Co rozumíme v průmyslové praxi pod pojmem „výkonový, resp. brzdný odpor“?
Výkonovým resp. brzdným odporem budeme nazývat elektrický přístroj, včetně krabice, připojovacích svorek, zemnicí svorky, případně termospínače.
Odpor je sestaven z jednotlivých odporových těles nebo segmentů, zapojených sériově nebo paralelně tak, aby celek dosáhl požadovaných elektrických a mechanických parametrů, daných platnými normami a požadavky zákazníků.
U některých dodavatelů dochází k časté záměně těchto pojmů, kdy „odporem“ se rozumí pouze odporové těleso nebo segment, tj. elektrická součástka s vývody bez jakéhokoliv krytí s určitou ohmickou hodnotou. To pak může vést k nepříjemným překvapením, kdy po obdržení objednaného odporu zákazník dodatečně zjišťuje, že pro použití v průmyslové praxi si bude muset sám vyřešit upevnění, ochranu před nebezpečným dotykovým napětím, normou dané vzdálenosti od ostatních přístrojů, zemnicí svorku, připojení vodičů apod.
Použití výkonových odporů v průmyslové praxi
Výkonové odpory v průmyslové praxi slouží téměř výhradně k maření elektrické energie do tepla. Typické aplikace jsou:
- topná tělesa (pece, topidla)
- zkušební zařízení (umělá zátěž pro dieselagregáty, generátory)
- omezovací a rozběhové odpory (beznárazový rozběh asynchronních generátorů, regulace buzení, omezení proudových rázů při připojování kroužkových motorů, transformátorů, kondenzátorů aj.)
- brzdné odpory pro frekvenční měniče (maření energie v meziobvodu ve výtahových a jeřábových aplikacích, u točivých strojů, drtičů, kolotočů aj.)
- regulace otáček stejnosměrných motorů s buzením
Základní parametry výkonových odporů
K základním parametrů patří:
- jmenovitá ohmická hodnota
- výrobní tolerance ohmické hodnoty
- jmenovité napětí
- zkušební napětí
- maximální dovolený proud
- jmenovitý trvalý výkon vztažený k nominální teplotě krytu
- krátkodobá přetížitelnost
- krytí
- rozměry a hmotnost
U některých aplikací se udává dále např. vlastní indukčnost, povrchová teplota při různém výkonu, teplotní závislost, odolnost proti vibracím, klimatická odolnost aj.
Druhy odporových těles a segmentů a jejich vlastnosti
Odporová tělesa a segmenty jako elektrické součástky se vyrábějí v celé řadě provedení. Typické pro výkonové aplikace jsou následující provedení:
- profil z odporového pásku
- odlitek z odporového materiálu
- meandr vyseknutý z odporového plechu
- kovová kostra s vinutím na keramických izolátorech
- hliníkový nebo nerezový profil s uvnitř zalitým vinutím z odporového drátu
- keramická trubka s vinutím z odporového drátu
- uhlíková trubka
- natištěná nebo jinou technikou nanesená odporová vrstva na keramickém nebo kovovém podkladu
Pro odpory větších výkonů, řádově od 20kW, je výhodné použití profilů z odporových pásků (mřížové provedení). Segmenty se vyznačují bezindukčností, snadným zapojováním, velkou přetížitelností, snadnou instalací dodatečného chlazení a velkou mechanickou stabilitou.
Nevýhodou jsou velké rozměry, nízké ohmické hodnoty a větší výrobní tolerance.
.png)
Odlitky z odporových materiálů se používají tam, kde je potřeba nízká ohmická hodnota a velká proudová přetížitelnost. Nevýhodou je náchylnost ke korozi, velká hmotnost a obtížné zapojování.
.png)
Meandry z odporového plechu mají podobné vlastnosti jako odporové pásky při menších nárocích na rozměry, nevýhodou je horší mechanická stabilita a obtížné zapojování.
Segmenty vinuté z odporového drátu na kovové kostře s keramickými izolátory jsou výrobně a cenově nejvýhodnější, často ale dochází k prověšení vinutí a jeho zkratování na kovovou kostru. Problém bývá i při trvalém zatížení na vyšší teplotu, kdy vlivem velkého předpětí vinutí a různé tepelné roztažnosti použitých materiálů dochází k praskání keramických izolátorů a zkratování vinutí na kovovou kostru.
Hliníkový nebo nerezový profil se zalitým vinutím má svoje opodstatnění především tam, kde je požadavek na vysoké krytí. Typické použití je při výkonech do 400W a větších ohmických hodnotách. Pro větší výkony je nutno použít dodatečné chlazení, kupř. v bojlerech kapalinou. Z hlediska přetížitelností většinou vlastnosti díky tenkým průřezům použitých drátů nejsou nejlepší. Při trvalém zatížení a vyšších teplotách často také vlivem různé tepelné roztažnosti obalu a vnitřní izolace dochází k přerušení vnitřního vinutí, bez možností opravy.
Vinutí na keramické trubce je mechanicky velmi stabilní. Výhodou je velká tepelná kapacita, velká přetížitelnost, relativně jednoduchá montáž a velká izolační schopnost. Snadno se zapojují do různých sestav. Nevýhodou je vysoká hmotnost, křehkost a induktivita.
Uhlíkové trubky se používají jen výjimečně, protože přes vysokou ohmickou hodnotu a relativní nízkou cenu jsou mechanicky velmi nestabilní, nesnášejí vyšší teploty a jen obtížně se zapojují.
Odporové vrstvy nanesené na keramickém nebo kovovém podkladě se používají zejména pro malé výkony do 100W. Teplotní odolnost je velmi malá. Výrobců není mnoho a vzhledem ke své ceně jde spíše o příslib do budoucnosti.
Dimenzování a výběr parametrů výkonového odporu
Ohmická hodnota
Požadavek na ohmickou hodnotu se určí buď z Ohmova zákona, kdy platí R= U/I (Ohm, V/A), U je jmenovité napětí, I jmenovitý proud nebo z požadavku na výkon P = RI2 , resp. P = U2/R.
U rozběhových a omezovacích odporů se ohmická hodnota počítá poměrně složitě pomocí náhradních schémat generátorů, resp. transformátorů a její určení přesahuje rámec této příručky.
U odporů určených pro frekvenční měniče udává ohmickou hodnotu pro příslušný měnič výrobce měniče. Je dobré počítat vždy s výrobní tolerancí odporu, a volit hodnotu o něco větší, než doporučuje výrobce měniče, aby nedošlo k poškození brzdného tranzistoru.
Jmenovité napětí
Jmenovité napětí je dáno použitou aplikací. U frekvenčních měničů je to napětí na meziobvodu, které může dosáhnout až 800V. Někteří dodavatelé, kteří pro brzdné odpory používají topná tělesa nebo keramické trubky, dimenzované pro 400VAC, obcházejí tento požadavek technickou specifikací „do 600V DC“ apod. Z hlediska funkčního jsou tyto odpory sice vyhovující, nesplňují však obvykle izolační vzdálenosti vůči zemi a mezi fázemi dané normou a na zařízení jako celek nelze obvykle vystavit výchozí elektrorevizi.
Jmenovitý trvalý výkon
Jmenovitý trvalý výkon se obvykle určuje podle parametru ED (%). Každý odpor je určitou dobu zatěžován a pak má přestávku v provozu. Tím je dána doba zátěžového cyklu, SD, jako součet SD = tPmax + tP0 (s), tPmax je doba maximální zátěže, tP0 je doba přestávky, ED je pak doba zátěže odporu na plný výkon, udávaná v procentech vzhledem době cyklu SD:
ED = (tPmax /SD) x 100%
Jmenovitý výkon odporu se pak počítá podle vzorce P = Pmax x ED/100 (W).
Krátkodobá přetížitelnost
Krátkodobá přetížitelnost je dána zejména dimenzováním průměru použitého odporového vodiče. Při krátkodobých velkých impulsech a dlouhé době cyklu je odpor z hlediska trvalého výkonu sice dimenzován správně, ale odporový vodič se při impulsu zachová jako vlákno pojistky a přepálí se. Proto je nutno při impulsním zatížení volit raději odpor výkonově větší, než by odpovídalo výpočtu.
Krytí
Požadované krytí odporu je dáno prostředím, do kterého chceme odpor umístit. Při venkovním umístění bychom měli volit krytí aspoň IP43, při umístění v dosahu osob na rozvaděčích ve vnitřních prostorách aspoň IP20. Pokud dodavatel nabízí odpory pouze v provedení IP00 (kupř. bez spodního dna) je nutno odpory z hlediska ochrany před nebezpečným dotykovým napětím dodatečně chránit polohou, zábranou nebo izolací.
Ostatní parametry
Z ostatních parametrů bývá důležitá povrchová teplota při jmenovitém zatížení , aby nedošlo při přístupu osob k úrazu popálením apod., a dále vlastní indukčnost. U některých výrobců frekvenčních měničů bývá požadavek na bezindukční odpory. Pak je správnou volbou odpor páskový, resp. meandrový nebo odlitkový.
Provedení a sortiment odporů dodávaných firmou SEAMO
Firma SEAMO dodává odpory skládané z navinutých keramických těles nebo z odporových pásků. Pro speciální aplikace, jako jsou regulační odpory pro stejnosměrné motory, se používají na míru vyrobené odpory z meandrů z odporového materiálu. Pro topná tělesa do elektrických pecí se používá drátová spirála s nosnou keramickou trubkou nebo meandr na keramickém nosiči.
Sortiment zahrnuje standardní brzdné a výkonové odpory, topná tělesa, regulační odpory (motorové potenciometry), rozběhové odpory pro kroužkové motory, omezovací odpory pro omezení proudového rázu při zapínání asynchronních generátorů, kompenzační odpory pro vyrovnání úbytků napětí na vodičích s velkými proudy (galvanovny aj.).