Игнитрон — это тип газонаполненной трубки, используемой в качестве управляемого выпрямителя и датируемой 1930-ми годами. Изобретенный Джозефом Слепяном во время работы в Westinghouse , Westinghouse был первоначальным производителем и владел правами на торговую марку «Игнитрон». Игнитроны тесно связаны с ртутными дуговыми вентилями , но отличаются способом зажигания дуги. Они функционируют аналогично тиратронам ; пусковой импульс на электроде зажигания включает устройство, позволяя сильному току протекать между катодным и анодным электродами. После включения ток через анод должен быть уменьшен до нуля, чтобы восстановить устройство в его непроводящее состояние. Они используются для переключения сильных токов в тяжелых промышленных приложениях.
Игнитрон обычно представляет собой большой стальной контейнер с бассейном ртути на дне, который во время работы действует как катод . Большой графитовый или тугоплавкий металлический цилиндр, удерживаемый над бассейном изолированным электрическим соединением, служит анодом . Поджигающий электрод (называемый воспламенителем ) , изготовленный из тугоплавкого полупроводникового материала, такого как карбид кремния, [1] кратковременно пульсирует высоким током, чтобы создать клуб электропроводящей ртутной плазмы . Плазма быстро перекрывает пространство между бассейном ртути и анодом, обеспечивая сильную проводимость между основными электродами. На поверхности ртути нагрев образующейся дугой высвобождает большое количество электронов , которые помогают поддерживать ртутную дугу . Таким образом, поверхность ртути служит катодом, и ток обычно идет только в одном направлении. После зажигания игнитрон будет продолжать пропускать ток до тех пор, пока ток не будет прерван извне или напряжение, приложенное между катодом и анодом, не изменится на противоположное. [2]
Игнитроны долгое время использовались в качестве сильноточных выпрямителей в крупных промышленных и коммунальных установках, где тысячи ампер переменного тока должны были быть преобразованы в постоянный ток , например, в алюминиевых плавильных печах. Игнитроны использовались для управления током в электросварочных машинах . Большие электродвигатели также управлялись игнитронами, используемыми в стробируемом [ требуется разъяснение ] режиме, аналогично современным полупроводниковым приборам, таким как кремниевые управляемые выпрямители и симисторы . Многие электровозы использовали их в сочетании с трансформаторами для преобразования переменного тока высокого напряжения от воздушных линий в постоянный ток относительно низкого напряжения для тяговых двигателей . Грузовые локомотивы Пенсильванской железной дороги E44 имели бортовые игнитроны, как и российский грузовой локомотив ВЛ-60. Для многих современных применений 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 вместо полупроводников в некоторых установках. Например, специально сконструированные игнитроны с «импульсным номиналом» по-прежнему используются в определенных импульсных силовых приложениях. Эти устройства могут переключать сотни килоампер и удерживать до 50 кВ. Аноды в этих устройствах часто изготавливаются из тугоплавкого металла, обычно молибдена , для обработки обратного тока во время звенящих (или колебательных) разрядов без повреждений. Игнитроны с импульсным номиналом обычно работают при очень низких рабочих циклах . Они часто используются для переключения батарей конденсаторов высокой энергии во время электромагнитного формирования , электрогидравлического формирования или для аварийного короткого замыкания источников питания высокого напряжения ( переключение «лома» ).
Хотя основные принципы формирования дуги, а также многие аспекты конструкции очень похожи на другие типы ртутных дуговых вентилей, игнитроны отличаются от других ртутных дуговых вентилей тем, что дуга зажигается каждый раз при начале цикла проводимости, а затем гаснет, когда ток падает ниже критического порога.
В других типах ртутно-дуговых вентилей дуга зажигается только один раз, когда вентиль впервые активируется, и затем остается постоянно установленной, чередуясь между главным анодом(ами) и маломощным вспомогательным анодом или цепью поддержания активности . Кроме того, для регулировки времени начала проводимости требуются управляющие сетки.
Действие зажигания дуги в контролируемое время, каждый цикл, позволяет игнитрону обойтись без вспомогательного анода и управляющих сеток, требуемых другими ртутно-дуговыми вентилями. Однако недостатком является то, что электрод зажигания должен быть расположен очень точно, едва касаясь поверхности ртутной ванны, что означает, что игнитроны должны быть установлены очень точно в пределах нескольких градусов от вертикального положения.