大功率電子管基礎知識介紹

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。器件符號如圖1 大功率電子管符所示。三極管的3個電極中，柵極靠近陰極且處于陰極陽極之間。工作時，陽極加正向電壓。當陰極被加熱（熱式，預熱時間約1分鐘），產生的熱電子可被陽極收集， 形成陽極電流，改變柵極電位可以控制陽極電流的大小。

使用說明

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個電極中，柵極靠近陰極且處于陰極與陽極之間。工作時，陽極加正向電壓。當陰極被加熱（直熱式，預熱時間約1分鐘），產生的熱電子可被陽極收集，形成陽極電流，改變柵極電位可以控制陽極電流的大小。與功率場效應晶體管的輸出特性對比，它們有相同之處，但三極管的通態陽極電壓要高得多。

三極管為電壓控制型器件，用以構成放大器或振蕩器。應用于高頻感應加熱電源的大功率電子管其額定陽極電壓為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100兆赫），可連續工作約數千小時。 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，器件上會同時出現很高的陽極電壓與電流，所產生的大量熱量由水冷裝置或風冷裝置散逸。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92%以上。20世紀80年代，由于能控制幾十千瓦以上功率的電力電子器件，其開關頻率（約幾十千赫）還遠未達到同容量的大功率電子管水平，電子管在高頻大功率領域仍占據主要地位。

注意的問題

①燈絲電壓要保持在十2~-3%的范圍內：對純鎢陰極的電子管來說，燈絲電壓過高會嚴重縮短電子管的壽命；過低則會影響輸出功率。對釷鎢陰極的電子管來說，燈絲電壓過高或過低都會影響電子管的壽命。

②對陽極為水冷的電子管，必須經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，有時冷卻管路因沉積水垢變細：，壓力表的指示雖未變，但流量己大為減少，會使電子管由于冷卻不足而損壞。

③要掌握冷卻水的純度。水中雜質多，水垢沉積快。 水管中有水垢會使水流不暢。陽極上長水垢會影響散熱，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。用它來清洗陽極即可除去水垢，再用溫水把陽極上的殘酸沖洗干凈。

④電子管在工作時，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 電子管水套內壁的圓度，要求公差不超過± o.25。水套與陽極的間隙一般在3± 0.5mm范圍內，水套內壁上、下各有四個凸出的定位釘，用來保持電子管陽極處于水套中心。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磨損），都會發生陽極在水套內放偏的情況。會造成陽極局部過熱而使電子管損壞。

⑥當電子管燈絲電源關斷后，作為冷卻電子管的水和風仍需繼續冷卻十分鐘，以驅散余熱。

⑦ 電子管工作時，其陽、柵流不得超過額定值。陽、柵流的比例也要按說明書規定的范圍調節，過大或過小的陽、柵流比例會使陽、柵極損耗功率超過規定而損壞管子。

⑧備用電子管要和設備上使用的電子管交替使用，防止在長期庫存中使電子管內的真空度降低。

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。恢復正常的性能。對于因制造工藝不良而產生的漏氣（即外界空氣滲入管內）的電子管是無法修復的。硬化處理的對象是指因庫存時間較長而管內真空度降低的電子管。一般在金屬中都含有微量的氣體，電子管制造廠在對電子管排氣體抽真空時，不可能將電極內的氣體排出抽盡，在長期存放中，金屬電極內殘存的氣體會釋放出來。可以采用硬化的辦法來恢復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極損耗功率。

每種電子管都有規定的極限耗散功率Pam,例如FU一433S的Pam=60KW和FU一89F的Pam=5KW。但這些都是在規定的冷卻條件下給出的數據，例如對FU一433S要求陽極冷卻水的流量不小于90L/min；對FU一89F要求陽極冷卻風不小850m3/h。如果陽極的冷卻條件達不到規定，則Pam也將減小，目前有不少設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備上進行，有動態和靜態兩種硬化方法。

①靜態硬化 開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，在加熱燈絲的過程中，燈絲附近的吸氣劑受熱后發揮作用，吸收管內的殘余氣體。燈絲加熱時間按存放時間而定， 存放時間在一年以內的加熱0.5h。存放時間超過一年的，加熱1—2h。第二步是把電子管接成二極管（按理應該將柵極和燈絲短連起來使成為二極管，但實踐證明這樣的接法有時可行，有時卻行不通，似乎管子產生了超高頻寄生振蕩，一給上陽壓一一即使陽壓很低只有2~ 3KV，就會產生很大的陽流，引起過流跳閘，當遇到這種情況時，只有把柵極懸浮起來，什么也不接就行了）。

同時把陽極到隔直流電容器的連線斷開，接著從o.2—0.3額定陽壓開始逐步加陽壓。在作硬化處理時不能使陽極損耗功率過大，一般以不超過Pam的70%為好，如FU一433S管子不要超過60KW×0.7=42KW（前面說過如陽極冷卻水流量不足時應按比例遞減）。按FU—433S的特性，當柵壓為零，陽壓為10KV時，陽流為4A，此時陽極的損耗功率Pn=En·Ia=40KW，不宜再增加了。如果再要升高陽壓就必須在柵極上加一個負電壓（接法如圖2—1所）來控制陽流，勿使Pa超過42KW。 圖2—1陽流的控制對于用作硬化處理的陽極電源，應該是脈動系數小的（如硅堆整流、感應調壓器調壓）整流電源。

②動態硬化 動態硬化是使電子管在振蕩狀態中逐步升高陽壓，這種方法不用改動設備的電路，只要求陽壓能從零調到額定值就行了。同時在淬火（或焊接）變壓器的輸出端要接上負載。因為硬化處理的時間可能很長，所以都采用通水鐵罐做的假負載，參看圖2—1。動態硬化不用在柵極上加控制負壓，比較方便，它的陽極損耗功率Pa可以用熱功當量法測定，也可以粗略地按下式估算：當振蕩器在正常工作狀態時，Pa=E a×I nc×0.35。

在使用一只新電子管而發覺陽壓加不到額定值（設此管為FU一23S，當陽壓升到10KV時管子內就閃爍放電，造成過流跳閘），對這樣的管子通過硬化處理是有可能恢復正常的。對此管作硬化處理時，陽壓可從9KV開始往上加，以500V為一檔，每檔停留10一15min。如陽壓升到某一數值后，電子管玻殼內出現淡藍色的光輝，穩定一段時間后察覺藍光已消失或變弱，始可再提升陽壓。如陽壓升到某一數值后，陽流劇升，過流跳閘， 則要降低一檔陽壓，穩定20—30min后再升壓，直到能加上額定電壓為止。

運輸和貯存

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。在運輸前檢查包裝箱內支持管子的彈簧、布帶及螺釘等有無松脫。在搬運時不準橫向放倒，必須直立搬運。用汽車運送電子管時，要根據路面情況緩慢行駛。

②嚴寒地區的冬季，室內外溫差很大，管子從室外搬進室內時，由于環境溫度的突變容易引起玻璃炸裂，所以要有一個緩沖過程。

③貯存電子管的庫房溫度應保持在0—40℃的范圍內。要求溫度不大于70%（在潮濕的環境中電子管易損壞）。庫房內不準有酸類和其他帶有毒害性和揮發性會引起腐蝕的化學物品。同時要避免庫房周圍有震動源，防止管子受震損壞。

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