Вентиль электрический — это особая часть выпрямительных устройств, которая и выполняет весь процесс выпрямления, с помощью периодичного пропуска тока в каком-либо одном направлении.
Виды вентилей
Вентили бывают механические, состоящие из подвижных частей, требующих присмотра человека. Части механического вентиля изнашиваются в процессе эксплуатации, что приводит к разрыву дуги и возникновению искры. Также существуют электрические вентили, которые, в свою очередь, делятся на ряд других видов вентилей: полупроводниковые, электролитические, электронные, ионно-вакуумные и ионные повышенного давления.
Полупроводниковый вентиль между металлическими обкладками полупроводника играет роль электродов. В таком вентиле создаются два слоя разной проводимости — тонкий запирающий слой с малой проводимостью и толстый слой с нормальной проводимостью. При изменении величины тока и его направления меняется толщина слоев. Например, если в вентиле из закиси меди, силена, сульфида меди к электроду приложить отрицательный потенциал, который граничит с запирающим слоем, а к электроду будет сдвигаться в направлении толстого слоя, — это приведет к тому, что запирающий слой станет меньше, а его проводимость больше. При обратной полярности напряжения толщина запирающего слоя возрастает, а проводимость уменьшается. В этом случае через вентиль проходит малый обратный ток. В вентилях из кремния и германия проводимость определяется концентрацией свободных электронов, у которых запирающий слой играет роль анода, а слой с нормальной проводимостью — катода.
Более широкое применение из полупроводниковых вентилей получили селеновые, которые выпускаются в виде диска или пластины, где ток зависит от их размеров и колеблется от долей миллиампера до нескольких ампер.
Данные вентили используются в выпрямителях малых токов при высоком напряжении и больших токов при малом напряжении. Чаще всего используется в зарядных гальванических устройствах, в схемах управления и регулирования, в схемах возбуждения синхронных машин, а также в сварочных схемах. Их преимуществом является высокий КПД (до 80%), долговечность (до нескольких десятков тысяч часов), нетребовательность в уходе, отсутствие вспомогательных цепей для включения.
Электролитические вентили состоят из двух металлических электродов. Они помещены в углекисло-аммонный электролит или раствор щелочи, где анодом служит любой металл, а катодом — тантал, алюминий, магний. Данные вентили практически вышли из употребления в наши дни.
Электронные вентили применяются для выпрямления малых токов в напряжении от десятков вольт до сотен киловольт. В области малых напряжений они уступают полупроводниковым выпрямителям и чаще всего применяются в радиоприемных устройствах, маломощных системах электроники, в рентгеновских и измерительных установках для усиления и генерации тока.
Ионно-вакуумные вентили заполняются каким-либо инертным газом (гелием, неоном, аргоном, криптоном, ксеноном) или парами ртути. Давление газа может колебаться от сотых долей до нескольких миллиметров ртутного столба. Катод всегда создает условия для выхода электронов, а анод электронов не излучает вовсе. Это приводит к тому, что электроны, направляемые к аноду, сталкиваются в вентилях с атомами газа и, создавая положительные ионы, компенсируют отрицательный заряд электронов.
Ионные вентили с накаленным катодом бывают двухэлектродные, называемые газотроном, и трехэлектродные, называемые тиротроном, где, помимо катода и анода, находится управляющая сетка. Газотроны и тиротроны получили большое применение в устройствах, где требуются выпрямители тока от нескольких ампер до сотен ампер при напряжениях для десятков киловольт. КПД таких устройств очень велико. В ртутных ионных вентилях с нормальной проходимостью в качестве катода применяется ртуть. Данные вентили распространены в системах электрической тяги, электропривода и для питания установок электролиза.
Они определяются количеством прямого тока и напряжениями (их внутренним уменьшением и обратным напряжением). Уменьшение напряжения характеризует и падение в мощности.