Резисторы пусковых и пускорегулирующих реостатов

Резисторы делятся на следующие группы:

Пусковые резисторы – служат для ограничения тока в момент подключения к сети неподвижного двигателя и для ограничения тока на определенном уровне в процессе его разгона.

Тормозные резисторы – служат для ограничения тока двигателя при его торможении.

Регулировочные резисторы – служат для регулирования тока или напряжения в электрической цепи.

Добавочные резисторы – включаемые последовательно в цепь электрического аппарата с целью снижения напряжения на нем.

Разрядные резисторы – включаемые параллельно обмоткам электромагнитов или других индуктивностей с целью ограничения перенапряжений при их отключении или для разряда емкостных накопителей.

Балластные резисторы – включаемые в цепь последовательно для поглощения части энергии или параллельно источнику с целью предохранения его от перенапряжений при отключении нагрузки.

Нагрузочные резисторы – служат для создания искусственной нагрузки генераторов и других источников, например при испытаниях электроаппаратов.

Нагревательные резисторы – служат для нагрева окружающей среды или аппаратов при низких температурах.

Заземляющие резисторы – включаемые между землёй и нулевой точкой генератора или трансформатора с целью ограничения токов КЗ на землю и возможных перенапряжений при замыкании на землю.

Установочные резисторы – для установки определенного значения тока или напряжения в приёмниках энергии.

Пусковые, тормозные, разрядные и заземляющие резисторы предназначены для работы в кратковременном режиме и имеют большую постоянную времени нагрева. Особых требований к стабильности этих резисторов не предъявляется. Остальные резисторы работают в длительном режиме и требуют необходимой поверхности охлаждения. В зависимости от материала проводника различают резисторы металлические, жидкостные, угольные и керамические. В электроприводе распространены металлические резисторы. Керамические резисторы (с нелинейным сопротивлением) применяются в высоковольтных разрядниках.

Резисторы в виде спирали из проволоки и ленты изготавливаются путем её навивки на цилиндрическую оправку «виток к витку». Необходимый зазор между витками устанавливается при растяжении спирали и крепления её к опорным изоляторам в виде фарфоровых роликов. Недостатком такой конструкции является малая жесткость, из-за которой возможно соприкосновение соседних витков, что требует снижения рабочей температуры материала (1000⁰С для константановой спирали). Поскольку теплоемкость резистора определяется только массой резистивного материала, постоянная времени нагрева таких резисторов мала.

Резисторы в виде спирали целесообразно использовать для длительноrо режима работы, так как тепло рассеивается всей поверхностью проволоки или ленты.

Допустимый ток спирали из константана составляет для круглой проволоки

а для плоской ленты:

(15.1)

Постоянные времени нагрева для этих спиралей составляют для круглой проволоки с и для плоской ленты с. В приведенных соотношениях диаметр круглой проволоки, мм; высота и толщина ленты, мм.

Для увеличения жесткости спирали проволока может наматываться на керамический каркас в виде трубки (рис. 15.13) со спиральным пазом на поверхности, предотвращающим замыкание витков между собой.

Рис. 15.13. Резистор на керамическом каркасе

В процессе нагрева и охлаждения участвует как проволока, так и каркас.

Постоянная времени нагрева элемента определяется:

(15.2)

где Т – постоянная времени нагрева, с;

масса каркаса, кг;

масса проволоки, кг;

поверхность охлаждения, м².

Коэффициент учитывает, что в переходном режиме теплоемкость каркаса не используется полностью. В кратковременных режимах работы снижается до . За поверхность охлаждения резистора S принимается цилиндрическая поверхность каркаса без учета пользовательского коэффициента теплоотдачи:

(15.3)

При диаметре d<0,3 мм пазы на поверхности каркаса не выполняются и изоляция между витками создается за счёт окалины, образующейся при нагреве проволоки. Такие трубчатые резисторы широко применяются для управления двигателями малой мощности. Максимальная мощность рассеивания резистора – 150 Bт, а постоянная времени нагрева – 200-300 с.

Для пуска двигателей мощностью до 10кВт применяются проволочные или ленточные поля (рамочные резисторы), конструкция которого показана на рис. 15.14.

Рис. 15.14. Рамочный резистор

На стальной пластине 1 укреплены изоляторы 2 из фарфора или стеатита. Константановая проволока 3 наматывается в канавки на поверхности изоляторов. Для резисторов на большие токи используется лента. Коэффициент теплоотдачи, отнесённый к поверхности проволоки, составляет 10-14 Из-за малой массы изоляторов и слабого теплового контакта проволоки с металлической пластиной постоянная времени нагрева рамочного резистора примерно такая же, как и при отсутствии каркаса. Максимальная допустимая температура составляет 300°С, рассеиваемая мощность - 350 Вт.

Для двигателей от трех до нескольких тысяч киловатт применяются высокотемпературные резисторы на основе жаростойких сплавов Х2ЗЮ5 (рис. 15.15).

Рис. 15.15. Высокотемпературный резистор

Жаростойкая лента наматывается на ребро и укладывается в канавки, фиксирующие положение отдельных витков. В одном блоке устанавливаются пять резисторов мощностью 450 Вт каждый.

Жаростойкие резисторы имеют малый ТКС и большую механическую жесткость. Эти резисторы обладают высокой термической устойчивостью. Допускается кратковременный нагрев до 850°С при длительной допустимой температуре 300°С.

Чугунные резисторы (рис. 15.16) применяются для двигателей мощностью от трех до нескольких тысяч киловатт.

При максимальной рабочей температуре чугуна 400°С номинальная мощность резисторов принимается из расчета на температуру 300°С. Сопротивление чугунных резисторов в значительной степени зависит от температуры, поэтому они применяются только как пусковые.

Набор чугунных резисторов собирают в стандартные ящики с помощью стальных стержней, изолированных от чугуна миканитом.

Рис. 15.16. Чугунные резисторы:

а - для больших токов; б - для малых токов; в и г- выводные зажимы

Если у резистора необходимо сделать отводы, то они делаются с помощью специальных зажимов (рис. 15.16, в, г).

Общая мощность резисторов, установленных в одном ящике, не должна превышать 4,5 кВт.

Для ответственных электроприводов реостат собирают из стандартных ящиков (без отводов внутри ящика). При повреждении резистора в ящике работоспособность схемы быстро восстанавливается путем замены неисправного ящика на новый.

Поскольку температура воздуха вблизи резистора высока, токоподводящие провода и шины должны иметь теплостойкую изоляцию или вообще не иметь изоляцию.

Выбoр резистoрoв

Сопротивление пускового резистора выбирается так, чтобы броски пускового тока были ограничены и не опасны для двигателя (трансформатора) и питающей сети. Значение этого сопротивления должно обеспечивать пуск двигателя за требуемое время.

После расчёта сопротивления производится расчёт и выбор резистора по нагреву. Температура резистора в любых режимах не должна превышать допустимую для данной конструкции.

В процессе пуска двигателя ток в резисторе меняется во времени. Если длительность обтекания резистора током мала по сравнению с его постоянной времени Т, то расчёт можно вести по эквивалентному току , тепловой эффект которого за время работы такой же, как и у реального тока:

, (15.4)

где - время прохождения пускового тока по резистору.

Для определения тока можно воспользоваться реальной кривой тока, построить зависимость и провести графическое интегрирование. Точный результат можно получить, заменяя кривые спада пускового тока отрезками прямых.

Наряду с эквивалентным током по теплу существует эквивалентный ток по нагреву - ток, который, проходя по сопротивлению, нагревает его до той же температуры, что и реальный ток. При сделанном допущении эквивалентный ток по теплу равен эквивалентному току по нагреву:

= . (15.5)

Нагрев резистора происходит без отдачи тепла в окружающую среду.

По значениям и можно выбрать резистор необходимого типа, если в справочнике приведен ток кратковременного режима для заданного времени .

Если в справочнике задан действительный ток нагрузки, то необходимо перейти к эквивалентному току, который нагревает резистор до той же температуры, что и пусковой.

Тепловой расчёт резисторов сложен. Для типовых схем пусковые резисторы выбираются по справочным таблицам, в которых сопротивления и токи даны в зависимости от параметров двигателя.

Лекция № 16