ВЫПРЯМЛЯЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Во всех описанных выше схемах в качестве выпрямляющих элементов можно использовать кенотроны или селеновые столбики.
Кенотроны. Для бестрансформаторных схем с удвоением напряжения выпускается специальный кенотрон типа 30Ц6С, имеющий два анода, два катода и надёжно изолированную от обоих катодов нить накала. Напряжение накала этого кенотрона 30 в, ток накала 0,3 А и максимальное напряжение, допустимое между катодом и нитью, 300 в.
Максимально допустимая разность потенциалов между катодом и нитью накала для кенотронов, применяемых в схемах с умножением напряжения, а также и для других приёмно-усилительных ламп, цепи накала которых включаются последовательно, является одним из важнейших параметров. В схемах бестрансформаторного питания эта разность потенциалов может достигнуть значительного уровня и привести к пробою тонкого слоя керамики, изолирующего нить (подогреватель) от катода. В результате такого пробоя в кенотроне обычно перегорает нить накала и выходит из строя первый конденсатор фильтра (если он электролитический), так как он оказывается подключённым непосредственно к сети переменного тока. Не исключена при этом возможность и других повреждений.
Поэтому при конструировании приёмника или другого устройств а с бестрансформаторным питанием необходимо подсчитывать для каждой лампы возникающее между её катодом и нитью накала максимальное (амплитудное) напряжение. Это особенно важно при использовании выпрямителей, собранных по схемам с умножением напряжения.
В табл. 2 приведены величины максимально допустимых напряжений между нитью накала и катодом некоторых кенотронов и приёмно-усилительных ламп.
Из кенотронов с изолированным от нити накала катодом, кроме упомянутого выше кенотрона 30Ц6С, в выпрямителях с умножением напряжения могут применяться кенотроны типа 30Ц1С (с одним анодом и одним катодом) и типа 6Ц5С (с двумя анодами и одним катодом). В отличие от кенотрона 30Ц6С последние являются одиночными выпрямительными элементами, и поэтому в каждую схему удвоения напряжения их нужно ставить по два.
Таблица 2
| Условное обозначение лампы | Максимально допустимое напряжение нить-катод, в |
| 6Ц5С | 450 |
| 30Ц6С, 30Ц1М, 6Х6С | 300 |
| 30П1С, 6П3С | 180 |
| 12П4С, 6П6С, 6Ж8, 6Г2 | 100 |
Применение двух кенотронов 30Ц1С вместо одного кенотрона 30Ц6С удобно тем, что при этом в некоторых случаях отпадает необходимость в гасящем сопротивлении, включаемом обычно последовательно в цепь накала ламп. Так, например, цепь накала пяти- или шестилампового приёмника с выходной лампой 30П1С и двумя кенотронами 30Ц1С при соединении всех нитей ламп последовательно требует для их питания 115...120 в и может включаться прямо в сеть. Выпрямитель такого приёмника собирается по однополупериодной схеме с удвоением напряжения (фиг. 12), причём нити всех ламп должны быть соединены в порядке, указанном на этой схеме, так как иначе один из кенотронов 30Ц1С будет иметь напряжение между нитью накала и катодом, превышающее допустимое.
Фиг. 12. Схема бестрансформаторного питания приёмника с использованием двух кенотронов типа 30Ц1С.
Для схемы с удвоением напряжения иногда удобно использовать кенотроны типа 6Ц5С (6Х5С). От выпрямителя с двумя такими кенотронами, с соединёнными между собой в каждом из них анодами, можно получить ток до 140 мА при достаточно высоком выпрямленном напряжении. Так как кенотроны типа 6Ц5С рассчитаны на ток накала 0,6 А (при 6,3 в), то с целью экономичности питания накал их лучше всего производить от понижающего трансформатора.
При наличии понижающего трансформатора с тремя изолированными обмотками, из которых две рассчитаны для питания кенотронов, а третья - для питания приёмно-усилительных ламп, можно применять для схем удвоения любые кенотроны.
Все приведённые выше соображения действительны также и для схем с утроением и учетверением напряжения.
Селеновые столбики. Применение в выпрямителях с умножением напряжения (особенно при многократном умножении) кенотронов неудобно, так как наличие трёх, четырёх и более кенотронов делает конструкцию громоздкой и экономически невыгодной.
Использование вместо кенотронов селеновых столбиков, в таких случаях удешевляет стоимость выпрямителя, освобождает от необходимости смены перегоревших в нем кенотронов, срок службы которых во много раз короче, чем селеновых элементов, повышает к.п.д. выпрямителя.
Селеновые шайбы, из которых собираются столбики, выпускаются диаметром 7, 19, 25, 35, 45, 67, 86, 100 и 112 мм. Приводим их электрические параметры:
- Допустимая постоянная составляющая тока через шайбу за весь период равна 50 мА/см2 её рабочей площади.
- Максимально допустимое эффективное рабочее напряжение для шайб диаметром до 45 мм составляет 18 в, для шайб диаметром 67 и 86 мм - 16 в и для шайб диаметром 100 и 112 мм - 14 в.
- Для указанных напряжений обратный ток через шайбу не должен превышать 2...3 мА/см2 (при измерении на постоянном токе).
- При номинальной нагрузке падение напряжения в прямом направлении для постоянного тока не превышает 1,2...1,3 в.
- При испытании на пробой шайбы диаметром до 45 мм включительно выдерживают эффективное напряжение 30 в, шайбы диаметром 67 и 86 мм - 24 в и шайбы диаметром 100 и 112 мм - 22 в.
- Допустимая рабочая температура лежит в пределах минус 50 - плюс 75° С.
Приведённые электрические параметры являются ориентировочными, так как нормальная работа и отдача выпрямителя с селеновыми выпрямительными элементами во многом зависят от электрической схемы, вида и характера нагрузки, длительности разового включения, правильного расположения групп столбиков (предусматривающего лучшее охлаждение) и расстояния между шайбами.
В табл. 3 приведены максимально допустимые значения выпрямленного тока для выпрямителя с селеновыми столбиками в зависимости от его электрической схемы, размера шайб и расстояния между ними.
Таблица 3
| Диаметр шайбы, мм | Расстояние между шайбами, мм | Максимальный выпрямленный ток, А | ||||
| Однополупериодная схема | Двухполупериодная схема | Схема с удвоением напряжения | Схема с утроением напряжения | Схема с учетверением напряжения | ||
| 19 | 3 | 0,04 | 0,075 | 0,04 | 0,025 | 0,02 |
| 25 | 3 | 0,075 | 0,15 | 0,075 | 0,05 | 0,037 |
| 25 | 5 | 0,11 | 0,22 | 0,11 | 0,07 | 0,055 |
| 35 | 4 | 0,15 | 0,30 | 0,15 | 0,10 | 0,075 |
| 35 | 6 | 0,23 | 0,45 | 0,23 | 0,15 | 0,11 |
| 45 | 4 | 0,30 | 0,60 | 0,30 | 0,20 | 0,15 |
| 45 | 6 | 0,39 | 0,78 | 0,39 | 0,26 | 0,19 |
| 67 | 6 | 0,60 | 1,2 | 0,60 | 0,40 | 0,30 |
| 67 | 10 | 0,78 | 1,6 | 0,78 | 0,57 | 0,39 |
| 86 | со | 1,2 | 2,4 | 1,2 | 0,80 | 0,60 |
| 86 | 10 | 1,5 | 3,1 | 1,5 | 1,05 | 0,76 |
| 100 | 7 | 1,6 | 3,2 | 1,6 | 1,07 | 0,80 |
| 112 | 7 | 2,0 | 4,0 | 2,0 | 1,35 | 1,0 |
| 112 | 11 | 2,6 | 5,2 | 2,6 | 1,75 | 1,3 |
Примечания:
- 1. Приведённые данные соответствуют непрерывной работе в течение 6-8 час. с исследующим перерывом такой же продолжительности.
- 2. Окружающая температура не должна превышать 35° С.
- 3. Количество шайб в одной группе (столбике) не должно превышать 35 шт. при диаметре шайбы 35 мм и 40 шт. - при диаметре 45 мм (и больше).
Приведённые в табл. 3 данные являются основными для выбора и расчёта нужных групп выпрямительных элементов. Следует заметить, что, улучшив условия теплоотвода (увеличив, например, расстояние между шайбами), можно допустить значительно большую нагрузку селенового выпрямителя, но при этом его к.п.д. несколько снизится из-за увеличения падения напряжения на выпрямительных элементах.
Качество селенового выпрямительного элемента определяется отношением прямого тока в нем к обратному току. Чем больше это отношение, тем лучше будет работать выпрямитель. Выпрямительный элемент можно, считать пригодным к работе в том случае, если при полной нагрузке обратный ток его не превышает 5% прямого, (величина этих токов определяется сопротивлением выпрямительного элемента в прямую и обратную стороны).
Селеновые выпрямительные элементы работают, как правило, группами, в которых шайбы одного диаметра соединяются последовательно, параллельно или комбинированно. Групповое соединение шайб предъявляет строгие требования к равенству их сопротивлений, так как иначе между отдельными шайбами получится неравномерное распределение напряжений или токов, что может вызвать для некоторых из шайб превышение допустимых значений и повреждение их, а неисправность хотя бы одной шайбы нарушит нормальную работу выпрямителя.
Вследствие того, что в селеновых выпрямительных элементах с уменьшением плотности тока возрастает их сопротивление в прямом и обратном направлениях и уменьшается соотношение между ними (что приводит к ухудшению выпрямительных свойств), при малых токах необходимо применять шайбы с соответственно малой площадью.
С повышением температуры сопротивление селеновых выпрямительных элементов падает (отрицательный коэффициент сопротивления), в связи с чем уменьшаются потери и повышается к.п.д. выпрямителя.
При постройке выпрямителей с селеновыми выпрямительными элементами следует ещё учитывать их подверженность старению. С течением времени, особенно в процессе эксплуатации, сопротивление таких элементов в прямом направлении растёт, растут также потери в них и увеличивается их нагрев. По истечении 1000 - 2000 часов работы сопротивление выпрямительного элемента увеличивается настолько, что падение напряжения на нём возрастает на 20-25%, а в отдельных случаях и на 50%. Последующая эксплуатация вызывает лишь незначительное увеличение сопротивления, и нормальный срок службы выпрямительных шайб достигает 10000 - 20000 час.
Повышение прямого сопротивления наблюдается также и в неработающих селеновых элементах, хранящихся при комнатной температуре. При работе в условиях низких температур мощность, отдаваемая селеновым выпрямителем, падает. Так, при температуре минус 40° С мощность, отдаваемая выпрямителем, падает на 25% относительно мощности, отдаваемой при температуре плюс 20° С. Чем выше температура выпрямительной шайбы, тем меньшая допускается плотность тока. Если, например, при температуре окружающего воздуха плюс 35° С допустимую плотность тока принять за номинальную, то при повышении температуры, например до плюс 70° С, плотность тока не должна быть выше 20% от номинальной.
Кратковременная работа селеновых шайб при температурах до плюс 80-85° С не влечёт за собой немедленной их гибели, но длительная работа при таких температурах может вызвать усиленное старение, а в связи с этим - дальнейшее повышение температуры шайб и выход их из строя.
Селеновые выпрямители хорошо выносят кратковременные перегрузки. Так, 15-кратная перегрузка в течение 3 сек., 8-кратная перегрузка в течение 10 сек. и 4-кратная перегрузка в течение 50 сек., повторяемые многократно с часовым перерывом для охлаждения, никаких изменений в шайбах не вызывают. Даже случайный пробой селеновой шайбы не всегда ведёт к её гибели, так как расплавленный селен, имеющий высокое удельное сопротивление, изолирует пробитое место. Однако, если при этом успеет расплавиться также и верхний электрод, изготовляемый из легкоплавкого сплава, то может произойти короткое замыкание шайбы, что приведёт её в негодность.
В случае выхода из строя селеновых столбиков, а также при применении столбиков, бывших в употреблении, когда необходима их переборка, нужно просмотреть исправность верхних электродов всех шайб и проверить их годность по отсутствию короткого замыкания и наличию выпрямляющего действия. Проверка производится в цепи постоянного тока, в которой определяется прямой и обратный ток через шайбу (более подробно это описывается ниже).
Минимальное количество шайб в столбиках каждого звена схемы умножения, рассчитанной на работу от электросети 127 составляет 13 шт., а при напряжений сети 220 в - 22 шт. Увеличение их числа на 15-25% допустимо и даже желательно в случае, когда применяются шайбы, бывшие в употреблении.
Начало. СХЕМЫ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ С УМНОЖЕНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ
Продолжение. НАКАПЛИВАЮЩИЕ ЁМКОСТИ