12. Резисторы

Основные сведения

До сих пор многие из нас, увидев на электрических прямоугольник с буквой «R», называют его «сопротивление». На самом же деле этот прямоугольник – условное обо-

значение резистора.

Резистором называется электротехническое устройство, предназначенное для ока-

зания сопротивления протеканию электрического тока.

Единица измерения резисторов – штука.

Сопротивлением называется физическая величина, характеризующая степень про

тиводействия электрической цепи или ее участка ( например, резистора ) протеканию электрического тока.

Единица измерения сопротивления – Ом.

Теперь становится понятной фраза: электрическая схема состоит из двух последо-

вательно соединенных резисторов R₁ и R₂, имеющих сопротивления соответственно 15 и 40 Ом. Из фразы следует, что резисторов – 2 ( шт.), а их сопротивление измеряется в омах.

Реостатом называют аппарат ручного управления, предназначенный для плавного или ступенчатого изменения под током значений сопротивления резисторов.

Конструктивно в состав реостата, кроме самого резистора, входит переключающее устройство.

В зависимости от назначения, различают следующие виды реостатов:

1. пусковые – для пуска электрических двигателей постоянного и переменного тока;

2. регулировочные – для регулирования тока возбуждения двигателей постоянно-

го тока и генераторов постоянного и переменного тока ( их также называют «реостаты возбуждения» и «регуляторы возбуждения» );

3. пускорегулировочные – для пуска и регулирования частоты вращения двигате-

лей постоянного тока.

Более подробно реостаты рассмотрены ниже в § 1.3 «Типовые узлы и схемы управ-

ления электроприводами».

Классификация резисторов

Резисторы классифицируются по следующим основным признакам:

1. по назначению: пусковые; тормозные; добавочные; балластные; экономические,

разрядные; нагрузочные; нагревательные; установочные;

2. по электрическим характеристикам: низкого напряжения ( до 500 В ) и высоко-

го напряжения ( свыше 1000 В ); низкоомные ( до 10 Ом ) и высокоомные ( свыше 10 Ом), линейные и нелинейные;

1. по режимам работы: работающие в продолжительном режиме ( S1 ), кратковре-

менном ( S2 ), повторно-кратковременном ( S3 ) и других режимах;

4. по способу охлаждения: с естественным и искусственным охлаждением.

Схемы включения резисторов

Рассмотрим схемы включения резисторов, перечисленных выше.

Пусковые резисторы предназначены для уменьшения пусковых токов электродви-

гателей. Эти резисторы включают последовательно:

1. в цепь обмотки якоря электродвигателя постоянного тока ( рис.51, а );

2. в цепь обмотки статора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

( рис.51, б );

2. в цепь обмотки ротора асинхронного двигателя с фазным ротором.( рис. 51, в ).

Рис. 64. Схемы включения пусковых резисторов: а - в цепь обмотки якоря двигателя постоянного тока; б – в цепь обмотки статора асинхронного двигателя

с короткозамкнутым ротором; в – в цепь обмотки ротора асинхронного двигателя

с фазным ротором.

При пуске двигателя постоянного тока ( рис. 64, а ) контакты К₁ и К₂ замкнуты, кон

такт К₃ разомкнут, потому пусковой резистор R_п включен последовательно с обмоткой якоря и тем самым ограничивает пусковой ток до безопасных значений.

Аналогично, при пуске асинхронного двигателя с короткозакнутым ротором

( рис. 64, б ) контакты К₁, К₂ и К₃ разомкнуты, потому пусковые резисторы R_п включены последовательно с обмоткой статора.

Подобно этому, разомкнуты контакты К₁, К₂ и К₃ при пуске асинхронного двигате-

ля с фазным ротором ( рис. 64, в ), ограничивая пусковой ток ротора ( а значит, и ток ста-

тора ) до необходимых значений.

По окончании пуска в схеме на рис. 64, а замыкается контакт K₃, а в схемах на рис. 64, б и 64, в - контакты К₁, К₂ и К₃ , шунтируя пусковые резисторы.

Тормозные резисторы предназначены для уменьшения токов при электрическом торможении электродвигателей. Их включают последовательно в цепь обмотки якоря двигателей постоянного тока ( рис. 65, а ) или в цепь обмотки статора асинхронного двига

теля через понижающий трансформатор Т и выпрямитель UZ ( рис.65, б ).

Рис. 65. Схемы включения тормозных резисторов: на постоянном токе ( а );

на переменном токе ( б )

Схема на рис. 65, а работает так. При пуске двигателя контакты К₁ и К₂ замкнуты, а контакт К₃ разомкнут. При этом происходит прямой пуск двигателя при отключенном резисторе R_т .

Для электрического торможения размыкают контакты К₁ и К₂, тем самым обмотка якоря отключается от сети, и замыкают контакт К_3. В результате обмотка якоря и резистор R_т оказываются соединенными последовательно, и под действием э.д.с. обмотки якоря ток в этой цепи меняет направление на противоположное – двигатель тормозится и останавли-

вается.

Схема на рис. 65, б работает аналогично. При пуске двигателя контакты К₁, К₂ и К₃ замкнуты, а контакты К₄ и К₅ разомкнуты. При этом происходит прямой пуск асинхрон-

ного двигателя.

Для электрического торможения размыкают контакты К_1, К₂ и К₃ , тем самым об-

мотка статора отключается от сети, и замыкают контакты К₄ и К₅. При этом через обмот-

ку статора протекает ток по цепи: “плюс” на верхнем выводе мостика UZ – контакт К₄ – правая фазная обмотка статора ( внутри кружка ) – нулевая точка звезды – средняя фазная обмотка – контакт К₅ – тормозной резистор R_т – «минус» на нижнем выводе мостика UZ.

В результате протекания постоянного тока через обмотку статора на вращающийся по инерции ротор начинает действовать тормозной электромагнитный момент. Двигатель тормозится и останавливается.

Пусковые и тормозные резисторы не предназначены для длительного протекания тока. Обычно процессы пуска и электрического торможения электродвигателей автомати-

зированы при помощи реле времени, выдержка которых – не более 1…2 с.

Добавочные резисторы применяют в цепях управления для получения пониженно-

го напряжения на участке электрической цепи. Для этого добавочный резистор R cоеди-

няют последовательно с приемником электроэнергии, например, электрической лампоч-

кой HL ( рис. 66, а ).

Разновидностью такой схемы является схема с делителем напряжения ( рис.64, б ). Делитель напряжения образован двумя резисторами R₁и R₂, включенными последова-

тельно. Приемник электроэнергии ( сигнальную лампочку НL ) включают параллельно одному из резисторов.

Рис. 66. Схемы включения добавочных резисторов: а – основная; б – с делителем напряжения на двух резисторах; в – то же, на трех резисторах.

При необходимости получения нескольких напряжений, каждое из которых мень

ше напряжения питающей сети, применяют делители напряжения с тремя резисторами R₁, R₂ и R₃. При таком соединении напряжение U₂ больше, чем U₁.

Балластные резисторы применяют в силовых цепях для поглощения части элек

троэнергии путем преобразования её в тепловую в силовых цепях. Их включают последо

вательно с приёмником электроэнергии, который не рассчитан на прямое включение в сеть с данным напряжением. Для этого применяют схему на рис. 66, а ( вместо лампочки – мощный приемник электроэнергии ).

Например, судовая грелка, рассчитанная на напряжение 110 В, может быть включе

на в сеть напряжением 220 В через балластный резистор.

Экономические резисторы предназначены для уменьшения тепловых потерь в ка-

тушках электрических машин и электромагнитных аппаратов ( рис. 67, а и б ).

Рис. 67. Схема включения экономического резистора: в цепь обмотки возбуж-

дения двигателя постоянного тока ( а ); в цепь катушки контактора ( б )

В схеме на рис. 67, а, экономический резистор R_э включается последовательно с па

раллельной обмоткой возбуждения L.

В исходном состоянии ( двигатель не работает, но питание на схему подано ) схемы контакты К₁, К₂ и К₃ разомкнуты, и ток протекает через резистор R_э и обмоту возбуждения L.

Сопротивление резистора R_э рассчитывается так, чтобы оно уменьшало ток возбуж-

дения неработающего двигателя до 70…80% номинального.

При пуске и последующей работе контакты контакты К₁, К₂ и К₃ замыкаются, об-

мотка якоря подключается к сети, а экономический резистор шунтируется. Ток в обмотке возбуждения увеличивается до номинального ( 100% ).

Тем самым этот резистор уменьшает тепловые потери в обмотке возбуждения и увеличивает ее срок службы.

В схеме на рис. 67, б экономический резистор R_э включён последовательно с катуш

кой КТ тормозного контактора . В исходном состоянии контакт КТ замкнут и шунтирует резистор R_э.

При подаче питания на зажимы L₁, L₂ сразу же ток катушки КТ максимальный, т.к. он протекает через контакт КТ и далее через катушку КТ.

После включения контактора его контакт КТ размыкается, вводя последовательно в цепь катушки КТ резистор R_э . Поэтому ток в катушке КТ уменьшается до 70…80% макси

мального. Однако такого тока достаточно для того, чтобы якорь контактора КТ удерживал

ся притянутым, т.е. контактор КТ оставался включенным.

Таким образом, при работе контактора КТ ток в его катушке понижен, что уменьша

ет нагрев катушки и, дополнительно, позволяет применить для катушки провод меньшего сечения ( за счет уменьшения тока ). Это дает экономию меди и средств ( отсюда название резистора – «экономический» ).

Разрядные резисторы предназначены для защиты обмоток электрических машин и катушек электромагнитных аппаратов от пробоя изоляции при их отключении. Эти рези-

сторы включают параллельно катушкам ( рис. 68, а и 68, б ).

В схеме на рис. 68, а, при работе двигателя контакты К₁ и К₂ замкнуты, и ток проте

кает через три параллельные ветви: обмотку якоря М, параллельную обмотку возбужде-

ния ОВ и разрядный резистор R_р.

Действие разрядного резистора проявляется при размыкании контактов К₁ и К₂ .

Если бы разрядного резистора не было, то при размыкании контактов ток парал-

лельной обмотки возбуждения уменьшился бы от номинального значения I _в.н до 0 за ма-

лый промежуток времени dt₁ ( рис.68, в, кривая 1 ).

При этом в обмотке возбуждения индуктируется ЭДС самоиндукции

Е = - L ( d I_в/ dt₁),

значение которой за счет малого времени dt₁ ( в знаменателе ) в 10…20 раз больше номинального напряжения обмотки, что может вызвать пробой изоляции.

Рис. 68. Схема включения разрядного резистора ( а ); то же – с диодом ( б );

кривые изменения тока в обмотке возбуждения без разрядного резистора ( левая ) и с ним ( правая ) – ( в ).

При наличии разрядного резистора и размыкании контактов К₁ и К₂ также индукти

руется ЭДС самоиндукции Е , но её значение значительно меньше, чем в первом случае. Такое уменьшение объясняется тем, что параллельно включенные обмотка возбуждения и разрядный резистор образуют последовательную цепь – так называемый «разрядный контур».

В этом контуре э.д.с. самоиндукции, в соответствии с правилом Ленца, имеет поляр

ность, обозначенную символами « + » и « - ». Эта э.д.с. поддерживает в обмотке возбужде-

ния убывающий ток, который протекает по цепи:

«плюс» э.д.с самоиндукции на выводе Ш2 – разрядный резистор R_р – «минус» э.д.с самоиндукции на выводе Ш1 – обмотка возбуждения ОВ.

При этом время убывания тока в обмотке возбуждения увеличивается за счет дейст

вия э.д.с. самоиндукции до значения dt₂, поэтому э.д.с. самоиндукции резко уменьшается..

Защита от пробоя изоляции действует, если выполняется соотношение:

R_р = ( 5…10 ) R_ов.

Недостаток схемы – протекание тока через резистор R_р при работе схемы.

Его иногда устраняют, включая последовательно с разрядным резистором полупро-

водниковый диод VD.

В этом случае ток через резистор R_р не протекает при работе двигателя, но начина-

ет протекать при отключении двигателя от сети, на отрезке времени dt₂.

Нагрузочные резисторы предназначены для создания нагрузки электрических генераторов при их испытаниях на берегу после профилактики или ремонта.

Эти резисторы позволяют изменять нагрузку генераторов ( в сотни и тысячи кВт ) достаточно плавно в пределах от 0 до номинальной.

Нагревательные резисторы ( грелки ) предназначены для обогрева служебных электрических помещений с целью устранения конденсации влаги, которая понижает сопротивление изоляции обмоток электрических машин и аппаратов. Их устанавливают в румпельных отделениях, аккумуляторных, моторных отделениях и кабинах кранов и т.п.

Установочные резисторы предназначены для получения ( установки ) необходи-

мого значения тока или падения напряжения в каком-либо участке электрической цепи. Они включаются последовательно в электрическую цепь, например, цепь параллельной обмотки возбуждения двигателя постоянного тока ( рис. 67 ).

Рис. 69. Схема включения установочного резистора

Отличительным признаком таких резисторов является металлический хомут, кото-

рый при настройке вручную перемещают вдоль резистора до получения необходимого зна

чения тока ( напряжения ), после чего хомут закрепляют неподвижно при помощи винта и в дальнейшем ( при работе ) не перемещают.