Резисторы

Глава 6 ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ И БЕСКОНТАКТНЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА

Резисторы так же, как реакторы и конденсаторы, относят к параметрическим аппаратам.

Назначение резисторов — поглощать энергию и рассеивать ее в окружающее пространство. Мощность, поглощаемая резистором,

.

Эта мощность вызывает в резисторе тепловой процесс, который можно описать дифференциальным уравнением

, (6.1)

где С, с — соответственно теплоемкость и удельная теплоемкость резистора, m — масса резистора; В — теплорассеяние; — площадь поверхности ичиоотдачи; — коэффициент теплоотдачи; — превышение температуры ннд температурой окружающей среды.

Номинальная мощность резистора определяется его установившимся (неограниченным по времени) режимом работы, когда вся поглощаемая энергия полностью рассеивается, а превышение температуры соответствует допустимому. При таком режиме

Для других режимов уравнение (6.1) решается так

,

где — начальное превышение температуры резистора; const мощность, поглощаемая резистором и соответствующая I=const.

Обычно I const, тогда с некоторыми допущениями считают постоянным его эффективное значение

Постоянная времени теплового процесса

,

где — превышение температуры при установившемся режиме, соответствующем рассматриваемому процессу нагревания.

Для номинального режима постоянная времени

Если не учитывать начальное превышение температуры, предполагая, что температура резистора при включении соответствует температуре окружающей среды, то для и

Это экспонента, практически достигающая значения при

t > 3. Для того же резистора изменение превышения установившейся температуры с до любого произойдет при:

и

где k — коэффициент кратности мощности относительно мощности.

Для любого режима постоянной мощности или тока уравнение нагревания без учета начального превышения температуры

.

Процесс нагревания аналогичен происходящему при номинальном режиме, но значения т в одни и те же моменты времени изменяются в k раз. Расчетные процессы нагревания не полностью соответствуют действительным, так как не учитывается влияние температурных коэффициентов, изменяющих сопротивление R одного и того же резистора при изменениях температуры, неравномерность охлаждения отдельных элементов и ряд других факторов.

Резисторы, применяемые на э. п. с, подразделяют на три группы: группа I — резисторы силовых цепей с элементами высокой мощности; группа II — преимущественно резисторы вспомогательных цепей и некоторых цепей управления с элементами средней мощности; группа III — маломощные резисторы цепей управления.

В качестве материала сопротивления для резисторов группы I преимущественно используют фехраль: сплав железа, хрома, алюминия марок Х13Ю4, Х15Ю5, имеющий удельное сопротивление (1,26 0,08) Ом м /м и температурный коэффициент 1,5 1/°C. Для фехралевых резисторов допущены местные максимальные превышения температуры до 800°С. По условиям пожарной безопасности и воздействия на элементы оборудования для ленточных резисторов группы I обычно допускают < 250 450°C.

Для изготовления резисторов группы II применяют проволоку из фехраля или нихрома. Нихром — сплав железа, хрома и никеля марки Х15Н60, удельное сопротивление 1,07—1,12 Ом м /м, температурный коэффициент 16 1/°С. Местные превышения температуры резисторов с нихромовой проволокой допускают до.

Для резисторов группы III, кроме нихромовой проволоки, чаще всего используют константан — медно-никелевый сплав, имеющий удельное сопротивление 0,45—0,52 Ом-м /м, температурный коэффициент; практически равный нулю; наибольшие местные превышения температуры не выше 350 °С.

Рис. 6.1. Элемент фехралевого ленточного резистора типа КФ (а) и блок peзисторов (б):

1 - коробчатый держатель; 2 - кордиарнтовые ребристые изоляторы: 3 - лента резистора; 4 - вывод промежуточный; 5 - вывод концевой; 6 - шпилька изолированная: 7 - каркас; 8 - слюдопластовые трубки; 9 - фарфоровые шайбы; 10 - соединительные шины; 11 - выводы

На отечественном э.п.с. наиболее широкое распространение получили ленточные резисторы группы I типа КФ.

Элементы резисторов КФ (рис. 6.1) имеют унифицированную конструкцию и подразделяются на четыре типоразмера, основные данные которых следующие:

Мощность при температуре 350 °С, Вт
Расстояние по осям шпилек, мм
Пределы сопротивлений элемента. Ом	0,265-1,05	0,2-2.0	0.165-1,7	0,102 -0,84
Масса обмотки, кг	3,96-4,2	1,7-3,8	1,5-3,2	0,7-1.4
Масса элемента, кг	6,6	3,1-5,2	2,9-4,6	1,8-2,7

В каждом типоразмере предусмотрено по восемь градаций токов в пределах от 33 до 103 А, что дает возможность, соединяя элементы последовательно и параллельно, получать нужные сопротивления резистора с минимальным числом промежуточных выводов 4 (рис. 6.1, а), которые, как и концевые 5, припаивают к ленте резистора латунью. Блок пусковых резисторов, электровоза с обдуваемыми элементами КФ (рис. 6.1, б) выполнен с несущим каркасом, не перекрывающим доступ охлаждающему воздушному потоку.

Фехралевые ленточные резисторы группы I (тип ЛФ), имеющие также достаточно широкое распространение, особенно на электровозах переменного тока и в зарубежной практике, выполняют иначе (рис. 6.2). Ленту 4 из фехраля обычно гофрируют для придания ей большей жесткости и улучшения условий теплоотдачи и закрепляют стальными держателями 3 в рамке, образованной изолированными шпильками 2 с установленными на них керамическими дистанционными изоляторами 5.

Рис. 6.2. Резистор ослабления возбуждения типа ОПС-138 на основе элементов ЛФ:

1 — элементы каркаса; 2— шпильки изолированные; 3 — держатель ленты; 4 — лента фехралевая; 5 — дистанционные изоляторы; 6 — шайба

В состав рамки входят также элементы соединительного каркаса 1. Лента 4 непосредственно не соприкасается с изоляционными деталями, что улучшает теплоотдачу от нее; ее температурные деформации компенсируются как упругостью держателей, так и благодаря овальным отверстиям в местах их насадки на шпильки 2. Осуществить принудительное эффективное охлаждение резисторов достаточно сложно. Из-за экранирования обмотки фарфоровыми изоляторами уже в четвертом ряду мощность элементов КФ снижается приблизительно па 44 %, резисторов типов ЛФ — на 17- 20 %. Это зависит не только от самих резисторов, но также от конструкции камер, воздушных каналов и др.

Расчет воздушного охлаждения резисторов сложен и недостаточно точен, так как невозможно точно учесть все факторы, влияющие на процесс охлаждения. Приблизительно общий расход охлаждающего воздуха, /с,

,

где 1>1 кг/ — плотность воздуха при атмосферном давлении и температуре; 250 °С — допустимое по условиям пожарной безопас¬ности превышение температуры воздуха на его выходе; — коэффициент, учитывающий неравномерность воздушного потока.

Средняя скорость воздушного потока, м/с.

где — площадь проходного сечения для воздушного потока,. На точность влияет, прежде всего, изменение плотности и теплопроводности охлаждающего воздуха в зависимости от температуры v (рис. 6.3). Теплопроводность воздуха в значительной степени определяет, как и скорость воздушного потока, коэффициент теплоотдачи, который также непостоянен; например для резисторов КФ по внешней поверхности 32 45 Вт/. Поэтому необходимо убедиться, что превышения температур отдельных элементов в установившихся режимах не выходят за пределы допустимых (местные превышения): соответственно

Превышение температуры воздуха, омывающего элемент n

Рис. 6.3 Зависимость плотности и теплопроводности воздуха от температуры

Рис. 6.4 Элемент резистора типа СР (а) и собранный резистор (б)

Величины с индексом i относятся к элементам, последовательно расположенным в воздушном потоке до рассматриваемого элемента n. Приведен ориентировочный расчет нагревания.

Рис. 6.5 Элемент резистора типа ПЭВ: 1 – трубка керамическая; 2 – провод; 3 – эмалевое покрытие; 4 – гибкий вывод

В группе II наиболее распространенным является элемент типа CP (рис. 6.4, о). В нем на фарфоровую трубку 2 с винтовой канавкой наматывают проволоку 3 из фехраля диаметром до 1,6 мм или из нихрома диаметром до 2 мм, концы которой закрепляют в отверстиях трубки 1. К ним припаивают выводные зажимы 6. Для подбора нужного сопротивления имеется передвижной хомут 1 с винтовым креплением. Резисторы из элементов можно собирать на панелях с помощью лап 5, прикрепленных к элементу шпилькой 4, или укреплять их на общих шпильках 4, применяя фарфоровые шайбы 7, держатели 8 и перемычки 9 (рис. 6.4, б).

Резисторы группы III преимущественно формируют из элементов с эмалевым покрытием типов ПЭ и особенно ПЭВ с повышенной влагостойкостью. Резисторы ПЭВ (рис. 6.5) изготовляют, наматывая константа новый провод на гладкую керамическую трубку с последующим покрытием теплостойкой эмалью, обеспечивающей после выпечки надежную защиту резистора.