Электрооборудование установок гидромеханизации - Резисторы и реостаты

5. РЕЗИСТОРЫ (СОПРОТИВЛЕНИЯ) И РЕОСТАТЫ
Резисторы служат для ограничения тока, а реостаты, составленные из групп элементов резисторов, — для регулирования тока в электрических цепях при данном приложенном напряжении.
Резисторы в результате прохождения через них тока подвергаются нагреву; тепло, выделяющееся при этом, рассеивается в окружающей среде. Поэтому требования компактности резисторов, их стойкости по отношению к нагреву удовлетворяются соответствующим выбором материала и конструктивным исполнением. Материалом для резисторов служат обычно металлические сплаву, выдерживающие высокие температуры, устойчивые против окисления, с высоким удельным сопротивлением. Такими материалами являются нихром (сплав никеля и хрома), фехраль (сплав железа, хрома и алюминия), константан (сплав меди и никеля) и другие. Имеются также элементы резисторов, изготовленные из чугуна.
Элементы и блоки (ящики) сопротивлений
Элементы резисторов выполняются в виде спиралей без каркасов, спиралей на теплоемком каркасе в форме цилиндра или трубчатыми, рамочными — плоскими и круглыми.

Рис. 2-8. Плоский элемент группы резисторов (поле сопротивления).
Стальные бескаркасные элементы резисторов представляют собой цилиндрические спирали, крепящиеся по концам на изоляторах. Применяются в качестве элементов реостата.
Каркасные элементы представляют собой спирали из проволоки, намотанные на трубку или цилиндр из жаропрочного материала (шамот, фарфор и др.).
Элемент, выполненный из тонкой проволоки, поверху покрывается слоем стекла или эмали. Каркасные элементы изготовляются с мощностью рассеивания от 3 до 150 Вт и сопротивлением от 1 Ом до 50 кОм. Каркасные элементы используются в качестве самостоятельных элементов различных схем, а также группируются в ящиках резисторов и в реостатах.
Рамочные элементы выполняются плоскими илы круглыми. Плоские элементы представляют собой пластинку с надетыми на ее кромки фарфоровыми изоляторами, на которые наматывается круглая проволока или плоская лента (рис. 2-8). Плоские элементы выполняются на мощность 200—350 Вт.
Круглые рамочные элементы выполнены аналогично плоским. Такая конструктивная форма придается обычно фехралевым спиралям,
намотанным на ребро, используемым в ящиках резисторов большой мощности (рис. 2-9).
Блоки резисторов (ящики) составлены из элементов, рассмотренных выше. В гидромеханизации применяются ящики резисторов с фехралевыми рамочными элементами типа КФ-22 (рис. 2-9) и НФЧА (новая серия).

Рис. 2-9. Ящик сопротивлений с фехралевыми элементами.
1 — фехралевые рамочные элементы; 2 — фарфоровые изоляторы; 3 —зажимы; 4 — перемычки.
Ящики этого типа рассчитаны на длительный режим работы и используются в качестве пусковых и регулировочных резисторов для крупных электродвигателей. Полное сопротивление, требуемое по расчету, образуется подбором видов и необходимого количества ящиков,, соединяемых в общую схему, Технические данные ящиков типа ΗΦ-1Α. приведены в табл. 2-1.

Таблица 2-1
Блоки резисторов (ящики) типа ΗΦ-1Α из фехралевых элементов

Примечание. Масса каждого ящика около 20 кг.
Элементы резисторов внутри каждого ящика, а также различные ящики между собой группируются путем их последовательного и параллельного соединения. Последовательным соединением достигается заданное сопротивление секции, составленной из отдельных частей. Параллельное соединение обеспечивает соответствие действующего тока нагрузки допустимым значениям, обусловленным данными каталога.
В гидромеханизации, как и на многих других установках, до сего времени эксплуатируются выпускавшиеся ранее, а в настоящее время прекращенные производством маслонаполненные ящики резисторов (сопротивлений) типа ЯПМ и ящики с чугунными элементами типа ЯС.
Ящики типа ЯПМ собраны из плоских элементов резисторов (см. рис. 2-8), погруженных в маслонаполненный бах. Масляная среда улучшает теплоотдачу элементов и увеличивает время их нагрева током. Ящики типа ЯПМ рассчитаны на кратковременное включение и используются только для пуска двигателей, т. е. в режиме кратковременной работы длительностью около десятков секунд. Элементы в ящиках типа ЯПМ секционированы и имеют выводы, допускающие шестиступенчатый пуск двигателей.
Ящики типа ЯПМ выпущены в двух габаритах: ЯПМ-6 и ЯПМ-8, в однофазном и трехфазном исполнении для двигателей разной мощности.

Ящики типа ЯС собраны из чугунных плоских зигзагообразных пластин. По компоновке они подобны ящикам типа КФ. В зависимости от общего сопротивления и допустимого тока, ящики типа ЯС разделяются на 14 различных исполнений с полным сопротивлением от 0,1 до 8 Ом и допустимой силой тока от 215 до 24 А соответственно. Они рассчитаны на продолжительный режим работы и могут быть использованы как в качестве пусковых, так и регулировочных аппаратов.
Реостаты
Реостаты представляют собой аппараты, в которых совмещаются группы резисторов с устройством регулирования электрического сопротивления.
В технике управления и регулирования используются реостаты самой различной мощности: от десятых долей ампер до больших токов порядка нескольких тысяч ампер при различном сопротивлении.
Реостаты, обладающие чисто активным сопротивлением, могут быть применены для регулирования как постоянного, так и переменного тока. Сюда относятся реостаты, составленные из любых элементов, рассмотренных выше. Ниже описан принцип действия индукционных реостатов, используемых только в цепях переменного тока.
Реостаты, состоящие из одной секционированной группы резисторов, одинаково применяются для регулирования в цепях постоянного и однофазного переменного тока. Реостаты, включающие три группы резисторов, предназначены для трехфазных цепей.
Очень важный признак, по которому следует различать реостаты,— это допустимая длительность их нагрузки расчетным током по условиям нагрева резисторов. Одна из разновидностей реостатов допускает лишь кратковременную нагрузку продолжительностью от 15 до 45 с, в зависимости от силы тока. Они носят наименование пусковых реостатов и применяются для ограничения тока и повышения вращающего момента асинхронных двигателей при пуске. Резисторы пусковых реостатов несут токовую нагрузку в течение времени, длительность которого определяется заданным режимом разгона двигателя из неподвижного состояния до полной скорости.
Другая большая группа реостатов рассчитана на длительное прохождение тока нагрузки. Такие реостаты работают на любой ступени
сопротивления в течение неограниченного времени или с регулярными перерывами (см. § 7-5) в так называемом повторно-кратковременном режиме. Они используются для регулирования тока и называются регулировочными реостатами.

Рис. 2-10. Пусковой реостат серии РМ для асинхронного двигателя мощностью 500 кВт.
Из определения особенностей реостатов того или другого вида следует вывод о том, что регулировочные реостаты для двигателей могут работать в качестве пусковых, поэтому их иногда называют пускорегулировочными.
Существует весьма большое количество всевозможных разновидностей реостатов. Ниже рассматриваются некоторое реостаты, применяемые в системах управления электроприводами установок гидромеханизации.
Пусковые реостаты для электроприводов постоянного тока соединяют последовательно с якорем двигателей, трехфазные реостаты для электроприводов переменного тока подключают к обмотке ротора асинхронных машин.
Пусковые реостаты двигателей постоянного тока в гидромеханизации, как правило, не применяются.

Примером пускового реостата для мощных асинхронных двигателей служит реостат серии РМ (реостат масляный), габаритный чертеж которого изображен на рис. 2-10 Реостат РМ представляет собой группу резисторов, соединенных в трехфазную схему звездой, и барабанный контроллер для их переключения в одном аппарате (электрическая схема реостата приведена на рис. 9-13). Для улучшения теплового режима резисторов последние погружаются в трансформаторное масло, залитое в баки реостата. В табл. 2-2 приводятся технические данные реостатов серии РМ.

Таблица 2-2

Ряс. 2-11. Схема индукционного- реостата в цепи ротора асинхронного двигателя.
Для двигателей меньшей мощности (18—320 кВт) имеется серия пусковых реостатов ПР, конструкция которых аналогична серии РМ.
Выбор пускового реостата производится по номинальной мощности двигателя, напряжению и току ротора.
Индукционный реостат для пуска асинхронных двигателей представляет собой простейший бесконтактный аппарат, сопротивление которого от его полного значения до значения, близкого к нулю, изменяется автоматически. Особенностью индукционного реостата является то, что в цепь ротора, в отличие от обычных реостатов, вводится не активное, а индуктивное сопротивление, составленное из катушек на ферромагнитном замкнутом магнитопроводе (рис. 2-11).
Катушки намотаны проводом большого сечения; их активное сопротивление мало. Индуктивное сопротивление  пропорционально частоте тока ротора.
Частота тока в роторе зависит от скольжения.       
В момент пуска, когда частота вращения равна 0, s=1, индуктивное сопротивление катушек будет наибольшим. По мере разгона двигателя скольжение уменьшается; при этом уменьшается частота тока в роторе, а следовательно, и индуктивное сопротивление реостата. При достижении ротором номинальной частоты вращения частота f2 снижается до минимума (s=0,02-:-0,05) и индуктивное сопротивление катушек приближается к нулю. Полное сопротивление катушек становится практически равным их активному сопротивлению, которое очень мало. Таким образом, при частоте вращения.

Рис. 2-12. Реостат возбуждения со снятыми крышкой и штурвалом.
близкой к синхронной, катушки образуют цепь, замыкающую обмотки ротора накоротко. Изменение сопротивления цепи ротора представляет собой автоматический бесконтактный процесс, не требующий применения контактных аппаратов, обслуживаемых оператором.
Регулировочный реостат небольшой: мощности в одном из исполнений представлен на рис. 2-12. Такие реостаты служат для регулирования возбуждения электрических машин постоянного тока. В гидромеханизации реостаты этого рода применяются главным образом для регулирования тока возбуждения генераторов— возбудителей синхронных двигателей. Аппарат представляет собой контактное устройство со ступенчатым изменением сопротивления. Внутренние соединения реостата допускают его включение последовательно с обмоткой возбуждения регулируемой машины либо по потенциометрической схеме.
Жидкостный реостат для регулирования частоты вращения асинхронных двигателей выполняется в виде бака значительной емкости, залитого раствором соды или другим электролитом. Внутри бака помешаются три неподвижных электрода и три подвижных.  Регулируемое сопротивление образовано в каждой фазе слоем токопроводящего электролита, заключенного между неподвижным и подвижным электродами. Чем больше электроды удалены один от другого, тем выше сопротивление слоя электролита, находящегося между ними.
Жидкостные реостаты применялись на нескольких специальных земснарядах высокой производительности (земснаряд типа 1000-80 производительностью 1000 м3/ч, с высотой напора 80 м) для двигателей мощностью 4400 кВт. Дальнейшего распространения жидкостные реостаты в гидромеханизации не получили.
Контакторные устройства регулирования сопротивления для изменения частоты вращения включаются в цепь ротора асинхронных двигателей. Такие устройства образованы группами резисторов из ящиков с фехралевыми или чугунными элементами, соединенными в трехфазную схему. Изменение общего сопротивления производится контакторами, которые в определенной последовательности шунтируют отдельные секции сопротивлений (см. § 9-4).