Игнитрон — это разновидность газонаполненной трубки , используемая в качестве управляемого выпрямителя и появившаяся в 1930-х годах. Изобретенная Джозефом Слепианом , когда он работал в Westinghouse , компания Westinghouse была первоначальным производителем и владела правами на торговую марку на название «Ignitron». Игнитроны тесно связаны с ртутно-дуговыми клапанами , но отличаются способом зажигания дуги. Они действуют аналогично тиратронам ; пусковой импульс на электрод воспламенителя включает устройство, позволяя протекать сильному току между катодным и анодным электродами. После включения ток через анод необходимо уменьшить до нуля, чтобы вернуть устройство в непроводящее состояние. Они используются для переключения больших токов в тяжелой промышленности.
Игнитрон обычно представляет собой большой стальной контейнер с лужицей ртути на дне, которая во время работы действует как катод . Анодом служит большой цилиндр из графита или тугоплавкого металла , удерживаемый над бассейном с помощью изолированного электрического соединения . На зажигающий электрод (называемый воспламенителем ), изготовленный из тугоплавкого полупроводникового материала, такого как карбид кремния, [1] кратковременно подается импульс высокого тока для создания слоя электропроводящей ртутной плазмы . Плазма быстро заполняет пространство между ртутным резервуаром и анодом, обеспечивая сильную проводимость между основными электродами. На поверхности ртути при нагревании образующейся дугой высвобождается большое количество электронов , которые помогают поддерживать ртутную дугу . Таким образом, поверхность ртути служит катодом, и ток обычно течет только в одном направлении. После зажигания игнитрон будет продолжать пропускать ток до тех пор, пока ток не будет прерван извне или пока напряжение, приложенное между катодом и анодом, не изменится на противоположное. [2]
Игнитроны долгое время использовались в качестве сильноточных выпрямителей на крупных промышленных и коммунальных предприятиях, где тысячи ампер переменного тока должны быть преобразованы в постоянный ток , например, на алюминиевых заводах. Игнитроны использовались для управления током в электросварочных машинах . Большие электродвигатели также управлялись зажигателями, используемыми в закрытом режиме [ необходимы пояснения ] , аналогично современным полупроводниковым устройствам, таким как кремниевые выпрямители и симисторы . Многие электровозы использовали их в сочетании с трансформаторами для преобразования переменного тока высокого напряжения от воздушных линий электропередачи в постоянное напряжение относительно низкого напряжения для тяговых двигателей . Грузовые локомотивы Е44 Пенсильванской железной дороги имели бортовые зажигатели, как и российский грузовой локомотив ВЛ-60. Во многих современных приложениях игнитроны были заменены твердотельными альтернативами.
Поскольку они гораздо более устойчивы к повреждениям из-за перегрузки по току или обратного напряжения, игнитроны по-прежнему производятся и используются в некоторых установках вместо полупроводников. Например, специально сконструированные «импульсные» зажигатели до сих пор используются в некоторых приложениях с импульсной мощностью . Эти устройства могут коммутировать сотни килоампер и выдерживать напряжение до 50 кВ. Аноды в этих устройствах часто изготавливаются из тугоплавкого металла, обычно из молибдена , чтобы без повреждений выдерживать обратный ток во время звонких (или колебательных) разрядов. Импульсные зажигалки обычно работают при очень низких рабочих циклах . Их часто используют для переключения батарей конденсаторов большой энергии при электромагнитной формовке , электрогидравлической формовке или для аварийного короткого замыкания источников питания высокого напряжения ( «ломового» переключения).
Хотя основные принципы формирования дуги, а также многие аспекты конструкции очень похожи на другие типы ртутно-дуговых клапанов, игнитроны отличаются от других ртутно-дуговых клапанов тем, что дуга зажигается каждый раз, когда проводится цикл проводимости. запускается, а затем гаснет, когда ток падает ниже критического порога.
В других типах ртутно-дуговых клапанов дуга зажигается только один раз, когда на клапан впервые подается напряжение, и после этого остается постоянно установленной, чередуя главный(е) анод(ы) и маломощный вспомогательный анод или цепь поддержания активности . Кроме того, необходимы управляющие сетки для регулировки времени начала проведения.
Зажигание дуги в контролируемое время каждого цикла позволяет зажигателю обойтись без вспомогательного анода и управляющих сеток, необходимых для других ртутно-дуговых клапанов. Однако недостатком является то, что запальный электрод должен быть расположен очень точно, едва касаясь поверхности ртутной ванны, а это означает, что игнитроны должны быть установлены очень точно в пределах нескольких градусов от вертикального положения.