ГлавнаяТехнические статьи и рекомендации инженеров ВЕСТ-ЭЛРезисторы для силовой электроники Danotherm
Резисторы для силовой электроники Danotherm

Резисторы для силовой электроники Danotherm

Мощные резисторы для различных применений в изделиях силовой электроники выпускаются рядом фирм, среди которых одно из ве­дущих мест занимает датская компания Danotherm. Про­дукция компании Danotherm перекрывает наиболее широкий спектр применений в данной области. Компания была основана в 1919 году в Копенгагене. С тех пор фирма занимается производством высококачественных надежных резистивных компонентов и систем для различных отраслей промыш­ленности. В данной статье речь пойдёт о не совсем обычных тормозных резисторах Тера, нашедших применение в силовых приводах с тяжёлыми условиями эксплуатации.

Чтобы удовлетворить современным требованиям, предъявляемым к приводной технике, большинство разработчиков для управления двигателями переменного тока используют схемы с частотно регулируемым выходом. Когда необходимо изменить скорость или в результате торможения, например, идущего поезда, частота вращения двигателя становится больше, чем выходная частота частотного конвертера. В этом случае мотор работает как генератор и источник энергии, которая, в большинстве случаев, переходит в тепло через тормозной резистор.

То, как тормозной резистор себя ведёт, определяется условиями работы двигателя. Как правило, тормозной резистор включается только на короткое время для того, чтобы погасить избыток энергии двигателя. В остальное время эта накопленная энергия отдаётся в виде тепла в окружающую среду. Такой прерывистый режим работы привода характеризуется временем активной работы (ON-time) и продолжительностью всего цикла (cycle duration). Продолжительность рабочего цикла рассчитывается как сумма времени, затраченного на торможение и времени покоя.

Работа тормозного резистора состоит из серии подобных циклов. Если мы при компоновке изделия имеем время торможения и отнесём эту величину к определённому времени всего цикла работы, то получим относительную продолжительность цикла (cyclic duration factor). В течение периода покоя резистор охлаждается в зависимости от температуры окружающей среды, т. е. после определённого количества последовательных циклов резистор как бы адаптируется к некоей средней температуре. Данные параметры используются при расчетах конструкции тормозных резисторов, чтобы не допустить неприемлемого перегрева резистивных элементов.

Для определения размеров тормозных резисторов Danotherm разработал тепловые модели для всех типов резисторов. С помощью этих моделей можно имитировать все возможные поведения нагрузки и, следовательно, рассчитать повышение температуры в активной зоне резистора. Результаты моделирования гарантируют надёжную работу тормозного резистора при оптимальной конструкции.

Конструкция и характеристики

Резисторы Тера представляют собой наборную конструкцию из стальных пластин, активная зона в которых сформирована штамповкой в виде определённого извилистого рисунка (меандра). Для механической прочности продольные боковые стороны пластин укреплены, чтобы их можно было смонтировать в блок при помощи изолированных резьбовых болтов. Благодаря большой площади поверхности, такая структура позволяет обеспечить особенно хорошее тепловыделение и поэтому подходит для тяжёлых и продолжительных режимов работы. Кроме того, большая масса такого резисторного «пакета» допускает очень высокие импульсные нагрузки. В табл. 1 показаны электрические параметры одной ячейки Тера, а на рис. 1 представлены её геометрические размеры.

61.jpg

Рис. 1. Геометрические размеры ячейки Тера (в мм.)

Табл. 1. Электрические параметры ячейки Тера:

  HWS
Нержавеющая сталь
HWS
Хромо-никеливый сплав
Материал X 10 CrAL 13 X 5 CrNi 189
Температурный коэффициент, 1/°С 0.00025 0.0009
Мощность для режима естественной конвекции, Вт 500 500
Мощность для режима принудительной вентиляции, Вт 1300 1300
Сопротивление при 20°С, Ом 0.0088…3.58 0.0088…2.36

Стальные нержавеющие пластины резисторов Danotherm, как уже отмечалось, штампуются в форме меандра. Такая конструкция пластин позволяет достичь точного значения величины сопротивления. Различные формы выштамповки дают возможность комбинировать ширину активной зоны и размера щелей, тем самым позволяя получать различные значения сопротивления для одного и того же размера пластин.

Стандартные номиналы одной стальной ячейки Тера варьируются в пределах от 8,8 мОм до 3,58 Ом при мощности рассеивания примерно 500 Вт. Поэтому все возможные варианты сопротивлений могут быть реализованы быстро и легко. Материал резисторов можно выбрать между стандартной нержавеющей сталью или высокотехнологичным хромо-никеливым сплавом. Чтобы ещё более увеличить прочность ячейки Тера, пластина по длинным сторонам усилена стальной скобой с изоляцией из слюды. Такая конструкция обеспечивает большую площадь поверхности, а с учётом того, что активная зона резистора имеет непосредственный контакт с окружающей средой, хорошую теплоотдачу. Резисторы Тера характеризуются жёсткой и прочной конструкцией, отлаженной технологией производства и, как следствие, хорошим соотношением «цена/качество». На рис. 2 показан блок Тера, собранный из восемнадцати (а) и тридцати (б) ячеек.

62.jpg63.jpg

Рис. 2. Стандартная конструкция резисторного блока Тера.

В целях поддержки различных классов защиты резисторные блоки Тера встраиваются в корпус, изготовленный из оцинкованной листовой стали. Конструкция корпуса предполагает как естественную конвекцию, так и принудительную вентиляцию. На рис. 3 представлены стандартные конструкции резисторных блоков Тера в исполнении: а — IP00, б — IP20, в — IP23.

64.jpg65.jpg66.jpg

Рис. 3. Блок Тера в исполнениях IP00, IP20, IP23.

Основные применения:

  • Тормозные резисторы в частотных приводах средней и большой мощности (от 3 кВт до нескольких мВт).
  • Заземляющие резисторы в высоковольтных распределительных сетях
  • Разрядные резисторы для аккумуляторных установок

Преимущества:

  • Высокие технические характеристики в импульсном режиме
  • Возможность эффективного принудительного охлаждения для повышения мощности рассеяния
  • Прочная стальная конструкция
  • Простая установка и подключение

Стандартные типы резисторных блоков Тера и их габаритные размеры представлены в табл. 2 и на рис. 4.

Основные технические параметры:

  • Диапазон сопротивлений резисторного блока, Ом: 0,1…50
  • Допустимое отклонение от номинала, %: ±10
  • Диапазон номинальной мощности, Pn, кВт/модуль: 0,5…15
  • Диэлектрическая прочность изоляции, В: ~3500
  • Рабочее напряжение, В: ~1000/=1100
  • Сопротивление изоляции, мОм, не менее: 20
  • Температура окружающей среды, °С: -40…+90
  • Импульсная нагрузочная способность: Pn х 10 / 10 сек.
  • Максимальная температура нагрева поверхности, °С: 850
  • Класс защиты: IP00…IP23

Табл. 2. Стандартные типы резисторных блоков Тера.

Тип Кол-во ячеек на блок Мощность, кВт для ON-time/cycle duration
(длительность цикла 120 сек.)
B,
мм
T,
мм
H,
мм
F,
мм
Вес,
кг
100% 60% 40% 20%
С13 10 5,0 7,0 10,0 16,0 390 500 500 380 20
С15 20 10,0 14,0 20,0 32,0 590 500 500 380 30
С17 30 15,0 21,0 30,0 48,0 800 500 500 380 35
С25 40 20,0 28,0 40,0 64,0 590 500 800 380 40
С27 60 30,0 42,0 60,0 96,0 800 500 800 380 65
С37 90 45,0 63,0 90,0 144,0 800 500 1100 380 90
С47 120 60,0 84,0 120,0 192,0 800 500 1400 380 125
С57 150 75,0 105,0 150,0 240,0 800 500 1700 380 150
С67 180 90,0 126,0 180,0 288,0 800 500 2000 380 170

68.jpg

Рис. 3. Габаритные размеры резисторных блоков Тера.

Заключение

Несмотря на то, что резисторы являются одними из самых «древних» пассивных компонентов, а резистивное (реостатное) торможение в наш век тотальной «экономии» электроэнергии может показаться чуть ли не анахронизмом, они до сих пор активно применяются в силовых приложениях. Скорее всего, им ещё долго не будет альтернативы, особенно там, где необходимо за короткое время погасить значительную избыточную мощность, используя её не иначе как для обогрева Вселенной.

Литература:

  1. www.danotherm.dk