16-го сентября с. г. в аудитории Радиолаб'а М. А. Бонч-Бруевич сделал доклад о катодном выпрямителе своей конструкции с демонстрированием самого выпрямителя.
Катодный выпрямитель, имеющий еще лабораторный вид и изображенный на черт. 1 (стр. 334), представляет собою стеклянный эвакуированный баллон, внутри которого помещены накаливающаяся нить из вольфрама и алюминиевый массив, имеющий ребристую поверхность.
Действие выпрямителя заключается в следующем: при накале нити до белого каления она становится катодом, испускающим термоионный поток по направлению к алюминиевому аноду. Переменный ток, подведенный к аноду и катоду выпрямителя, вследствие свойств последнего, проходит чрез него лишь в одном направлении, а именно: от анода к катоду, т. е. становится пульсирующим (черт. 2-а, сплошные кривые).
В действительности оказывается, что при трансформаторе, нагруженном цепью с выпрямителем, кривые тока получают форму пульсаций, несколько отличающуюся от указанной на черт. 2-а, становясь более расплывчатыми (черт. 2-b), это происходит вследствие смещения фазы напряжения во вторичной обмотке трансформатора на 90° в момент нагрузки его цепью выпрямителя. Число пульсаций остается, конечно, прежним.
Если за выпрямителем, параллельно питаемой цепи R T2 (черт. 3) присоединить емкость C, то последняя будет заряжаться выпрямленным током и в моменты прекращения каждой из пульсаций, она, разряжаясь чрез питаемую ею цепь, будет посылать в нее свои собственные пульсации и в том-же направлении. В результате накладывания последних пульсаций на первые, в питаемой цепи создается результирующий ток, постоянный по направлению и почти постоянный по величине (черт, 2-с).
Для надлежащего действия выпрямителя и увеличения продолжительности его службы требуются наивозможнейший вакуум в баллоне, интенсивное охлаждение анода и соответствующий материал для него.
В выпрямителе М. А. Бонч-Бруевича последние условия выполнены тем, что в качестве материала для анода взят алюминий, как наименее распыляемый металл при термоионном процессе, и ему приданы форма и размеры, при которых достигнут энергичный отвод тепла.
Схема соединения приборов при демонстрировании выпрямителя показана на черт. 3, где 1000-периодный ток трансформируется с 200, на 8000 вольт в трансформаторе T1.
Полученный переменный ток проходит чрез выпрямитель P, без'индукционное сопротивление R (нагрузка выпрямителя), состоящее из 30-ти последовательно соединенных ламп накаливания с угольной нитью на напряжение в 220 вольт, имеющих общее сопротивление в 30 000 ом. Далее ток проходит чрез вторичную обмотку трансформатора T2 и два амперметра A1 и A2, из которых первый постоянного, а второй переменного тока. Параллельно питаемой цепи R T2 присоединена батарея конденсаторов C, имеющая емкость около 1/10 микрофарады. К обкладкам ея ключем K5 можно присоединять искровой промежуток F. Ключи K1 до K5 позволяют вводить или выводить из цепи элементы ее.
Назначение трансформатора T2 исключительно для присоединения к цепи выпрямителя вольтметра V, включенного в первичную обмотку этого трансформатора. Из способа присоединения вольтметра к цепи становится ясным, что, вследствие индуктивной связи с нею, вольтметр дает лишь относительные показания о напряжении в данном участке цепи и лишь тогда, когда в ней протекает переменный или пульсирующий ток, но не постоянный.
Нить накаливается от альтернатора, питающего цепь, причем, для упрощения схемы, цепь накала и реостат регулирующий его на чертеже не показаны.
Демонстрирование выпрямителя заключалось в следующем:
A.
1) При замыкании ключей K1 и K2 трансформированный переменный ток направляется чрез выпрямитель P, сопротивление R, обмотку T2 и амперметры A1 и A2. При этом: лампы чуть светятся, A1 показывает 0,15 амп, A2 - 0,20 амп, V - 200 вольт. В цепи проходит выпрямленный пульсирующий ток, показанный на черт. 2-b. Что ток не переменный, показывает отклонение амперметра постоянного тока A1. Что он пульсирующий доказывает несколько большее отклонение амперметра переменного тока A2, показывающего средне-квадратическую силу тока, а также отклонение вольтметра V.
2) Далее, замыканием ключа K3 к питательной цепи R T2 параллельно присоединяется емкость C; При этом: лампы загораются ярко, A1 и A2 соответственно показывают 0,2 и 0,22 амп, V падает до 4 вольт. В цепи проходит ток, постоянный по направлению и почти постоянный по величине (черт. 2-с). Что это так, показывает: яркое горение ламп, т. к. чрез них проходят теперь не пульсирующий, а постоянный по величине ток, а также и увеличение показаний амперметров. Падение показания V до 4-х вольт доказывает, что пульсации тока почти прекратились. Это-же видно и из небольшого превышения показания A2 над A1, выражающегося 8—10%.
Б.
1) При замыкании K1, K4 и K2 ток проходит чрез питаемую цепь и амперметры. Выпрямитель и емкость выключены. Лампы горят слабо. Показание A1 = 0, A2 = 0,12 амп, V = 200 вольт. Следствие: в цепи без выпрямителя идет обычный, небольшой силы переменный ток. Что он переменный, показывает отсутствие отклонения стрелки амперметра постоянного тока и большое показание вольтметра. Вследствие большого полного сопротивления цепи при переменном, токе, последний невелик, что указывают A2 и слабое свечение ламп.
2) Замыканием K3 включается параллельно цепи R T2 емкость C. При этом: лампы тухнут, т. к. переменный ток идет теперь главным образом чрез емкость. Показания амперметров: A1 = 0, A2 = 0,3 амп. Показание V = 100 вольт. Сила переменного тока увеличилась, вследствие уменьшения полного сопротивления цепи от присоединения C. Напряжение-же упало благодаря ответвлению части тока чрез емкость,
3) Размыканием ключа K4, выпрямитель вводится в цепь, и все явления, описанные в п. A2) восстанавливаются.
В.
1) Замыканием K1, K2 и K3 ток направляется чрез выпрямитель, емкость, с присоединенным к ее обкладкам разрядником F и амперметры. Выпрямленный ток заряжает обкладки батареи конденсаторов C до 16000 вольт, вследствие самоиндукции цепи. Конденсаторы, разряжаясь чрез F дают редкие искры. Размыканием K1 генератор выключается. Проскакивание искр в разряднике прекращается. При сближении чрез несколько секунд после этого электродов F получается ряд уменьшающихся по силе искр (3-4 искры).
Этим опытом доказывается высокая выпрямляющая способность выпрямителя: конденсатор, имея на своих обкладках разность потенциалов равную 1600 вольт и будучи замкнут проводами чрез выпрямитель, держит свой заряд, т. к. выпрямитель совершенно не пропускает тока в направлении от катода к аноду.
Г.
Все приборы включены в цепь кроме разрядника F. Увеличением сопротивления реостата (черт. 1 - r, на черт. 3 не показано), накал нити уменьшается. Вследствие этого термоионный ток также уменьшается. Сопротивление выпрямителя увеличивается, и в нем поглащаетея значительная часть напряжения, падавшего раньше в питаемой цепи R T2. Вследствие этого выпрямитель сильно греется.
При подобном режиме анод будет распыляться, нить разрушаться и выпрямитель может быстро притти в полную негодность. Следовательно для рациональной работы выпрямителя необходим определенный режим: при данном напряжении, увеличение накала нити полезно до момента получения в выпрямителе тока насыщения. Дальнейшее увеличение накала бесполезно, т. к. омическое сопротивление цепи не позволяет току увеличиться, нить-же может перегореть.
Уменьшение накала невыгодно, т. к, при уменьшении термоионного потока в выпрямителе затрачивается большое напряжение и он работает неэкономично.
Особенность описанного выпрямителя та, что он может выпрямлять токи как любого напряжения, так и любой частоты. Мощность его, при определенной конструкции может быть доведена до большого предела. Коэффициент полезного действия весьма велик. При мощности, затраченной в первичной цепи трансформатора T1 — 1600 ватт, и при затрате 50 ватт на накал нити, отдача выпрямителя выразилась 1500 ваттами, т. е. 0,94, не считая даже потерь при трансформировании энергии в T1. При напряжении в 8000 вольт, сила выпрямленного тока = 0,25 ампера. Данный выпрямитель испытывался и при 15000 в; эту цифру следует считать предельной для такой конструкции выпрямителя.
Необходимо обратить внимание на постоянство величины силы выпрямленного тока: imin отличается от imax всего лишь на 5% (см. черт. 2-c). Цифра эта может быть еще уменьшена подбором соответствующей величины емкости.
Область применения выпрямителя очень большая. В частности-же М. А. Бонч-Бруевич конструирует свой выпрямитель для беспроволочного телефона системы, разработанной Радиолабораторией. Как известно, один из путей для увеличения мощности такого рода установок — это повышение рабочего напряжения. Между тем динамо-машины постоянного тока можно строить лишь для напряжений в одну-две тысячи вольт. Тут-то и с'играет свою роль выпрямитель, при посредстве которого можно будет получить постоянный ток почти любого напряжения.
Заканчивая настоящую заметку пожеланием дальнейших успехов М. А. Бонч-Бруевичу, выразим пожелание поскорее услышать о них и не иначе, как по беспроволочному телефону.
С. Шапошников.
