§ 166. Выпрямление переменного тока. Хотя, как мы уже

указывали, в технике применяется преимущественно пере­менный ток, однако в ряде случаев бывает необходимо иметь постоянный ток. Такой ток необходим, например, для пита­ния радиоприемных и радиопередающих устройств, теле­визоров, для зарядки аккумуляторов, для электролитиче­ского получения металлов, да я приведения в действие дви­гателей трамваев, троллейбусов и электропоездов ¹) и для многих других целей. Поэтому очень важное техническое значение имеют устройства, позволяющие превращать пе­ременный ток в постоянный, или, как принято говорить, вы­прямлять его.

В основе действия всех устройств такого рода — выпря­мителей — лежит применение так называемых электриче­ских вентилей, т. е. приборов, которые пропускают ток в одном направлении и не пропускают его в противоположном направлении. С одним из таких вентилей мы уже знакомы. Это — двухэлектродная лампа с накаленным катодом (§ 106). Еслй мы включим такую лампу в сеть переменного тока последовательно с нагрузкой, для питания которой нам

нужен постоянный ток (рис. 315), то ток будет проходить через цепь только в тот полупериод, когда накаленная нить будет катодом, а холодная пластинка — анодом. В следую­щий полупериод, когда холодная пластинка служит като­дом, а раскаленная нить — анодом, ток проходить не может, потому что испускаемые нитью электроны не будут притягиваться полем к пла­стинке, а, наоборот, будут оттал­киваться обратно к нити. Поэтому ток в нагрузке будет прямым, т. е. Рис. 315. Схема однополу- направление его меняться не будет, периодного выпрямителя Форма такого пульсирующего пря­мого тока показана на рис. 316. Эта схема выпрямления переменного тока носит название одно- полу периодной.

Чтобы сгладить колебания силы тока в цепи, применяют более сложную, двухполупериодную, схему выпрямления, показанную на рис. 317. Здесь сетевое напряжение подводят

О .Т/2 т ЗТ/2. 27-

Рис. 316. Форма тока при однополу пер йодном выпрямлении

к первичной обмотке трансформатора, а середину вторичной обмотки соединяют с отдельным зажимом. Ясно, что в те­чение одного полупериода зажим а имеет относительно сред­ней точки Ь более высокий потенциал, т. е. является по отношению к ней плюсом, а точка с — минусом. В течение следующего полупериода, наоборот, плюсом по отношению к средней точке будет точка с, а минусом — точка а.

Крайние точки трансформатора а и с присоединяют к анодам двух выпрямительных ламп, катоды которых соеди­нены между собой и накаливаются отдельной батареей или отдельной понижающей обмоткой на трансформаторе. На­грузка, как это видно из рис. 317, включается между средней точкой трансформатора и катодами обеих выпрямительных ламп. В течение того полупериода, когда точка а положи­тельна по отношению к точке Ь, а точка с — отрицатель­на, ток проходит только через первую лампу, а вторая за­перта, т. е. не пропускает тока. В течение следующего полу-

периода лампы меняются ролями: первая лампа заперта, и ток проходит только через вторую. Направления этих токов отмечены на рис. 317 стрелками. Мы видим, что через на­грузку ток проходит в течение обоих полупериодов в од­ном и том Же направлении. Форма этого тока показана на рис. 318 штриховой линией.

Трансформатор Первичная Вторичная оомотка оймотка

Чтобы еще больше сгладить пульсации выпрямленного тока, применяют так называемые фильтры. Простейшим фильтром является конденсатор достаточно большой емко­сти, включенный параллельно нагрузке. Этот конденсатор,

Рис. 318. Форма тока при двухполупериодном выпрямлении

показанный штриховой линией на рис. 315, заряжается в тот полупериод, когда через выпрямительную лампу про­ходит ток, и разряжается через приемник энергии в тече­ние следующего полупериода, поддерживая в нем, таким образом, ток в течение всего периода.

Еще более совершенным является фильтр, состоящий из катушки с железным сердечником, обладающей большой индуктивностью, и двух конденсаторов. Катушка включа­ется последовательно с приемником энергии, а конденса­торы — параллельно ему: один — перед катушкой, другой после нее (рис. 317). Э. д. с. самоиндукции в катушке про-

тиводействует изменениям тока. Она ослабляет егово время нарастания и поддерживает во время убывания. Форма сгла­женного тока показана на рис. 318 сплошной ломаной ли­нией.

'Двухэлектродные вакуумные выпрямительные лампы с накаленными катодами называют кенотронами (§ 106). Они получили очень широкое распространение в радио­приемниках, телевизорах и других радиоустройствах..

Кенотроны могут пропускать через себя лишь сравни­тельно слабые токи, до нескольких десятков миллиампер. В тех случаях, когда нужно выпрямлять большие токи (до 50 А), вместо кенотронов применяют так называемые газо­троны (рис. 319). Это тоже двухэлектродная лампа с нака­ленным катодом и металлическим или угольным анодом, но в отличие от кенотрона, внутри которого воздух по воз­можности полностью откачан, колба газотрона заполнена

ловное обозначение

а) 6)

Рис. 319. Газотрон: а) внешний вид; б) ус-

/6 |

Рис. 320. Устройство ртутного выпрямителя

парами ртути или инертным газом. Электроны, вылетающие из накален­ного катода, на своем пути к аноду ионизуют при соударениях атомы

ртути. Появляющиеся при этом положительные ионы спо­собствуют увеличению эмиссии с катода, так что ток через газотрон может быть значительно больше, чем че­рез кенотрон.

Наконец, в тех случаях,, когда требуется выпрямить токи очень больших мощностей (до 200 А при напряжении до 50 кВ), в качестве вентилей применяют так называемые ртутные выпрямители. Они представляют собой большие стеклянные или металлические колбы (рис. 320), в которых происходит дуговой разряд в парах ртути между катодом

1. (жидкая ртуть) и графитовыми электродами 2 и 3, впаян­ными в боковые отростки. Дополнительные электроды 4 и 5 включены в устройство, обеспечивающее работу выпря­мителя при малых нагрузках. Ртуть в дополнительном от­ростке 6 служит для зажигания дуги. Дуга в колбе может гореть только тогда, когда жидкая ртуть является като­дом. При этом на поверхности ртути образуется ярко све­тящееся пятно, представляющее собой нагретый участок ртути. С этого участка происходит усиленное испарение ртути, пары которой при высоком давлении заполняют всю колбу. Это же пятно является и источником электронов, которые движутся под действием электрического поля к тому из электродов 2 и 3, который в данное время положителен по отношению к ртути и другому аноду.

Такой выпрямитель включается по схеме двухполупе- риодного выпрямления, и дуга горит в течение одного полу- периода между катодом 1 и анодом 2, а в течение другого — между катодом 1л анодом 3. При этом в нагрузке ток идет все время в одном и том же направлении. Такими ртутными выпрямителями оборудованы, в частности, почти все под­станции, питающие электрические железные дороги, трам­ваи и троллейбусы.

Наряду с описанными электронными или газоразрядными выпрямителями в последнее время получили более широкое

Рис. 321. Условное обозначение полупроводни­ковых электрических вентилей

распространение твердые или полупроводниковые выпрями­тели, о которых было сказано в гл. IX. Их включают в вы­прямительные устройства по тем же схемам одно- и двухпо- лупериодного выпрямления, как газотроны или кенотроны.

На чертежах полупроводниковые вентили принято обозначать условным знаком, изображеным на рис. 321. На­правление острия указывает направление пропускания тока. Иными словами, устройство, обозначенное этим знаком, пропускает ток только тогда, когда электрод, изображен­ный треугольником, является анодом (плюсом), а электрод, изображаемый пластинкой,— катодом (минусом).