CN101847478B - 一种可调式液体电阻装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种可调式液体电阻装置，包括电解液箱、电极与传动组件，所述电极的下端位于电解液箱的内部，上端与传动组件中的支架的下部相连接，且电极上端设置有接线端，电极的数量大于等于二，每个电极均通过其上端与支架的下部相连接，支架的上部与传动齿条相连接，传动齿条对支架的提升高度为0-1000mm，电极在支架上竖直均匀设置，且相邻电极之间的距离为100-500mm，使用时，可通过支架的上下移动或对电极的接线端进行灵活组合的方式来调整液体电阻的电阻值。本发明不仅电阻值的可调范围较大、能够满足功率的大范围调节要求，而且能够保证高低压兼容通用、适用范围较广，此外，还能简便的解决高压绝缘问题。

Description

一种可调式液体电阻装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种液体电阻装置，尤其涉及一种可调式液体电阻装置及其使用方法，具体适用于发电机试验用负载或制动用可调式液体电阻装置。

背景技术

目前，在发电机功率调节、发电机或电动机能耗制动等应用领域，需要采用大容量可调电阻作为负载以吸收发电机或电动机的功率，所采用大容量可调电阻主要为液体电阻。现有技术中应用的液体电阻主要通过调节两平行极板，即动电极与静电极之间的距离来达到调节电阻值的目的。

中国专利授权公告号为CN2530393Y，授权公告日为2003年1月8日的实用新型专利公开了一种三相交流电动机液态软起动调速装置，属于电动机拖动控制领域，适用于异步电动机及拖动机组的起动和调速，其主要特征是由电液箱、导电液、动电极、定电极和传动组件，动、定电极直接设置在电液箱中的导电液内。起动调速时通过循环系统对液态电阻进行冷却。虽然该实用新型结构简单、性能可靠，但是这种通过调整动电极与静电极之间的距离来调节电阻的方式存在一定的缺陷：首先，由于动、静两极板之间可调距离有限，使得液体电阻的阻值调整范围有限，因而对发电机的功率调节范围较窄，难以满足功率的大范围调节要求；其次，由于高压绝缘问题，难以满足不同电压等级如10kV、6kV、1000V、400V等不同电压下的功率调节兼容的要求，不能保证高低压通用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的难以满足功率的大范围调节要求、高低压不兼容通用的缺陷与问题，提供一种满足功率的大范围调节要求、高低压兼容通用的可调式液体电阻装置及其使用方法。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种可调式液体电阻装置，包括电解液箱、电极与传动组件，所述电极的一端与传动组件相连接，另一端延伸至电解液箱的内部，所述电极的外形为长条型，该电极的下端延伸至电解液箱的内部，其上端与支架的下部相连接，支架的上部与传动组件相连接，且电极的上端设置有接线端；所述电极的数量至少为两个，且每个电极均通过其上端与支架的下部相连接。

所述电极的数量为大于等于二的偶数。

所述电极在支架上竖直均匀设置，且相邻电极之间的距离为100-500mm。

所述支架上相邻电极之间的距离为200-300mm。

所述支架的另一侧与传动齿条相连接，传动齿条的另一端与传动组件相连接，且传动齿条对支架的提升高度为0-1000mm；所述电极的结构为平板结构。

所述传动组件包括横轴与电动机，横轴的一端与传动齿条啮合连接，另一端与电动机相连接。

一种上述可调式液体电阻装置的使用方法，该方法依次包括以下步骤：

第一步：先根据可调式液体电阻装置所需调节的范围选择电极的数量，该数量大于等于二，然后将选择好的所有电极通过每个电极的上端与位于电解液箱上方的支架的下部相连接，再将每个电极的下端放入电解液箱中，并在支架的上部连接有传动齿条，传动齿条的另一端与横轴啮合连接，横轴的另一端与电动机相连接；

第二步：先对电极的接线端进行相互组合以形成液体电阻的输入端与输出端，然后将主回路进线与液体电阻的输入端相连接、液体电阻的输出端与主回路出线相连接，从而实现将液体电阻接入主回路的操作；

第三步：先启动主回路，再通过电动机带动支架进行上下移动来改变电极浸泡在电解液中的电极有效导电面积，从而对主回路中液体电阻的阻值进行改变；使用过程中，当主回路的电压发生变化，且现有的液体电阻不再适合使用时，可先停机，再根据变化后的主回路的电压对电极的接线端的组合形式进行调整，然后再开机运行。

所述第二步中涉及的对电极的接线端进行相互组合的组合形式为串联形式，该种串联形式是指：将支架最左端设置的电极的接线端作为液体电阻的输入端、支架最右端设置的电极的接线端作为液体电阻的输出端。

所述第二步中涉及的对每个电极的接线端进行相互组合的组合形式为并联形式，该种并联形式是指：先给所有电极按自然数序列进行编号，然后将所有奇数号的电极的接线端束在一起形成液体电阻的输入端，并将所有偶数号的电极的接线端束在一起形成液体电阻的输出端。

所述第二步中涉及的对每个电极的接线端进行相互组合的组合形式为混联形式，该种混联形式是指：所有电极上接线端之间的连接方式同时包括并联与串联两种形式。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.由于本发明一种可调式液体电阻装置及其使用方法中的液体电阻装置所包括的电极竖直均匀的设置在支架的一侧，支架的另一侧连接有传动组件，每个电极通过其上设置的接线端与支架相连接，另一端设置的接液端则浸泡在电解液中，通过任意两个电极的浸泡在电解液中的电极有效导电面之间的电解液构成这两个电极之间的电阻，其计算公式为R＝ρL/S，其中R表示电阻，ρ是电阻率，与液体电阻的电解质浓度与电解液的温度有关；L是指两电极之间的距离；S是电阻截面积，即指两电极之间的有效正对面积，有效部分是指浸入电解液中的部分，暴露在空气中的部分是无效的。与传统的动、静电极相比，本发明中的L的可调整范围更大、S的可调整区域更宽，从而使得本发明中的液体电阻的可调范围更广，而不会出现传统的液体电阻中存在的动、静电极之间的有限距离限制电阻调节范围的情况。因此本发明中的液体电阻的可调范围较大，能够满足功率的大范围调节要求。

2.由于本发明一种可调式液体电阻装置及其使用方法中的液体电阻所包括的每个电极都通过其上设置的接线端与支架相连接，且支架为绝缘的，因此在将液体电阻接入主回路后，液体电阻中的电流只经过电极及其之间的电解液，也正是由电极有效导电面之间的电解液构成了电极之间的电阻，由于支架上均匀设置了多个电极，电极的数量为大于等于二的偶数，而且每个电极上都设置有接线端，这就为多个电极的接线端提供了灵活多变的组合方式，也在改变电极的有效正对面积之外增加了一种新的调整液体电阻的方式，既可以只接入最外端的电极的接线端来实现所有电极之间的串联，从而取得最大的液体电阻值以适应较高的主回路电压，如10KV，也可以把所有电极的接线端都接入主回路来实现所有电极之间的并联，从而取得最小的液体电阻值以适应较低的主回路电压，如400V，使得在同一个液体电阻装置的条件下，仅仅通过改变接线端的组合方式就可以满足不同的电压需求，功率的兼容性较强。因此本发明能够确保高低压兼容通用、适用范围较广。

3.由于本发明一种可调式液体电阻装置及其使用方法中的液体电阻装置所包括的支架上竖直均匀的设置有多个电极，电极的数量为大于等于二的偶数，且每个电极上都设置有接线端，可以通过只接入支架最外两端的电极的接线端来实现所有电极之间的串联，从而取得最大的液体电阻值以适应较高的主回路电压，如10KV，从而解决现有液体电阻装置中常遇到的高压绝缘问题，不仅解决效果较好，而且解决方式简便、整体结构简单。因此本发明能够较简易的解决高压绝缘问题。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明中电极串联组合的排布示意图。

图3是本发明中电极并联组合的排布示意图。

图4是图3的等同效果图。

图5是发明中电极混联组合的排布示意图。

图6是图5的等同效果图。

图7是本发明的实施例1中主回路电压为10KV时的电极排布示意图。

图8是本发明的实施例1中主回路电压为400V时的电极排布示意图。

图9是本发明的实施例1中主回路电压为2000V时的电极排布示意图。

图10是图9的等同效果图。

图中：电解液箱1，电极2，传动组件3，导线4，接线端5，支架6，传动齿条7，横轴8，电动机9，主回路进线10，主回路出线11。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明

参见图1，一种可调式液体电阻装置，包括电解液箱1、电极2与传动组件3，所述电极2的一端与传动组件3相连接，另一端延伸至电解液箱1的内部，所述电极2的外形为长条型，该电极2的下端延伸至电解液箱1的内部，其上端与支架6的下部相连接，支架6的上部与传动组件3相连接，且电极2的上端设置有接线端5；所述电极2的数量至少为两个，且每个电极2均通过其上端与支架6的下部相连接。

所述电极2的数量为大于等于二的偶数。

所述电极2在支架6上竖直均匀设置，且相邻电极2之间的距离为100-500mm。

所述支架6上相邻电极2之间的距离为200-300mm。

所述支架6的另一侧与传动齿条7相连接，传动齿条7的另一端与传动组件3相连接，且传动齿条7对支架6的提升高度为0-1000mm；所述电极2的结构为平板结构。

所述传动组件3包括横轴8与电动机9，横轴8的一端与传动齿条7啮合连接，另一端与电动机9相连接。

一种上述可调式液体电阻装置的使用方法，该方法依次包括以下步骤：

第一步：先根据可调式液体电阻装置所需调节的范围选择电极2的数量，该数量大于等于二，然后将选择好的所有电极2通过每个电极2的上端与位于电解液箱1上方的支架6的下部相连接，再将每个电极2的下端放入电解液箱1中，并在支架6的上部连接有传动齿条7，传动齿条7的另一端与横轴8啮合连接，横轴8的另一端与电动机9相连接；

第二步：先对电极2的接线端5进行相互组合以形成液体电阻的输入端与输出端，然后将主回路进线10与液体电阻的输入端相连接、液体电阻的输出端与主回路出线11相连接，从而实现将液体电阻接入主回路的操作；

第三步：先启动主回路，再通过电动机9带动支架6进行上下移动来改变电极2浸泡在电解液中的电极有效导电面积，从而对主回路中液体电阻的阻值进行改变；使用过程中，当主回路的电压发生变化，且现有的液体电阻不再适合使用时，可先停机，再根据变化后的主回路的电压对电极2的接线端5的组合形式进行调整，然后再开机运行。

所述第二步中涉及的对电极2的接线端5进行相互组合的组合形式为串联形式，该种串联形式是指：将支架6最左端设置的电极2的接线端5作为液体电阻的输入端、支架6的最右端设置的电极2的接线端5作为液体电阻的输出端。

所述第二步中涉及的对每个电极2的接线端5进行相互组合的组合形式为并联形式，该种并联形式是指：先给所有电极2按自然数序列进行编号，然后将所有奇数号的电极2的接线端5束在一起形成液体电阻的输入端，并将所有偶数号的电极2的接线端5束在一起形成液体电阻的输出端。

所述第二步中涉及的对每个电极2的接线端5进行相互组合的组合形式为混联形式，该混联形式是指：所有电极2上接线端5之间的连接方式同时包括并联与串联两种形式。

上述“当主回路的电压发生变化，且现有的液体电阻不再适合使用时”具体是指：主回路电压发生了较大变化，原有的液体电阻不再适合精确控制，而不是说不能使用。

本发明的原理说明如下：

液体电阻的计算公式为R＝ρL/S，其中R表示电阻，ρ是电阻率，L是电阻长度，S是电阻截面积。

针对本发明所涉及的可调式液体电阻装置来说，ρ与液体电阻的电解质浓度与电解液的温度有关，L是指两电极之间的距离，S是指两电极的有效正对面积，所述有效正对面积是指电极2上浸入电解液中的部分，该部分是导电部分，而暴露在空气中的其余部分是无效的、不导电的。因此本发明中的相邻电极2之间的液体电阻的电阻值由相邻电极2之间的距离L、电解液的电阻率ρ以及两电极2的有效正对面积S共同决定，因而本发明通过调整L与S来调整液体电阻的电阻值。

传统的液体电阻主要通过调整动、静极之间的距离来实现对L的调整，从而调整液体电阻的电阻值，但是由于传统液体电阻中的动、静极之间的距离有限，因而调整范围过小，而本发明中的电极2不再采取动、静极的形式，而是在支架6上竖直均匀的设置有多个电极2，不仅电极2之间的距离L有多种选择，而且可以通过支架6的上下移动来实现电极2的有效正对面积S的变化，如本发明中的传动齿条7对支架6的提升高度为0-1000mm，从而扩展了效正对面积S的变化范围，使得本发明的液体电阻的调整范围很宽。

此外，本发明可调式液体电阻装置中电极2的设置方式还有另外一个优点：灵活的接线方式。由于本发明中的至少两个电极2在支架6上竖直均匀的设置，且每个电极2上都设置有接线端5，都可以接入主回路，因此除了上述的电阻调整方式之外，还可以通过对每个电极2的接线端5进行灵活组合来调节液体电阻的电阻值，为了更好的说明这种组合方式，下面以最基础的串联与并联两种组合方式为例进行说明：

参见图2，图2为电极的串联组合方式，以四个电极为例：

图中有四个电极，假设每个相邻电极2间的液体电阻的电阻值为R，在不上下移动支架6的情况下，串联组合方式就是指在支架6的最左端的电极2的接线端5上连接有主回路进线10，然后在支架6的最右端的电极2的接线端5上连接有主回路出线，连接后的电流流向如图所示，这样连接入主回路的液体电阻的阻值就为3R。

串联的连接方式非常适合于主回路电压较大的情况，如10KV，且在10KV的应用环境下还能解决高压绝缘的问题，所谓高压绝缘问题是指：当接入的主回路进线端的电压为高压，如10KV时，10KV电压与液体电阻中的电解液相连，同时，因为液体电阻是长期通电运行的，液体电阻中的电解液会发热，因此必须要有冷却部分对电解液进行循环冷却，冷却部分一般安装在水箱外，主要包括换热器和压力泵，再通过管道与水箱中的电解液相连接以进行循环冷却，关键的是，由于冷却部分是接地的，此时，10KV高压就会通过电解液与冷却系统接地，但是10KV进线又不能直接接地，否则将会带来较严重的损失，这时产生的矛盾就是10KV高压绝缘问题。

传统的液体电阻主要依靠改变动、静极之间的距离来调整液体电阻的电阻值，电阻调节范围过小，不能对接入的主回路高压进行有效降压后再接入冷却部分，因而不能解决高压绝缘问题，即使能够解决其液体电阻装置也比较笨重，而且所配套使用的冷却部分的结构更加复杂、价格比较昂贵，安全性也较低，这些都将严重限制其使用范围。

而本发明中对电极所采取的竖直排布方式可以十分简便的解决高压绝缘问题，同样以10KV高压为例，解决过程如下：支架6的最左端的电极2上接入主回路进线10，最右端的电极2上接入主回路出线11，则10KV级进线经过中间多个电极2的逐次降压后到达最右侧电极2上，此时，最右侧电极2离主回路进线10最远，它已为低电压，因而可以将最右侧电极2的右侧作为中性点接地，电位被强制为零，引入电解液冷却装置，从而避免了10KV高压直接接地的弊端，且能对电解液进行循环冷却，最终解决了10KV级高压导电由于冷却而接地而带来的高压绝缘问题。

参见图3-图4，图3为电极的并联组合方式，图4是图3的等同效果图，以四个电极为例：

图中有四个电极，假设每个相邻电极2间的液体电阻的电阻值为R，在不上下移动支架6的情况下，并联组合方式就是指先对四个电极2进行编号，如一号、二号、三号与四号，然后将一号与三号的接线端5连在一起构成液体电阻的输入端，同时将二号与四号的接线端5连在一起构成液体电阻的输出端，然后将主回路进线10与液体电阻的输入端相接、液体电阻的输出端与主回路出线11相接，连接后的电流流向如图所示，那么此时的液体电阻的电阻值就为R/3。当然，在实际应用中，最后并联的两部分的电极数量也不限定一致，比如说五个电极，就可以将一号、三号与五号的接线端5连在一起构成液体电阻的输入端，同时将二号与四号的接线端5连在一起构成液体电阻的输出端。

在实际应用中，并不限于仅采取串联或并联一种接线方式，而是根据实际应用的需要进行灵活多边的选择，如混联的应用范围也较广。

参见图5-图6，图5为电极的混联组合方式，图6是图5的等同效果图，以四个电极为例：

图中有四个电极，假设每个相邻电极2间的液体电阻的电阻值为R，在不上下移动支架6的情况下，混联组合方式就是指：同样先对四个电极2进行编号，如一号、二号、三号与四号，然后将一号的接线端5作为液体电阻的输入端，将三号的接线端5作为液体电阻的输出端，同时用导线4将二号与四号的接线端5相连接，此时，液体电阻的输入端与输出端之间的电阻值就为R+R/2＝3R/2。

实施例1：以十个电极为例。

参见图1，一种可调式液体电阻装置，包括电解液箱1、电极2、支架6、传动齿条7、横轴8与电动机9，所述电极2的上端设置有接线端5，下端位于电解液箱1的内部，电极2的上端与支架6的下部相连接，支架6的上部与传动齿条7相连接，电极2的数量为十，且每个电极2均通过其上端与支架6的下部相连接，电极2在支架6上竖直均匀设置，相邻电极2之间的距离为280mm，支架6的上部与传动齿条7相连接，传动齿条7的另一端与横轴8啮合连接，横轴8的另一端与电动机9相连接，传动齿条7对支架6的提升高度为0-1000mm。

参见图7-图10，一种上述可调式液体电阻装置的使用方法，该方法依次包括以下步骤：

第一步：先根据上述结构组装可调式液体电阻装置；

第二步：当接入的主回路电压为10KV时，对电极2的接线端5进行串联组合以形成液体电阻的输入端与输出端，即将支架6最左端设置的电极2的接线端5作为液体电阻的输入端、支架6的最右端设置的电极2的接线端5作为液体电阻的输出端，然后将主回路进线10与液体电阻的输入端相连接、液体电阻的输出端与主回路出线11相连接，从而实现将液体电阻接入主回路的操作；

第三步：先启动主回路，再通过电动机9带动支架6进行上下移动来改变电极2浸泡在电解液中的电极有效导电面积，从而对主回路中液体电阻的阻值进行改变；使用过程中，当主回路的电压发生变化，如主回路电压变为400V时，现有的液体电阻不再适合使用，先停机，再根据变化后的主回路电压为400V的情况对电极2的接线端5的组合形式进行调整，即先对十个电极2按自然数序列进行编号，然后将所有奇数号的电极2的接线端5束在一起形成液体电阻的输入端，并将所有偶数号的电极2的接线端5束在一起形成液体电阻的输出端，再将主回路进线10与液体电阻的输入端相连接、液体电阻的输出端与主回路出线11相连接，从而实现将液体电阻接入主回路的操作，继续运行；当主回路的电压再次发生变化，如主回路电压变为2000V时，现有的液体电阻不再适合精确控制，先停机，再根据变化后的主回路电压为2000V的情况对电极2的接线端5的组合形式进行调整，即先对十个电极2按自然数序列进行编号，如五号至十四号，然后将五号至八号依次串联，同时将八号至十四号两两相隔并联，同时在五号的接线端5上连接有主回路进线10、在十二号与十四号之间的连接线上连接有主回路出线11，从而实现将液体电阻接入主回路的操作，继续运行。

由上可见，同一个可调式液体电阻装置，不仅适合于10KV的高压应用主回路，还适合于400V的低压应用主回路、2000V的较低压应用主回路，且这种调整主要是通过对电极2的接线端5的组合方式进行改变而实现的，此外，在每种组合方式既定的情况下，还可以利用支架6的提升来改变电极2在电解液中的有效正对面积，从而再次改变液体电阻的电阻值。因此，本发明不仅电阻值的可调范围较大、能够满足功率的大范围调节要求，而且能够保证高低压兼容通用、适用范围较广，此外，还能简便的解决高压绝缘问题。

Claims (10)

1.一种可调式液体电阻装置，包括电解液箱(1)、电极(2)与传动组件(3)，所述电极(2)的一端与传动组件(3)相连接，另一端延伸至电解液箱(1)的内部，其特征在于：所述电极(2)的外形为长条型，该电极(2)的下端延伸至电解液箱(1)的内部，其上端与支架(6)的下部相连接，支架(6)的上部与传动组件(3)相连接，且电极(2)的上端设置有接线端(5)；所述电极(2)的数量至少为两个，且每个电极(2)均通过其上端与支架(6)的下部相连接；

所述电极(2)都可随支架(6)进行上下移动，所述接线端(5)都可接入主回路。

2.根据权利要求1所述的一种可调式液体电阻装置，其特征在于：所述电极(2)的数量为大于等于二的偶数。

3.根据权利要求1或2所述的一种可调式液体电阻装置，其特征在于：所述电极(2)在支架(6)的下部竖直均匀设置，且相邻电极(2)之间的距离为100-500mm。

4.根据权利要求3所述的一种可调式液体电阻装置，其特征在于：所述支架(6)上相邻电极(2)之间的距离为200-300mm。

5.根据权利要求3所述的一种可调式液体电阻装置，其特征在于：所述支架(6)的上部与传动齿条(7)相连接，传动齿条(7)的另一端与传动组件(3)相连接，且传动齿条(7)对支架(6)的提升高度为0-1000mm；所述电极(2)的结构为平板结构。

6.根据权利要求5所述的一种可调式液体电阻装置，其特征在于：所述传动组件(3)包括横轴(8)与电动机(9)，横轴(8)的一端与传动齿条(7)啮合连接，另一端与电动机(9)相连接。

7.一种权利要求5所述的可调式液体电阻装置的使用方法，其特征在于该方法依次包括以下步骤：

第一步：先根据可调式液体电阻装置所需调节的范围选择电极(2)的数量，该数量大于等于二，然后将选择好的所有电极(2)通过每个电极(2)的上端与位于电解液箱(1)上方的支架(6)的下部相连接，再将每个电极(2)的下端放入电解液箱(1)中，并在支架(6)的上部连接有传动齿条(7)，传动齿条(7)的另一端与横轴(8)啮合连接，横轴(8)的另一端与电动机(9)相连接；

第二步：先对每个电极(2)的上端所设置的接线端(5)进行相互组合以形成液体电阻的输入端与输出端，然后将主回路进线(10)与液体电阻的输入端相连接、液体电阻的输出端与主回路出线(11)相连接，从而实现将液体电阻接入主回路的操作；

第三步：先启动主回路，再通过电动机(9)带动支架(6)进行上下移动来改变电极(2)浸泡在电解液中的电极有效导电面积，从而对主回路中液体电阻的阻值进行改变；使用过程中，当主回路的电压发生变化，且现有的液体电阻不再适合使用时，可先停机，再根据变化后的主回路的电压对电极(2)上的接线端(5)的组合形式进行调整，然后再开机运行。

8.根据权利要求7所述的一种可调式液体电阻装置的使用方法，其特征在于：所述第二步中涉及的对电极(2)的接线端(5)进行相互组合的组合形式为串联形式，该种串联形式是指：将支架(6)最左端设置的电极(2)的接线端(5)作为液体电阻的输入端、支架(6)最右端设置的电极(2)的接线端(5)作为液体电阻的输出端。

9.根据权利要求7所述的一种可调式液体电阻装置的使用方法，其特征在于：所述第二步中涉及的对每个电极(2)的接线端(5)进行相互组合的组合形式为并联形式，该种并联形式是指：先给所有电极(2)按自然数序列进行编号，然后将所有奇数号的电极(2)的接线端(5)束在一起形成液体电阻的输入端，并将所有偶数号的电极(2)的接线端(5)束在一起形成液体电阻的输出端。

10.根据权利要求7所述的一种可调式液体电阻装置的使用方法，其特征在于：所述第二步中涉及的对每个电极(2)的接线端(5)进行相互组合的组合形式为混联形式，该种混联形式是指：所有电极(2)上接线端(5)之间的连接方式同时包括并联与串联两种形式。

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