Обратного замыкания

Допустимым обратным напряжением t/o6p называют максимальную величину отрицательного напряжения на аноде, которое газотрон может выдержать без нарушения вентильного действия, т. е. без обратного зажигания дуги. Напряжение t/o6p зависит от давления газа: оно уменьшается при увеличении давления, так как чем больше давление, тем больше положительных ионов бомбардируют анод во время отрицательных полупериодов и тем легче может произойти обратное зажигание дуги. Чтобы увеличить обратное напряжение газотронов, их выполняют при сравнительно малых давлениях газа (пары ртути при давлении 0,01 -т- 0,001 мм рт. ст.); температура катодной горловины при работе газотрона не должна превышать 60°, а анода 600° С, в противном случае с поверхности анода возможна термоэлектронная эмиссия.

В тиратронах с наполнением инертными газами время деионизации несколько меньше, поэтому они могут применяться на частотах до 10 000 гц и выше. В тиратронах с экранирующей сеткой пусковые характеристики смещаются при изменении напряжения на экранирующей сетке ( 2.14, в). В этом случае пусковые области оказываются более узкими, чем в односеточных тиратронах. Напряжение обратного зажигания достигает в экранированных тиратронах с ртут* ным наполнением 13 кв, а в тиратронах с газовым наполнением оно колеблется от 240 в до 15 кв.

До настоящего времени основным типом преобразовательной подстанции для питания электролиза служили подстанции с ртутными выпрямителями (РПП). На принципиальной схеме РПП ( 8-11) показано присоединение к питающему трансформатору двух ртутных выпрямителей РМНВ-500-12 через делители тока. Такой комплект дает суммарное значение выпрямленного тока свыше 20 ка при напряжении до 850 в. Для сглаживания пульсации выпрямленного тока служат реакторы. Для защиты от токов обратного зажигания, достигающих больших значений, служат анодные автоматы. Присоединение вторичных обмоток трансформаторов к шине минусового потенциала производится через катодные автоматы. Первичные обмотки трансформаторов выпрямителей соединены поочередно в звезду и треугольник, что при совместной параллельной работе на общие шины дает форму кривой выпрямленного тока, приближающуюся к форме кривой при 12-фазном выпрямлении. Для питания собственных нужд РПП (насосы водяного охлаждения выпрямителей, ртутный насос, питание системы зажигания и возбуждения, сеточные цепи, формовочное устройство и др.) устанавливается трансформатор собственных нужд. Суммарная сила выпрямленного тока РПП для питания одной-двух серий электролиза алюминия составляет 130—150 ка при 850 б.

Появление обратного зажигания хотя бы у одного прибора при работе его в комплекте с другими приводит к появлению в этом приборе неограниченно большого тока, как показано на 3-32, б. Это приводит к нарушению режима работы устройства в целом.

Степень вероятности появления того либо другого вида обратного зажигания зависит от количественного воздействия тех факторов, которые эти зажигания обусловливают.

Вероятность развития зависимого обратного зажигания существенно зависит от значения обратного тока и его продолжительности. Эти величины определяют число ионов, попадающих на анод. Значение обратного напряжения и последующее его нарастание определяют энергию ионов, бомбардирующих анод.

Линейную связь между частотой обратного зажигания и фактором обратного зажигающего воздействия В для разных типов вентилей и температур охлаждающей среды подтверждают по результатам экспериментальных исследований прямые, приведенные в логарифмическом масштабе на 4-54, а и б.

Вероятность возникновения динамического пробоя (обратного зажигания) на участке прохождения обратного тока, длительность которого определяется на рис, 4-82, б углом г^, определяется так

При обратном зажигании на одном из анодов появляется катодное пятно, в результате чего этот анод теряет вентильные свойства и между ним и другими анодами возникает короткое замыкание. На 2-210 показан случай обратного зажигания анода 5 в выпрямительной установке,

Необходимость ограничивать обратное напряжение связана с тем, что при обратной полярности приложенного напряжения может произойти пробой междуэлектродного промежутка, называемый обратным зажиганием. Развитие обратного зажигания в ионных приборах облегчается присутствием в разрядном промежутке большого количества нерекомбинированных ионов и электронов (особенно в начале отрицательного периода приложенного напряжения).

Выбитые из анода вторичные электроны при большой плотности паров ртути производят около анода большое число актов ионизации, увеличивают обратный ток и облегчают развитие обратных зажиганий. Поэтому при конструировании ртутного вентиля важной задачей является обеспечение вблизи анода пониженного давления и защита анода от попадания капель ртути, которые иногда увлекаются струей ртутных паров. Для защиты от капель ртути служит экран. Кроме того, анод окружают манжетами, уменьшающими приход ионов из плазмы и затрудняющими развитие обратного зажигания.

где Rme — магнитное сопротивление пути обратного замыкания магнитного потока.

В соответствии с магнитной схемой замещения на 6-1, а полный ток индуктора wlu расходуется на проведение общего магнитного потока внутри индуктора по участку а2 и по всему пути его обратного замыкания.

Для определения хе необходимо найти магнитное сопротивление обратного замыкания JRme для участков I и II на 6-1, а, соответственно внутри и вне индуктора:

где Rm i — магнитное сопротивление участка аг — а2 внутри индуктора, но за пределами нагреваемого объекта; Rmll — магнитное сопротивление участка обратного замыкания магнитного^потока^вне индуктора.

где &!< 1 — поправочный коэффициент, учитывающий магнитное сопротивление обратного замыкания; это известный коэффициент Нагаока [13] для цилиндрического индуктора и аналогичный ему при другой форме поперечного сечения; xlo — реактивное сопротивление отрезка at индуктора бесконечной длины.

( 6-4, а) следует, что наиболее существенная часть пути обратного замыкания общего магнитного потока Фи = Ф5 + Фма проходит в зоне сильного поля внутри полости индуктора. Для этого участка можно принять Rme = ы/л:10. Остальной путь разветвляется на два: для потока рассеяния Ф5 — это поворот из полости внутрь зазора h между индуктором и нагреваемой поверхностью.^а для рабочего потока Фм2—путь через зазор.

КПД таких индукторов при одинаковых размерах ниже, чем наружных, так как путь обратного замыкания магнитного потока проходит внутри индуктора, в зоне сильного поля. В этом случае,

Уменьшение магнитного сопротивления обратного замыкания может быть достигнуто применением магнитопроводов, изготовленных из листов трансформаторной стали или из ферритов. На 6-5 приведены поперечный разрез такого индуктора и картина его магнитного поля.

Рассмотрим схемы замещения 6-4, бив применительно к индуктору с магнитопроводом. Из 6-5 видно, что путь обратного замыкания рабочего магнитного потока Фм2, сцепленного как с нагреваемым объектом, так и с индуктирующим проводом, проходит через воздушные зазоры /I и через магнитопровод, в то время как путь обратного замыкания потока рассеяния Ф5 пролегает только

Внешнее емкостное сопротивление хе обусловлено потоком Фе (см. 9-15, а). Для расчета хе = 1/(соСй), где Се — внешняя или, точнее, краевая емкость рабочего конденсатора, можно использовать некоторые общие свойства электрического поля конденсатора и магнитного поля индуктора. Если рассмотреть схему замещения индуктора с нагреваемой деталью, основанную на общности потока обратного замыкания (см. § 6-1), то легко заметить полную аналогию между этой схемой и схемой 9-15, б. Схема замещения индуктора по общему потоку получается из схемы замещения конденсатора путем замены всех емкостей индуктивностями, а сопротивление гг становится сопротивлением провода индуктора. Самой интересной является аналогия между внешним сопротивлением хе и индуктивным сопротивлением обратного замыкания, которое тоже обозначено хе на схемах замещения индуктора в § 6-1. Это сопротивление при расчете индуктора находится на основании предположения, что внешнее магнитное поле индуктора с загрузкой подобно полю пустого индуктора. Справедливость такого предположения доказана экспериментально. Очевидно, справедливо и аналогичное утверждение: внешнее (краевое) электрическое поле конденсатора с загрузкой подобно полю пустого конденсатора. Отсюда сразу следует способ расчета:

Индуктор и футеровка, основной частью которой является тигель, укрепляются в корпусе печи. Конструктивные детали корпуса располагаются вне индуктора на небольшом расстоянии от него, т. е. в области, пронизываемой магнитным потоком индуктора на пути его обратного замыкания. Поэтому в металлических деталях корпуса могут возникать вихревые токи, вызывающие нагрев.