С\ с\

Рис. 29.2. Игнитрон:

а - конструкция; б - диаграммы токов и напряжений

тодное ПЯТНО исчезает, так как плотность объемного заряда положительных ионов у катода оказывается недостаточной для создания электрического поля, необходимого для электростатической эмиссии. Вместе с тем существует максимальная линейная плотность тока, при превышении которой пятно отрывается от фиксатора (около 2 кА/м при температуре фиксатора 20 °С).

При работе ртутного вентиля в схемах преобразования энергии ток через него периодически падает до нуля. Для нового зажигания самостоятельного дугового разряда необходимо приложить к прибору достаточно высокое напряжение, что отрицательно влияет на качество вьшрямления. Поэтому для создания катодного пятна используется либо непрерьшно поддерживаемая вспомогательная дуга (приборы типа экзитронов), либо кратковременно возбуждаемая вспомогательная дуга (приборы типа игнитронов).

Таким образом, ртутные вентили делятся на игнитроны и экзитро-ны. В обеих системах можно использовать зажигатель из полупроводящего материала, погруженный в ртутный катод. Протекание тока через зажигатель приводит к возникновению дуги зажигания.

Конструкции игнитрона и зкзитрона схематически показаны на рис. 29.2, а и 29.3, а, а временные диаграммы напряжений и токов, иллюстрирующие работу приборов, - на рис. 29.2, б и 29.3, б соответственно. В игнитроне шшульсом каждый положительный полупериод переменного напряжения с определенной по отношению к его началу задержкой кратковременно создается дуга зажигаршя на за-жигателе 3. В экзитроне дуга зажигания на зажигатель 3 возбуждается однократно, после чего она подхватьшается анодом возбуждения АВ и горит на нем постоянно (ток га.в)- В любом случае при напичии

Рис. 29.3. Зкзитрон:

a - конструкция; б - диаграммы токов и напряжений

дуги зажигания или дуги возбуждения после поступления на основной анод А положительного потенциапа на нем почти мгновенно возникает основная дуга с катода К (ток г) и начинается проводящая часть периода работы вентиля.

Аналогично приборам несамостоятельного дугового разряда падение напряжения для проводящей части периода определяется формулой

ДС4 = AU+ Ejl + AU, (29.2)

где AU - катодное падение потенциала; £ - продольная напряженность поля; / - протяженность положительного столба; AC/j - значение положительного или отрицательного падения потенциала.

В реальных конструкциях вентилей величина непостоянна по длине трубки из-за наличия ряда сужений на пути дуги, обусловленных сеткой, отражательным экраном, деиоршзационными фильтрами. Таким образом, точнее, (29.2) имеет вид:

AU= AU + + AU + 2ДС4. (29.2а)

Здесь 2ДС/с - сумма переходных падений напряжения в сужениях, ;i / относятся к однородной части столба.

Знак и значение анодного падения ДС/ зависят от условий, суще-стнующих в анодной области и во внешней цепи. Когда число электро-ii(ti(. испускаемых плазмой, равно току, задаваемому внешней цепью, Д< J =0 Если это число избыточно, анод приобретает отрицательный потенциал по отношению к плазме (Af/j < 0). чтобы затормозить избыточные электроны. Напротив, при недостаточном числе электронов плазмы возникает дополнительное электрическое поле (At/j > 0), создаю-

Рис. 29.4. Каскадное горение дуги

щее добавочную ионизацию у анода. Вольт-амперная характеристика дуги в ртутном вентиле носит растущий характер.

Падение напряжения на дуге с повышением тока может привести к двум видам аномальностей. Во-первых, может возникнуть каскадное горение дуги, иллюстрируемое рис. 29.4. Это явление возникает, когда суммарное падение в дугах Д] и Лг оказьшается меньше падения при прямом горении дуги между анодом и катодом сквозь сужения сетки С. При зтом дуга разбивается на две: одна между ртутным катодом и корпусом Д] и другая - между корпусом и анодом Д2, а часть пути для линий тока замыкается по металлу корпуса. Режим является аварийным, в частности, из-за катодного пятна дуги Д2, которое возникает на корпусе, что приводит к ухудшению вакуума из-за газоотделения или даже к прогоранию корпуса.

Во-вторых, возможны обрьшы дуги, связанные с тем, что в местах сужений возникает недостаточно молекул газа для ионизации. Дефицит молекул может быть связан с малой упругостью ртутного пара при низких давлениях или с вьщуванием молекул из сужений под действием ионной бомбардировки.

В обратную часть периода работы вентиля часть зарядов, возникших в проводящий период, рекомбинирует между собой, а часть - уходит к злектродам, образуя обратный ток. Наиболее важное значение для работы прибора имеет обратный ионный ток, идущий на отрицательно заряженный в этот полупериод анод.

Ионная бомбардировка анода вызьшает эмиссию электронов и в конечном счете делает вероятным переход к самостоятельному дуговому разряду с эмиссионным катодным пятном на аноде. Для предотвращения обратных зажиганий надо исключить:

большие амплитуды обратного тока, ускоряющие образование катодного пятна;

быстрый начальный скачок обратного напряжения. При этом обратный ток не успевает уменьшиться и пробой оказьшается весьма вероятным;

высокое давление ртутного пара в анодной области. Ртутные вентили работают в левой ветви кривой Пашена, поэтому повышение давления способствует понижению потенциала возникновения разряда;

образование на аноде пленок, которые могут стать центрами эмиссии.

В настоящее время ртутные вентили имеют только ограниченное применение в ранее вьшущенных силовых преобразовательных установках. Однако большие мощности, коммутируемые этими приборами, делают их перспективными для коммутации килоамперных токов при напря-