15-4. Ионные приборы с самостоятельным дуговым разрядом
а) Общие замечания
Основными приборами с самостоятельным дуговым разрядом, обладающими односторонней проводимостью, являются ртутные вентили.
Ртутные вентили являются наиболее распространенными газоразрядными приборами для выпрямителей большой мощности.
В ртутных вентилях в качестве катода применяется ртуть. Применение ее обеспечивает практически неограниценный срок службы катода и возможность иметь большую эмиссию.
Современные ртутные вентили изготовляются с металлическими корпусами.
Ртутные вентили в зависимости от способа получения и поддержания вспомогательной дуги на катоде делятся на две группы: экситроны и игнитроны. Первые из них наряду с главными анодами имеют вспомогательные аноды возбуждения, которые при пуске зажигают дугу и поддерживают ее, в частности, при отключении нагрузки. Вторые, т. е. игнитроны, не имеют вспомогательных анодов возбуждения; они имеют электрод-зажигатель, который перед началом каждого положительного полупериода переменного напряжения искрой зажигает дугу.
б) Экситрон
В настоящее время изготовляются или многоанодные металлические вентили, или комплекты из нескольких однофазных металлических вентилей на токи до нескольких тысяч ампер при средних значениях напряжений или до нескольких сот ампер при высоких напряжениях.
Схема устройства и соединения треханодного трехфазного экситрона доказала на рис. 15-21. В металлическом сосуде, в котором создан вакуум, расположены: ртутный катод К, три главных рабочих анода 
и два вспомогательных анода возбуждения 
Три главных анода 
присоединены к трем вторичным обмоткам трехфазного трансформатора. Эти обмотки соединены звездой, нулевая точка которой служит минусом цепи нагрузки. Аноды возбуждения 
питаются от вспомогательного трансформатора 
Они предназначены для поддержания вспомогательной дуги независимо от величины нагрузки 
Для пуска выпрямителя замыкают кнопку 
подавая напряжение на вспомогательный трансформатор 
. Под действием э. д. с. верхней половины вторичной обмотки этого трансформатора пройдет ток в цепи — резистор 
— полупроводниковый зажигатель 3 — ртутный катод К — резистор 
— дроссель Др. Полупроводниковый зажигатель — стержень из карбида бора не смачивается ртутью, и поэтому при прохождении тока между стержнем и ртутью возникают небольшие искры, вызывающие ионизацию. Под действием электрического поля электроны от - катода направляются к тому вспомогательному аноду 
потенциал которого в данный момент времени положителен по отношению к катоду.
При своем движении электроны ионизируют пары ртути, пространство между катодом и вспомогательным анодом заполняется плазмой и между электродами возникает дуговой разряд. С уменьшением потенциала первого вспомогательного анода и одновременным увеличением потенциала второго анода до величины, превышающей потенциал первого, дуга с первого вспомогательного анода перейдет на второй.
Рис. 15-21. Устройство и схема соединения треханодного экситрона.
Падение напряжения на плазме мало, и большая часть падения напряжения на вентиле приходится на слой, прилегающий к ртутному катоду — на слой между катодом и ионным облаком, образующимся на некотором расстоянии над катодом. Напряженность поля в этом прикатодном слое достигает больших значений (около 
В/см) и под действием этого поля происходит электростатическая эмиссия с поверхности катода. Источником эмиссии является светящееся ртутное пятно, непрерывно перемещающееся но поверхности катода.
Для поддержания пятна, а следовательно, и дуги анодный ток не должен падать ниже 4—5 А.
При уменьшении анодного напряжения ниже некоторого критического значения на одном из анодов дроссель Др (рис. 15-21) поддерживает ток, необходимый для горения дуги до тех пор, пока ток достаточной величины не станет проходить через другой анод при изменении знака приложенного анодного напряжения.
Рис. 15-22. Устройство металлического шестианодного вентиля с воздушным охлаждением.
Таким образом, происходят непрерывное горение дуги и прохождение тока по цепи вторичная обмотка вспомогательного трансформатора — вспомогательный анод — катод — сопротивление 
— дроссель Др — нулевая точка вторичной обмотки вспомогательного трансформатора.
При изменении знака напряжения между анодом и катодом, т. е. при обратном напряжении, между электродами возникает незначительный ток обратного направления.
Рис. 15-23. Устройство одноанодного мощного экситрона.
При включении трехфазного трансформатора и нагрузки 
дуга возникает между катодом и тем из главных анодов, потенциал которого по отношению к катоду выше, чем двух других. Затем дуга переходит на второй, третий рабочие аноды и т. д. Таким образом, ток проходит через каждый из рабочих анодов только в течение 1/3 части периода (§ 13-7, в).
Падение напряжения на вентиле обычно невелико (около 20—25 В).
На рис. 15-22 показано устройство металлического шеешанодного экситрона с воздушным охлаждением на средний ток 500 А (тип РМ-500).
В корпусе 1 с ребрами 2 для охлаждения в нижней части расположена катодная чаша 3, содержащая ртуть катода 4. Вывод катода 5, вывод зажигателя 6 и зажигатель 7 расположены в нижней части чаши экситрона. На крышке 8 укреплены шесть главных анодов 9 с выводами 10, а также аноды возбуждения И с выводами 12. Деионизационный фильтр 13 ограничивает доступ ионов к аноду 9 и управляющей сетке 14 (с выводом 15), позволяющей регулировать момент зажигания. Наконец, экран 16 защищает аноды и сетки от восходящей струи паров ртути.
Устройство одноанодного мощного экситрона типа РМНВ-500 на средний ток 500 А показано на рис. 15-23.
Зажигателем является заостренный полупроводниковый стержень 1 из карбида бора. При импульсе тока через зажигатель на границе соприкосновения его с ртутью возникают небольшие искры, быстро переходящие в дуговой разряд между катодом и анодом. Анод возбуждения 2 представляет собой графитовый стержень, помещающийся в отдельном патрубке 4. Графитовый экран 3 защищает анод от ртутной струи и капель и одновременно служит деионизационным фильтром. Управляющая сетка охватывает анод с нижней и боковых сторон. Водяная рубашка в виде спирального канала в корпусе служит для охлаждения.
в) Игнитрон
На рис. 15-24 показано устройство маломощного металлического игнитрона и его условное графическое обозначение. Корпус 1 представляет собой стальной цилиндр, охлаждаемый водой, проходящей но водяной рубашке. В корпусе расположен графитовый анод 2. Изоляция его выполнена с помощью стеклянного цилиндрического изолятора 3, спаянного с металлом. Катод представляет собой металлическую чашу 4, заполненную до определенного уровня ртутью 5. Зажигатель в виде стержня из карбида бора, расположенный в центре катода, имеет самостоятельный вывод.
Как уже отмечалось, в игнитроне зажигание дуги происходит в начале каждого периода переменного анодного напряжения.
Достоинствами этого вентиля является незначительное падение напряжения, составляющее 15—20 В, что обеспечивает высокий к. п. д. игнитрона, доходящий до 98—99%.
Игнитроны находят применение в мощных выпрямительных устройствах, электросварочных установках и т. д.
Рис. 15-24. Устройство маломощного металлического игнитрона и его условное обозначение.
