CN109671545A - 一种相变式制动电阻器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种相变式制动电阻器，主要包括外壳、进线接线柱、出线接线柱、电阻、水管、进水口、左侧挡板一、左侧挡板二、出水口、右侧挡板一、右侧挡板二、泡沫金属相变材料等几个部件，电阻与水管之间填充泡沫金属相变材料；本发明工作时，只需通入少量的冷却水即可实现对电气设备周期性发热工况的冷却。本发明与现有的制动电阻相比，体积小、结构布置灵活、安全可靠、节约能源、维修性高、优化结构设置、造价低廉提高系统可靠性及效率。

Description

一种相变式制动电阻器

技术领域

本发明属于电气设备领域，涉及一种相变式制动电阻器，特别适于电力系统、电力推进装置或其他周期性损耗场合。

背景技术

目前很多的电力系统、电机推进装置或其他周期性损耗场合都需要使用制动电阻器。

传统的制动电阻器具有体积大、水流量大、冷却效率低、可靠性低等缺点。由于制动电阻器为带电设备，需要处理绝缘问题，某些制动电阻器需要使用去离子水进行冷却，设备复杂，安全性差。

绝缘处理的好的制动电阻冷却效率差，需要通入大量的冷却水，而电气设备是周期性发热，多数时间是不工作的，却需要一直通入冷却水，造成资源浪费，效率降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种相变式制动电阻器，以提高制动电阻的散热效率，减小制动电阻的体积，提高制动电阻的可靠性和安全性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种相变式制动电阻器，包括外壳以及设于外壳内的电阻和水管；所述外壳的顶部左右侧分别设置有用于连接电气设备输出端进线接线柱和出线接线柱，外壳的底部左右侧分别设置有用于连接外部冷却水管的进水口和出水口；所述的电阻有多支且上下并排且并联，每支电阻均由电阻丝和电阻外壳组成，电阻丝与电阻外壳之间填充绝缘材料，确保每支电阻的绝缘性能，外壳内设有位于电阻左侧的左侧挡板一和左侧挡板二，所述的电阻外壳左端与左侧挡板二连接，确保制动电阻的密封性能，所有电阻的进线端子汇聚于左侧挡板一和左侧挡板二之间，再与进线接线柱连接，通过进线接线柱与外部相连，外壳内设有位于电阻右侧的右侧挡板一和右侧挡板二，所述的电阻外壳右端与右侧挡板二连接，确保制动电阻的密封性能，所有电阻的出线端子汇聚于右侧挡板一和右侧挡板二之间，再与出线接线柱连接，通过出线接线柱与外部相连，所述的水管有多根且上下并排，水管的两端分别与左侧挡板一和右侧挡板一焊接，所述的电阻与水管之间填充泡沫金属相变材料。

所述的一种相变式制动电阻器，其水管通过胀管工艺与泡沫金属相变材料胀接在一起，使泡沫金属与水管外壁及电阻充分接触，电阻工作时产生的热量可通过泡沫金属快速传导到相变材料中。

所述的一种相变式制动电阻器，其泡沫金属采用泡沫铜，相变材料采用二十四烷。

所述的一种相变式制动电阻器，其电阻与水管交错排列。

所述的一种相变式制动电阻器，其电阻与水管均排列成矩阵，每根水管四周均匀分布有八根电阻。

本发明产生的有益效果是：本发明利用相变材料由固相变为液相时吸热的特性对周期性热源进行冷却，相变材料与泡沫金属融合，增强导热速度，提高冷却效率；电气设备发热时，相变材料融化吸收热量，制动电阻温度不会继续升高。在电气设备整个工作周期，持续通入少量的冷却水，电气设备发热和不发热的时间内，冷却水都进行冷却；电气设备不发热的时间段内，相变材料的热量传递给冷却水，相变材料由液相变为固相，电气设备下一个工作周期，重复上述过程。

总之，本发明电阻器具有较高的冷却效率，并通过结构确保制动电阻良好的绝缘性能，只需要较少的冷却水即能满足周期性散热的要求，与传统的制动电阻相比，本发明显优化了制动电阻结构设计，提高了制动电阻的可靠性和维修性，具备更好的适应性，降低了制动电阻的生产制造成本，具有重要的经济效益和社会效益。

附图说明

图1和图2是本发明的剖视图：其中图1是图2中B-B方向的剖面，图2 是图1中A-A方向的剖面；

图3是本发明电气设备工作特性曲线。

各附图标记为：1—外壳，2—进线接线柱，3—出线接线柱，4—电阻，5—水管，6—进水口，7—左侧挡板一，8—左侧挡板二，9—出水口，10—右侧挡板一，11—右侧挡板二，12—泡沫金属相变材料。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图1、图2所示，本发明公开了一种相变式制动电阻器，是电力设备中的重要功能部件之一，能适应电气设备周期性发热的工况，主要包括外壳1、进线接线柱2、出线接线柱3、电阻4、水管5、进水口6、左侧挡板一7、左侧挡板二8、出水口9、右侧挡板一10、右侧挡板二11、泡沫金属相变材料12等几个部件。

外壳1的顶部左右侧分别设置用于连接电气设备输出端进线接线柱2和出线接线柱3，外壳1的底部左右侧分别设置用于连接外部冷却水管的进水口6和出水口9。

所述的电阻4有多支且上下并排，并联设置，每支电阻4均由电阻丝和电阻外壳组成，电阻丝与电阻外壳之间填充绝缘材料，确保每支电阻4的绝缘性能，外壳1内设有位于电阻4左侧的左侧挡板一7和左侧挡板二8，以及位于电阻4右侧的右侧挡板一10和右侧挡板二11，所述的电阻外壳与左侧挡板二8和右侧挡板二11焊接，确保制动电阻的密封性能，所有电阻4的进线端子汇聚于左侧挡板一7和左侧挡板二8之间，再与进线接线柱2连接，通过进线接线柱2与外部相连，所有电阻4的出线端子汇聚于右侧挡板一10和右侧挡板二11之间，再与出线接线柱3连接，通过出线接线柱3与外部相连，所述的水管5有多根且上下并排，水管5的两端分别与左侧挡板一7和右侧挡板一10焊接，冷却水从进水口6进入外壳1与左侧挡板一7之间的腔体，再从左侧进入每条水管5，再从右侧流出，汇聚于右侧挡板一10与外壳1的腔体，最后从外壳1右侧底部的出水口9流出，所述的电阻4与水管5之间填充泡沫金属相变材料12，水管5通过胀管工艺挤压泡沫金属材料，使泡沫金属与水管5外壁及电阻4充分接触，电阻4工作时产生的热量可通过泡沫金属快速传导到相变材料中。

本发明电气设备周期性工作如图3所示。电气设备仅在t1时间段内产生热量，热量由电阻外壁传递到泡沫金属相变材料中，引起相变材料状态变化，由固相变为液相，吸收大量的热量，且温度不上升；t1+t2时间段内一直通入冷却水，t2时间结束后，相变材料重新由液体变为固态。下一个周期重新上述过程。

本发明的管道通过胀管工艺与泡沫铜相变材料胀接在一起，减少接触热阻，实现良好的导热。

下面以阻值1.4Ω制动电阻为例说明相变式制动电阻的实施方案，每个工作周期为60s，每个周期工作5s，工作时发热功率为20kW，一个周期内发热量为100kJ。工作时电压167V，电流120A，选用9根电阻为12.6Ω的电阻并联，冷却水管与电阻按图2所示交错排布。

泡沫金属采用泡沫铜，相变材料采用二十四烷，熔点51.5℃，密度0.78kg/L，熔化潜热253kJ/kg，制动电阻外形尺寸180mm×180mm×250mm，可容纳约1.5kg二十四烷，相变材料完全熔化可吸收热量达到约350kJ，大于一个周期内的发热量100kJ，具有足够的安全裕量。

冷却水流量5L/min，60s内流过的冷却水量为5L，冷却水温升为5K。

本发明优化了制动电阻的结构设计，提高了制动电阻冷却效率，缩小制动电阻的空间，优化了结构布局，而且提高了制动电阻的可靠性，进而提高了电力设备的可靠性和安全性，具备更好的适应性，降低了制动电阻的制造成本，具有重要的经济效益和社会效益。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种相变式制动电阻器，其特征在于：包括外壳（1）以及设于外壳（1）内的电阻（4）和水管（5）；

所述外壳（1）的顶部分别设置有进线接线柱（2）和出线接线柱（3），外壳（1）的底部分别设置有进水口（6）和出水口（9）；

所述的电阻（4）有多支且上下并排，每支电阻（4）均由电阻丝和电阻外壳组成，电阻丝与电阻外壳之间填充绝缘材料，外壳（1）内设有位于电阻（4）左侧的左侧挡板一（7）和左侧挡板二（8），所述的电阻外壳左端与左侧挡板二（8）连接，所有电阻（4）的进线端子汇聚于左侧挡板一（7）和左侧挡板二（8）之间，再与进线接线柱（2）连接，外壳（1）内设有位于电阻（4）右侧的右侧挡板一（10）和右侧挡板二（11），所述的电阻外壳右端与右侧挡板二（11）连接，所有电阻（4）的出线端子汇聚于右侧挡板一（10）和右侧挡板二（11）之间，再与出线接线柱（3）连接，所述的水管（5）有多根且上下并排，水管（5）的两端分别与左侧挡板一（7）和右侧挡板一（10）连接，所述的电阻（4）与水管（5）之间填充泡沫金属相变材料（12）。

2.根据权利要求1所述的一种相变式制动电阻器，其特征在于，所述的电阻（4）与水管（5）交错排列。

3.根据权利要求2所述的一种相变式制动电阻器，其特征在于，所述的电阻（4）与水管（5）均排列成矩阵，每根水管（5）四周均匀分布有八根电阻（4）。

4.根据权利要求1所述的一种相变式制动电阻器，其特征在于，所述的水管（5）通过胀管工艺与泡沫金属相变材料（12）胀接在一起。

5.根据权利要求4所述的一种相变式制动电阻器，其特征在于，所述的泡沫金属采用泡沫铜，相变材料采用二十四烷。