Литература -->  Водородные ионы в производстве 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 [ 117 ] 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159

New York, 1927, vol. 46, 3, p. 215; Hund A., Hoch-frequenzmesstechnik. В., 1922; Helios , Lpz., 1927, Jg. 33, 50, p. 471; Bulletin de la Soci6te Francaise Radioelectrlque , 1927, 2, 5. B. Вологдин.

II. В. в технике сильных токов.

В технике сильных токов выпрямители применяются для преобразования переменного тока в постоянный в тех отраслях промышленности, где постоянный ток необходим по самому роду производства или его применение представляет по сравнению с системой переменного тока выгоды экономич. характера и удобства в техническ. эксплоатации. Сюда относится, напр., электрич. тяга, где в последнее время получают распространение ртутные В. с металлическими корпусами. Из существуюпщх видов В. ниже описываются: 1) ртутные В., 2) электролитические (алюминиевые) и 3) механические.

Ртутные В. Наибольшее распространение в технике сильных токов получили в настоящее время ртутные В., основанные на применении вольтовой дуги в разрененном пространстве, когда отрицательньпи электродом является ртуть, а в качестве другого электрода служит какой-либо металл (же-лезо, никель, платина.) или графит. Ртутный катод располагают внизу сосуда с выкачанным (приблизительно до давления в 0,1 мм рт. ст.) воздухом, чтобы сгущающиеся пары ртути могли возвращаться обратно к катоду. Для образования дуги в начале действия В. колбу наклоняют так, чтобы оба электрода соединились тонкой струей ртути. В разреженном пространстве ртуть испаряется уже при сравнительно низких t°. Поэтому теплота, получившаяся при прохождении тока через струю ртути, бывает достаточна для испарения ртути и заполнения всей колбы парами ртути. В дальнейшем при прохождении тока в виде дуги в ртутных парах на поверхности ртутного катода образуется небольшое очень светлое пятно (кратер), раскаленное до 2 600- 3 000°. Световой столб между электродами отделен от анода и катода небольшими темными променсутками. Падение потенциала в пространстве между электродами составляется из трех частей: а) падение потенциала у катода (ртути), равное 8,6- 10 V; б) падение потенциала у анода,зависящее от давления паров ртути, а также от формы и материала анода; чем выше давление, тем меньше это падение; оно равно 4,7-10,4 V; в) падение потенциала в самой дуге, которое в малых выпрямителях равно 0,8 -1,2 Y/CM, а в больших с хорошим вакуумом доходит до 0,1 Y/CM. Электропроводность пространства, заполненного ртутными парами, поддерживается, как и в обыкновенной вольтовой дуге, ионизацией этих паров, происходящей от ударов электронов, испускаемых раска-


(тттлгттттгт о

1 Г

Фиг. 21.

ленным кратером ртути. Поэтому основным условием существования дуги являются высокая t° пятна катода и непрерьшность тока. При перерыве тока или при его уменьшении до значения ниже нек-рого ионизация паров ртути исчезает, и дуга гаснет. В В. на 5-10 А 3 А, а в В. на 250-300 А Ii,2bA. Что-

Фиг. 22.

Фиг. 23.

бы ВНОВЬ после этого привести в действие В., необходимо опятьпроизвести зажигание наклонением колбы. В современных В. на силу тока выше 25 А осуществляется постоянное возбуждение в виде дополнительных анодов. При таком возбуждении имеется возможность получать от В. постоянный ток какой угодно малой силы и совсем выключать цепь постоянного тока без прекращения действия В. На постоянное возбуждение тратится обыкновенно около 300 W. На фиг. 21 изображена схема В. однофазного тока, где Ai и А-главные аноды, присоединяемые к цепи переменного тока, К-ртутный катод, В-вспомогательный анод, включаемый лишь для зажигания дуги. Трансформатор Т служит одновременно для повышения или пониления напряжения подводимого переменного тока и для создания нулевой точки О. К крайним зажимам U я V трансформатора присоединяются глав------- ные аноды Ai и А

--- выпрямителя. Цепь

постоян. тока образуется между ртутным катодом К и нулевой точкой О трансформатора. При наличии последней в цепь постоянного тока идут в одном и том же направлении обе полуволны переменного тока, так что в цепи выпрямленного тока течет ток, имеющий форму, изобраненную на осциллограмме (фиг. 22). Для дальнейшего выпрямления тока включают в цепь катода надлежащей величины катушку самоиндукции L величиной до 0,1 Н. При этом выпрямленный ток получает форму, изображенную на осциллограмме (фиг. 23). На фиг. 24 представлены осциллограммы тока, который идет к анодам в том случае, когда в цепи постоянного тока есть самоиндукция (А) и когда ее нет (Б).

Как сказано, в В. ток может проходить только в одном направлении-от катода к

аноду, однако существует и обратный ток; он имеет в нормальных условиях очень небольшое значение (доли шА), несколько увеличиваясь с повышением напряжения выпрямленного тока и сильно возрастая с увеличением силы выпрямленного тока. При работе выпрямителя на аккумуляторную батарею обратный ток больше, чем при нагрузке лампами накаливания. Главным условием незначительности обратного тока является то, чтобы аноды были холодными. В действительности так же, как кратер катода

Фиг. 24.



накаляется от ударов попадающих на него положительных ионов, аноды из железа и графита накаляются при работе докрасна от ударов отрицательных ионов. При ухудшении вакуума дуга становится сююнной концентрироваться на аноде в виде светлого



Фиг. 25.

анодного пятна. Тогда В. начинает пропускать ток в обоих направлениях. Получается так наз. обратное зажигание, к-рое может повести к опасному для В. короткому замыканию между анодами разных полюсов. На фиг. 25 представлены схемы выпрямления переменного тока при помощи трех- и шестиа1Юдного В. (значения букв соответствуют фиг. 21). Многоанодные (многофазные) В. в отношении кривой выпрямленного тока являются значительно более благоприятными, чем однофазные. При неиндуктивной нагрузке кривая токов точно соответствует результирующей кривой эдс Б разных фазах (фиг, 26). Ток доставляется в течение Tjm периода {т-число фаз) только той фазой, где мгновенное значе-

ше эдс больше (заштрихованная площадка на фигуре). Как видно на фиг. 26, относящейся к шестианодному В., выпрямленный ток (показан жирной линией) имеет незначительные пульсации. Включение катушки самоиндукции в цепь катода вызывает наложение тока двух и даже трех фаз друг на друга и этим еще более выпрямляет ток.

Потери энергии в В. составляются из потерь в железе и меди трансформатора, а также во всех катодных и анодных дроссельных катушках и потерь в самой колбе. Последние равны:

Pnom.-Elcp.,

где Е-полное падение напряжения в колбе, а /ср.-среднее значение выпрямленного тока. Падение напряжения в колбе может быть выражено по формуле Штейнметца:


Фиг. 26.

E==Er,+

са+а)

Здесь: ДД,-сумма анодного и катодного падений напряжения (см. выше), I-длина дуги в см, си а-нек-рые величины, зависящие от t° колбы, от вакуума и от примеси других газов. Полное падение напряжения в колбе не зависит от самой величины подводимого напряжения и лишь немного уменьшается при увеличении силы тока. Принимая его для мощных В. равным в среднем 22 V, получим, что кпд колбы, равный

= 1

eg-ig + 22ig вд + 22

увеличивается с увеличением напряжения В. В приведенной ф-ле вд и ig-постоянные составляющие эдс и силы выпрямленного тока. В современных В. кпд одного сосуда доходит до 99%, а всей установки до 96-97%.

Процесс выпрямления тока происходит без сдвига фаз, который создается лишь трансформаторами и анодными дроссельными катушками выпрямительной установки. Однако, вследствие искажения формы кривой тока, поступающего в В., отношение показания ваттметра к произведению эффективных значений напряжения и силы переменного тока получается не равным единице. В современных шестифазных ртутных В. коэфф. мощности всей установки имеет значение 0,95-0,97; для трехфазного В. он получается ок. 0,90-0,92, т. е. меньше. Изменение напряжения в цепи выпрямленного тока при нагрузке зависит почти только от падения напряжения в трансформаторе, т. к. в самой колбе, как мы видим, оно даже уменьшается при нагрузке. Поэтому параллельная работа В. с генераторами- электрич..машинами, имеющими падающую внешнюю характеристику, возможна только при соответствующем подборе падения напряжения у трансформатора. Для этой же цели включают в цепи анодов дроссельные катушки. Важное значение имеют эти катушки также при зарядке аккумуляторных батарей от В. Можно достигнуть тoгo, что напряжение, получаемое от В., будет вполне соответствовать начальному и конечному зарядному напряжению батареи, так что зарядный ток может остаться одним и тем же за все время зарядки.

Регулирование напряжения В. обьгано совершается путем изменения подводимого напряжения переменного тока, при чем для этой цели применяется ступенчатый трансформатор или индукционный регулятор. В малых В. применяется для этой цели иногда сопротивление. Регулирование может совершаться автоматически от реле, действие которого зависит от напряжения выпрямленного тока.

Нагревание В. имеет очень важное значение для его работы. Опыт показывает, что одной из главнейших причин короткого замыкания В., когда перестает существовать выпрямляющее действие, прерывается цепь выпрямленного тока и выключаются максимальные автоматы переменного тока, является высокая t° сосуда. Кроме того при высокой t° значительно возрастает падение на-пряж;ения. Поэтому при построении В. вы-



бирают размеры внешней охлаждающей поверхности сосуда с таким расчетом, чтобы его t° не превысила 100° в В. со стеклянной колбой и 70°-в В. с металлич. сосудом (мощных) при полной нагрузке. В больших

Фиг. 27.

В. с металлическ. сосудом применяется искусственное охлаждение водой (см. ниже).

По конструкции различаются ртутные В. двух видов;- 1) В. со стеклянным сосудом (колбой) на силу тока до 150 А при 600 V (в последнее время до 500 А) и 2) В. с металлич. корпусом на силу тока до 3 ООО А при 800 V и до 500 А при 5 ООО V.

1) Ртутные В. с стеклянной колбой. Стеклянные В. представляют собой стеклянную запаянную колбу, с удаленным из нее воздухом, различных размеров в зависимости от мощности. Колба имеет несколько боковых отростков с впаянньпли в них электродами, число которых зависит от числа фаз переменного тока, трансформируемого в постоянный. На фиг. 27 представлены трех- и шести-анодные колбы ртутн. выпрями- теля фирмы Сименс и Шуккерт.

В качестве вводящих ток проводников в вьшрямителях с стеклян. колбой раньше применялась исключительно платина. Этим достигалась ббльшая герметичность и надежность места впайки, так как платина и ч:текло имеют приблизительно одинаков, ко-зфф. расширения. Вследствие высокой стоимости платины в наст, время или совершенно


Фиг. 28.

заменяют ее другими материалами или ограничиваются применением ее только на самых ответственных местах. На фиг. 28 изображено одно такое укрепление провода; здесь А-медная проволока, В-платиновая и С-железная проволока, J)-графитовый анод. Стекло соприкасается только с платиновой проволокой. С наружной стороны ввод снабжен металлич. колпачком i, который служит контактом. Колба делается из обыкновенного свинцового стекла. Величина охлаждающей поверхности определяется из расчета 0,05-0,1 W потерь на \ см. Верхняя часть колбы является конденсационной камерой. Анод из графита рассчитывается таким обр., чтобы на 1 А проходящего тока приходилось 0,5-1 см поверхности анода. Давление в колбе равняется при его работе 0,02 - 0,08 мм рт. столба. Такой вакуум получается ртутными насосами после предварительного откачивания обыкновенными вращающимися насосами. Вспомогательный зажигающий анод обычно представляет собой такой же отросток колбы, как и катодный, только меньших размеров, и также заполненный ртутью (фиг. 29). Соединение

с контактом достигается железным кружком а, находящимся под ртутью (левая фигура). Недостатком этого анода яв.71яется то, что в этом месте колба часто дает трещины и делается непригодн. к работе. Лучше устроен вспомогательн. анод (правая фигура), где зажигание гораздо легче и скорее совершается при помощи графитного аподика 6. В то время как напряжение, при котором может работать колба, зависит главным образом от расстояния между главными анодами, предельная сила тока определяется температурой нагрева колбы (см. выше). Применяя вентилятор для обдувания поверхности колбы или погрунтя ее в ох.паждающее масло, можно значительно повысить предел для длительного рабочего тока. Срок продолжительности слулбы стеклянных колб доведен в настоящее время до 8 000 ч. Рттаде В. хорошо переносят перегрузку, при чем к ним м. б. применены нормы для перегрузок электрич. машин. На кривой фиг. 30 даны допустимые перегрузки стеклянных колб в зависимости от длительности- перегрузки в холодном начальном состоянии.

2) Ртутные В. с металлич. корпусом. На фиг. 31 изображены схемы конструкций металлических В. фирмы Бро-ун-Бовери (ВВС), AEG и Сименс-Шуккерт (SSW). В. фирмы ВВС имеет ци.яиндриче-ский корпус Си конденсационную камеру С.


Фиг. 29.

Г 100

4 S 6

- MitHvr

ФПГ. 30.



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 [ 117 ] 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159