Конструкция резисторов пусковых и пускорегулирующих аппаратов

Резисторы в виде свободной спирали из ленты или проволоки изготавливают путем навивки ленты или проволоки на цилиндрическую оправку «виток к витку». Необходимый зазор получается при растяжении спирали в процессе крепления ее к опорным изоляторам – изготовленным из фарфора роликам.  Такие элементы довольно легко изготавливаются при наличии простейшего оборудования. Недостатком такой конструкции является слишком малая жесткость, что заставляет снижать рабочую температуру резистора (100 0С для константановой спирали).  Теплоемкость такого резистора определяется только массой резистивного материала, что приводит к малой постоянной времени таких резисторов.

Содержание:

Резисторы на керамическом  каркасе

Свободную спираль имеет смысл использовать для длительного режима работы, поскольку в теплоотдаче участвует полностью вся поверхность проволоки или ленты (удельный коэффициент теплоотдачи до 20 Вт/(м2·0С)).

Допустимый ток спирали из константана при круглом сечении равен:

Допустимый ток спирали из константа при круглом сечении формула

При плоской ленте:

Допустимый ток спирали из константа при плоском сечении формула

Постоянные времени для этих спиралей равны: для плоской ленты Т = 89b, для круглого сечения Т = 44,5d. В формулах для постоянной времени Т и тока I b – толщина спирали из тонкой ленты, мм; d – диаметр провода кругового сечения, мм; h – высота, мм.

Для увеличения жесткости спирали проволоку могут наматывать на фарфоровый каркас в виде трубки (рисунок ниже). Спиральная канавка на поверхности предотвращает замыкание витков между собой. Такая конструкция позволяет повысить рабочую температуру для резистора из константана до 500 0С.

Резистор на керамическом каркасе

В процессе нагрева участвует не только проволока, но и сам каркас. В этом случае постоянная времени нагрева будет равна:

Постоянная времени нагрева резистора где в нагреве участвует не только проволока но и каркас формула

Где: GK – масса каркаса, Gпр – масса проволоки.

Коэффициент βK учитывает, что в переходном режиме теплоемкость каркаса не используется полностью. Чем быстрее идет процесс нагрева, тем меньше коэффициент βK. В кратковременных режимах работы коэффициент βK падает до 0,3 – 0,4.  Поверхность охлаждения резистора S – цилиндрическая поверхность каркаса без учета желобков. Коэффициент теплоотдачи k = 21 – 23 Вт(м2·0С). Даже при кратковременном режиме работы каркас более чем в 2 раза увеличивает постоянную нагрева за счет своей большой массы.

При диаметре провода меньше 3 мм канавка на поверхности цилиндра не делается. Изоляция между витками создается за счет окалины (пленки окислов), которая образуется при нагреве проволоки. Для предотвращения механических повреждений сверху провод покрывают стеклоэмалью. Такие трубчатые резисторы марки ПЭ широко применялись и применяются и по сей день для управления электродвигателями малой мощности, в качестве разрядных, системах управления и автоматики и так далее. Данный тип резисторов имеет максимальную мощность рассеяния 150 Вт и постоянную времени 200 – 300 секунд.

При больших мощностях эти резисторы не применяются. Это связано с трудностями изготовления каркаса больших габаритов.

Проволочные или рамочные резисторы

Для пуска электродвигателей до 10 кВт широко применяются проволочные резисторы или ленточные поля, иногда называемые рамочными элементами (рисунок ниже).

Рамочный резистор или ленточное поле

На стальной пластине 1 крепятся  изоляторы 2 из фарфора или стеатита. Проволока резистора 3 наматывается в канавки 4, которые располагаются на поверхности изоляторов. В случае больших токов используют ленту.

Коэффициент теплоотдачи, отнесенный к поверхности проволоки, составляет всего 10 -14 Вт(м2·0С). С точки зрения процесса охлаждения данный вид резисторов хуже, чем свободная спираль.

Масса изоляторов не большая, а с металлической пластиной проволока имеет неплохой тепловой контакт. В результате чего постоянная времени такого резистора примерно такая же, как и без каркаса.    

 Максимально допустимая температура для рамочного резистора составляет 300 0С. Мощность рассеяния доходит до 350 Вт. Как правило, они компонуются по несколько штук в одном ящике. В качестве материала проволоки применяется константан.

Высокотемпературные резисторы

Для электродвигателей мощностью 3 и более кВт применяют резисторы из жаростойких сплавов типа 0Х23Ю5 (рисунок ниже).

Высокотемпературный резистор

С целью получения необходимой жесткости и уменьшения габаритов жаростойкая лента наматывается на ребро. Аналогично предыдущим конструкциям изоляторы имеют канавки, фиксирующие положение отдельных витков. В каждом ящике устанавливается пять резисторов мощностью 450 Вт. При больших токах элементы соединяют параллельно. Отпайки резисторов привариваются к спирали и при монтаже не могут перестанавливаться.

Жароскойкие резисторы имеют большую механическую жесткость и малый температурный коэффициент сопротивления, благодаря чему они подходят для использования в электроустановках подверженных вибрациям и тряске. Они обладают высокой термической стойкостью и допускают кратковременный нагрев до 850 0С. Длительная допустимая температура 300 0С.

Чугунные резисторы

Чугунные резисторы, которые получили широкое применение в электродвигателях мощностью от 3 кВт до нескольких тысяч киловатт, изготавливают в форме зигзага отливкой из электротехнического чугуна. Для больших токов резисторы изготавливаются в 2 раза большей толщины, чем при малых (рисунок ниже а) и б)). На концах резисторы имеют ушки (бобышки) с отверстиями для крепления для соединения друг с другом.

Чугунные резисторы

Максимальная рабочая температура составляет 400 0С. Однако, стоит отметить, что нормальная мощность резисторов выбирается из расчета 300 0С. Сопротивление чугунных резисторов в значительной степени зависит от температуры, поэтому они применяются в качестве пусковых. Их собирают в ящики с помощью стальных стержней 2, изолированных от бобышек миканитом (рисунок ниже).

Ящик чугунных резисторов

В месте последовательного соединения подкладывают металлическую шайбу. На противоположном конце между бобышками подкладывается слюдяная шайба. Отводы делаются с помощью башмаков (специальных зажимов) (рисунок в) и г) выше), которые устанавливаются между бобышками соседних резисторов.

После сборки всех резисторов на стержень надевается стальная пружина, которая после затягивается гайкой. Наличие пружины создает необходимое нажатие между бобышками при рабочих температурах. В стойках 1 укрепляются стержни с помощью проходных изоляторов. Резисторы комплектуются в ящики таким образом, чтоб суммарная мощность ящика не превышала 4,5 кВт. Все ящики резисторов ЯС имеют стандартные габариты. При монтаже системы реостатов ящики монтируются друг на друге. При этом нагретый нижними ящиками воздух «охлаждает» верхние ящики. В связи с этим количество ящиков, монтируемых друг над другом не должно превышать трех. В случае же, когда монтируют более трех вертикально расположенных ящиков резисторов, расстояние между ними не должно быть меньше 80·10-3 м.

Для ответственных электроприводов, требующих бесперебойной работы, целесообразно реостат собирать из стандартных ящиков (без отводов внутри ящика). При повреждении резистора внутри ящика работоспособность схемы быстро восстанавливается путем замены неисправного ящика на новый.

Температура вблизи ящиков с резисторами высока из-за чего подвод токоведущих частей  к башмакам или ящикам необходимо осуществлять либо шиной, либо голым проводом, или же применять нагревостойкую изоляцию. Чугунные резисторы не применяются в электроустановках подверженных вибрациям и ударам в связи с их малой механической прочностью.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *