Резисторы для силовой электроники Danotherm

Чтобы удовлетворить современные требования, предъявляемые 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 ведет, определяется условиями работы двигателя. Как правило, он включается только на короткое время для того, чтобы погасить избыток энергии двигателя. В остальное время эта накопленная энергия отдается 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 время торможения отнесем к определенному 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 определенного 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.

Danotherm разработала для всех типов резисторов тепловые модели, с помощью которых можно имитировать все возможные поведения нагрузки и, следовательно, рассчитать повышение температуры в активной зоне резистора. Результаты моделирования гарантируют надежную работу тормозного резистора при оптимальной конструкции.

Конструкция и характеристики

Резисторы TERA представляют собой наборную конструкцию из стальных пластин, активная зона в которых сформирована штамповкой в виде определенного 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 тяжелых и продолжительных режимов работы. Кроме того, большая масса такого резисторного «пакета» допускает очень высокие импульсные нагрузки. В таблице 1 показаны электрические параметры одной ячейки TERA, а на рис. 1 представлены ее геометрические размеры.

Рис. 1. Геометрические размеры ячейки TERA (мм)

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

Стандартные номиналы одной стальной ячейки TERA 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-никелевым сплавом. Чтобы еще более увеличить прочность ячейки TERA, пластина по длинным сторонам усилена стальной скобой с изоляцией из слюды. Такая конструкция обеспечивает большую площадь поверхности, а с учетом того, что активная зона резистора имеет непосредственный контакт с окружающей средой, хорошую теплоотдачу. Резисторы TERA характеризуются жесткой и прочной конструкцией, отлаженной технологией производства и, как следствие, хорошим соотношением цена/качество. На рис. 2 показан блок TERA, собранный из восемнадцати (рис. 2а) и тридцати (рис. 2б) ячеек.

Рис. 2. Стандартная конструкция резисторного блока TERA:
а) из десяти ячеек;
б) из тридцати ячеек

В целях поддержки различных классов защиты резисторные блоки TERA 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 TERA.

Рис. 3. Блок TERA в различных исполнениях:
а) IP00;
б) IP20;
в) IP23

Основные применения:

• тормозные резисторы в частотных приводах средней и большой мощности (от 3 кВт до нескольких мегаватт);
• 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 TERA и их габаритные размеры представлены в таблице 2 и на рис. 4.

Рис. 4. Габаритные размеры резисторных блоков TERA

Основные технические параметры:

• диапазон сопротивлений резисторного блока 0,1–50 Ом;
• допустимое отклонение от номинала ±10%;
• диапазон номинальной мощности Pn 0,5–15 кВт/модуль;
• диэлектрическая прочность изоляции ~3500 В;
• рабочее напряжение ~1000/=1100 В;
• сопротивление изоляции не менее 20 мОм;
• температура окружающей среды –40…+90 °С;
• импульсная нагрузочная способность Pn×10/10 с;
• максимальная температура нагрева поверхности +850 °С;
• класс защиты IP00–IP23.

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 еще долго не будет альтернативы — особенно там, где необходимо за короткое время погасить значительную избыточную мощность, используя ее не иначе как для обогрева вселенной.