Металлические реостаты.

РЕОСТАТЫ

Реостатом называется аппарат, состоящий из набора резисторов и устройства, с помощью которого можно регулировать сопротивление включенных резисторов.

В зависимости от назначения различают следующие основные виды реостатов:

1) пусковые – для пуска электродвигателей постоянного или переменного тока;

2) пускорегулирующие – для пуска и регулирования частоты вращения электродвигателей постоянного тока;

3) реостаты возбуждения – для регулирования тока в обмотках возбуждения электрических машин постоянного и переменного тока;

4) нагрузочные или балластные – для поглощения электроэнергии и регулирования нагрузки генераторов при испытании самих генераторов или их первичных двигателей.

Одним из основных элементов, определяющих общее конструктивное выполнение реостата, является материал, из которого изготовлены его резисторы. В зависимости от этого различают реостаты металлические, жидкостные, угольные и керамические. В резисторах электрическая энергия превращается в теплоту, которая должна от них отводиться. Различают реостаты с воздушным и жидкостным (масляным или водяным) охлаждением. Воздушное охлаждение может применяться для всех конструкций реостатов. Масляное и водяное охлаждение используется для металлических реостатов, резисторы могут либо погружаться в жидкость, либо обтекаться ею. При этом следует иметь в виду, что охлаждающая жидкость должна и может охлаждаться как воздухом, так и жидкостью.

Рис. 17-4. Реостат с непрерывным изменением сопротивления

Металлические реостаты с воздушным охлаждением получили наибольшее распространение. Их легче всего приспособить к различным условиям работы как в отношении электрических и тепловых характеристик, так и в отношении различных конструктивных параметров. Реостаты могут выполнятся с непрерывным или со ступенчатым изменением сопротивления.

Пример реостата с практически непрерывным изменением сопротивления приведен на рис. 17-4. На каркасе 3 из нагревостойкого изоляционного материала (стеатит, фарфор) намотана проволока резистора 2. Для изоляции витков друг от друга

проволоку оксидируют. По резистору и направляющему токоведущему стержню или кольцу 6 скользит пружинящий контакт 5, соединенный с подвижным контактом 4 перемещаемый при помощи изолированного стержня 8, на конец которого надевается изолированная рукоятка (на рисунке рукоятка снята). Корпус 1 служит для сборки всех деталей и крепления реостата, а пластины 7 – для внешнего присоединения.

Реостаты могут включаться в схему как переменный резистор (рис. 17-4, а) или как потенциометр (рис. 17-4, б). Они обеспечивают плавное регулирование сопротивления, а, следовательно, и тока или напряжения в цепи и находят широкое применение в лабораторных условиях в схемах автоматического управления.

Рис. 17-5. Пускорегулирующий реостат: а – общий вид (крышка снята); б – схема включения
R_пк – резистор, шунтирующий катушку контактора в отключенном положении реостата; R_огр – резистор, ограничивающий ток в катушке; Ш1, Ш2 – параллельная обмотка возбуждения; С1, С2 – последовательная обмотка возбуждения

Реостаты со ступенчатым изменением сопротивления (рис. 17-5 и 17-6) состоят из набора резисторов 1 и ступенчатого переключающего устройства.

Рис. 17-6. Реостат возбуждения: а – общий вид (крышка снята); б – одна из схем включения
R_пк – сопротивление предвключенное; ОВ – обмотка возбуждения

Переключающее устройство состоит из неподвижных контактов 2 и 3, подвижного скользящего контакта 4 и привода 5. К неподвижным контактам присоединены полюс сети Л1 и полюс якоря Я, отводы от элементов сопротивлений, пусковых R_п и регулировочных R_р, согласно разбивке по cтупеням и другие управляемые реостатом цепи (контакторы 6, реле РМ). Подвижный скользящий контакт производит замыкание размыкание ступеней сопротивления, а также всех других управляемых реостатом цепей. Привод реостата может быть ручной (при помощи рукоятки) и двигательный.

Реостаты по типу приведенных на рис. 17-5 и 17-6 нашли широкое распространение. Их конструкции обладают, однако, некоторыми недостатками, в частности большим числом крепежных деталей и монтажных проводов, что особенно проявляется в реостатах возбуждения, которые имеют большое число ступеней.

Переключатель ступеней в реостатах выполняется плоским.

В плоском переключателе подвижный контакт скользит по неподвижным контактам, перемещаясь при этом в одной плоскости. Неподвижные контакты выполняются в виде болтов с плоскими цилиндрическими или полусферическими головками, пластин или шин, располагаемых по дуге окружности в один или два ряда. Подвижный скользящий контакт, называемый обычно щеткой, может выполняться мостикового или рычажного типа, самоустанавливающимся или несамоустанавливающимся.

Несамоустанавливающийся подвижный контакт проще по конструкции, но ненадежен в эксплуатации ввиду частого нарушения контакта. При самоустанавливающемся подвижном контакте всегда обеспечиваются требуемое контактное нажатие и высокая надежность в эксплуатации. Эти контакты случили преимущественное распространение.

Достоинствами плоского переключателя ступеней являются относительная простота конструкции, сравнительно небольшие габариты при большом числе ступеней, малая стоимость, возможность установки на плите переключателя контакторов и реле для отключения и защиты управляемых цепей. Недостатки – сравнительно малая мощность переключения и небольшая разрывная мощность, большой износ щетки вследствие трения скольжения и оплавления, затруднительность применения для сложных схем соединения.

Металлические реостаты с масляным охлаждением обеспечивают увеличения теплоемкости и постоянной времени нагрева за счет большой теплоемкости и хорошей теплопроводности масла. Это позволяет при кратковременных режимах резко увеличивать нагрузку на резисторы, а следовательно, сократить расход резистивного материала и габариты реостата. Погружаемые в масло элементы должны иметь как можно большую поверхность, чтобы обеспечить хорошую теплоотдачу. Закрытые резисторы погружать в масло нецелесообразно. Погружение в масло защищает резисторы и контакты от вредного действия окружающей среды в химических и других производствах. Погружать в масло можно только резисторы или резисторы и контакты.

Отключающая способность контактов в масле повышается, что является достоинством этих реостатов. Переходное сопротивление контактов в масле возрастает, но одновременно улучшаются условия охлаждения. Кроме того, за счет смазки можно допустить большие контактные нажатия. Наличие смазки обеспечивает малый механический износ.

Для длительных и повторно-кратковременных режимов работы реостаты с масляным охлаждением не пригодны ввиду малой теплоотдачи с поверхности бака и большой постоянной времени охлаждения. Они применяются в качестве пусковых реостатов для асинхронных электродвигателей с фазным ротором мощностью до 500 кВт при редких пусках.

Наличие масла создает и ряд недостатков: расход масла, загрязнение помещения, повышение пожарной опасности.

Металлические реостаты с водяным охлаждением имеют резко увеличенную теплоотдачу с поверхности сопротивления. Нагрузка на элемент может быть увеличена в 4-5 раз по сравнению с реостатом с масляным охлаждением. Размеры реостата должны при этом существенно сокращаться. Однако промышленного освоения такие реостаты не получили по следующим причинам:

1) для надежной длительной эксплуатации реостата требуется вода с незначительными примесями солей, т. е. требуется очистка воды;

2) контактные соединения отводов ступеней сопротивления работают в воде ненадежно.

Металлические реостаты с водяным охлаждением, находят применение в лабораториях и на испытательных стендах как нагрузочные и балластные реостаты.

Жидкостные реостаты. Для пуска и регулирования частоты вращения асинхронных электродвигателей с фазным ротором мощностью свыше 2000 кВт необходимы реостаты на большую, длительно рассеиваемую мощность (500 кВт и выше). Металлические реостаты с воздушным охлаждением получаются очень громоздкими. Усложняется отвод теплоты, выделяемой в элементах. Для переключения резисторов требуется сложная система управления с применением мощных контакторов. Здесь целесообразно применять жидкостные реостаты.

Рис. 17-7. Принцип устройства жидкостного реостата

Схема устройства жидкостного реостата приведена на рис. 17-7. Резистивным материалом здесь служит электролит 2 (например, водный раствор соды 8-10%-ной концентрации). Значение сопротивления обратно пропорционально концентрации раствора и прямо пропорционально расстоянию между электродами 1. Электроды изолированы друг от друга, и каждый из них соединен с фазой ротора электродвигателя (сети). Регулирование сопротивления – плавное за счет изменения глубины погружения электродов или уровня электролита. Охлаждение электролита – жидкостное или воздушное через теплообменник (радиатор).