Un ignitrón es un tipo de tubo lleno de gas que se utiliza como rectificador controlado y que data de la década de 1930. Inventado por Joseph Slepian mientras trabajaba para Westinghouse , Westinghouse fue el fabricante original y poseía los derechos de marca registrada del nombre "Ignitron". Los ignitrones están estrechamente relacionados con las válvulas de arco de mercurio , pero se diferencian en la forma en que se enciende el arco. Funcionan de manera similar a los tiratrones ; un pulso de activación en el electrodo de encendido enciende el dispositivo, lo que permite que fluya una corriente alta entre los electrodos del cátodo y el ánodo . Después de encenderlo, la corriente a través del ánodo debe reducirse a cero para restaurar el dispositivo a su estado no conductor. Se utilizan para conmutar corrientes altas en aplicaciones industriales pesadas.
Un ignitrón es generalmente un gran recipiente de acero con un depósito de mercurio en el fondo que actúa como cátodo durante su funcionamiento. Un gran cilindro de grafito o metal refractario , sostenido por encima del depósito mediante una conexión eléctrica aislada, sirve como ánodo . Un electrodo de ignición (llamado encendedor ), hecho de un material semiconductor refractario como el carburo de silicio, [1] se pulsa brevemente con una corriente alta para crear una bocanada de plasma de mercurio eléctricamente conductor . El plasma rápidamente une el espacio entre el depósito de mercurio y el ánodo, lo que permite una conducción intensa entre los electrodos principales. En la superficie del mercurio, el calentamiento por el arco resultante libera una gran cantidad de electrones que ayudan a mantener el arco de mercurio . La superficie del mercurio sirve así como cátodo, y la corriente normalmente es solo en una dirección. Una vez encendido, un ignitrón continuará pasando corriente hasta que la corriente se interrumpa externamente o se invierta el voltaje aplicado entre el cátodo y el ánodo. [2]
Los ignitrones se utilizaron durante mucho tiempo como rectificadores de alta corriente en las principales instalaciones industriales y de servicios públicos donde miles de amperios de CA deben convertirse en CC , como las fundiciones de aluminio . Los ignitrones se utilizaron para controlar la corriente en las máquinas de soldadura eléctrica . Los motores eléctricos grandes también se controlaban mediante ignitrones utilizados en forma controlada [ aclaración necesaria ] , de manera similar a los dispositivos semiconductores modernos, como los rectificadores controlados por silicio y los triacs . Muchas locomotoras eléctricas los usaban junto con transformadores para convertir la CA de alto voltaje de las líneas aéreas en CC de voltaje relativamente bajo para los motores de tracción . Las locomotoras de carga E44 del ferrocarril de Pensilvania llevaban ignitrones a bordo, al igual que la locomotora de carga rusa ВЛ-60. Para muchas aplicaciones modernas, los ignitrones han sido reemplazados por alternativas de estado sólido.
Debido a que son mucho más resistentes a los daños debidos a la sobrecorriente o la contratensión, los ignitrones se siguen fabricando y utilizando con preferencia a los semiconductores en algunas instalaciones. Por ejemplo, los ignitrones "clasificados para pulsos" especialmente construidos todavía se utilizan en ciertas aplicaciones de energía pulsada . Estos dispositivos pueden conmutar cientos de kiloamperios y mantener hasta 50 kV. Los ánodos de estos dispositivos suelen estar fabricados a partir de un metal refractario, normalmente molibdeno , para manejar la corriente inversa durante las descargas de timbre (u oscilatorias) sin sufrir daños. Los ignitrones clasificados para pulsos suelen funcionar a ciclos de trabajo muy bajos . A menudo se utilizan para conmutar bancos de condensadores de alta energía durante la formación electromagnética , la formación electrohidráulica o para cortocircuitos de emergencia de fuentes de energía de alto voltaje ( conmutación de "palanca" ).
Aunque los principios básicos de cómo se forma el arco, junto con muchos aspectos de la construcción, son muy similares a otros tipos de válvulas de arco de mercurio, los ignitrones se diferencian de otras válvulas de arco de mercurio en que el arco se enciende cada vez que se inicia un ciclo de conducción y luego se extingue cuando la corriente cae por debajo de un umbral crítico.
En otros tipos de válvulas de arco de mercurio, el arco se enciende una sola vez cuando se activa la válvula por primera vez y luego permanece establecido de manera permanente, alternando entre el ánodo o los ánodos principales y un ánodo auxiliar de baja potencia o un circuito de mantenimiento de la conducción . Además, se requieren rejillas de control para ajustar el momento del inicio de la conducción.
La acción de encender el arco en un tiempo controlado, cada ciclo, permite que el ignitrón prescinda del ánodo auxiliar y de las rejillas de control que requieren otras válvulas de arco de mercurio. Sin embargo, una desventaja es que el electrodo de ignición debe colocarse con mucha precisión, apenas tocando la superficie del baño de mercurio, lo que significa que los ignitrones deben instalarse con mucha precisión a unos pocos grados de una posición vertical.