Rezystory do uruchamiania i sterowania reostatami

W zależności od przeznaczenia rezystory dzielą się na następujące grupy:

• rezystory rozruchowe ograniczające prąd w momencie włączenia silnika stacjonarnego do sieci oraz utrzymujące prąd na określonym poziomie podczas jego przyspieszania;
• rezystory hamujące ograniczające prąd silnika podczas hamowania;
• Rezystory regulacyjne do regulacji prądu lub napięcia w obwodzie elektrycznym;
• dodatkowe rezystory połączone szeregowo w obwodzie urządzenia elektryczne w celu zmniejszenia stresu na nim;
• rezystory wyładowcze połączone równolegle z uzwojeniami elektromagnesów lub innymi indukcyjnościami w celu ograniczenia przepięć wyzwalających lub opóźnienia wyzwolenia przekaźników i styczników, takie rezystory są również używane do rozładowania pojemnościowych urządzeń magazynujących;
• rezystory balastowe połączone szeregowo z obwodem w celu pochłaniania części energii lub równolegle do źródła w celu ochrony przed przepięciami, gdy obciążenie jest wyłączone;
• rezystory obciążenia do tworzenia sztucznego obciążenia z generatorów i innych źródeł; służą do testowania aparatury elektrycznej;
• Rezystory grzewcze do ogrzewania otoczenia lub aparatury w niskich temperaturach;
• rezystory uziemiające włączone między masę a punkt neutralny generatora lub transformatora w celu ograniczenia prądów zwarciowych do ziemi i ewentualnych przepięć podczas uziemiania;
• ustawianie rezystorów w celu ustawienia określonej wartości prądu lub napięcia w odbiornikach energii.

Rezystory rozruchu, zatrzymania, rozładowania i uziemienia są przeznaczone przede wszystkim do pracy krótkotrwałej i powinny mieć jak najdłuższy czas nagrzewania.

Nie ma specjalnych wymagań dotyczących stabilności tych rezystorów. Wszystkie inne rezystory działają głównie w trybie pracy ciągłej i wymagają niezbędnej powierzchni chłodzącej. Rezystancja tych rezystorów musi być stabilna w określonych granicach.

W zależności od materiału drutu rozróżnia się rezystory metalowe, ciekłe, węglowe i ceramiczne. V przemysłowy napęd elektryczny najczęściej spotykane rezystory metalowe. Rezystory ceramiczne (o rezystancji nieliniowej) są szeroko stosowane w ogranicznikach wysokiego napięcia.

Materiał źródłowy rezystora

Aby zmniejszyć gabaryty rezystorów rozruchowych, rezystancja właściwa materiału użytego do ich wykonania powinna być jak największa. Dopuszczalna temperatura pracy materiału, powinna być również jak największa, aby zmniejszyć wagę materiału i wymaganą powierzchnię chłodzenia.

Aby rezystancja rezystora w jak najmniejszym stopniu zależała od temperatury, współczynnik temperaturowy oporu Rezystor (TCS) powinien być jak najmniejszy. Materiał rezystora przeznaczony do pracy w powietrzu nie może korodować ani tworzyć przeciwstawnej warstwy ochronnej.

Jest mało stali opór elektryczny… W powietrzu stal intensywnie się utlenia, dlatego stosuje się ją tylko w reostatach wypełnionych olejem transformatorowym.W tym przypadku temperatura pracy stali jest określona przez nagrzanie oleju transformatorowego i nie przekracza 115°C.

Ze względu na wysoką wartość TCR stal nie nadaje się na rezystory o stabilnej rezystancji. Jedyną zaletą stali jest jej taniość.

Żeliwo elektryczne ma znacznie wyższą rezystywność elektryczną i znaczny TCR niż stal. Temperatura robocza żeliwa osiąga 400 ° C... Rezystory żeliwne mają zwykle zygzakowaty kształt. Ze względu na kruchość żeliwa wymaganą wytrzymałość mechaniczną elementów rezystora rozruchowego uzyskuje się poprzez zwiększenie ich przekroju. Dlatego rezystory żeliwne nadają się do pracy przy dużych prądach i mocach.

Ze względu na niewystarczającą odporność na wpływy mechaniczne (wibracje, wstrząsy) rezystory żeliwne stosuje się wyłącznie w instalacjach stacjonarnych.

Specyficzna rezystancja elektryczna blachy elektrotechnicznej dzięki dodatkowi krzemu jest prawie trzykrotnie wyższa niż w przypadku zwykłej stali. Rezystory stalowe mają kształt zygzaka i są uzyskiwane z blachy przez tłoczenie. Ze względu na duży TCR, blacha stalowa jest używana tylko do rezystorów rozruchowych, zwykle montowanych w olej transformatorowy.

Do rezystorów o podwyższonej rezystancji można zastosować konstantan, który nie koroduje w powietrzu i ma maksymalną temperaturę pracy 500°C. Wysoka rezystancja umożliwia tworzenie małych oporników na bazie konstantanu. Constantan jest szeroko stosowany w postaci drutu i taśmy.

Do produkcji oporników grzejnych stosuje się głównie nichrom, który ma wysoką rezystancję elektryczną i temperaturę pracy.

W przypadku rezystorów o wysokiej rezystancji mangan o temperaturze roboczej nie większej niż 60 gr. S.

Jak działają rezystory rozruchowe

Rezystory spiralne z drutu lub taśmy są wykonywane przez nawijanie na cylindryczny trzpień „obrót za obrót”. Wymaganą szczelinę między zwojami ustala się poprzez naciągnięcie spirali i przymocowanie jej do izolatorów wsporczych w postaci porcelanowych rolek.

Wadą tej konstrukcji jest mała sztywność, dzięki której możliwy jest kontakt sąsiednich zwojów, co wymaga obniżenia temperatury pracy materiału (100°C dla cewki konstantanowej). Ponieważ pojemność cieplna takiego rezystora jest określona tylko przez masę materiału rezystancyjnego, czas nagrzewania takich rezystorów jest mały.

Zaleca się stosowanie rezystorów w postaci spirali do długotrwałej pracy, ponieważ ciepło jest odprowadzane z całej powierzchni drutu lub taśmy.

Aby zwiększyć sztywność spirali, drut można nawinąć na ceramiczną rurkę ze spiralnym rowkiem na powierzchni, który zapobiega zamykaniu się zwojów. Taka konstrukcja pozwala na zwiększenie temperatury pracy rezystora od konstantanu do 500°C.Nawet przy krótkotrwałej eksploatacji rama ze względu na swoją dużą masę ponad dwukrotnie zwiększa stałą grzewczą.

Przy d <0,3 mm rowki na powierzchni ramy nie są wykonywane, a izolacja między zwojami jest tworzona z powodu zgorzeliny (filmu tlenkowego) powstającego podczas podgrzewania drutu. W celu ochrony przed uszkodzeniami mechanicznymi drut pokryty jest szklaną emalią żaroodporną. Takie rezystory lampowe są szeroko stosowane do sterowania silnikami małej mocy, takimi jak rozładowanie, dodatkowe rezystancje w obwodach automatyki itp. Maksymalna moc, przy której ich temperatura nie przekracza maksymalnej dopuszczalnej, wynosi 150 W, a stała ogrzewania wynosi 200 — 300 p. Ze względu na złożoność technologiczną produkcji dużych ram, rezystory te nie są stosowane przy dużych mocach.

Do rozruchu silników o mocy do 10 kW tak zwane pola drutowe lub taśmowe, czasami nazywane rezystorami pętlowymi. Izolatory porcelanowe lub ze steatytu są montowane na płycie stalowej. Drut konstantanowy jest nawinięty w rowkach na powierzchni izolatorów. W przypadku rezystorów wysokoprądowych używana jest taśma.

Współczynnik przenikania ciepła w stosunku do powierzchni przewodnika wynosi zaledwie 10-14 W/(m2-°C). Dlatego warunki chłodzenia takiego rezystora są gorsze niż dla swobodnej helisy. Ze względu na małą masę izolatorów i słaby kontakt termiczny przewodnika z metalową płytką, stała nagrzewania rezystora ramowego jest w przybliżeniu taka sama jak w przypadku braku ramy. Maksymalna dopuszczalna temperatura wynosi 300°C.

Rozpraszanie mocy sięga 350 watów. Zwykle kilka rezystorów tego typu jest montowanych w jednym bloku.

W przypadku silników o mocy od trzech do kilku tysięcy kilowatów stosuje się rezystory wysokotemperaturowe na bazie stopów żaroodpornych 0X23Yu5. W celu zmniejszenia gabarytów i uzyskania wymaganej sztywności taśma żaroodporna jest nawijana wokół żebra i umieszczana w rowkach ustalających położenie poszczególnych zagięć. W jednym bloku zainstalowano pięć rezystorów o mocy 450 W, które można łączyć równolegle przy dużych prądach.

Rezystory termiczne charakteryzują się niskim TCR oraz dużą sztywnością mechaniczną, dlatego znajdują szerokie zastosowanie w urządzeniach narażonych na duże obciążenia mechaniczne. Rezystory te mają wysoką stabilność termiczną. Dopuszczalne jest krótkotrwałe nagrzewanie do 850°C przy długoterminowej dopuszczalnej temperaturze 300°C.

Rezystory żeliwne są szeroko stosowane w silnikach o mocy od trzech do kilku tysięcy kilowatów.

Przy maksymalnej temperaturze pracy żeliwa 400°C, nominalna moc rezystorów jest pobierana na podstawie temperatury 300°C. Rezystancja żeliwnych rezystorów jest w dużej mierze zależna od temperatury, dlatego są one używane tylko jako wyjścia.

Zestaw żeliwnych rezystorów montowany jest w standardowych skrzynkach za pomocą stalowych prętów izolowanych od żeliwa mikanitem. Jeśli konieczne jest wykonanie zaczepów dla rezystora, wykonuje się je za pomocą specjalnych zacisków, które są instalowane między sąsiednimi rezystorami połączonymi szeregowo.

Łączna moc rezystorów zainstalowanych w jednej skrzynce nie powinna przekraczać 4,5 kW. Podczas instalacji skrzynki rezystorów są montowane jedna na drugiej. W tym przypadku ogrzane powietrze w dolnych skrzynkach myje górne, pogarszając chłodzenie tych ostatnich.

W przypadku krytycznych napędów elektrycznych zaleca się montaż opornika ze standardowych pudełek (bez zaczepów wewnątrz pudełka). Jeśli rezystor w skrzynce jest uszkodzony, obwód można szybko przywrócić poprzez wymianę uszkodzonej skrzynki na nową.

Ponieważ temperatura powietrza w pobliżu rezystora jest wysoka, przewody i szyny zbiorcze muszą być albo wystarczająco odporne na ciepło, albo wcale nie być izolowane.

Dobór rezystorów

Rezystancję rezystora rozruchowego dobrano tak, aby prąd rozruchowy był ograniczony i nie stanowił zagrożenia dla silnika (transformatora) oraz sieci elektrycznej. Natomiast wartość tej rezystancji powinna zapewnić rozruch silnika na wymagany czas.

Po obliczeniu rezystancji przeprowadzane jest obliczenie i wybór rezystora grzejnego. Temperatura rezystora w dowolnym trybie nie powinna przekraczać dopuszczalnej dla tego projektu.