ตัวเรียงกระแสแบบไอปรอท

ตัวเรียงกระแสแบบไอปรอท () หรือ วาล์วปรอทประกายไฟโค้ง () หรือ (สหราชอาณาจักร) ตัวเรียงกระแสแบบปรอทประกายไฟโค้ง () เป็น ตัวเรียงกระแส ไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่ใช้สำหรับการแปลง กระแสสลับ (AC) ที่มี แรงดัน สูงหรือ กระแส สูง ให้เป็น กระแสตรง (DC) มันเป็น หลอดเติมก็าซ () แบบ แคโทดเย็น () ประเภทหนึ่ง แต่มันไม่ปกติตรงที่ว่าแคโทดแทนที่จะเป็นของแข็ง มันกลับทำจากปรอทเหลว ดังนั้นมันจึงฟื้นฟูตัวเองได้ ผลก็คือตัวเรียงกระแสแบบไอปรอทจะแข็งแรงทนทานได้มากกว่าและใช้งานได้ยาวนานมากกว่า และมันยังสามารถรองรับกระแสได้สูงกว่าหลอดปล่อยก๊าซชนิดอื่น ๆ ส่วนใหญ่

ได้รับการคิดค้นในปี 1902 โดย ปีเตอร์ คูเปอร์ เฮวิตต์ วงจรเรียงกระแสไอปรอทจะถูกใช้เพื่อให้พลังงานสำหรับมอเตอร์อุตสาหกรรม รถไฟฟ้าระบบราง รถราง และหัวรถจักรไฟฟ้า รวมทั้งเครื่องส่งสัญญาณวิทยุและ ระบบสายส่งกระแสตรงความดันสูง (HVDC)  พวกมันเป็นวิธีการขั้นแรกของการเรียงกระแสพลังงานสูงก่อนการถือกำเนิดของวงจรเรียงกระแสด้วย สารกึ่งตัวนำ เช่น ไดโอด, ทายริสเตอร์ และ ทายริสเตอร์แบบปิดด้วยประตู () ในทศวรรษที่ 1970

ประวัติความเป็นมา 

ตัวเรียงกระแสแบบไอปรอทถูกคิดค้นโดยปีเตอร์ คูเปอร์ เฮวิตต์ ในปี 1902 และพัฒนาต่อมาตลอดทศวรรษที่ 1920 และ 1930 โดยนักวิจัยทั้งในยุโรปและอเมริกาเหนือ ก่อนที่จะมีการประดิษฐ์ขึ้น ว​​ิธีเดียวที่จะแปลงกระแส AC ที่ได้จากระบบสาธารณูปโภคให้เป็น DC ก็คือโดยใช้ ตัวแปลงโรตารี่ หรือชุดมอเตอร์-เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีราคาแพง ไม่มีประสิทธิภาพและค่าบำรุงรักษาสูง วงจรเรียงกระแสปรอทโค้งหรือ "ตัวแปลง" ถูกนำมาใช้สำหรับการชาร์จแบตเตอรี่ในคลังเก็บ, ระบบแสงสว่างจากไฟอาร์ก, มอเตอร์ฉุดลากแบบดีซีสำหรับรถโดยสารบรรทุก, รถรางและรถไฟใต้ดินและอุปกรณ์ชุบด้วยไฟฟ้า ตัวเรียงกระแสแบบไอปรอทใช้ได้เป็นอย่างดีจนถึงทศวรรษที่ 1970 เมื่อในที่สุดมันก็ถูกแทนที่ด้วย ตัวเรียงกระแสด้วยสารกึ่งตัวนำ

หลักการทำงาน 

การทำงานของตัวเรียงกระแสจะต้องพึ่งพาการปลดปล่อยประกายไฟโค้ง () ระหว่างขั้วไฟฟ้าด้วยกันในซองปิดผนึกที่มีไอปรอทความดันต่ำมากอยู่ข้างใน กองของสารปรอทเหลวทำหน้าที่เป็นแคโทดที่ต่ออายุตนเองได้ ซึ่งทำให้มันไม่เสื่อมสภาพไปตามกาลเวลา ปรอทปลดปล่อยอิเล็กตรอนได้อย่างอิสระในขณะที่แอโหนดที่ทำด้วยคาร์บอนจะปล่อยอิเล็กตรอนน้อยมากแม้เมื่อถูกความร้อน ดังนั้นกระแสของอิเล็กตรอนจะสามารถไหลผ่านหลอดในทิศทางเดียวเท่านั้นจากแคโทดไปยังแอโนดซึ่งจะช่วยให้หลอดเรียงกระแสสลับได้

เมื่อประกายไฟโค้งก่อตัวขึ้น อิเล็กตรอนจะถูกปล่อยออกมาจากพื้นผิวของกองปรอทเหลว ทำให้ไอปรอทแตกตัวเป็นไอออน () ตามเส้นทางไปสู่แอโหนด ไอออน ของปรอทจะถุกดึงดูดไปหาแคโทด ส่งผลให้เกิดการโจมตีของไอออนที่กองปรอทเหลว การโจมตีจะรักษาระดับอุณหภูมิของ "จุดปล่อย" ตราบเท่าที่กระแสไม่กี่แอมแปร์ยังคงไหล

เนื่องจากกระแสถูกนำพาโดยอิเล็กตรอน "และ" ไอออน เส้นทางการนำกระแสจึงไม่ได้รับผลกระทบมกนักจากผลกระทบของประจุในที่ว่าง () ซึ่งจำกัดประสิทธิภาพของหลอดสูญญากาศ ผลที่ตาม ตัวเรียงกระแสจึงสามารถนำพากระแสในระดับสูงที่ "แรงดันไฟฟ้าประกายโค้ง" ที่ต่ำ (ปกติที่ 20-30 V) ดังนั้นมันจึงเป็นตัวเรียงกระแสที่มีประสิทธิภาพ หลอดปล่อยก๊าซแบบแคโทดร้อนเช่น ทายราตรอน (thyratron) ยังอาจสามารถบรรลุระดับของประสิทธิภาพคล้ายกัน แต่ใส้หลอดแคโทดที่ร้อนมีความเปราะบางและมีชีวิตการทำงานที่สั้นเมื่อใช้ที่กระแสสูง

อุณหภูมิของซองจะต้องมีการควบคุมอย่างระมัดระวัง เนื่องจากพฤติกรรมของประกายไฟโค้งจะถูกกำหนดอย่างมากโดยความดันไอของปรอท ซึ่งจะถูกกำหนดโดยจุดที่เย็นที่สุดบนผนังบรรจุภัณฑ์ การออกแบบทั่วไปจะรักษาอุณหภูมิไว้ที่ 40 องศาเซลเซียส (104 องศาฟาเรนไฮต์) และความดันไอปรอทที่ 7 millipascals

ไอออนของปรอทจะเปล่งแสงในช่วงความยาวคลื่นที่เป็นลักษณะเฉพาะ ความเข้มสัมพัทธ์ของแสงถูกกำหนดโดยความดันของไอ​​่ ที่ความดันต่ำภายในตัวเรียงกระแส แสงจะปรากฏเป็นสีม่วงฟ้าอ่อนและประกอบด้วยแสงอัลตราไวโอเลตมาก

อ้างอิง 

อุปกรณ์ระบบกำลังไฟฟ้า
การแปลงไฟฟ้า
ปรอท