水银整流器

汞弧阀或汞蒸汽整流器或（英国）汞弧整流器是一种用于将高压或大电流交流电 (AC) 转换为直流电 (DC) 的整流器。 它是一种冷阴极充气管，但不同寻常的是，阴极不是固态的，而是由液态汞池制成的，因此可以自我恢复。 因此，当按预期使用时，水银弧阀更加坚固耐用，并且可以承载比大多数其他类型的气体放电管高得多的电流。 一些例子一直在持续服务，数十年来一直在整流 50 安培电流。

汞弧整流器由 Peter Cooper Hewitt 于 1902 年发明，用于为工业电机、电气化铁路、有轨电车和电力机车以及无线电发射机和高压直流 (HVDC) 电力传输提供电力。 在 1970 年代二极管、晶闸管和栅极可关断晶闸管 (GTO) 等半导体整流器出现之前，它们是大功率整流的主要方法。 这些固态整流器几乎完全取代了汞弧整流器，因为它们具有更高的可靠性、更低的成本和维护成本以及更低的环境风险。

1882 年，Jemin 和 Meneuvrier 观察到了汞弧的整流特性。 汞弧整流器由 Peter Cooper Hewitt 于 1902 年发明，并在整个 20 年代和 30 年代由欧洲和北美的研究人员进一步开发。 在其发明之前，将公用事业提供的交流电转换为直流电的xxx方法是使用昂贵、低效且维护成本高的旋转转换器或电动发电机组。 汞弧整流器或转换器用于为蓄电池充电、弧光照明系统、无轨电车、有轨电车和地铁的直流牵引电机以及电镀设备。 汞整流器一直使用到 1970 年代，最终被半导体整流器取代。

整流器的运行依赖于在极低压力下含有汞蒸气的密封外壳中电极之间的电弧放电。 液态汞池充当自我更新的阴极，不会随着时间的推移而退化。 汞自由地发射电子，而碳阳极即使在加热时也发射很少的电子，因此电子电流只能从一个方向通过管子，从阴极到阳极，从而使管子对交流电进行整流。

当电弧形成时，电子从水池表面发射出来，导致汞蒸气沿着通向阳极的路径电离。 汞离子被吸引到阴极，由此产生的离子轰击池保持发射点的温度，只要几安培的电流继续。

当电流由电子携带时，返回阴极的正离子使传导路径在很大程度上不受限制真空管性能的空间电荷效应的影响。 因此，该阀可以在低电弧电压（通常为 20-30 V）下承载高电流，因此是一种高效的整流器。 闸流管等热阴极气体放电管也可以达到类似的效率水平，但加热的阴极灯丝很脆弱，在高电流下使用时使用寿命短。

外壳的温度必须小心控制，因为电弧的行为主要取决于水银的蒸气压，而水银的蒸气压又由外壳壁上最冷的点决定。 典型的设计将温度保持在 40 °C (104 °F) 和 7 毫帕的汞蒸气压。

汞离子以特征波长发光，其相对强度由蒸汽压力决定。 在整流器内的低压下，光呈淡蓝紫色，含有大量紫外线。

水银弧阀的结构采用两种基本形式之一——玻璃球型和钢罐型。 钢罐阀用于高于约 500 A 的更高额定电流。

最早的水银蒸汽电整流器由一个抽空的玻璃灯泡组成，底部有一池液态水银作为阴极。 在它上面弯曲的玻璃灯泡，它凝结了设备运行时蒸发的汞。 玻璃外壳有一个或多个臂，石墨棒作为阳极。 它们的数量取决于应用，通常每相提供一个阳极。 阳极臂的形状确保任何凝结在玻璃壁上的汞都能迅速排回主水池，以避免在阴极和相应的阳极之间形成导电路径。

玻璃外壳整流器可以在一个单元中处理数百千瓦的直流电。