电子〜阀门转换器

真空管,具有4400安培的长丝电流。和平板电压为200,000伏特
威廉·格伦斯坦,E.E.《实验者》,1925年1月第186页和201页

随着我们的工业文明变得越来越复杂,在一个方便的地点产生的电力必须传送到越来越远的地方。在目前的电力发展阶段,输电线路延伸超过300英里,当集中发电与伴随的大面积分布成为电气行业的普遍做法的时间不是很遥远。这些要求将提出新的和困难的问题,工程师将必须解决,在长距离传输成为可行的。

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其中大多数问题是涉及传输电压的问题。在高电压下,导体之间的空气变为电离和电晕损耗结果。在大范围的频率上,这种损失与横向线的电流的频率成比例,并且通过使频率为零,即通过使用直流电,电晕损耗可以像½或¼一样小每秒60周期频率的损失。

现在,长传输系统需要高传输电压,而这反过来又可能导致严重的电晕损耗(图1)。因此,以直接而非交流的形式传输功率可能具有很大的优势。然而,交流电机械已经变得如此普遍,这样的电流必须在接收端传输系统。此外,在高压下产生直流电方面也经历了很大的困难,交流电发电机由于具有较高的绝缘容量,因此非常适合产生高压。此外,这种交流发电机的输出可以直接连接到变压器和终端电压,效率非常高。换句话说,在传输线中,虽然直流电可能有优势,但在发电端和接收端使用交流电都比较好(图2)。

这种传动系统必须在线的两端具有转换器,但在所考虑的情况下,几乎完全使用的旋转转换器几乎完全使用的现代电力系统。对于旋转转换器对直流发生器升高的相同的反对反射器,即,不适用于高电压下电流的转换。为了在高电压下直流传输的目的,必须设计自由落体的新型转换器。

它向最终效用致敬,即不感兴的研究,这一要求由不到一代前的设备满足这一要求是仅仅是学术兴趣。在这里发现这种广泛应用的电子阀在这里发现了另一个扩展的有用领域。

电子阀已经被用作一个小功率整流器的形式的转换器,当在振荡电路中使用时,它基本上是作为一个直接到交流电的转换器,但它还没有应用到高功率高电位的转换。通用电气公司的霍尔先生在他最近的实验中研制出了一种高效率的真空管变换器,证明了这种变换器是非常适合于发挥这种功能的。

我们的大多数读者都熟悉了使得热灯丝发射电子和所吸引这些电子被吸引的冷电极之间的空间是单侧导电的,即电流只能从后一电极流到灯丝。所有电子阀门都在该原理上操作,但在无线电电路中采用的那些原理中,通过管的电流流动被调制。今天几乎普遍使用的调制方法取决于管中第三元素的静电影响。也就是说,通过改变该第三元件的电荷,所谓的网格来改变电子流量。

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另一种没有得到普遍应用的方法是依靠灯丝发射的电子产生的电磁场。我们知道,当一个电子通过磁场时,磁场的力线与它的运动方向成直角,电子就被约束在一个圆形的路径上运动(图3)。如果磁场强度足够强,电子可能被迫留在磁场中,并沿圆形轨道旋转,磁场强度越大,圆形轨道的直径越小。这样,如果对电子管中的电子的运动施加横向磁场,电子就会偏转到这样的程度,以阻止它们到达平板,并约束它们返回灯丝(图4)。

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在一个小型电力管中,单独的线圈必须提供磁场,但是在非常大的功率的管中采用重丝电流通过该电流设定的磁场足以偏转电子。当然是必须使磁场足够强以克服灯丝和板之间的静电场。

在霍尔先生发明的管中,他称之为“磁控管”(图5),灯丝是一根同轴的直线导线,与形成阳极的圆柱形板。灯丝直径为2.0厘米。(.而阳极筒的直径为8.0 cm。(3.1)。需要4400安培的电流来加热灯丝,将其提高到2500摄氏度的温度。在这个温度下,电子发射的强度足以使灯丝和圆筒之间的流动达到170安培。然而,当灯丝电流流动时,这些电子不能到达平板,因为它们被电流建立的强磁场偏转。这个场阻止所有的电子流动,即使在柱体和灯丝之间的电位为200000伏。

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换句话说,灯丝被一个大电流加热,产生一个大的电子发射,但同样的电流在磁场的作用下阻止任何电子到达平板,因此“平板”电流没有流动,而灯丝电流是打开的。但是如果灯丝电流在将灯丝带到适当的温度后停止,磁场将崩溃而发射将继续,因此电流将在阳极和灯丝之间流动。因此,如果灯丝电流是交流电,每一次灯丝为零时,极板电流就会流动。

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图。图6表示包括两个磁控管管的转换器系统,一个变压器,具有中央抽头的高张力绕组和特殊设计的发电机,供应恒定值的灯丝电流但经常中断。虽然该电流流过一个管,但是另一管中的电流为零,并且Visa Versa。因此,在任何瞬间,板电流只流过一个管。

现在,假设需要将一个高压直流电转换为一个低压交流电60个周期,发电机被调整为提供每秒中断60次的电流(见波形图7)。由于极板电流只有在灯丝电流为零时才流动,因此变压器中的电流将以每秒60次的频率交替。

这将是线路接收端转换器的动作。在发电端,需要将交流电转换为直流电。这里,供电灯丝电流的发电机与交流发电机同步驱动,从而使灯丝电流与交流电流同步中断。因此,电流被反向两次,首先由交流发电机,然后由换流系统,结果是在变压器的高压绕组中形成直流电流。

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这种系统的显着优势显现出来。不仅使得长距离高电位传输可能而且提供了一个非常灵活的布置,接收端的转换电流的频率完全独立于A.C.发电机的频率。这些单元已被证明能够转换10,000千瓦。效率为96%。此外,磁控管的寿命为60,000小时,即大约七年的连续操作。