大功率電子管基礎(chǔ)知識(shí)解析

大功率電子管（high-frequency electron tube ）即第一代電力電子器件。用于高頻電能變換電路，一般為真空三極管。器件符號(hào)如圖1 大功率電子管符所示。三極管的3個(gè)電極中，柵極靠近陰極且處于陰極陽(yáng)極之間。工作時(shí)，陽(yáng)極加正向電壓。當(dāng)陰極被加熱（熱式，預(yù)熱時(shí)間約1分鐘），產(chǎn)生的熱電子可被陽(yáng)極收集， 形成陽(yáng)極電流，改變柵極電位可以控制陽(yáng)極電流的大小。

使用說(shuō)明

第一代電力電子器件。用于高頻電能變換電路，一般為真空三極管。三極管的3個(gè)電極中，柵極靠近陰極且處于陰極與陽(yáng)極之間。工作時(shí)，陽(yáng)極加正向電壓。當(dāng)陰極被加熱（直熱式，預(yù)熱時(shí)間約1分鐘），產(chǎn)生的熱電子可被陽(yáng)極收集，形成陽(yáng)極電流，改變柵極電位可以控制陽(yáng)極電流的大小。與功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的輸出特性對(duì)比，它們有相同之處，但三極管的通態(tài)陽(yáng)極電壓要高得多。

三極管為電壓控制型器件，用以構(gòu)成放大器或振蕩器。應(yīng)用于高頻感應(yīng)加熱電源的大功率電子管其額定陽(yáng)極電壓為5～15千伏， 額定電流為幾安至上百安，耗散功率從幾千瓦至幾百千瓦，工作頻率一般為1～5兆赫（上限可達(dá)100兆赫），可連續(xù)工作約數(shù)千小時(shí)。 電子管高頻電源的頻率下限約100千赫。50 千赫以下的電源一般采用電力半導(dǎo)體器件（如晶閘管）。

在電子管高頻電源中，電子管處于振蕩工作狀態(tài)，器件上會(huì)同時(shí)出現(xiàn)很高的陽(yáng)極電壓與電流，所產(chǎn)生的大量熱量由水冷裝置或風(fēng)冷裝置散逸。電子管高頻電源的效率一般不到50%,而晶閘管中頻（1千赫）電源的效率則高達(dá)92%以上。20世紀(jì)80年代，由于能控制幾十千瓦以上功率的電力電子器件，其開(kāi)關(guān)頻率（約幾十千赫）還遠(yuǎn)未達(dá)到同容量的大功率電子管水平，電子管在高頻大功率領(lǐng)域仍占據(jù)主要地位。

注意的問(wèn)題

①燈絲電壓要保持在十2~-3%的范圍內(nèi)：對(duì)純鎢陰極的電子管來(lái)說(shuō)，燈絲電壓過(guò)高會(huì)嚴(yán)重縮短電子管的壽命；過(guò)低則會(huì)影響輸出功率。對(duì)釷鎢陰極的電子管來(lái)說(shuō)，燈絲電壓過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響電子管的壽命。

②對(duì)陽(yáng)極為水冷的電子管，必須經(jīng)常注意冷卻水的流量，但不能光憑水管上壓力表的指示為準(zhǔn)，有時(shí)冷卻管路因沉積水垢變細(xì)：，壓力表的指示雖未變，但流量己大為減少，會(huì)使電子管由于冷卻不足而損壞。

③要掌握冷卻水的純度。水中雜質(zhì)多，水垢沉積快。 水管中有水垢會(huì)使水流不暢。陽(yáng)極上長(zhǎng)水垢會(huì)影響散熱，必須定期作清除水垢的工作。清除的方法是：用90%的水加10%的鹽酸配成稀鹽酸溶液。用它來(lái)清洗陽(yáng)極即可除去水垢，再用溫水把陽(yáng)極上的殘酸沖洗干凈。

④電子管在工作時(shí)，玻殼上的溫度較高。 燈絲和柵極采用水冷的電子管要防止水滴噴射到玻殼上引起炸裂。因此要定期檢查橡膠水管有無(wú)老化，管接頭處是否擰緊。并可在水管和玻殼之間加裝擋水板，以防意外。

⑤ 電子管水套內(nèi)壁的圓度，要求公差不超過(guò)± o.25。水套與陽(yáng)極的間隙一般在3± 0.5mm范圍內(nèi)，水套內(nèi)壁上、下各有四個(gè)凸出的定位釘，用來(lái)保持電子管陽(yáng)極處于水套中心。如定位釘凸起的高度不夠，或四面不 勻（舊水套的凸出部分會(huì)磨損），都會(huì)發(fā)生陽(yáng)極在水套內(nèi)放偏的情況。會(huì)造成陽(yáng)極局部過(guò)熱而使電子管損壞。

⑥當(dāng)電子管燈絲電源關(guān)斷后，作為冷卻電子管的水和風(fēng)仍需繼續(xù)冷卻十分鐘，以驅(qū)散余熱。

⑦ 電子管工作時(shí)，其陽(yáng)、柵流不得超過(guò)額定值。陽(yáng)、柵流的比例也要按說(shuō)明書(shū)規(guī)定的范圍調(diào)節(jié)，過(guò)大或過(guò)小的陽(yáng)、柵流比例會(huì)使陽(yáng)、柵極損耗功率超過(guò)規(guī)定而損壞管子。

⑧備用電子管要和設(shè)備上使用的電子管交替使用，防止在長(zhǎng)期庫(kù)存中使電子管內(nèi)的真空度降低。

硬化處理

硬化處理的目的是使一些真空度降低的電子管提高真空度?；謴?fù)正常的性能。對(duì)于因制造工藝不良而產(chǎn)生的漏氣（即外界空氣滲入管內(nèi)）的電子管是無(wú)法修復(fù)的。硬化處理的對(duì)象是指因庫(kù)存時(shí)間較長(zhǎng)而管內(nèi)真空度降低的電子管。一般在金屬中都含有微量的氣體，電子管制造廠在對(duì)電子管排氣體抽真空時(shí)，不可能將電極內(nèi)的氣體排出抽盡，在長(zhǎng)期存放中，金屬電極內(nèi)殘存的氣體會(huì)釋放出來(lái)。可以采用硬化的辦法來(lái)恢復(fù)電子管的真空度在作硬化處理以前，先要弄清電子管的使用條件，以確定管子所能承受的陽(yáng)極損耗功率。

每種電子管都有規(guī)定的極限耗散功率Pam,例如FU一433S的Pam=60KW和FU一89F的Pam=5KW。但這些都是在規(guī)定的冷卻條件下給出的數(shù)據(jù)，例如對(duì)FU一433S要求陽(yáng)極冷卻水的流量不小于90L/min；對(duì)FU一89F要求陽(yáng)極冷卻風(fēng)不小850m3/h。如果陽(yáng)極的冷卻條件達(dá)不到規(guī)定，則Pam也將減小，目前有不少設(shè)備是在冷卻不足的條件下工作的，必須引起注意。硬化處理可以在高頻設(shè)備上進(jìn)行，有動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩種硬化方法。

①靜態(tài)硬化 開(kāi)始加燈絲電源先加半壓（額定電壓的50—70%），十分鐘后再升到額定電壓，在加熱燈絲的過(guò)程中，燈絲附近的吸氣劑受熱后發(fā)揮作用，吸收管內(nèi)的殘余氣體。燈絲加熱時(shí)間按存放時(shí)間而定， 存放時(shí)間在一年以內(nèi)的加熱0.5h。存放時(shí)間超過(guò)一年的，加熱1—2h。第二步是把電子管接成二極管（按理應(yīng)該將柵極和燈絲短連起來(lái)使成為二極管，但實(shí)踐證明這樣的接法有時(shí)可行，有時(shí)卻行不通，似乎管子產(chǎn)生了超高頻寄生振蕩，一給上陽(yáng)壓一一即使陽(yáng)壓很低只有2~ 3KV，就會(huì)產(chǎn)生很大的陽(yáng)流，引起過(guò)流跳閘，當(dāng)遇到這種情況時(shí)，只有把柵極懸浮起來(lái)，什么也不接就行了）。

同時(shí)把陽(yáng)極到隔直流電容器的連線斷開(kāi)，接著從o.2—0.3額定陽(yáng)壓開(kāi)始逐步加陽(yáng)壓。在作硬化處理時(shí)不能使陽(yáng)極損耗功率過(guò)大，一般以不超過(guò)Pam的70%為好，如FU一433S管子不要超過(guò)60KW×0.7=42KW（前面說(shuō)過(guò)如陽(yáng)極冷卻水流量不足時(shí)應(yīng)按比例遞減）。按FU—433S的特性，當(dāng)柵壓為零，陽(yáng)壓為10KV時(shí)，陽(yáng)流為4A，此時(shí)陽(yáng)極的損耗功率Pn=En·Ia=40KW，不宜再增加了。如果再要升高陽(yáng)壓就必須在柵極上加一個(gè)負(fù)電壓（接法如圖2—1所）來(lái)控制陽(yáng)流，勿使Pa超過(guò)42KW。 圖2—1陽(yáng)流的控制對(duì)于用作硬化處理的陽(yáng)極電源，應(yīng)該是脈動(dòng)系數(shù)小的（如硅堆整流、感應(yīng)調(diào)壓器調(diào)壓）整流電源。

②動(dòng)態(tài)硬化 動(dòng)態(tài)硬化是使電子管在振蕩狀態(tài)中逐步升高陽(yáng)壓，這種方法不用改動(dòng)設(shè)備的電路，只要求陽(yáng)壓能從零調(diào)到額定值就行了。同時(shí)在淬火（或焊接）變壓器的輸出端要接上負(fù)載。因?yàn)橛不幚淼臅r(shí)間可能很長(zhǎng)，所以都采用通水鐵罐做的假負(fù)載，參看圖2—1。動(dòng)態(tài)硬化不用在柵極上加控制負(fù)壓，比較方便，它的陽(yáng)極損耗功率Pa可以用熱功當(dāng)量法測(cè)定，也可以粗略地按下式估算：當(dāng)振蕩器在正常工作狀態(tài)時(shí)，Pa=E a×I nc×0.35。

在使用一只新電子管而發(fā)覺(jué)陽(yáng)壓加不到額定值（設(shè)此管為FU一23S，當(dāng)陽(yáng)壓升到10KV時(shí)管子內(nèi)就閃爍放電，造成過(guò)流跳閘），對(duì)這樣的管子通過(guò)硬化處理是有可能恢復(fù)正常的。對(duì)此管作硬化處理時(shí)，陽(yáng)壓可從9KV開(kāi)始往上加，以500V為一檔，每檔停留10一15min。如陽(yáng)壓升到某一數(shù)值后，電子管玻殼內(nèi)出現(xiàn)淡藍(lán)色的光輝，穩(wěn)定一段時(shí)間后察覺(jué)藍(lán)光已消失或變?nèi)?，始可再提升?yáng)壓。如陽(yáng)壓升到某一數(shù)值后，陽(yáng)流劇升，過(guò)流跳閘， 則要降低一檔陽(yáng)壓，穩(wěn)定20—30min后再升壓，直到能加上額定電壓為止。

運(yùn)輸和貯存

①大型電子管的包裝均有防震裝置，但也還要輕拿輕放，避免劇烈的震動(dòng)。在運(yùn)輸前檢查包裝箱內(nèi)支持管子的彈簧、布帶及螺釘?shù)扔袩o(wú)松脫。在搬運(yùn)時(shí)不準(zhǔn)橫向放倒，必須直立搬運(yùn)。用汽車運(yùn)送電子管時(shí)，要根據(jù)路面情況緩慢行駛。

②嚴(yán)寒地區(qū)的冬季，室內(nèi)外溫差很大，管子從室外搬進(jìn)室內(nèi)時(shí)，由于環(huán)境溫度的突變?nèi)菀滓鸩Ａд?，所以要有一個(gè)緩沖過(guò)程。

③貯存電子管的庫(kù)房溫度應(yīng)保持在0—40℃的范圍內(nèi)。要求溫度不大于70%（在潮濕的環(huán)境中電子管易損壞）。庫(kù)房?jī)?nèi)不準(zhǔn)有酸類和其他帶有毒害性和揮發(fā)性會(huì)引起腐蝕的化學(xué)物品。同時(shí)要避免庫(kù)房周圍有震動(dòng)源，防止管子受震損壞。