Электрические аппараты конспект лекций (11 - 22 лекции )
Страница 7 из 9
ЛЕКЦИЯ № 19
13 РЕАКТОРЫ. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
СДВОЕННЫЕ РЕАКТОРЫ
Реактор - это электрический аппарат в виде катушки неизменной индуктивностью для ограничения токов КЗ и поддержания напряжения на шинах при аварийном режиме.
Наиболее распространены бетонные реакторы. На рисунке 13.1 представлен трёхфазный комплект таких реакторов.
Рисунок 13.1 - Трехфазный комплект реакторов
Из многожильного провода 1 намотаны катушки реакторов А, В, С. Заливкой в специальные формы получаются бетонные вертикальные стойки колонны 2, которые скрепляют между собой отдельные витки катушки. Торцы колонн имеют шпильки с изоляторами 3, 4.
Для получения прочности электрической изоляции после затвердевания бетона реактор подвергают сушке под вакуумом и пропитке влагостойким изоляционным лаком.
Между отдельными витками в ряду и между рядами выдерживается зазор 
, что улучшает охлаждение отдельных витков и повышает электрическую прочность изоляции.
При 
более 400 А применяется несколько параллельных ветвей. Для равномерного распределения тока по ветвям применяется транспозиция витков. Все витки ветвей должны одинаково располагаться относительно оси реактора.
В качестве обмоточного провода используется многожильный медный или алюминиевый кабель большого сечения. Кабель покрывается несколькими слоями кабельной бумаги толщиной 
и хлопчатобумажной оплёткой. Общая толщина изоляции 
Максимальная допустимая температура при длительном режиме не выше 105, при КЗ – не выше 
Охлаждение реакторов естественное.
В трёхфазном комплекте (рисунок 13.1) наибольшему нагреву подвергается верхний реактор, поскольку подходящий снизу воздух подогрет реакторами расположенными ниже.
В распределительном устройстве предусмотрены каналы для охлаждающего воздуха.
Магнитное поле реактора замыкается вокруг обмотки. Ферромагнитные тела в этом поле создают дополнительные активные потери мощности могут нагреваться до высоких температур. Для уменьшения потерь ферромагнитные детали удаляются от обмотки на расстояние не меньше её внешнего радиуса.
Расстояние между реакторами определяется высотой опорных изоляторов. При больших токах в реакторах возникают электродинамические силы (рисунок 13.2), которые могут разрушить изоляторы, работающие и на сжатие и на разрыв.
Рисунок 13.2 – Изменение во времени электродинамических усилий, действующих между реакторами
В наиболее тяжелых условиях работают изоляторы верхнего реактора. Для уменьшения разрывающего усилия, изменяют направления поля среднего реактора на обратное. Отталкивающее усилие становится притягивающим. Изменение направления поля среднего реактора достигается изменением направления его намотки относительно направления намотки крайних реакторов.
Если пренебречь влиянием третьей фазы, то можно найти максимальное значение отталкивающей и притягивающей сил, Н, действующих на изоляторы:
Где 
ударный ток;
Число витков реактора;
коэффициент, который берется по рисунку 13.3.
Силы, действующие на каждый изолятор равны:
Где 
Масса реактора;
Число изоляторов;
g – ускорение свободного падения.
Рисунок 13.3 - К определению ЭДУ между катушками
Бетонные реакторы применяются в закрытых распределительных устройствах при U не выше 35 кВ. Недостатком их являются большие габаритные размеры и массы.
При U более 35 кВ и для установки на открытой части подстанций применяются реакторы в масляном исполнении.
На рисунке 13.4 в стальной бак 1 с трансформаторным маслом погружена обмотка 2. Применение масла позволяет уменьшить изоляционные расстояния между обмоткой и заземлёнными частями реактора и улучшить охлаждение обмотки за счёт конвекции масла, и размеры аппарата и размеры аппарата уменьшаются.
Рисунок 13.4 - Масляный реактор
Выводы обмотки присоединяются к контактам проходных изоляторов 4.
Переменный магнитный поток реактора 
замыкается по стенкам бака, что приводит к его нагреву до недопустимых температур из-за появления вихревых токов. Чтобы избежать этого, внутри бака 1 устанавливается короткозамкнутый виток в виде экрана 3. Виток увеличивает магнитное сопротивление цепи и, уменьшает магнитный поток, замыкается через бак, и вызванные этим потоком потери на вихревые токи.
В настоящее время разработаны тороидальные реакторы на напряжение 110 кВ и выше. Они имеют более высокие технические и экономические показатели по сравнению с конструкцией на рисунке 13.4.
СДВОЕННЫЕ РЕАКТОРЫ
ПРИНЦИП РАБОТЫ
Стремление к уменьшению потерь напряжения на реакторе в номинальном режиме, к упрощению распределительных устройств привело к созданию сдвоенных реакторов.
В сдвоенных реакторах (рисунок 13.5) реакторы соседних ветвей сближены так, что между ними существует сильная магнитная связь. Совмещение в одном реакторе двух уменьшает габариты аппарата, упрощает распределительное устройство.
Рисунок 13.5 – Включение одинарных и сдвоенных реакторов
В номинальном режиме магнитные поля реакторов направлены встречно и оказывают размагничивающее размагничивающее действие друг на друга. Индуктивное сопротивление ветви падает. Уменьшается падение напряжения на реакторе. Падение напряжения на ветви реактора 
при :
Чем больше коэффициент связи, тем меньше падение напряжения в ветви. Для увеличения коэффициента связи реактора должны быть возможно ближе друг к другу.
При КЗ в одной из ветвей падение напряжения на реакторе определяется сопротивлением 
. Размагничивающее действие этой ветви незначительно.
Если первая ветвь реактора разомкнута, во второй проходит ток КЗ, то в реакторе первой ветви наводится дополнительная ЭДС, равная 
.
При одновременном КЗ в обоих отходящих от реактора ветвях между ними возникают большие ЭДС, т. к. реакторы близко расположены друг к другу, и возрастает ток КЗ, падает реактивное сопротивление ветвей.
Для ограничения перенапряжений и электродинамических сил коэффициент связи берется в пределах от 0,3 до 90,5.
КОНСТРУКЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ
Исследования показали, что бетонные сдвоенные реакторы без применения специальных мер подвержены разрушению при одновременном КЗ в обеих ветвях. На рисунке 13.6 показана в разрезе левая половина реактора.
Рисунок 13.6 – Конструкция сдвоенного реактора
Стяжка реактора осуществляется с помощью металлических стержней 1 и стержней 2 из изоляционного материала. Катушка реактора уложена на изоляционных прокладках 3.
Векторы 
, обозначают силу взаимодействия витка с нижней частью реактора. Векторы 
- силы, действующие на виток со стороны верхней части реактора. Векторы без пометки являются результирующей силой. Наибольшая отталкивающая сила действует на витки рядов 4 и 5, расположенные близко друг к другу. Для получения электродинамической стойкости близлежащие ряды ветвей реактора бандажируются стеклянной лентой, как это показано на рисунке 13.6, в.
Для снижения возможности одновременного КЗ обе ветви реактора не должны проходить близко друг к другу.
Основные параметры сдвоенного реактора:
1. номинальный, длительный ток каждой ветви;
2. индуктивное сопротивление (в %) одной ветви (при отсутствии тока в другой)
3. коэффициент связи
4. электродинамическая стойкость каждой ветви определяется усилиями, возникающими между витками каждой ветви и между ветвями соседних фаз. При одновременном КЗ на обеих ветвях одного реактора возникают усилия, разрывающие реактор, т. к. токи в ветвях направлены встречно. Динамическая стойкость при таких повреждениях в 2-3 раза меньше, чем при КЗ в одной ветви;
5. термическая стойкость одной ветви.
14 КОНТРОЛЛЕРЫ, КОМАНДОАППАРАТЫ, ПУТЕВЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ. РЕОСТАТЫ
ВЫБОР РЕЗИСТОРОВ. РЕЗИСТОРЫ ПУСКОВЫХ РЕОСТАТОВ
КОНТРОЛЛЕРЫ
Контроллером называется электрический аппарат с ручным управлением, предназначенный для изменения схемы подключения электродвигателя к электропитанию.
БАРАБАННЫЕ КОНТРОЛЛЕРЫ
На рисунке 14.1 показан контактный элемент барабанного контроллера.
Рисунок 14.1 – Контактный элемент барабанного контроллера (а); схема соединения для пуска асинхронного двигателя с фазным ротором (б)
На валу 1 укреплен сегментодержатель с 2 подвижным контактом в виде сегмента 3. Сегментодержатель изолирован от вала изоляцией 4. Неподвижный контакт 5 расположен на рейке 6. При вращении 1 сегмент 3 набегает на неподвижный контакт 5, осуществляя замыкание цепи. Контактное нажатие обеспечивается пружиной 7. Сегментодержатели соседних контактных элементов можно соединять между собой в различных комбинациях. Определенная последовательность замыкания различных контактных элементов обеспечивается различной длиной их сегментов. Схема соединений сегментодержателей для пуска асинхронного двигателя с фазным ротором показана на рисунке 14.1, б. Контакты контроллера обозначены С1, Л1, С3, Л3, жирными горизонтальными линиями – подвижные контакты – сегменты, косыми – перемычки между сегментами. В положении “вперед” обмотка статора подключается к напряжению сети, а резисторы в цепях обмотки ротора включены полностью. По мере вращения барабана эти резисторы выводятся из цепи обмотки ротора.
Такие контроллеры применяются при редких включениях.
КУЛАЧКОВЫЕ КОНТРОЛЛЕРЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Перекатывающийся подвижный контакт 1 (на рисунке 14.2) имеет возможность вращаться относительно центра 
, расположенного на контактном рычаге 2. Рычаг 2 поворачивается относительно центра 
.
Рисунок 14.2 - Кулачковый контроллер
Контакт 1 замыкается с неподвижным контактом 3 и соединяется с выходным контактом с помощью гибкой связи 4. Замыкание контактов 1,3 и контактное нажатие создаются пружиной 5, воздействующей на контрольный рычаг через шток 6. При размыкании контактов кулачек 7 действует через ролик 8 на контактный рычаг. При этом сжимается пружина 5 и контакты 1, 3 размыкаются. Момент включения и отключения контактов зависит от профиля кулачковой шайбы 9, приводящей в действие контактные элементы. Малый износ контактов позволяет увеличить число включений в час до 600 при ПВ-60%.
В контроллер входят два комплекта контактных элементов I и II, расположенных по обе стороны кулачковой шайбы 9, что позволяет резко сократить осевую длину устройства. В контролере имеется механизм для фиксации положения вала. Контролеры переменного тока в виду облегченного гашения дуги могут не иметь дугогасительных устройств. В них устанавливаются дугостойкие асбоцементные перегородки 10. Контролеры постоянного тока имеют дугогасительное устройство, аналогичное применяемому в контакторах.
Выключение рассмотренного контролера происходит при воздействии на рукоятку и передаче этого воздействия через кулачковую шайбу, включение происходит с помощью силы пружины 5 при соответствующем положении рукоятки. Поэтому контакты удается развести даже в случае их сваривания.
На рисунке 14.3 показана схема для пуска асинхронного двигателя с фазным ротором с помощью кулачкового контролера. Контакты обозначены римскими цифрами, позиции вала - аппарата арабскими. При пуске «вперёд» работают контактные элементы, расположенные слева.
Рисунок 14.3 - Схема соединений кулачкового контроллера для пуска асинхронного двигателя с фазным ротором
Например, в позиции замкнуты контакты I - IV. При этом статор подключен к сети, а в цепи ротора выведены первые ступени пусковых резисторов в двух фазах. В положении 5 все контакты замкнуты и ротор двигателя закорочен.
ПЛОСКИЕ КОНТРОЛЛЕРЫ
При большом числе контактов габариты и масса кулачковых и барабанных контроллеров резко возрастает. В этом случае, если число операций в час при регулировании и пуске невелико (10-12), применяются плоские контроллеры. В плоском контроллере на плите из изоляционного материала располагаются неподвижные контакты, по которым скользит подвижный контакт мостикового типа, одновременно соприкасающийся с токосъёмной шиной.
КОМАНДОАППАРАТ
Командоаппаратом называется устройство, предназначенное для переключений в цепях управления силовых электрических аппаратов (контакторов). Командоаппараты могут иметь ручной привод (кнопки, ключи управления, командоконтроллеры) или приводится в действие контролируемым механизмом (путевые выключатели).
КНОПКИ УПРАВЛЕНИЯ
Кнопка используется для схем пуска, остановки и реверса электродвигателей путем замыкания и размыкания обмоток контакторов, которые коммутируют главную цепь, а так же для управления самыми различными схемами автоматики. Один из вариантов кнопки управления показан на рисунке 14.5.
Рисунок 14.5 - Кнопка управления
При переменном токе электрическая дуга надежно гаснет при U до 500В и I=3A благодаря двум размыкающим контактам для одной коммутируемой цепи. При постоянном токе и U=440B отключаемый ток не превышает 0,15 А. При использовании кнопки для включения электромагнитов переменного тока, её контакты в замкнутом положении должны пропускать пусковые токи обмоток, которые могут достигать 60А.
Схемы управления целесообразно проектировать так, отключение цепи производилось не кнопкой, а другим, более мощным аппаратом, имеющим вспомогательные контакты. Когда необходимо производить переключение нескольких цепей определенной программе с большой частотой включений, применяются командоконтроллеры.
КОМАНДОКОНТРОЛЛЕРЫ
На рисунке 14.6 показан нерегулируемый командоконтроллер постоянного тока, по принципу устройства аналогичный кулачковому контроллеру. С помощью мостикового контакта 1 в отключаемой цепи создаются два разрыва, что облегчает гашение дуги.
Рисунок 14.6 – Нерегулируемый кулачковый командоконроллер
Кулачковый привод, большое расстояние контактов от центра вращения 0 рычага 2, большой междуконтактный промежуток позволяют получить высокую скорость расхождения контактов и увеличить ток отключения почти в 4 раза по сравнению с током отключения кнопочного элемента. Моменты замыкания и размыкания контактов зависят от профиля кулачка 3. Положение вала фиксируется с помощью рычажного фиксатора 4. С помощью командоконтроллера производится управление силовыми контакторами, которыми в свою очередь коммутируются силовые цепи.
При точной регулировке момента срабатывания применяются регулируемые кулачковые командоконтроллеры. Устройство показано на рисунке 14.7, а.
На валу 1 укрепляется диск 3 из изоляционного материала. По окружности диска расположены отверстия для крепления кулачков 2 и 7. При нажиме кулачка 7 на ролик 9 контактный рычаг 8 поворачивается относительно центра 0 против часовой стрелки, и неподвижные контакты 4 и 5 замыкаются мостиком 6.
Рисунок 14.7 - Регулируемый кулачковый командоконтроллер
Контактный рычаг фиксируется во включенном положении защелкой 12, которая удерживается пружиной13 в пазу нижней части рычага 8(рисунок 14.7, б).
Одновременно сжимается возвратная пружина 10. При дальнейшем вращении диска кулачёк 2 набегает на ролик 11 защелки 12 и выбивает последнюю. Под действием пружины 10 происходит размыкание контактов (рисунок 14.7, г).
Достоинством механизма является независимость скорости размыкания контактов от частоты вращения вала.
Момент замыкания и размыкания контактов может регулироваться в широких пределах с большой точностью. При грубой регулировке кулачек устанавливается в различные положения на диске. Для точной регулировки предусмотрена овальная форма отверстия для крепления кулачка, что позволяет смещать его на 
относительно центра отверстия.
В регулируемом командоконтроллере можно установить на каждом диске до 3-х включающих и 3-х выключающих кулачков. Число коммутируемых цепей может меняться от 4 до 12. Вращение вала осуществляется специальным исполнительным двигателем, что обеспечивает дистанционное управление им.
ПУТЕВЫЕ (ПОЗИЦИОННЫЕ) ВЫКЛЮЧАТЕЛИ (ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ) И МИКРОВЫКЛЮЧАТЕЛИ
Путевой выключатель предназначен для размыкания слаботочных сигнальных цепей в зависимости от пространственного положения (позиции) рабочего органа управляемого электропривода. Частным случаем путевых являются конечные (концевые) выключатели, обеспечивающие коммутацию сигнальных цепей только в крайних положениях хода рабочего органа. Контактные путевые выключатели можно подразделить на кнопочные и рычажные. В кнопочном путевом выключателе контролируемый рабочий орган воздействует на шток кнопочного элемента (см. рисунок 14.5). Размыкание и замыкание контактов происходит со скоростью перемещения контролируемого органа. При скорости штока 0,4 м/мин необходимо применять выключатели с повышенным быстродействием.
Если требуется остановить рабочий орган привода или его приближение выполнить соответствующие переключения с высокой точностью 
, применяются путевые (конечные) микропереключатели. На рисунке 14.8 показан микропереключатель с одним переключающим контактом.
Неподвижные контакты 1 и 2 укреплены в пластмассовом корпусе 7. Подвижный контакт 3 укреплен на конце специальной пружины, состоящей из плоской 4 и фигурной 5 частей. На рисунке 14.8 пружина создает давление на контакт 2.
При нажатии рабочего органа на головку 6 происходит деформация пружины и переброс контакта 3 в нижнее положение за время 0,01 - 0,02 с, что обеспечивает надёжное отключение цепи. Ход головки 6 составляет десятые доли миллиметра. Микровыключатели ВМК - ВЗГ, отключают ток 2,5 А при постоянном напряжении 220 В и переменном 380 В.
Рисунок 14.8 - Путевой микропереключатель
При больших ходах рабочего органа и больших токах применяются рычажные путевые переключатели. Принцип действия показан на рисунке 14.9.
Рисунок 14.9. Рычажный путевой переключатель
Рабочий орган привода воздействует на ролик 1, укрепленный на конце рычага 2. На другом конце рычага находится подпружиненный ролик 3, который может перемещаться вдоль оси рычага. В указанном положении замкнуты контакты 7 и 8. Положение контактов зафиксировано защелкой 6. При воздействии на ролик 1 рычаг 2 поворачивается против часовой стрелки. Ролик 3 поворачивает тарелку 4 и связанные с ней контакты 8 и 9. При этом контакты 7 и 8 размыкаются, а 9 и 10 замыкаются.
Возврат в исходное положение после прекращения воздействия на ролик 1 производится пружиной 5.
Контактные путевые переключатели обеспечивают точность срабатывания 
при износостойкости до (5
10)
переключений и благодаря простоте конструкции находит широкое применение. Для надежности и долговечности в выключателях часто применяются герметичные магнитоуправляемые контакты - герконы, на базе которых создана серия выключателей ВСГ.
Рисунок 14.10 - Управление герконом с помощью ферромагнитного экрана:
А - геркон 1 срабатывает при удалении экрана 4 от постоянного магнита 2;
Б - геркон 1 срабатывает при приближении к постоянным магнитам 2 и 3 экрана 4;
В - геркон срабатывает при удалении экрана 4 из зазора между герконом и постоянным магнитом 2
С рабочим органом жестко связана пластина из магнитомягкой стали. Пластина входит в узкую щель, с одной стороны которой расположен геркон, а с другой - постоянные магниты (рисунок 14.10). При вхождении в щель пластины через неё замыкается поток постоянного магнита. Магнитный поток в герконе исчезает, им происходит его переключение. Выключатель имеет замыкающий и размыкающий контакты, коммутирующие ток 0,01-1 А при напряжении постоянного тока до 110 В и ток 0,025-0,2 А при U=220 В переменного тока. Допустимая частота переключений достигает 6000 в час.
Износостойкость составляет 
переключений.
В бесконтактных путевых выключателях рабочий орган воздействует не на контакт, а на бесконтактные датчики. Датчики могут быть индуктивными, индукционными, магнитомодуляционными, оптическими и др. Вырабатываемый датчиками сигнал используется для управления электроприводом.
На базе оптронных элементов создан путевой выключатель серии ВПФ-11-01 (рисунок 14.11).
Рисунок 14.11 - Путевой выключатель на оптронных элементах
Источником светового сигнала является арсенид-галлиевый светодиод 1, приёмником ‑ кремниевый фотодиод 3. Выключатель обеспечивает отключение привода при повороте выходного вала на заданный угол. На вал рабочего органа устанавливается сектор 2, проходящий между источником света и приемником. Сигнал от фотодиода 3 подается на усилительный элемент 4, после чего поступает на формирователь прямоугольных импульсов 5. Выходной сигнал блока 5 подается либо на выходной усилитель 7, либо через блок 6 ИЛИ-НЕ. В результате выходные напряжения U1 и U2 являются отрицанием сигнала. Угол, при котором происходит затемнение приемника, может регулироваться от 2 до 3180.
В бесконтактном путевом выключателе БВК-24 (рисунок 14.12) используется индуктивный датчик на двух ферритовых магнитопроводах I, II с обмотками. Управление датчиком осуществляется с помощью алюминиевой пластины, жестко связанной с рабочим органом механизма. При вхождении пластины в зазор между магнитопроводами в ней наводятся вихревые токи, за счет чего магнитная связь между обмотками положительной обратной связи 
и отрицательной 
магнитопроводов I, II ослабляется.
Рисунок 14.12 – Схема бесконтактного путевого переключателя БВК-24
Это используется для получения генераторного режима усилителя на транзисторе VT. В результате через реле К начинает протекать ток и оно срабатывает. При выходе пластины из зазора под действием отрицательной от обмотки генераторный режим прекращается и реле К отпускает.
РЕЗИСТОРЫ ПУСКОВЫХ И ПУСКОРЕГУЛИРУЮЩИХ РЕОСТАТОВ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Резисторы делятся на следующие группы:
Пусковые резисторы - для ограничения тока в момент подключения к сети неподвижного двигателя и для поддержания тока на определенном уровне в процессе его разгона.
Тормозные резисторы - для ограничения тока двигателя при его торможении.
Регулировочные резисторы - для регулирования тока или напряжения в электрической цепи.
Добавочные резисторы - включаемые последовательно в цепь эл. аппарата с целью снижения напряжения на нем.
Разрядные резисторы - включаемые параллельно обмоткам электромагнитов или других индуктивностей с целью ограничения перенапряжений при их отключении или для разряда емкостных накопителей.
Балластные резисторы - включаемые в цепь последовательно для поглощения части энергии или параллельно источнику с целью предохранения его от перенапряжений при отключении нагрузки.
Нагрузочные резисторы – для создания искусственной нагрузки генераторов и других источников, они используются при испытаниях электроаппаратов.
Нагревательные резисторы - для нагрева окружающей среды или аппаратов при низких температурах.
Заземляющие резисторы - включаемые между землёй и нулевой точкой генератора или трансформатора с целью ограничения токов КЗ на землю и возможных перенапряжений при замыкании на землю.
Установочные резисторы - для установки определенного значения тока или напряжения в приёмниках энергии.
Пусковые, тормозные, разрядные и заземляющие резисторы предназначены для работы в кратковременном режиме и иметь большую постоянную времени нагрева. Остальные резервуары работают в длительном режиме и требуют необходимой поверхности охлаждения. В зависимости от материала проводника различают резисторы металлические, жидкостные, угольные и керамические. В электроприводе распространены металлические резисторы. Керамические резисторы (с нелинейным сопротивлением) применяются в высоковольтных разрядниках.
РЕЗИСТОРЫ
Резисторы в виде спирали из проволоки и ленты изготавливаются путем её навивки на цилиндрическую оправку «виток к витку». Необходимый зазор между витками устанавливается при растяжении спирали и крепления её к опорным изоляторам в виде фарфоровых роликов. Недостатком такой конструкции является малая жесткость, из-за которой возможно соприкосновение соседних витков, что требует снижения рабочей температуры материала (1000 для константановой спирали). Поскольку теплоемкость резистора определяется только массой резистивного материала, постоянная времени нагрева таких резисторов мала.
Резисторы в виде спирали целесообразно использовать для длительноrо режима работы, так как тепло рассеивается всей поверхностью проволоки или ленты.
Допустимый ток спирали из константана, А, составляет для круглой проволоки 
для плоской ленты:
Постоянные времени нагрева, С, для этих спиралей составляют для круглой проволоки 
и для плоской ленты 
В приведенных соотношениях 
Диаметр круглой проволоки, мм; 
высота и толщина ленты, мм.
Для увеличения жесткости спирали проволока может наматываться на керамический каркас в виде трубки (рисунок 14.13) со спиральным пазом на поверхности предотвращающим замыкание витков между собой.
Рисунок 14.13 - Резистор на керамическом каркасе
В процессе нагрева и охлаждения участвует как проволока, так и каркас.
Постоянная времени, с, нагрева элемента:
Где 
Масса каркаса, кг;
масса проволоки, кг;
Поверхность охлаждения, 
Коэффициент 
учитывает, что в переходном режиме теплоемкость каркаса не используется полностью. В кратковременных режимах работы 
падает до 
. За поверхность охлаждения резистора S принимается цилиндрическая поверхность каркаса без учета пользовательского коэффициента теплоотдачи:
При d<0,3 мм пазы на поверхности каркаса не делаются, и изоляция между витками создается за счёт окалины, образующейся при нагреве проволоки. Такие трубчатые резисторы широко применяются для управления двигателями малой мощности. Максимальная мощность – 150 Bт, а постоянная времени нагрева 200-300 с.
Для пуска двигателей мощностью до 10кВт применяются проволочные или ленточные поля (рисунок 14.14) (рамочные резисторы).
Рисунок 14.14 - Рамочный резистор
На стальной пластине 1 укреплены изоляторы 2 из фарфора или стеатита. Константановая проволока 3 наматывается в канавки на поверхности изоляторов. Для резисторов на большие токи используется лента. Коэффициент теплоотдачи, отнесённый к поверхности проволоки, составляет всего 10-14 
. Из-за малой массы изоляторов и слабого теплового контакта проволоки с металлической пластиной постоянная времени нагрева рамочного резистора примерно такая же, как и при отсутствии каркаса. Максимальная допустимая температура равна З00 
. Рассеиваемая мощность З50 Вт.
Для двигателей от 3-х до нескольких тысяч киловатт применяются высокотемпературные резисторы на основе жаростойких сплавов Х2ЗЮ5 (рисунок 14.15).
Рисунок 14.15 - Высокотемпературный резистор
Жаростойкая лента наматывается на ребро и укладывается в канавки, фиксирующие положение отдельных витков. В одном блоке устанавливается пять резисторов мощностью 450 Вт каждый.
Жаростойкие резисторы имеют малый ТКС и большую механическую жесткость. Эти резисторы обладают высокой термической устойчивостью. Допускается кратковременный нагрев до 850 при длительной допустимой температуре З00 .
Чугунные резисторы (рисунок 14.16) применяются для двигателей мощностью от трех до нескольких тысяч киловатт.
При максимальной рабочей температуре чугуна 400 номинальная мощность резисторов принимается температуру 300 . Сопротивление в значительной степени зависит от температуры, поэтому применяются как пусковые.
Набор чугунных резисторов собирают в стандартные ящики с помощью стальных стержней, изолированных от чугуна миканитом.
Рисунок 14.16 - Чугунные резисторы:
А - для больших токов, б - для малых токов; в - и е - выводные зажимы
Если у резистора необходимо сделать отводы, то они делаются с помощью специальных зажимов (рисунок 14.16, в, г).
Общая мощность резисторов, установленных в одном ящике, не должна превышать 4,5 кВт.
Для ответственных электроприводов реостат собирают из стандартных ящиков (без отводов внутри ящика). При повреждении резистора в ящике работоспособность схемы быстро восстанавливается путем замены неисправного ящика на новый.
Поскольку температура воздуха вблизи резистора высока, токоподводящие провода и шины должны иметь теплостойкую изоляцию или вообще не иметь изоляции.
ВЫБОР РЕЗИСТОРОВ
Сопротивление пускового резистора выбирается так, чтобы броски пускового тока были ограничены и были не опасны для двигателя (трансформатора) и питающей сети. Значение этого сопротивления должно обеспечивать пуск двигателя за требуемое время.
После расчёта сопротивления производится расчёт и выбор резистора по нагреву. Температура резистора в любых режимах не должна превышать допустимую для данной конструкции.
В процессе пуска двигателя ток в резисторе меняется во времени. Если длительность обтекания резистора током мала по сравнению с его постоянной времени Т, то расчёт можно вести по эквивалентному току 
, тепловой эффект которого за время работы такой же, как и реального тока:
|
 ,
|
|
Где 
- время прохождения пускового тока по резистору.
Для определения тока 
можно воспользоваться реальной кривой тока, построить зависимость 
и провести графическое интегрирование. Точный результат можно получить, заменяя кривые спада пускового тока отрезками прямых.
Наряду с эквивалентным током по теплу существует эквивалентный ток по нагреву 
- ток, который, проходя по сопротивлению, нагревает его до той же температуры, что и реальный ток. При сделанном допущении 
. Эквивалентный ток по теплу равен эквивалентному току по нагреву:
|
=.
|
|
Нагрев резисторов происходит без отдачи тепла в окружающую среду.
По значениям и можно выбрать резистор необходимого типа, если в справочнике приведен ток кратковременного режима для заданного времени .
Если в справочнике задан действительный ток нагрузки, то необходимо перейти к эквивалентному току, который нагревает резистор до той же температуры, что и пусковой.
Тепловой расчёт резисторов сложен. Для типовых схем пусковые резисторы выбираются по справочным таблицам, в которых сопротивления и токи даны в зависимости от параметров двигателя.
Для полного использования последовательно включенных резисторов все они должны быть рассчитаны на один и тот же длительный ток.
В пусковых реостатах крупных двигателей резисторы часто включаются параллельно. В случае падения напряжения на всех резисторах одинаковы и для их полного использования по нагреву произведения длительно допустимого тока на сопротивление для всех резисторов должно быть одинаково.
