CN105336462B - 一种电阻器制造方法及电阻器 - Google Patents

Abstract

一种电阻器制造方法，通过将普通水泥和金属粉末混合，搅拌均匀并磨粉后由电极通电加热形成导电水泥材料，经密封处理形成制动电阻器，根据本发明的制动电阻器的制造方法使普通水泥既保持原有的理化性能又增加其导电性能，使其成为一种特殊的复合材料；本发明还提供如上述方法制造的电阻器，该电阻器适用于新能源汽车制动电阻，解决了现有的制动电阻器耗能效果低的技术问题。

Description

一种电阻器制造方法及电阻器

技术领域

本发明涉及一种电阻器制造方法及电阻器，尤其涉及应用于电传动装甲车辆的能耗制动的制动电阻器的制造方法及该电阻器。

背景技术

电传动装甲车辆采用电机驱动，而电机具有四象限工作能力。在制动时，可以将驱动电机转换为发电机，并产生制动转矩，在降低车速的同时将部分动能转化为电能。目前，电传动装甲车辆的制动能量消耗问题，一般采用两种方式：一种是通过整流给蓄电池充电，另一种是通过制动耗能元件消耗，耗能元件则主要采用的是制动电阻器，当蓄电池剩余电量充足时，借助制动电阻器来消耗制动再生电能。装甲车辆通常质量较大，制动时的制动转矩远大于普通电动汽车，制动再生能量也更大，因此对制动电阻器提出了更高的要求。

常用制动电阻器阻值的工程计算方法中，当放电电流等于额定电流一半时，就可以得到与电机额定转矩相同的制动转矩，因此制动电阻器的最大值为其中U为制动时电压即额定电压，I为额定电流。为了保证电机控制器不受损坏，强制限定流过制动电阻器的电流为额定电流时的电阻值为制动电阻器的最小值制动电阻器阻值的选择范围通常为

上述制动电阻器阻值的选取方法中，制动电阻器的最小阻值受电机控制器中功率器件所能承受的最大电流的限制无法进一步降低，严重阻碍了制动能耗的提高。此外制动电阻器为大功率电阻元件，一般采用康铜、锰铜或镍洛合金等金属丝在陶瓷骨架上绕制而成，金属材料的比热容较小、熔点低，当制动能量较大时，制动电阻器的质量和体积均会增大。对于坦克装甲车辆，由于车身重，制动时需要消耗的能量大，且制动电阻器的安装空间有限，采用上述设计方法，无法满足使用要求。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述诸多技术问题，为实现进一步提高制动电阻器的制动能耗，并减小电阻器质量和体积，实现依照R＝ωL-R₀设置制动电阻阻值切实可行，本发明提供了一种制动电阻器的制造方法及电阻器。

上述电阻器的制造方法包括：

a).将水泥、金属粉末按比例混合并充分搅拌均匀；

b).将经搅拌的所述水泥、金属粉末放入磨机进行粉磨，之后加入成型模具，从所述模具两端将两个电极插入所述经粉磨后的混合物；

c).将所述模具密封，防止氧气进入使所述混合物中的所述金属粉末氧化，导致导电率降低；

d).通过电源给所述两个电极通电，使所述混合物产生热量，温度缓慢升高至所述金属粉末的熔点以上(约700℃)，并持续一段时间直至所述混合物中的所述金属粉末全部融化形成导电水泥；

e).待所述导电水泥冷却到室温，脱模并密封保存，形成制动电阻器。

在本发明的一个优选实施例中，所述金属粉末是铝粉，金属粉末的质量为占总质量的5-10％。

在本发明的一个优选实施例中，如果使用时所述电阻器阻值与使用要求不一致，可通过机加工改变所述导电水泥的横截面积或长度从而改变其阻值，使其阻值与使用要求相一致。

在本发明的一个优选实施例中，将电阻器外表面裹一层导热性好的绝缘层，如陶瓷、硅胶等，即防止其漏电，又具有良好的散热能力。

本发明还提供一种根据上述电阻器的制造方法制造的电阻器。

在本发明的一个优选实施例中，将该电阻器用于新能源车制动电阻，且阻值配置为R＝ωL-R₀，式中ω为电机转子电角速度，L为电机相电感，R₀为电机定子绕组的内阻。

根据本发明的制动电阻器的制造方法产生的导电水泥，具有较高的比热容、能耐高温，并且能够降低制动电阻器的阻值、减小体积，提高耗能量。

普通水泥无论是处于潮湿或干燥状态，都不具备良好的导电性能(普通水泥在干燥状态下的电阻率在104-109Ω·m；潮湿状态下达到101-104Ω·m，而金属导体电阻率一般在10^-7Ω·m量级)。本发明中在普通水泥配置过程中添加导电介质之后，使其电阻率满足相应的要求，其导电性能大幅提升。根据本发明的制动电阻器的制造方法使普通水泥既保持原有的理化性能又增加其导电性能，使其成为一种特殊的复合材料。

金属粉末作为导电介质，尤其是铝粉作为导电介质，考虑到铝的比热容高，在同样的发热量下，导电介质为铝粉的制动电阻的温升较小，能够减小制动电阻的体积。由于制动电阻器采用了新的制造方法和材料，大大减少了制动电阻器的重量与体积，可以最大限度的提高消耗制动电阻器的耗能量，提高了耗能效率，增强了系统的可靠性。

附图说明

图1为制动电阻器工作时的电路图；

图2为电阻器的制造流程图；

具体实施方式

制动电阻器的制造方法包括：

a).将水泥、铝粉按比例混合并充分搅拌均匀；

b).将经搅拌的水泥、铝粉放入磨机进行粉磨，之后加入成型模具，从模具两端将两个电极插入经粉磨后的混合物；

c).将模具密封，防止氧气进入使混合物中的铝粉氧化，导致导电率降低；

d).通过电源给两个电极通电，使混合物产生热量，温度缓慢升高至铝粉的熔点以上(约700℃)，并持续一段时间直至混合物中的铝粉全部融化形成导电水泥；

e).待导电水泥冷却到室温，脱模并密封保存，形成制动电阻器。

铝粉的质量可选择为占总质量的5-10％。如果实际使用时制动电阻器阻值与使用要求不一致，可通过机加工改变导电水泥的横截面积或长度从而改变其阻值，使其阻值与使用要求相一致。还可将制动电阻器外表面裹一层导热性好的绝缘层，如陶瓷、硅胶等，即防止其漏电，又具有良好的散热能力。

本发明还提供一种根据上述电阻器的制造方法制造的电阻器。该电阻器用于新能源汽车制动。

当车辆行驶进行减速制动时，电机工作在第二象限，输出力矩由驱动力变为制动力。此时发电电压完全降落在电机内阻、制动电阻器和电机电感上，将会在定子绕组中产生一个瞬时大电流。此时三相电机单相的电抗式中ω为电机转子电角速度，L为电机相电感，R₀为电机定子绕组的内阻，R为制动电阻器的阻值。当R+R₀＝ωL时，在制动电阻器上消耗的能量最大，因此将制动电阻器的阻值选取为R＝ωL-R₀时，理论上可达到最佳的耗能效果。在此阻值下，现有制动电阻器在制动耗能时会产生大量的热能，且无法满足该大量散热的需求，因而由于现有的制动电阻器的性能和使用寿命的限制，目前实际使用中无法采用R＝ωL-R₀的阻值设置，基于性能和使用寿命方面的考虑，只能转而采用相对可靠的工程计算方法。但是利用本发明的电阻制作方法制作的制动电阻，采用R＝ωL-R₀的阻值设置时完全能够满足散热和寿命需求。

在一实施方式中电传动装甲车辆驱动电机的相电阻为0.06Ω，相电感为0.176mH。制动时汽车的最高车速为120km/h，电机的转子转速为6000rpm，转子电角频率为600Hz，电机线反电势的有效值为1000V，制动电阻器阻值为0.6欧姆。制动时电路中流过的最大电流有效值为420A，制动电阻器所消耗的总功率为530kW。如附图1所示，e_a、e_b、e_c为能耗制动时电机在ABC三相上产生的反电势，R_0a、R_0b、R_0c分别为电机定子各相绕组的电阻，L_a、L_b、L_c分别为定子各相电感，R_a、R_b、R_c为各相的制动电阻器。

电传动装甲车辆的总重量为20吨，从最高车速制动到停车，车辆的全部动能约为11000kJ，假设该动能将全部转化为热能。在忽略电机本体发热的前提下，可假设这部分能量全部由制动电阻器吸收。该制动电阻器的材料为导电水泥，比热容为0.78kJ/(kg·C)，重量为23.7kg，能耗制动时温升为600℃。

Claims (9)

1.一种制动耗能电阻器的制造方法，其特征在于：方法包括：

a)将水泥、金属粉末按比例混合并充分搅拌均匀；

b)将经搅拌的所述水泥、金属粉末放入磨机进行粉磨形成经粉磨后的混合物，之后加入成型模具，将两个电极插入所述经粉磨后的混合物；

c)将所述模具密封；

d)将所述两个电极通电，使所述混合物产生热量，直至所述混合物中的所述金属粉末全部融化，使所述混合物形成导电水泥；

e)待所述导电水泥冷却到室温，脱模并密封保存，形成所述电阻器。

2.根据权利要求1所述的电阻器的制造方法，其特征在于：电极在模具两端。

3.根据权利要求1所述的电阻器的制造方法，其特征在于：在所述制动耗能电阻器外表面裹一层绝缘层。

4.根据权利要求3所述的电阻器的制造方法，其特征在于：所述绝缘层为陶瓷或硅胶材料。

5.根据权利要求1-4任一项所述的电阻器的制造方法，其特征在于：所述金属粉末为铝粉。

6.根据权利要求1-4任一项所述的电阻器的制造方法，其特征在于：通过机加工改变所述导电水泥的横截面积或长度从而改变其阻值。

7.一种制动耗能电阻器，其特征在于：根据权利要求1-6任一项所述的电阻器的制造方法制造。

8.根据权利要求7所述的电阻器，其特征在于：该电阻器为新能源车制动电阻。

9.根据权利要求8所述的电阻器，其特征在于：阻值配置为R＝ωL-R₀，式中ω为电机转子电角速度，L为电机相电感，R₀为电机定子绕组的内阻。