Конструирование низковольтной аппаратуры - Расчет активных сопротивлений

Расчет активного сопротивления заключается прежде всего в определении величины сопротивления в омах. Этот расчет производится в соответствии с требованиями электрической схемы, для которой сопротивление предназначено. Вторая часть расчета заключается в определении мощности сопротивления в длительном режиме и проводится на основании уравнения теплового баланса Р =kS.
Значение коэффициента теплоотдачи k и форма поверхности охлаждения S приводятся в табл. 5.1.
Расчет мощности сопротивления при кратковременном и повторно-кратковременном режимах проводится по уравнениям, приведенным в § 3.5. При определении постоянной времени нагрева сопротивления необходимо учитывать, в связи с высокими температурами, не только теплоемкость проводникового материала сопротивления, но и теплоемкость каркаса, на котором крепится проволока или лента сопротивления. В этом случае постоянная времени нагрева элемента сопротивления
(5.1) где ск и GK —  теплоемкость и масса материала каркаса; с и G  —  теплоемкость и масса проводникового материала; βк  —  коэффициент, учитывающий участие каркаса в теплоотводе от проводникового материала сопротивления; для кратковременного режима βк=0,34-0,4, для длительного режима βк=0,8-0,9.
Основные назначения сопротивлений в электрической схеме следующие: пуско-тормозные, добавочные, демпферные, нагрузочные, регулировочные, компенсирующие. В соответствии с назначением расчет этих сопротивлений имеет некоторые особенности.
Пуско-тормозные сопротивления обычно представляют собой набор отдельных элементов сопротивлений, которые в процессе пуска или торможения постепенно выводятся отдельными ступенями. Основной задачей при расчете является определение величины тока и его времени прохождения по каждой ступени. Пусковые и тормозные сопротивления, таким образом, работают в прерывистом режиме, и расчет их проводится по среднеквадратичному току за полное максимально возможное время одного пуска или торможения. Поскольку в течение пуска в разных ступенях пускового сопротивления значения и время прохождения тока могут быть разными, то и ступени пускового сопротивления могут составляться из разного числа отдельных элементов, включаемых последовательно или параллельно, или из элементов, имеющих разную мощность.
Аналогичными являются соображения при расчете нагрузочных сопротивлений, если нагрузка на них с течением времени изменяется или изменяется сама величина нагрузочного сопротивления.
Демпферные и добавочные сопротивления включены в цепь постоянно, своего значения обычно не меняют, и их режим работы зависит от режима работы цепи. При этом омическая величина добавочного сопротивления должна обеспечивать надлежащее падение напряжения на нем в заданных токовых режимах.
Основное назначение демпферного сопротивления  —  ограничение тока короткого замыкания в цепи. Его величина должна обеспечивать приемлемую величину тока короткого замыкания и в то же время не быть чрезмерно большой, так как тогда в нормальном режиме демпферное сопротивление будет расходовать слишком много энергии. В соответствии со своим назначением демпферное сопротивление обязательно должно быть проверено по тепломощности в кратковременном режиме короткого замыкания цепи. Величина тока при этом определяется напряжением питающей сети и только величиной демпферного сопротивления; длительность режима зависит от времени срабатывания защиты данной цепи.
Компенсирующие сопротивления по своему режиму работы аналогичны добавочным сопротивлениям, т. е. их режим работы зависит от режима работы цепи, в которую они включены. Однако их назначение заключается в том, чтобы скомпенсировать изменение сопротивления цепи при нагреве. Электротехническая медь имеет довольно высокий температурный коэффициент, поэтому катушка, намотанная из медного провода, при нагреве на 100° С, изменяет свое сопротивление примерно на 40%, что влечет за собой и соответствующее изменение'тока, а следовательно, и магнитного потока этой катушки. Такие колебания тока не всегда допустимы для надежной работы электрического аппарата, уменьшение же нагрева катушки ведет к резкому увеличению ее габаритов и массы, а следовательно, к увеличению габаритов и массы всего аппарата. Как указывалось в § 5.2, материалы активных сопротивлений имеют очень низкий температурный коэффициент, поэтому величину сопротивления при нагреве можно считать постоянной. Если последовательно с катушкой включить сопротивление, величина которого будет равна сопротивлению катушки, то при нагреве катушки на 100° и увеличении ее сопротивления на 40%, благодаря не меняющейся величине компенсирующего сопротивления, величина сопротивления всей цепи, а следовательно, и величина тока изменятся лишь на 20%.
Из приведенных рассуждений следует, что для хорошей компенсации температурных изменений сопротивления цепи величина компенсирующего сопротивления должна быть значительно больше сопротивления цепи. Обычно минимальное отношение величины компенсирующего сопротивления к сопротивлению компенсируемой цепи принимается равным 3-5.
Назначение регулировочных сопротивлений  —  изменение сопротивления цепи как при отладке ее работы, так иногда и в процессе работы. Элемент регулировочного сопротивления может обтекаться током неполностью, при этом нельзя забывать, что мощность введенной части элемента уменьшается пропорционально величине сопротивления. Так, если в цепь при элементе с сопротивлением в 10  Ом и мощностью 100 вт необходимо ввести сопротивление в 1  Ом, то и мощность введенного участка будет равна 10 вт. Отсюда следует, что в качестве регулировочных сопротивлений необходимо подбирать такие элементы, которые были бы по возможности полностью использованы; так, в приведенном примере более целесообразно взять элемент сопротивления той же мощности, но с номинальным сопротивлением в 2 или 1,5  Ом. В тех случаях, когда пределы регулирования невелики, а общее сопротивление должно быть значительно, более целесообразно ставить два элемента, один из которых будет просто добавочным сопротивлением.
Активные сопротивления обычно изготовляются в виде однослойной спирали из проволоки или ленты высокого сопротивления, поэтому их индуктивное сопротивление невелико, и им можно пренебречь. В тех случаях, когда необходимо практически полностью иметь чисто активное сопротивление, намотка его выполняется бифилярной.