие токи и вместе с тем падение напряжения внутри при­ бора у них намного меньше, чем у кенотронов. Это объясняется малым внутренним сопротивлением газотрона (высокая электропроводность газоразрядной плазмы). В результате газотроны при выпрямлении переменного тока обладают более высоким коэффициентом полезного

действия, чем кенотроны.

Приборы, аналогичные газотронам, но имеющие кроме анода и ка­ тода еще одну или несколько управляющих сеток, называют т и р а ­ т р о н а м и (от греческого слова «тира» —дверь). Такое название выз­ вано тем, что управляющая сетка у тиратрона служит не для регули­ рования величины анодного тока, а для управления моментом зажи­ гания дуги в приборе (как бы для отпирания лампы).

На рис. 10.10 представлен тиратрон с одной управляющей сеткой и катодом косвенного накала. Если на сетку лампы подано отрица­ тельное напряжение достаточной величины — тиратрон заперт, анод­ ный ток его (ток между анодом и катодом) равен нулю. Электроны, вы­ летающие из накаленного катода, отталкиваются сеткой назад к ка­ тоду и ионизации газовой среды в приборе не происходит. При сниже­ нии абсолютной величины отрицательного потенциала на сетке до не­ которой определенной величины напряжения зажигания Ucz в ти­ ратроне начинается интенсивная ионизация газа и возникает дуговой разряд; анодный ток стремительно, скачкообразно увеличивается до своего наибольшего значения.

После возникновения дугового разряда сетка в тиратроне теряет свои управляющие свойства. Объясняется это тем, что сетка с ее отри­ цательным зарядом как бы обволакивается оболочкой из положитель­ ных ионов, которые нейтрализуют ее действие. Для прекращения про­ текания тока через тиратрон необходимо снизить (примерно до нуля) анодное напряжение 0 а.

Тиратроны широко применяют в различных электронных устрой­ ствах.

В маркировке рассмотренные газотроны с накаливаемым катодом обозначаются буквами ГГ (газотрон с газовым наполнением) и ГР (газотрон с ртутными парами). После букв в марке прибора следует цифра, указывающая тип прибора, и дальше дробь, числитель ко­ торой дает средний анодный ток в амперах, а знаменатель — так на-

переменного тока, при которая сохраняются вентильные свойства при­ бора. Для тиратронов тот же порядок маркировки, но вместо первой буквы Г ставится буква Т.

Например: ГГ1-0,5/5 — газотрон с газовым наполнением (смесью ксенона и криптона), тип—1, средний анодный ток—0,5 A, £/обр гаах — 5 кВ. Другая марка: ТР1-85/15 — тиратрон с ртутными парами, сред­ ний анодный ток — 85 А, {/обртах — 15 кВ.

Кроме описанных тиратронов с накаливаемым катодом имеются

162

анодные токи — меньше, чем в тиратронах с накаливаемым катодом. Вместе с тем безнакальные тиратроны имеют и преимущества (малые габаритные размеры, большой срок службы).

В последние годы они получают все большее распространение.

§ 10.8. Ртутные вентили

Ртутными вентилями или ртутными выпрямителями называют ион­ ные приборы и аппараты, имеющие жидкий ртутный катод и работаю­ щие с электрической дугой самостоятельного разряда, горящей в па­ рах ртутр.

Схематически устройство ртутных вентилей показано на рис. 10.11. В баллоне вентиля имеются один или несколько главных рабочих ано­ дов, вспомогательные аноды, служащие для зажигания ч поддержания

Рис. 10.11. Ртутные веутили:

а и б — схемы устройства; в — обозначения; 1 — бал­ лон; 2 — ртутный катод; 3 — рабочий анод; 4 — аноды возбуждения

устойчивой дуги, и ртутный катод (в углублении в нижней части бал­ лона). Аноды выполняют из стали или графита. Баллоны маломощных вентилей изготовляют из стекла, а мощных — из стали. В баллоне соз­ дается глубокий вакуум, а затем он заполняется ртутными парами от испарения с открытой поверхности ртути катода; давление ртутных паров в вентиле очень мало — порядка 0,001—0,0015 мм рт. ст..

Ртутные вентили могут быть однофазные и трехфазные, одноанод­ ные и многоанодные. Рабочий процесс в них проходит примерно сле­ дующим образом. При пуске вентиля возникает электрическая дуга между вспомогательным анодом и ртутным катодом. Под действием дуги ртуть разогревается и начинает испускать поток электронов, которые ионизируют ртутные пары. Далее развивается дуговой разряд в ртутных парах, дуга перебрасывается от катода на один из главных анодов.

При включении ртутного вентиля в цепь переменного тока дуга меж­ ду катодом и главным анодом гаснет перед каждым переходом напря­ жения на аноде к отрицательному значению и вновь зажигается, когда напряжение на аноде снова становится положительным. В этом заклю­ чается вентильное действие выпрямителя.

По способу зажигания дуги ртутные вентили подразделяют на две группы: экситроны и игнитроны. Э к с и т р о н а м и называются

(от специального зажигателя) лишь кратковременно в каждый полупериод выпрямляемого переменного тока.

Экситроны

Для того чтобы лучше уяснить принцип работы ртутного выпрями­ теля и его вентильное действие, следует рассмотреть работу наиболее

Рис. 10.12. Стеклянный ртутный однофазный вен­ тиль и схема его включения

пять отростков: в два верхних впаяны графитовые главные аноды А х и А 2, в два следующих — аноды возбуждения АВг и А В 2, в нижний отросток впаян анод зажигания Л3. Катодом служит ртуть, налитая в нижнюю часть колбы. Катод соединяется с внешней цепью катодным вводом — металлическим стержнем, впаянным в стекло колбы. В ком­ плект выпрямительной установки, кроме самого выпрямителя, вхо­ дят однофазный трансформатор Т, питающий выпрямитель и вспомо­ гательный трансформатор малой мощности ТВ, также однофазный; оба трансформатора имеют вывод средней точки вторичной обмотки.

Схема соединений выпрямителя видна на рис. 10.12. Главные аноды подсоединены к концам вторичной обмотки питающего трансформатора, аноды возбуждения — через дроссели (катушки со стальным сердеч­ ником) к концам обмотки вспомогательного трансформатора. Анод зажигания включен в цепь, питаемую половиной обмотки вспомога­ тельного трансформатора. Сопротивление нагрузки включается: плю­

164