Ртутні вентилі

Робота ртутного вентеля базується на використанні електронної емісії і іонізації парів ртуті. Ці вентилі відносяться до приладів з самостійним дуговим розрядом і застосовуються у випрямувачів великої потужності при струмах до кількох тисяч ампер і напругою до 15 кВ і вище.

Простійший однофазний ртутний вентель має скляну колбу, з якої викачане повітря. У колбі поміщені два сталевих чи графітних аноди А1 і А2. Нижня частина колби заповнена ртуттю, що служить катодом. Туди ж впаяний скляний відросток, заповнений ртуттю і який виступає анодом запалювання. Для запалювання вентиля включають у мережу основний і допоміжний трансформатори Тр0 і Трв, замикають рубильник Р2 і нахиляють колбу так, щоб ртуть анода запалювання А3 з'єдналася з катодом. При цьому під дією напруги вторинної обмотки допоміжного трансформатора Трв у ланцюзі анода АЗ і катода проходить струм. При поверненні колби у вихідне положення контакт між ртуттю анода АЗ і катода розривається і між ними утвориться електрична дуга, а на ртуті катода виникає невелике світне пляма, що має дуже високу температуру. Під впливом теплоти ртуть випаровується і поблизу ртуті катода створюється електричне поле настільки високої напруженості, що воно вириває вільні електрони з поверхні ртуті, тобто виникає автоелектронна (чи електростатична) емісія. Електрони, що вилетіли з катода, направляються до анода (А1 чи А2), що має позитивний потенціал стосовно катода. На своєму шляху вони зіштовхуються з молекулами пар ртуті й іонізують їх, тобто відокремлюють від них електрони й утворять позитивні іони, що вдаряють об катод і підтримують температуру катодної плями. При зміні знака потенціалу на аноді внаслідок зміни напруги вторинної обмотки основного трансформатора Тро дуга в колбі перекидається на інший анод, що у даний момент має позитивний потенціал, тобто дуга з'єднує катод по черзі з кожним анодом. Тому що температура катодної плями висока, то тиск пар ртуті в колбі велико і для підвищення припустимих зворотних" напруг анод поміщають у вузькі відростки — рога, для того щоб підвищити інтенсивність охолодження і понизити тиск пар ртуті поблизу нього. У процесі роботи вентиля на внутрішній поверхні рогів осідають пари ртуті, що є носіями негативних зарядів і грають роль сітки з негативним зарядом. Ці заряди перешкоджають запалюванню колби, підвищуючи потенціал запалювання. Для компенсації цих негативних зарядів на роги колби вдягають «манжети», з'єднані з анодами, так що при позитивному потенціалі анода «манжета», з'єднана з ним, буде мати також позитивний потенціал.

Рис. Принципова схема ртутного випрямлювача (а)

і його умовна позначка (б)

Крім робочих анодів А1 і А2 ртутний вентиль може мати ще допоміжні аноди, що при його включенні запалюють дугу і підтримують її при знятті навантаження. Такий вентиль називають екситроном, його умовна позначка показана на мал. б. Число робочих анодів екситрона може бути 3 і 6.

В даний час замість тендітних скляних колб застосовують металеві, котрі можуть мати як повітряне, так і водяне охолодження.

Ртутний вентиль, що не має допоміжних анодів порушення, називається ігнітроном. Крім анода і катода ігнітрон постачений запалювачем, що іскрою запалює дугу на початку кожної позитивної половини перемінної напруги. Ігнітрон складається яз металевого корпуса з водяним охолодженням, усередині якого розташовуються графітовий анод, ртутний катод і запалювач з карбіду бора. Достоїнства ігнітрона — малі габарити, високий кпд, невелике спадання напруги (15—20 В). Вольт-амперна характеристика ртутного вентиля подібна характеристиці газотрона.