CN111755184B - 一种铝壳封装能量电阻器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种铝壳封装能量电阻器，包括通过前支架和后支架固定的电阻单元，电阻单元由散热器铝壳、蛇形电阻带、前后封口铝板、瓷件框、尾部固定瓷件、云母隔片、宽云母片、窄云母片、出线瓷件和高温导线组装构成，蛇形电阻带与高温导线之间使用不锈钢管压线管压接并焊接，实现电气连接。本发明采用蛇形电阻带，通过瓷件框和尾部固定瓷件固定，灌封于散热器铝壳内，蛇形电阻带可以自动化批量加工，此种类型电阻具有体积小，能量密度大、高防护等级、耐冲击性好、绝缘性能高、安全可靠等优势。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝壳封装能量电阻器，主要用于风力发电的低电压穿越技术中。
背景技术
风力发电是近十年来国际上发展速度最快的可再生能源技术。并网风力发电机与传统的并网发电设备最大的区别在于，其在电网故障期间并不能维持电网的电压和频率，这对电力系统的稳定性非常不利。风电机组与电网解列后会影响整个电网的稳定性，甚至会产生连锁故障，上述情况涉及到风力发电低电压穿越的问题。
当电网发生故障时，风电场需要维持一段时间与电网连接而不解列，甚至要求风电场在这一过程中能够提供无功以支持电网电压的恢复即低电压穿越。风电制造商采用得较多的方法，其在发电机转子侧装有crowbar电路，为转子侧电路提供旁路，在检测到电网系统故障出现电压跌落时，闭锁双馈感应发电机励磁变流器，同时投入转子回路的旁路(释能电阻)保护装置,达到限制通过励磁变流器的电流和转子绕组过电压的作用，以此来维持发电机不脱网运行(此时双馈感应发电机按感应电动机方式运行)。
电网的保护动作时间特性决定了在电网上的电压跌落时间一般＜3S左右，有的甚至是几百毫秒，这就决定了电阻的特性，在短时间能吸收比较大的能量,目前兆瓦级的单台机组，瞬间需要电阻吸收的能量大于2MJ以上。
现有的电阻主流解决方案是钢片电阻和带式电阻的方案，电阻需要瞬间吸收大能量，所以电阻片的质量要大，通过增加厚度来增加质量，厚度能达到4mm左右,材料厚加工难度大，需要大吨位冲床或者使用激光切割加工，另外电阻片的栅格拐点电流密度大，局部发热，是一个薄弱点。带式的方案，电阻片是用一片片的钢带折弯压筋焊接而成，加工繁琐，焊接点多，效率低下，由于瞬间大电流冲击的应用，钢带的结构强度又较低，这导致带与带的距离需要比较大，导致整体的产品尺寸大，在尺寸上和成本上都没有优势。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明提出一种铝壳封装能量电阻器，其能瞬间吸收大能量，电阻单元的模块的最小能量能达到2MJ以上,通过组合的方式可以满足不同功率的风电机组，同时绝缘性能好，抗振性能强，安全可靠,低电感，体积小。
为实现上述目的，本发明可通过以下技术方案予以实现:
一种铝壳封装能量电阻器，包括通过前支架和后支架固定的电阻单元，所述电阻单元由散热器铝壳、蛇形电阻带、前后封口铝板、瓷件框、尾部固定瓷件、云母隔片、宽云母片、窄云母片、出线瓷件和高温导线组装构成，所述蛇形电阻带与高温导线之间使用不锈钢管压线管压接并焊接，实现电气连接。
进一步地，所述电阻单元内部电阻为一体折弯的蛇形电阻带，折弯半径＜5.3mm。
进一步地，所述蛇形电阻带的材质为不锈钢或者电热合金。
进一步地，使用所述散热器铝壳封装蛇形电阻带，内部通过振动填充50～100目熔融石英砂，垂直振动填实，振动频率6Hz,振幅3mm。
进一步地，所述散热器铝壳材质为6063铝合金。
进一步地，所述蛇形电阻带在散热器铝壳内通过瓷件框和尾部固定瓷件固定和限位。
进一步地，所述瓷件框和尾部固定瓷件材质为堇青石和硅线石，粉末干压工艺制造。
进一步地，所述粉末干压工艺制造具体包括以下步骤：
1)取堇青石15％～30％,硅线石70％～85％的质量配方，用水球磨机球28小时后使原料颗粒3～6微米，然后加有机硅树脂粘合剂搅拌，喷雾造粒；
2)用干压设备在钢模里压制，压强比为1t/cm2；
3)经过400℃烘烤24小时，排出有机硅树脂粘合剂，1400℃烧结36小时得所述瓷件框或尾部固定瓷件。
进一步地，所述散热器铝壳端面用KD441硅橡胶密封，并使用所述前后封口铝板密封。
进一步地，所述电阻单元模块化组装。
进一步地，所述电阻器一端装有PT100、温控开关、屏蔽端子和端子台。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明的蛇形电阻带一体折弯，折弯半径＜5.3mm,比现有的折弯半径小很多，蛇形电阻带间距小，功率密度大，一体折弯电流均匀，热量分布均匀；
2.本发明的蛇形电阻带设计瓷件框和尾部固定瓷件来固定和限位蛇形电阻带，减轻瞬间几千安培大电流冲击的电磁力对蛇形电阻带力的作用，保证产品的可靠性；
3.本发明的蛇形电阻带封装在铝壳内部，内部填充50～100目熔融石英砂，填充瞬间可以吸收30％左右的能量，加上蛇形电阻带的高密度，产品的尺寸上有较大优势；
4.本发明电阻单元模块化设计，组合更简单；
5.本发明的蛇形电阻带自动化折弯，生产效率高；
6.本发明的铝壳封装工艺，电阻体防护等级高达IP54以上，抗振动性能强，满足频率5～1750Hz,加速度1.1g,X、Y、Z三轴各20小时，更适应风力发电塔筒或者机舱内的应用。
附图说明
图1为风力发电变流器的拓扑图
图2为本发明提供的一种铝壳封装能量电阻器的整体结构视图；
图3为本发明提供的一种铝壳封装能量电阻器的电阻单元结构爆炸视图；
图4为本发明中蛇形电阻带结构示意图；
图5为本发明中瓷件框结构示意图；
图6为本发明中尾部固定框结构示意图。
图中：
1电阻单元；2前支架；3后支架；4端子台；5PT100；
6温控开关；7屏蔽端子；8前后封口铝板；9瓷件框；10出线瓷件；
11高温导线；12蛇形电阻带；13云母隔板；14尾部固定瓷件；15窄云母片；16散热器铝壳；
17宽云母片。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
图1为风力发电变流器的拓扑图，左侧为风机侧，右侧为电网侧，风电机组主流机型单机2MW以上。当电网电压跌落时，风机为了保持不脱网，所以瞬间会产生巨大的能量需要通过CHOPPER电阻器B和CROWBAR电阻器A吸收。CHOPPER电阻器B和CROWBAR电阻器A都是低电压穿越电阻器，一种能量电阻。通过本发明提出的一种铝壳封装能量电阻器，其使用散热器铝壳制作电阻单元，模块化设计，模块化性能好；蛇形电阻带一体化折弯，没有焊接点，没有搭接点，电密均匀，电阻带发热均匀，电阻的功率密度大；蛇形电阻带使用瓷件框和尾部固定瓷件，完全把蛇形电阻带固定住，电阻带抗电流冲击性能强，不会因为电磁力作用吸合。散热器铝壳内部填充石英砂，增加了产品的热容，能量密度增加。散热器铝壳两端用硅橡胶密封，在用前后封口铝板密封，提高产品防护等级，抗振动性能。
实施例
如图1所示，为本发明提供的一种铝壳封装能量电阻器的整体结构视图，图2所示，为本发明提供的一种铝壳封装能量电阻器的电阻单元结构爆炸视图。本发明的铝壳封装能量电阻器由模块化组合地电阻单元1，通过前支架2和后支架3固定，并在一端安装温控开关6、PT100 5、屏蔽端子7和端子台4组合成成品电阻器。电阻单元1外部是散热器铝壳16(其材质为6063铝合金)，散热器铝壳16内填充有宽云母片17和窄云母片15，散热器铝壳16内部有蛇形电阻带12(图4所示)通过瓷件框9(图5所示)和尾部固定瓷件14(图6所示),固定在铝壳内部，蛇形电阻带12带间放置有云母隔片13。蛇形电阻带12与与高温导线11之间使用不锈钢管压线管压接并焊接，实现电气连接。压接压线管的高温导线11出线侧套有出线瓷件10，散热器铝壳16前后使用前后封口铝板8密封。蛇形电阻带的材质可以为不锈钢或者电热合金，本实施例中使用不锈钢。本实施例中，瓷件框9和尾部固定瓷件14材质为堇青石和硅线石，粉末干压工艺制造。其中，粉末干压工艺制造具体包括以下步骤：
1)取堇青石15％～30％,硅线石70％～85％的质量配方，用水球磨机球28小时后使原料颗粒3～6微米，然后加有机硅树脂粘合剂搅拌，喷雾造粒；
2)用干压设备在钢模里压制，压强比为1t/cm2；
3)经过400℃烘烤24小时，排出有机硅树脂粘合剂，1400℃烧结36小时得瓷件框9或尾部固定瓷件14。
本实施例中，如图4所示，蛇形电阻带12为一体折弯的蛇形电阻带，折弯半径为5.2mm,厚度1.5mm。如图5所示，为了更好的固定电阻带，保证电阻带不受电磁力的作用吸合，瓷件框9为格栅设计，间距设计小，功率密度高。如图6所示，本实施例中，尾部固定框14固定在蛇形电阻带12尾部，能使蛇形电阻带12顺利的固定在散热器铝壳16内部，做支撑和绝缘固定的作用。
上述一种铝壳封装能量电阻器的制备方法具体步骤为：首先散热器铝壳16内部填衬好窄云母片15和宽云母片17，尾部用KD441硅橡胶密封，用前后封口铝板8先把尾部封上做下一步的准备。然后用定制自动折弯机制作蛇形电阻带12，蛇形电阻带12焊接上压接压线管的高温导线11，把瓷件框9套入蛇形电阻带12，尾部用尾部固定瓷件14固定，在蛇形电阻带12的间隔中塞入云母隔片13，然后将蛇形电阻带12整体水平推入散热器铝壳16里。把散热器铝壳16立起来，放上振动台，向内部填充50～100目熔融石英砂，填充的同时振动，垂直振动填实，振动频率6Hz,振幅3mm。填充完毕取下散热器铝壳16，用含有树脂的石英沙封口，进烘箱160℃烘烤3小时。烘烤万在沙面上点上KD441硅橡胶，固化以后用前后封口铝板8封口。这样就生产出来电阻单元。再送到装配线上，安装前支架2、后支架3、温控开关6、PT1005、屏蔽端子7和端子台4。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种铝壳封装能量电阻器，其特征在于，包括通过前支架（2）和后支架（3）固定的电阻单元（1），所述电阻单元（1）由散热器铝壳（16）、蛇形电阻带（12）、前后封口铝板（8）、瓷件框（9）、尾部固定瓷件（14）、云母隔片（13）、宽云母片（17）、窄云母片（15）、出线瓷件（10）和高温导线（11）组装构成，所述蛇形电阻带（12）与高温导线（11）之间使用不锈钢管压线管压接并焊接，实现电气连接；
所述电阻单元（1）内部电阻为一体折弯的蛇形电阻带（12），折弯半径＜5.3mm；
使用所述散热器铝壳（16）封装蛇形电阻带（12），内部通过振动填充50～100目熔融石英砂，垂直振动填实，振动频率6Hz,振幅3mm；
所述蛇形电阻带（12）在散热器铝壳内通过瓷件框（9）和尾部固定瓷件（14）固定和限位；
所述瓷件框（9）套入蛇形电阻带（12），散热器铝壳（16）尾部用尾部固定瓷件（14）固定，在蛇形电阻带（12）的间隔中塞入云母隔片（13）。
2.如权利要求1所述的铝壳封装能量电阻器,其特征在于，所述蛇形电阻带（12）的材质为不锈钢或者电热合金。
3.如权利要求1所述的一种铝壳封装能量电阻器,其特征在于，所述散热器铝壳（16）材质为6063铝合金。
4.如权利要求1所述的一种铝壳封装能量电阻器,其特征在于，所述瓷件框（9）和尾部固定瓷件（14）材质为堇青石和硅线石，由粉末干压工艺制造。
5.根据权利要求4所述的一种铝壳封装能量电阻器,其特征在于，所述粉末干压工艺制造具体包括以下步骤：
1)取堇青石15%～30%,硅线石70%～85%的质量配方，用水球磨机球28小时后使原料颗粒3～6微米，然后加有机硅树脂粘合剂搅拌，喷雾造粒；
2）用干压设备在钢模里压制，压强比为1t/cm2；
3）经过400℃烘烤24小时，排出有机硅树脂粘合剂，1400℃烧结36小时得所述瓷件框（9）或尾部固定瓷件（14）。
6.如权利要求5所述的一种铝壳封装能量电阻器,其特征在于，所述散热器铝壳（16）端面用KD441硅橡胶密封，并使用所述前后封口铝板（8）密封。
7.如权利要求1所述的一种铝壳封装能量电阻器,其特征在于，所述电阻单元（1）模块化组装。
8.如权利要求1所述的一种铝壳封装能量电阻器,其特征在于，所述电阻器一端装有PT100(5)、温控开关（6）、屏蔽端子（7）和端子台（4）。
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