Конструкция резисторов

Общие сведения.

Выбор резисторов и схемы их соединения.

Конструкция резисторов.

Материал резисторов

РЕЗИСТОРЫ ПУСКОВЫХ И ПУСКОРЕГУЛИРУЮЩИХ реостатов

В зависимости от назначения ре­зисторы делятся на следующие группы:

1. пусковые резисторы для ограничения тока в момент под­ключения к сети неподвижного двигателя и для поддержа­ния тока на определенном уровне в процессе его разгона;
2. тормозные резисторы для ограничения тока двигателя при его торможении;
3. регулировочные резисторы для регулирования тока или напряжения в электрической цепи;
4. добавочные резисторы, включаемые последовател: в цепь электрического аппарата с целью снижения напря­жения на нем.
5. разрядные резисторы, включаемые параллельно обмоткам электромагнитов и других индуктивностей с целью ограничения перенапряжений при их отключении пли для замедления отпускания реле и контакторов; такие резис­торы используются также для разряда емкостных накопителей;
6. балластные резисторы, включаемые в цепь последова­тельно для поглощения части энергии или параллельно ис­точнику с целью предохранения его от перенапряжений при отключении нагрузки;
7. нагрузочные резисторы для создания искусственной на грузки генераторов и других источников; они используются при испытаниях электрических аппаратов;
8. нагревательные резисторы для нагрева окружающей сре­ды или аппаратов при низких температурах;
9. заземляющие резисторы, включенные между землей и нулевой точкой генератора или трансформатора с целью ограничения токов КЗ на землю и возможных перенапря­жений при замыкании на землю;
10. установочные резисторы для установки определенного значения тока или напряжения в приемниках энергии'.

Пусковые, тормозные, разрядные и заземляющие резис­торы в основном предназначены для работы в кратковре­менном режиме и должны иметь большую посто­янную времени нагрева. Особых требований к стабильно­сти этих резисторов не предъявляется. Все остальные резисторы работают в основном в длительном режиме, тре­буют необходимой поверхности охлаждения. Сопротивле­ние этих резисторов должно быть стабильным в заданных пределах. В зависимости от материала проводника разли­чают резисторы металлические, жидкостные, угольные и керамические. В промышленном электроприводе наиболь­шее распространение получили металлические резисторы. Керамические резисторы (с нелинейным сопротивлением) широко применяются в высоковольтных разрядниках.

Материал резисторов.

С целью уменьшения габаритных разме­ров резисторов удельное сопротивление использованного для его изго­товления материала должно быть большим. Допустимая рабо­чая температура материала также должна быть возможно больше, что позволяет сократить массу материала и необходимую поверхность ох­лаждения. Для того чтобы сопротивление резистора как можно, меньше зависело от температуры, температурный коэффициент сопротивления (ТКС) резистора должен быть возможно меньше.

Мате­риал резисторов, предназначенных для работы на воздухе, не должен подвергаться коррозии либо должен образовывать противостоящую ей защитную пленку.

В табл. 2 приведены основные свойства материалов, используе­мых для изготовления резисторов.

Таблица 2 – Свойства материалов, используемых для изготовления резисторов и реостатов

Наименование и состав	Удельноеэлектричес­кое сопро­тивление при 20°С, мкОм*м	Максимальная рабочая тем­пература, °С	Температурный коэффи­циент сопротивления. ^0С^-1
Манганин МНцЗ-12 (Сu, Mn, Ni+Co)	0,42-0,48	60	(-2…+25)*10^-6
Константан МНМц 40*1,5 (Си, Ni+CoMn)	0,45-0,52	500	2*10^-5
Нейзильбер МНц 15*20 (Сu, Zn, Ni+Co)	0,3	200	36*10^-5
Нихром, Х15Н60Н (Fe, Ni, Cr)	1,07-1,17	1100	17-10^-5
Жаростойкий сплав 0Х23Ю5 (Fe, Cr, Л1)	1,29—1,45		8*10^-5
Чугун(Fe,C)	0,8		0,001
Сталь (проволока)	0,11-0,13	200—300	(24….48)*10^-4
Сталь листовая электротехническая (Fe, Si)	0,3	150—200	0,002

1. Сталь имеет малое удельное электрическое сопротивление. На воз­духе сталь интенсивно окисляется и поэтому применяется только в реостатах, заполненных трансформаторами маслом. В этом случае рабочая температура стали определяется нагревом трансформаторного масла и не превышает 115°С. Из-за высокого значения ТКС сталь неприменима для резисторов со стабильным сопротивлением. Единственное достоинство стали - де­шевизна.

1. Электротехнический чугун имеет значительно большее, чем сталь, удельное сопротивление и значительный ТКС. Рабочая температу­ра чугуна достигает 400 С. Отлитые из чугуна резисторы, как прави­ло, имеют зигзагообразную форму. Ввиду хрупкости чугуна необходи­мая механическая прочность элементов резистора достигается увеличе­нием их сечения. Поэтому чугунные резисторы пригодны для работы при больших токах и мощностях. Из-за недостаточной стойкости к механическим воздействиям (виб­рациям, ударам) чугунные резисторы используются только в стацио­нарных установках.

1. Удельное электрическое сопротивление листовой электротехнической стали за счет присадки кремния почти втрое выше, чем у обычной ста­ли. Стальные резисторы имеют зигзагообразную форму и получаются из листовой стали штамповкой. Из-за большого ТКС листовая сталь применяется только для пусковых резисторов, как правило, устанавли­ваемых в трансформаторном масле.
2. Для резисторов с повышенной стабильностью сопротивления мо­жет применяться константен, который не подвергается коррозии на воздухе и имеет максимальную рабочую температуру 500°С. Боль­шое удельное сопротивление позволяет создавать на основе константана малогабаритные резисторы. Константан широко применяется в виде проволоки и ленты.
3. Для изготовления нагревательных резисторов применяются в ос­новном нихромы, которые обладают высокими удельным сопро­тивлением и рабочей температурой.

В настоящее время для нагревательных резисторов широко приме­няется более дешевый жаростойкий сплав 0Х23Ю5. Удельное сопротив­ление его более чем в 2 раза выше, чем у константан а, а рабочая тем­пература достигает 850 °С.

Для резисторов с высокой стабильностью сопротивления применя­ется манганин с рабочей температурой не более 60 ^СС.

Резисторы в виде спирали из проволо­ки или ленты изготавливаются путем ее навивки на цилиндрическую оп­равку «виток к витку». Необходимый зазор между витками устанавли­вается при растяжении спирали и креплении ее к опорным изоляторам виде фарфоровых роликов. Недостатком такой конструкции является малая жесткость, из-за которой возможно соприкосновение соседних витков, что требует снижения рабочей температуры материала (100 °С). Поскольку теплоёмкость такого резисто­ра определяется только массой резистивного материала, постоянная времени нагрева таких резисторов мала.

Резисторы в виде спирали целесообразно использовать для дли­тельного режима работы, так как тепло рассеивается всей поверхностью проволоки или ленты удельный коэффициент теплоотдачи до 20 Вт/м^2.

Допустимый ток спирали из константана, А, составляет

для круглой проволоки

для плоской ленты

Постоянные времени нагрева, с,

для этих спиралей составляют для круглой проволоки T=44,5d

для плоской ленты T=89b.

где

d - диаметр круглой проволоки, мм;

h и b высота и толщина ленты, мм.

Для увеличения жесткости спирали проволока может наматываться на керамический каркас в виде трубки (рис. 30) со спиральным пазом на поверхности, предотвращающим замыкание витков между собой. Такая конструкция позволяет повысить рабочую температуру резистора из константана до 500 °С. В процессе нагрева и охлаждения участвует как проволока, так и каркас.

Постоянная времени, с, нагрева такого элемента

Где

G_к —-масса каркаса, кг;

G_пр —-масса проволоки, кг;

S — поверх­ность охлаждения, м²

Коэффициент β_k учитывает, что в переходном режиме теплоемкость каркаса не используется полностью. Чем быстрей идет процесс нагрева во времени, тем меньше коэффициент β_k кратковременных режимах

работы β_k падает до 0,3—0,4.

За поверхность охлаждения резистора S принимается цилиндрическая поверхностность каркаса без учета пазов. Коэффициент теплоотдачи при кратковременном режиме

Дата добавления: 2013-12-12