Widerstände zum Starten und Steuern von Rheostaten

Je nach Verwendungszweck werden Widerstände in folgende Gruppen eingeteilt:

• Anlaufwiderstände, um den Strom beim Anschließen eines stehenden Motors an das Netzwerk zu begrenzen und den Strom während seiner Beschleunigung auf einem bestimmten Niveau zu halten;
• Bremswiderstände zur Begrenzung des Motorstroms beim Bremsen;
• Regelwiderstände zum Regeln von Strom oder Spannung in einem Stromkreis;
• zusätzliche Widerstände, die im Stromkreis in Reihe geschaltet sind Elektrogeräte um die Belastung zu reduzieren;
• Entladewiderstände, die parallel zu den Wicklungen von Elektromagneten oder anderen Induktivitäten geschaltet sind, um Auslösestöße zu begrenzen oder die Auslösung von Relais und Schützen zu verzögern; solche Widerstände werden auch zum Entladen kapazitiver Speichergeräte verwendet;
• Ballastwiderstände, die in Reihe zum Stromkreis geschaltet sind, um einen Teil der Energie zu absorbieren, oder parallel zur Quelle, um diese vor Überspannung zu schützen, wenn die Last ausgeschaltet ist;
• Lastwiderstände zur Erzeugung einer künstlichen Last aus Generatoren und anderen Quellen; Sie werden zum Testen elektrischer Geräte verwendet.
• Heizwiderstände zum Erwärmen der Umgebung oder Geräte bei niedrigen Temperaturen;
• Erdungswiderstände, die zwischen Erde und dem Sternpunkt des Generators oder Transformators geschaltet sind, um Kurzschlussströme zur Erde und mögliche Überspannungen während der Erdung zu begrenzen;
• Einstellen von Widerständen zum Einstellen eines bestimmten Strom- oder Spannungswerts in Energieempfängern.

Die Start-, Stopp-, Entlade- und Erdungswiderstände sind in erster Linie für den Kurzzeitbetrieb ausgelegt und sollten eine möglichst lange Aufwärmzeit haben.

An die Stabilität dieser Widerstände werden keine besonderen Anforderungen gestellt. Alle anderen Widerstände arbeiten überwiegend im Dauerbetrieb und benötigen die erforderliche Kühlfläche. Der Widerstandswert dieser Widerstände muss innerhalb der angegebenen Grenzen stabil sein.

Je nach Material des Drahtes werden Metall-, Flüssigkeits-, Kohlenstoff- und Keramikwiderstände unterschieden. V industrieller elektrischer Antrieb Die gängigsten Metallwiderstände. Keramikwiderstände (mit nichtlinearem Widerstand) werden häufig in Hochspannungsableitern verwendet.

Widerstandsquellenmaterial

Um die Gesamtabmessungen der Startwiderstände zu reduzieren, sollte der spezifische Widerstand des zu seiner Herstellung verwendeten Materials möglichst hoch sein. Die zulässige Betriebstemperatur des Materials sollte ebenfalls möglichst groß sein, um das Gewicht des Materials und die erforderliche Kühlfläche zu reduzieren.

Damit der Widerstandswert des Widerstands möglichst wenig von der Temperatur abhängt, Temperaturkoeffizient des Widerstands (TCS)-Widerstand sollte so klein wie möglich sein. Widerstandsmaterial, das für den Betrieb an Luft vorgesehen ist, darf nicht korrodieren oder einen entgegenwirkenden Schutzfilm bilden.

Es gibt wenig Stahl elektrischer Wiederstand… Stahl oxidiert an der Luft intensiv und wird daher nur in mit Transformatoröl gefüllten Rheostaten verwendet. In diesem Fall wird die Arbeitstemperatur des Stahls durch die Erwärmung des Transformatoröls bestimmt und überschreitet 115 ° C nicht.

Aufgrund des hohen TCR-Wertes ist Stahl für stabile Widerstandswiderstände nicht geeignet. Der einzige Vorteil von Stahl ist seine Billigkeit.

Elektrisches Gusseisen hat einen deutlich höheren elektrischen Widerstand und einen signifikanten TCR als Stahl. Die Arbeitstemperatur von Gusseisen erreicht 400 °C... Gusseisenwiderstände haben normalerweise eine Zickzackform. Aufgrund der Zerbrechlichkeit von Gusseisen wird die erforderliche mechanische Festigkeit der Anlaufwiderstandselemente durch Vergrößerung ihres Querschnitts erreicht. Daher sind Gusswiderstände für den Betrieb bei hohen Strömen und Leistungen geeignet.

Aufgrund unzureichender Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischen Einflüssen (Vibrationen, Stöße) werden Gusswiderstände nur in stationären Anlagen eingesetzt.

Der spezifische elektrische Widerstand von Elektrostahlblechen ist aufgrund des Siliziumzusatzes fast dreimal höher als der von gewöhnlichem Stahl. Stahlwiderstände haben eine Zickzackform und werden durch Stanzen aus Blech hergestellt. Aufgrund des großen TCR wird Stahlblech nur für Anlaufwiderstände verwendet, meist eingebaut Transformatoröl.

Für Widerstände mit erhöhtem Widerstand kann Konstantan verwendet werden, das an der Luft nicht korrodiert und eine maximale Betriebstemperatur von 500 °C aufweist. Der hohe Widerstand ermöglicht die Herstellung kleiner Widerstände auf Konstantanbasis. Konstantan wird häufig in Draht- und Bandform verwendet.

Für die Herstellung von Heizwiderständen wird hauptsächlich Nichrom verwendet, das einen hohen elektrischen Widerstand und eine hohe Betriebstemperatur aufweist.

Für Widerstände mit hohem Widerstandswiderstand wird Manganin mit einer Betriebstemperatur von nicht mehr als 60 g verwendet. S.

Wie Anlaufwiderstände funktionieren

Draht- oder Bandspiralwiderstände werden durch Aufwickeln auf einen zylindrischen Dorn „Umdrehung für Umdrehung“ hergestellt. Der erforderliche Abstand zwischen den Windungen wird durch Dehnung der Spirale und deren Befestigung an den Stützisolatoren in Form von Porzellanrollen hergestellt.

Der Nachteil dieser Konstruktion ist die geringe Steifigkeit, wodurch der Kontakt benachbarter Windungen möglich ist, was eine Reduzierung der Betriebstemperatur des Materials (100 °C bei einer Konstantanspule) erfordert. Da die Wärmekapazität eines solchen Widerstands nur durch die Masse des Widerstandsmaterials bestimmt wird, ist die Aufheizzeit solcher Widerstände gering.

Für den Langzeitbetrieb empfiehlt sich die Verwendung von Widerständen in Spiralform, da die Wärme über die gesamte Oberfläche des Drahtes oder Bandes abgeführt wird.

Um die Steifigkeit der Spirale zu erhöhen, kann der Draht auf einen röhrenförmigen Keramikrahmen gewickelt werden, der auf der Oberfläche eine spiralförmige Rille aufweist, die ein Zusammenziehen der Windungen verhindert. Mit diesem Design können Sie die Betriebstemperatur des Widerstands von Konstantan auf 500 ° C erhöhen.Selbst im Kurzzeitbetrieb verdoppelt der Rahmen aufgrund seiner großen Masse die Heizkonstante mehr als.

Bei d <0,3 mm entstehen keine Rillen auf der Rahmenoberfläche und die Isolierung zwischen den Windungen entsteht durch den Zunder (Oxidfilm), der sich beim Erhitzen des Drahtes bildet. Zum Schutz vor mechanischer Beschädigung ist der Draht mit hitzebeständigem Glasemaille überzogen. Solche Röhrenwiderstände werden häufig zur Steuerung von Motoren mit geringer Leistung verwendet, z. B. zur Entladung, für zusätzliche Widerstände in Automatisierungskreisen usw. Die maximale Leistung, bei der ihre Temperatur den maximal zulässigen Wert nicht überschreitet, beträgt 150 W und die Heizkonstante beträgt 200–300 P. Aufgrund der technologischen Komplexität der Herstellung großer Rahmen werden diese Widerstände nicht bei hohen Leistungen eingesetzt.

Zum Starten von Motoren bis 10 kW werden sogenannte Draht- oder Bandfelder, manchmal auch Schleifenwiderstände genannt, eingesetzt. Isolatoren aus Porzellan oder Speckstein werden auf einer Stahlplatte montiert. Der Konstantandraht ist in Rillen auf der Oberfläche der Isolatoren gewickelt. Für Hochstromwiderstände wird Klebeband verwendet.

Der Wärmeübergangskoeffizient bezogen auf die Oberfläche des Leiters beträgt nur 10-14 W/(m2-°C). Daher sind die Kühlbedingungen für einen solchen Widerstand schlechter als für eine freie Wendel. Aufgrund der geringen Masse der Isolatoren und des schwachen thermischen Kontakts des Leiters mit der Metallplatte ist die Heizkonstante des Rahmenwiderstands ungefähr dieselbe wie ohne Rahmen. Die maximal zulässige Temperatur beträgt 300 °C.

Die Verlustleistung erreicht 350 Watt. Normalerweise werden mehrere Widerstände dieses Typs in einem Block zusammengefasst.

Für Motoren mit einer Leistung von drei bis mehreren tausend Kilowatt werden Hochtemperaturwiderstände auf Basis der hitzebeständigen Legierungen 0X23Yu5 eingesetzt. Um die Gesamtabmessungen zu reduzieren und die nötige Steifigkeit zu erhalten, wird das hitzebeständige Band um die Rippe gewickelt und in die Nuten gelegt, die die Position der einzelnen Biegungen fixieren. In einem Block sind fünf 450-W-Widerstände verbaut, die bei hohen Strömen parallel geschaltet werden können.

Thermowiderstände haben einen niedrigen TCR und eine hohe mechanische Steifigkeit, weshalb sie häufig in Geräten eingesetzt werden, die hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind. Diese Widerstände haben eine hohe thermische Stabilität. Eine kurzzeitige Erwärmung bis 850 °C ist erlaubt, eine dauerhaft zulässige Temperatur beträgt 300 °C.

Gusseisenwiderstände werden häufig für Motoren mit einer Leistung von drei bis mehreren tausend Kilowatt verwendet.

Bei der maximalen Betriebstemperatur von Gusseisen von 400 °C wird die Nennleistung der Widerstände auf eine Temperatur von 300 °C bezogen. Der Widerstand von Gusseisenwiderständen ist weitgehend temperaturabhängig, daher werden sie nur als Ausgänge verwendet.

Ein Satz gusseiserner Widerstände wird in Standardkästen aus Stahlstäben montiert, die aus Gusseisen mit Mikanit isoliert sind. Wenn Abgriffe für einen Widerstand erforderlich sind, werden diese mithilfe spezieller Klemmen hergestellt, die zwischen benachbarten, in Reihe geschalteten Widerständen installiert werden.

Die Gesamtleistung der in einer Box verbauten Widerstände sollte 4,5 kW nicht überschreiten. Bei der Montage werden die Widerstandskästen übereinander montiert. In diesem Fall wäscht die erwärmte Luft in den unteren Kästen die oberen und beeinträchtigt so deren Kühlung.

Bei kritischen Elektroantrieben empfiehlt es sich, den Rheostat aus Standardkästen zusammenzubauen (ohne Hähne im Kasten). Sollte der Widerstand in der Box beschädigt sein, lässt sich der Stromkreis schnell wiederherstellen, indem die defekte Box durch eine neue ersetzt wird.

Da die Lufttemperatur in der Nähe des Widerstands hoch ist, müssen die Drähte und Stromschienen entweder ausreichend hitzebeständig sein oder dürfen überhaupt nicht isoliert sein.

Auswahl von Widerständen

Der Widerstandswert des Anlaufwiderstands wurde so gewählt, dass die Anlaufströme begrenzt wurden und keine Gefahr für den Motor (Transformator) und das Stromnetz darstellten. Andererseits sollte der Wert dieses Widerstands den Start des Motors für die erforderliche Zeit gewährleisten.

Nach der Widerstandsberechnung erfolgt die Berechnung und Auswahl des Heizwiderstandes. Die Temperatur des Widerstands sollte in keinem Modus den für diese Konstruktion zulässigen Wert überschreiten.