CN103646733A - 集成式多功能电阻 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成式多功能电阻，属于航天气动热电弧加热器技术领域。集成式多功能电阻包括：多个水冷电阻本体；集水管，向所述水冷电阻本体供给冷却水；支架，用于支撑所述集水管和多个所述水冷电阻本体；汇流母排，通过绝缘子固定于所述支架上，其中，多个所述水冷电阻本体以串联连接、并联连接或串并联连接的方式通过电缆连接于所述汇流母排，经所述汇流母排与电极连通。本发明通过上述技术方案使得集成式多功能电阻采用集成化设计，部件结构清晰、整齐，所有功能部件全部集中安装，便于移动，且外形尺寸小，节省空间，便于产品化。

Description

集成式多功能电阻

技术领域

本发明属于航天气动热电弧加热器技术领域，特别涉及一种集成式多功能电阻。

背景技术

电弧加热器是航天飞行器地面热模拟考核试验主要热源设备之一。电弧加热器中的长直管型直流电弧加热器，特别是管状电弧加热器，其电弧运行参数表现出典型的“负阻”特性，为了使电弧稳定燃烧，需要在电气主回路串联一定阻值的直流电阻。

长直管型直流电弧加热器中的一种叠片式电弧加热器，特别是大功率叠片式电弧加热器通常装备多对电极，每个电极分别承担部分总电流。为了使电弧加热器能够以更大的电弧电流运行，每个电极需串联一定阻值的电阻之后再接入对应电极的汇流母排，以实现多对电极的分流运行。

现有市面上的电阻冷却效果差、功率小、体积大、不适合做镇定电阻和分流电阻。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种集成式多功能电阻，其包括：多个水冷电阻本体；集水管，向所述水冷电阻本体供给冷却水；支架，用于支撑所述集水管和多个所述水冷电阻本体；和汇流母排，通过绝缘子固定于所述支架上，其中，多个所述水冷电阻本体以串联连接、并联连接或串并联连接的方式通过电缆连接于所述汇流母排，经所述汇流母排与电极连通。

在如上所述的集成式多功能电阻中，优选，在连接所述水冷电阻本体与所述汇流母排的电缆上设置有电流传感器。

在如上所述的集成式多功能电阻中，优选，所述电流传感器套装于所述电缆外面，并且所述电流传感器固定于所述支架上，所述绝缘子的底部固定于所述支架，所述汇流母排通过夹板固定于所述绝缘子的上面。

在如上所述的集成式多功能电阻中，优选，多个所述水冷电阻本体中的任一水冷电阻本体由多根不锈钢管制成，所述多根不锈钢管的内腔为冷却水通道。

在如上所述的集成式多功能电阻中，优选，由多根所述不锈钢管组成的水冷电阻本体呈S形，或者，多根所述不锈钢管中的任一不锈钢管呈S形。

在如上所述的集成式多功能电阻中，优选，多根所述不锈钢管的阻值均相同，外径为

额定电流为800A～1500A，优选多根所述不锈钢管的阻值均为0.05Ω，所述不锈钢管的数量为6根；更优选多个所述水冷电阻本体的阻值均相同，所述水冷电阻本体的数量为6～12个，所述汇流母排的数量为4根。

在如上所述的集成式多功能电阻中，优选，所述冷却水为高压冷却水。

在如上所述的集成式多功能电阻中，优选，所述集水管包括引入集水管和引出集水管，分别设置于所述支架的底端两侧。

在如上所述的集成式多功能电阻中，优选，所述集水管包括引入集水管和引出集水管，分别设置于所述支架的底端两侧。

在如上所述的集成式多功能电阻中，优选，所述集成式多功能电阻为叠片式电弧加热器的分流电阻，多个所述水冷电阻本体相互并联，再与所述叠片式电弧加热器的电极串联链接。

在如上所述的集成式多功能电阻中，优选，所述集成式多功能电阻为管状电弧加热器的镇定电阻，多个所述水冷电阻本体中的部分或全部形成N组镇定电阻本体，N组所述镇定电阻本体相互串联，再与所述管状电弧加热器的电极串联链接；其中，N组所述镇定电阻本体具有相同数量的相互并联的所述水冷电阻本体，N为自然数。

本发明提供的实施例带来的有益效果如下：

（1）集成式多功能电阻采用集成化设计，部件结构清晰、整齐，所有功能部件全部集中安装，便于移动，且外形尺寸小，节省空间，便于产品化。

（2）集成式多功能电阻的阻值调节简单、精度高、可操作性强，方便工程应用。

（3）集成式多功能电阻中的水冷电阻本体采用单元模块化设计，规格一致性强，替换性好。

（4）集成式多功能电阻采用分路测量电流，便于记录分流运行参数的同时，易于检测各电阻完好状况，消除安全隐患。

（5）集成式多功能电阻易于更换，功率大，冷却好，结构简单，坚固耐用，性能全面优于市面同类产品。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种集成式多功能电阻的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种作为分流电阻使用的集成式多功能电阻的左视图；

图3是本发明实施例提供的一种集成式多功能电阻作为分流电阻使用时的原理示意图；

图4是本发明实施例提供的一种阻值为0.3Ω、额定电流为3600A的集成式多功能电阻作为镇定电阻使用时的原理示意图；

图5是本发明实施例提供的一种阻值为0.75Ω、额定电流为2400A的集成式多功能电阻作为镇定电阻使用时的原理示意图；

其中，图中符号说明如下：

1支架、        2水冷电阻本体、  3绝缘子、     4汇流母排、

5电流传感器、  6电缆、        7集水管、

71引入集水管、  72引出集水管。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

参见图1-图5，本发明实施例提供了一种集成式多功能电阻，其包括：支架1、多个水冷电阻本体2、与多个水冷电阻本体2一一对应的电流传感器5和集水管7。

其中，支架1用于支撑多个水冷电阻本体2、电流传感器5和集水管7。优选，在支架1的中部等间距设置多个电阻固定块，多个水冷电阻本体2分别与电阻固定块一一连接，例如可以通过螺栓连接。电流传感器5用于测量流经水冷电阻本体2的电流（可采用霍尔式电流传感器），其安装于支架1的上部一侧，一个水冷电阻本体2对应一个电流传感器5，电流传感器5套装于电缆6的外面。集水管7用于给对水冷电阻本体2进行冷却的冷却水提供流通通道，其安装于支架1的底层，可以通过卡箍固定。安装于支架1上的多个水冷电阻本体2组成一个电阻集合，通过串联、并联或串并联的组合方式实现多功能应用。为了便于组合，多个水冷电阻本体2的阻值相同，即规格参数完全相同。在实际中，多个水冷电阻本体2优选通过汇流母排4与电缆6的配合进行组合，即水冷电阻本体2与电缆6连接，然后再通过电缆6与汇流母排4的不同连接方式形成多个水冷电阻本体2的串联、并联或串并联的组合方式。汇流母排4通过绝缘子3和夹板放置于支架1的顶层，即绝缘子3的底部使用螺栓固定于支架1的顶层，汇流母排4使用夹板安装于绝缘子3的上面。

由于该集成式多功能电阻在应用时串接于电弧加热器的电极或电器主回路，而电弧加热器在运行时流经的电弧电流会很大，因此需要集成式多功能电阻的额定电流较大，且冷却性能好。

具体地，多个水冷电阻本体2中的任一水冷电阻本体2由多根不锈钢管制成，多根不锈钢管通过串联、并联或串并联的组合方式形成具有不同阻值的水冷电阻本体2。集水管内的冷却水流经不锈钢管的内腔以对不锈钢管进行冷却，即内腔为冷却水通道，进而冷却水冷电阻本体2。冷却水优选采用高压冷却水，可以使内腔内的冷却水流动性强，对不锈钢管迅速降温，例如3.5MPa的高压冷却水，水温升不超过50℃。更优选采用高压软化水，更进一步优选采用高压软化、去离子水。

用于流通冷却水的集水管7包括引入集水管71和引出集水管72，其分别设置于所述支架的底端两侧。引入集水管71上设置有多支引入分流管，该引入分流管与水冷电阻本体2的冷却水入口相通，具体地与内腔的入口相通；引出集水管72设置有多支引出分流管，该引出分流管与水冷电阻本体2的冷却水出口相通，具体地与内腔的出口相通。实际中，引入分流管与水冷电阻本体2的通冷却水的方式可以是集中通冷却水，即多根不锈钢管共用一个通冷却水通道；还可以是分散通冷却水，即多根不锈钢管各自有自己的通冷却水通道，本发明实施例不对此进行限定。

为了进一步增强对水冷电阻本体2的冷却效果，由多根不锈钢管组成的水冷电阻本体呈S形，或者组成水冷电阻本体中的任一不锈钢管呈S形。优选，水冷电阻本体2中的多根不锈钢管均呈S形，且套设排列，如此可使水冷电阻本体2的结构紧凑，外形尺寸小，占用空间少，便于集成化安装。

多根不锈钢管的阻值均相同，如此，便于调节水冷电阻本体2的阻值，且不锈钢管的一致性强，替换性好。不锈钢管的外径优选为额定电流为800A～1500A。多根不锈钢管的阻值均为0.05Ω，不锈钢管的数量为6根，例如：采用的不锈钢管的额定电流为1500A，可以将6根不锈钢管首尾依次连接，组成阻值为0.3Ω的水冷电阻本体，由于6根不锈钢管串联连接，该水冷电阻本体的额定电流也为1500A；还可以将6根不锈钢管分成3组，每组中的2根不锈钢管两两并联，然后将每组再串联连接在一起，组成阻值为0.075Ω的水冷电阻本体，额定电流为3000A。

为了使得集成式多功能电阻的阻值调节简单、精度高、可操作性强、方便工程应用，多个水冷电阻本体2的阻值均相同。优选，水冷电阻本体2的数量为6～12个，汇流母排4的数量为4根。通过电缆6与水冷电阻本体2连接，以及4根汇流母排4配合电缆6的分配，组合成多个水冷电阻本体的不同连接方式。

根据多个水冷电阻本体的不同连接方式，实现集成式多功能电阻的具体应用。

当需要集成式多功能电阻实现叠片式电弧加热器的电极组的分流作用时，其为分流电阻，可以将多个水冷电阻本体通过电缆和汇流母排一一并联，再串联连接于叠片式电弧加热器的电极。由于多个水冷电阻本体采用一一并联的连接方式，增强了电极的分流能力，使叠片式电弧加热器能够以更大的电弧电流运行，同时产生更稳定的高品质流场，此时该集成式多功能电阻还能起到稳弧作用。例如一个水冷电阻本体的额定电流为1500A，则采用上述方式连接的10个水冷电阻本体形成的集成式多功能电阻的额定电流为15000A。

当需要集成式多功能电阻实现管状电弧加热器的稳弧作用时，其为镇定电阻，可以将多个水冷电阻本体中的部分或全部形成N组镇定电阻本体，N组镇定电阻本体中的水冷电阻本体数量均相同，且每组中的水冷电阻本体通过电缆和汇流母排一一并联，N组镇定电阻本体通过汇流母排一一串联后，再串联连接于管状电弧加热器的电极（管状电弧加热器的电气主回路）。根据每组中不同数量的水冷电阻本体以及不同组数的镇定电阻本体可得不同阻值和不同额定电流的镇定电阻。

下面以集成式多功能电阻作为60MW叠片式电弧加热器的分流电阻使用为例进行说明：

60MW叠片式电弧加热器的两个电极组——正极和负极，分别对应一个集成式多功能电阻作为分流电阻。由于两组相同，只对其中一组进行介绍。如图1所示，该集成式多功能电阻包括10个水冷电阻本体2，均安装于支架1的中心部位。水冷电阻本体2采用3.5MPa高压水冷却，如图2所示，冷却水的流通方向为左进右出（或下进上出），集水管7安装于支架的最下面一层横梁上，分列左右。

水冷电阻本体2由6根规格为φ10×1mm不锈钢管制成，不锈钢管单根长度1940mm，阻值0.05Ω，将6根不锈钢管首尾依次连接可得水冷电阻本体2的最大阻值：0.3Ω。由于不锈钢管的额定电流为1200A，阻值为0.3Ω的水冷电阻本体2的额定电流也为1200A。不锈钢管短时最大通过电流为1500A。为便于图示表达，将5根不锈钢管首尾依次连接组成阻值为0.25Ω的水冷电阻本体2，使接线端子位于水冷电阻本体2的两侧，见图2所示，水冷电阻本体2右侧的接线端子通过电缆6接至汇流母排，然后再连接直流电源的正极或负极。左侧接线端子通过电缆与电极的接线端子连接。连接汇流母排的电缆6还穿过电流传感器5以测量通过水冷电阻本体的电流。图3为分流电阻的应用原理图，在图3中，10个水冷电阻本体2一一并联，10个水冷电阻本体中的任一水冷电阻本体的一端分别通过电缆与汇流母排连接，汇流母排再连接电源的正极或负极；另一端通过电缆与电极的接线端子相连。

下面以该集成式多功能电阻作为管状电弧加热器的镇定电阻为例进行说明：

将图3中的10个水冷电阻本体2的连接方式适当改变即可实现，如图4所示，将9个水冷电阻本体（10个水冷电阻本体中的部分水冷电阻本体）分成3组，每组有3个水冷电阻本体，该3个水冷电阻本体一一并联，然后再将每组串联，组成最大阻值为0.3Ω、额定电流为3600A的镇定电阻。再如图5所示，将10个水冷电阻本体分成5组，每组有2个水冷电阻本体，该2个水冷电阻本体一一并联，然后再将每组串联，组成最大阻值为0.75Ω、额定电流为2400A的镇定电阻。

综上所示，本发明实施例带来的有益效果如下：

（1）集成式多功能电阻采用集成化设计，部件结构清晰、整齐，所有功能部件全部集中安装，便于移动，且外形尺寸小，节省空间，便于产品化。

（2）集成式多功能电阻的阻值调节简单、精度高、可操作性强，方便工程应用。

（3）集成式多功能电阻中的水冷电阻本体采用单元模块化设计，规格一致性强，替换性好。

（4）集成式多功能电阻采用分路测量电流，便于记录分流运行参数的同时，易于检测各电阻完好状况，消除安全隐患。

（5）集成式多功能电阻易于更换，功率大，冷却好，结构简单，坚固耐用，性能全面优于市面同类产品。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种集成式多功能电阻，其特征在于，所述集成式多功能电阻包括：

多个水冷电阻本体；

集水管，向所述水冷电阻本体供给冷却水；

支架，用于支撑所述集水管和多个所述水冷电阻本体；和

汇流母排，通过绝缘子固定于所述支架上，

其中，多个所述水冷电阻本体以串联连接、并联连接或串并联连接的方式通过电缆连接于所述汇流母排，经所述汇流母排与电极连通。

2.根据权利要求1所述的集成式多功能电阻，其特征在于，还包括：

在连接所述水冷电阻本体与所述汇流母排的电缆上设置有电流传感器。

3.根据权利要求2所述的集成式多功能电阻，其特征在于，

所述电流传感器套装于所述电缆外面，并且所述电流传感器固定于所述支架上，

所述绝缘子的底部固定于所述支架，所述汇流母排通过夹板固定于所述绝缘子的上面。

4.根据权利要求1所述的集成式多功能电阻，其特征在于，

多个所述水冷电阻本体中的任一水冷电阻本体由多根不锈钢管制成，所述多根不锈钢管的内腔为冷却水通道。

5.根据权利要求4所述的集成式多功能电阻，其特征在于，

由多根所述不锈钢管组成的水冷电阻本体呈S形，或者，多根所述不锈钢管中的任一不锈钢管呈S形。

6.根据权利要求5所述的集成式多功能电阻，其特征在于，

多根所述不锈钢管的阻值均相同，外径为

额定电流为800A～1500A，优选多根所述不锈钢管的阻值均为0.05Ω，所述不锈钢管的数量为6根；更优选多个所述水冷电阻本体的阻值均相同，所述水冷电阻本体的数量为6～12个，所述汇流母排的数量为4根。

7.根据权利要求1所述的集成式多功能电阻，其特征在于，

所述冷却水为高压冷却水。

8.根据权利要求1所述的集成式多功能电阻，其特征在于，

所述集水管包括引入集水管和引出集水管，分别设置于所述支架的底端两侧。

9.根据权利要求1所述的集成式多功能电阻，其特征在于，

所述集成式多功能电阻为叠片式电弧加热器的分流电阻，多个所述水冷电阻本体相互并联，再与所述叠片式电弧加热器的电极串联连接。

10.根据权利要求1所述的集成式多功能电阻，其特征在于：

所述集成式多功能电阻为管状电弧加热器的镇定电阻，多个所述水冷电阻本体中的部分或全部形成N组镇定电阻本体，N组所述镇定电阻本体相互串联，再与所述管状电弧加热器的电极串联连接；

其中，N组所述镇定电阻本体具有相同数量的相互并联的所述水冷电阻本体，N为自然数。

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