RU2602837C1 - Ballast device (versions) - Google Patents
Ballast device (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2602837C1 RU2602837C1 RU2015153515/07A RU2015153515A RU2602837C1 RU 2602837 C1 RU2602837 C1 RU 2602837C1 RU 2015153515/07 A RU2015153515/07 A RU 2015153515/07A RU 2015153515 A RU2015153515 A RU 2015153515A RU 2602837 C1 RU2602837 C1 RU 2602837C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- load resistors
- plates
- load
- eyes
- resistive elements
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01C—RESISTORS
- H01C3/00—Non-adjustable metal resistors made of wire or ribbon, e.g. coiled, woven or formed as grids
- H01C3/10—Non-adjustable metal resistors made of wire or ribbon, e.g. coiled, woven or formed as grids the resistive element having zig-zag or sinusoidal configuration
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L7/00—Electrodynamic brake systems for vehicles in general
Abstract
Description
Группа изобретений относится к области конструирования нагрузочных резисторов и систем, их объединяющих, для использования в силовых цепях энергоустановок. Широкое применение нагрузочные резисторы получили в качестве балластных устройств при электрическом торможении подвижного состава электрофицированных железных дорог. В автономных энергоустановках электрическая мощность обычно равна или несколько превышает суммарную мощность потребителей. Во многих типах автономных энергоустановок (солнечные батареи, установки на термодинамических циклах Брайтона, Стерлинга с нагревателем - ядерным реактором, термоэмиссионные ядерные установки и прочее) изменение мощности происходит с большой постоянной времени, значительно превышающей длительность процессов электрической коммутации потребителей. В таких установках необходимо иметь системы нагрузочных резисторов, заменяющих собой отключаемые потребители и поглощающих избыточную электрическую мощность. В аварийных случаях, например, для предотвращения теплового разрушения ядерного реактора, должна быть предусмотрена утилизация всей электрической мощности автономной энергоустановки на длительный период времени.The group of inventions relates to the field of design of load resistors and systems combining them for use in power circuits of power plants. The load resistors are widely used as ballast devices for electric braking of rolling stock of electrified railways. In autonomous power plants, electrical power is usually equal to or slightly higher than the total power of consumers. In many types of autonomous power plants (solar panels, installations on the thermodynamic cycles of Brighton, Sterling with a heater - a nuclear reactor, thermionic nuclear installations, etc.), the power changes with a large time constant, significantly exceeding the duration of the electrical switching of consumers. In such installations, it is necessary to have a system of load resistors that replace disconnected consumers and absorb excess electrical power. In emergency cases, for example, to prevent thermal destruction of a nuclear reactor, the utilization of all the electric power of an autonomous power plant for a long period of time should be provided.
Известны нагрузочные резисторы из литого чугуна в форме «змейки» с проушинами для крепления на изолированных шпильках и монтажа электрической схемы [А.И. Смирнов, А.Н. Стукалкин. Сопротивления в электрических цепях электровозов. М.: Транспорт, 1965, с. 7-10, рис. 1, 2, 3, с. 30-31, рис. 22, 23]. Из-за тяжеловесности, громоздкости и хрупкости элементов они были вытеснены ленточными резисторами из нихрома и фехраля. Лента применялась в виде «гармошки» [авторское свидетельство SU 519770, МПК H01C 3/10, Н01С 1/08, B60L 7/02, опубл. 30.06.1976] или в виде спирали «на ребро» [авторское свидетельство SU 1647665, МПК Н01С 3/00, опубл. 07.05.1991] и размещалась на изоляторах, установленных в крепежной раме. Эти технические решения при усложнении исполнения обладали значительной суммарной массой и объемом, а у спиралей дополнительно появляется заметная индуктивность.Known load resistors made of cast iron in the form of a "snake" with eyes for mounting on insulated studs and mounting an electrical circuit [A.I. Smirnov, A.N. Stukalkin. Resistance in electric circuits of electric locomotives. M .: Transport, 1965, p. 7-10, fig. 1, 2, 3, p. 30-31, fig. 22, 23]. Due to the heaviness, bulkiness and fragility of the elements, they were replaced by tape resistors from nichrome and fechral. The tape was used in the form of an “accordion” [copyright certificate SU 519770, IPC
Известно техническое решение [патент РФ №2195034, МПК Н01С 3/00, B60L 7/00, опубл. 20.12.2002], в котором в качестве нагрузочных резисторов применены трубчатые электронагреватели (ТЭНы). Устройство скомпоновано в виде модулей нагрузочных резисторов, содержащих кроме ТЭНов крепежные блоки, теплоотводящие радиаторы, собранные из теплорассеивающих панелей с фигурным профилем в поперечном сечении, установочные изоляторы. Тепло, образуемое в токопроводящих элементах ТЭНов, последовательно проходит через изолирующую массу внутри ТЭНа, далее через металлическую стенку оболочки ТЭНа, через термосопротивление контактного перехода к материалу теплоотводящего радиатора, далее по материалу теплорассеивающих панелей до их внешних поверхностей, с которых снимается набегающим потоком воздуха. При этом разность температур по отношению к окружающей среде последовательно от названных элементов уменьшается, что значительно снижает эффективность теплосброса на последнем элементе.A technical solution is known [RF patent No. 2195034, IPC
Известно устройство - мощная импульсная линейная эквивалентная нагрузка [CN 101944414 А, опубл. 12.01.2001, МПК Н01С 3/10]. Оно выбранно в качестве прототипа предлагаемой группы изобретений. Устройство содержит резистор, патрубки на его концах, изолирующую крепежную раму. Резистор имеет зигзагообразную форму и размещается внутри изолирующей рамы с набором дистанционирующих изоляторов на прямых участках. Концы резистора подсоединены к патрубкам, которые выступают за габариты изолирующей рамы для подключения к электрической сети энергоустановки. Образуется узкая, линейная конструкция на базе рамы. Это устройство не отвечает требованиям по эффективности и надежности работы. Сброс выделяющегося на резисторе тепла происходит с его поверхности, а доля его излучающей во вне поверхности мала по сравнению с занимаемой боковой площадью изолирующей рамы. При нарушении целостности зигзагообразной трубки резистор выходит из строя, так же как и все устройство.A device is known - a powerful impulse linear equivalent load [CN 101944414 A, publ. January 12, 2001, IPC Н01С 3/10]. It is selected as a prototype of the proposed group of inventions. The device contains a resistor, nozzles at its ends, an insulating mounting frame. The resistor has a zigzag shape and is placed inside an insulating frame with a set of spacer insulators in straight sections. The ends of the resistor are connected to the pipes, which protrude beyond the dimensions of the insulating frame for connection to the electrical network of the power plant. A narrow, linear structure based on the frame is formed. This device does not meet the requirements for efficiency and reliability. The heat released on the resistor is discharged from its surface, and the proportion of its radiating in the outside of the surface is small compared to the occupied side area of the insulating frame. If the integrity of the zigzag tube is violated, the resistor fails, as does the entire device.
Единым техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявленной группы изобретений, является значительное увеличение эффективности энергосброса и надежности функционирования балластного устройства при одновременном уменьшении занимаемых удельных площадей, объемов и массы.A single technical result achieved in the implementation of the claimed group of inventions is a significant increase in the efficiency of energy saving and the reliability of the functioning of the ballast device while reducing the occupied specific areas, volumes and masses.
Указанный технический результат по первому варианту балластного устройства достигается следующим образом. Оно содержит нагрузочные резисторы, изоляторы, крепежную раму, выводные шины. При этом нагрузочные резисторы образованы дистанционно друг от друга послойно расположенными токопроводящими пластинами, каждая пластина имеет вырезы с образованием зигзагообразной ленты с параллельными продольными, поворотными и концевыми участками. Пластины в поперечном направлении сдвинуты относительно друг друга так, чтобы выполнялось соотношение:The specified technical result according to the first embodiment of the ballast device is achieved as follows. It contains load resistors, insulators, a mounting frame, output busbars. In this case, the load resistors are formed remotely from each other by layer-wise arranged conductive plates, each plate has cutouts with the formation of a zigzag ribbon with parallel longitudinal, rotary and end sections. The plates in the transverse direction are shifted relative to each other so that the ratio:
где n - количество пластин в нагрузочном резисторе,where n is the number of plates in the load resistor,
i - порядковый номер пластины в нагрузочном резисторе,i is the serial number of the plate in the load resistor,
а - ширина параллельного продольного участка ленты в пластинах,a is the width of the parallel longitudinal section of the tape in the plates,
b - ширина зазора между параллельными продольными участками ленты в пластинах,b is the width of the gap between the parallel longitudinal sections of the tape in the plates,
ci - ширина зазора между проекциями параллельных продольных участков лент i-той пластины и (i+1)-вой пластины нагрузочного резистора на плоскость, параллельную плоскостям пластин нагрузочных резисторов в балластном устройстве.c i is the width of the gap between the projections of the parallel longitudinal sections of the ribbons of the i-th plate and the (i + 1) -th plate of the load resistor onto a plane parallel to the planes of the plates of the load resistors in the ballast device.
При этом с внешней стороны крайних параллельных продольных участков ленты каждой пластины расположены проушины подвода и отвода электротока, а концевые и поворотные участки лент пластин нагрузочного резистора размещены в краевых изоляторах; нагрузочные резисторы объединены в группы соединением изоляторов с образованием не менее двух несущих ферм. Фермы групп нагрузочных резисторов установлены на крепежной раме, по которой проложены коммутационные шины.Moreover, on the outer side of the extreme parallel longitudinal sections of the tape of each plate, there are eyes for supplying and removing electric current, and the end and rotary sections of the tape of the plates of the load resistor are located in the edge insulators; load resistors are combined into groups by connecting insulators with the formation of at least two supporting trusses. The trusses of the load resistor groups are mounted on a mounting frame along which the busbars are laid.
Сконструированное таким образом устройство позволяет совместить в одном элементе - нагрузочном резисторе - шесть функций:A device constructed in this way allows you to combine six functions in one element - a load resistor:
1) функция выделения энергии в виде тепла при прохождении электрического тока;1) the function of energy release in the form of heat during the passage of electric current;
2) функция теплосброса путем конвективного теплообмена и излучения;2) the function of heat loss by convective heat transfer and radiation;
3) функция несущего элемента, поскольку пластины и краевые изоляторы образуют пространственно-объемную конструкцию;3) the function of the supporting element, since the plates and edge insulators form a spatial-three-dimensional structure;
4) функция уменьшения массы, поскольку проушины подвода и отвода электротока не требуют соединительных шин, а накладываются друг на друга у соседних нагрузочных резисторов;4) the function of mass reduction, since the eyes of the supply and removal of electric current do not require connecting buses, but are superimposed on each other at adjacent load resistors;
5) функция повышения надежности - при совмещении функций 1, 2, 3, 4 значительно повышается надежность функционирования в условиях внешних механических воздействий для заявленного балластного устройства;5) the function of increasing reliability - when combining the
6) функция повышения эффективности:6) function of increasing efficiency:
- приближением теплосбрасывающей суммарной боковой поверхности всех продольных участков пластин нагрузочного резистора к равенству с занимаемой общей геометрической боковой поверхностью зоны продольных участков нагрузочного резистора (а при ci=0, как видно на фиг. 1, площади этих поверхностей равны друг другу),- approximation of the heat-saving total lateral surface of all longitudinal sections of the plates of the load resistor to equality with the occupied common geometric side surface of the zone of the longitudinal sections of the load resistor (and with c i = 0, as can be seen in Fig. 1, the areas of these surfaces are equal to each other),
- образованием наиболее эффективного поверхностного теплосброса с обеих сторон для всех пластин,- the formation of the most effective surface heat loss on both sides for all plates,
- образованием зазоров для конвективного теплосброса и излучения (без затенения друг друга, так как максимум излучения лежит по направлению вертикали от излучающей поверхности, а угловое распределение соответствует косинусоиде),- the formation of gaps for convective heat dissipation and radiation (without shading each other, since the maximum radiation lies in the vertical direction from the radiating surface, and the angular distribution corresponds to a cosine wave),
- отсутствием посредников в передаче тепла - пластины греются электротоком и сами сбрасывают тепло со своей поверхности.- the absence of intermediaries in heat transfer - the plates are heated by electric current and themselves release heat from their surface.
Нагрузочные резисторы объединяются в группы соединением краевых изоляторов в фермы, которые устанавливают на крепежной раме, по которой прокладываются коммутационные шины к свободным внешним проушинам крайних пластин. Электрическое соединение проушин резистивных элементов нагрузочных резисторов производится в соответствии с задаваемой электрической схемой соединений балластного устройства.Load resistors are combined into groups by connecting edge insulators to trusses, which are installed on a mounting frame, along which patch buses are laid to the free external eyes of the end plates. The electrical connection of the eyes of the resistive elements of the load resistors is made in accordance with a given electrical circuit of the connections of the ballast device.
Проведенное обсуждение отличительных особенностей предлагаемого технического решения по первому варианту показывает достижение заявленного технического результата - повышение эффективности энергосброса и надежности функционирования балластного устройства при одновременном уменьшении занимаемых удельных площадей, объемов и массы.A discussion of the distinctive features of the proposed technical solution according to the first embodiment shows the achievement of the claimed technical result - increasing the efficiency of energy saving and the reliability of the functioning of the ballast device while reducing the occupied specific areas, volumes and masses.
Дополнительно устройство может иметь следующие конструктивные решения, позволяющие повысить эффективность энергосброса и надежность его функционирования.Additionally, the device may have the following structural solutions that can improve the efficiency of energy saving and the reliability of its operation.
Все проушины отвода электротока пластин одного нагрузочного резистора могут быть соединены со всеми проушинами подвода электротока пластин соседнего нагрузочного резистора с образованием последовательно-параллельного электрического соединения, когда перегорание ленты в одной пластине не приводит к выходу из строя нагрузочного резистора и в целом всего устройства (при n=2 происходит дублирование элементов, при n=3 - троирование), что резко и значительно повышает надежность функционирования.All the eyes of the outlet of the electric current of the plates of one load resistor can be connected to all the eyes of the supply of the electric current of the plates of the neighboring load resistor with the formation of a series-parallel electrical connection, when the burnout of the tape in one plate does not lead to failure of the load resistor and the whole device (with n = 2 there is a duplication of elements, with n = 3 - triplication), which dramatically and significantly increases the reliability of operation.
Каждая пластина в поперечном сечении нагрузочного резистора расположена со сдвигом в одну сторону на половину своей толщины от ее положения, соответствующего продольной осевой симметрии 2-го порядка, с образованием при этом двух различающихся положений нагрузочного резистора «аверс» и «реверс», с возможностью бездеформационного соединения проушин при объединении нагрузочных резисторов друг с другом в группы с чередованием их положения «аверс» и «реверс». Продольная осевая симметрия 2-го порядка предполагает, что при повороте вокруг продольной оси на 180° поперечное сечение нагрузочного резистора совмещается само с собой (БСЭ, т. 23, с. 396). Однако при сдвиге пластин в одну сторону на половину своей толщины от симметричного расположения у нагрузочных резисторов появляется два разных положения; сдвиг вверх - положение «аверс», после поворота на 180° сдвиг вниз - положение «реверс». При объединении нагрузочных резисторов в группы проушины соседних резисторов без деформаций соприкасаются друг с другом при условии, что нагрузочные резисторы объединяют в группы с чередованием их отличия: положение «аверс» и положение «реверс». Для пластин из жестких хромистых сплавов или из углерод-углеродных композиционных материалов данное отличие устраняет необходимость деформации проушин при сборке или устраняет существование упругих напряжений при последующем использовании, что повышает надежность устройства в целом.Each plate in the cross section of the load resistor is located with a shift in one direction half its thickness from its position corresponding to longitudinal axial symmetry of the second order, with the formation of two different positions of the load resistor "obverse" and "reverse", with the possibility of deformation connection of the eyes when combining the load resistors with each other in groups with alternating their positions "obverse" and "reverse". The second-order longitudinal axial symmetry suggests that when rotating around the longitudinal axis by 180 °, the cross section of the load resistor coincides with itself (TSB, t. 23, p. 396). However, when the plates are shifted in one direction by half their thickness from the symmetrical arrangement, the load resistors have two different positions; shift up - the "obverse" position, after turning 180 ° shift down - the "reverse" position. When combining load resistors into groups, the eyes of adjacent resistors without deformations touch each other, provided that the load resistors are combined into groups with alternating differences: the obverse position and the reverse position. For plates made of hard chromium alloys or carbon-carbon composite materials, this difference eliminates the need for eye deformation during assembly or eliminates the existence of elastic stresses during subsequent use, which increases the reliability of the device as a whole.
Сечение ленты на поворотном участке превышает в два и более раз сечение ленты на параллельном продольном участке. При этом тепловыделение в материале пластин соответственно уменьшается в два и более раз, что благоприятно влияет на размещение этих участков в краевых изоляторах при более низкой температуре, нежели у параллельных продольных участков, что также повышает надежность устройства в целом.The cross-section of the tape in the rotary section exceeds two or more times the cross-section of the tape in the parallel longitudinal section. In this case, the heat release in the material of the plates is accordingly reduced by two or more times, which favorably affects the placement of these sections in edge insulators at a lower temperature than parallel parallel sections, which also increases the reliability of the device as a whole.
С обеих сторон крепежной рамы присоединены поперечно направленные к общей приведенной плоскости рамы и нагрузочных резисторов тепловые экраны, к внешним краям которых прикреплены электропроводящие сетки, которые снабжены шиной для электрического соединения с корпусом энергоустановки. Тепловые экраны перехватывают доли излучения с плоской поверхности пластин, идущие под большими углами от вертикали, но которые при этом могли бы попадать на энергоустановку. Кроме того, экраны несут на себе электропроводящие сетки, имеющие «зануление» с корпусом энергоустановки, чем решается задача электробезопасности при эксплуатации, и также повышается надежность устройства, так как исключается случайное замыкание пластин от внешних проникновений.On both sides of the mounting frame, heat shields are connected transversely directed to the common reduced plane of the frame and load resistors, to the outer edges of which are electrically conductive grids that are equipped with a bus for electrical connection with the power plant housing. Thermal screens intercept radiation fractions from the flat surface of the plates, reaching at large angles from the vertical, but which could then be transferred to the power plant. In addition, the screens carry electrically conductive grids having a “zero” with the power plant enclosure, which solves the problem of electrical safety during operation, and also increases the reliability of the device, since the plates are accidentally shorted from external intrusions.
Предлагаемое устройство может быть снабжено средствами обеспечения принудительной конвекции для интенсификации процессов теплосброса в газовой среде.The proposed device can be equipped with means of providing forced convection to intensify the processes of heat removal in a gas environment.
При применении устройства на космическом аппарате крепежная рама устройства снабжена узлом крепления к космическому аппарату с возможностью расположения общей приведенной плоскости рамы и нагрузочных резисторов в меридиональной плоскости на внешней стороне космического аппарата, так как при двустороннем излучении с обеих сторон пластин данное положение обеспечивает минимальную подсветку энергоустановки и космического аппарата.When using the device on a spacecraft, the mounting frame of the device is equipped with a mounting unit for the spacecraft with the possibility of arranging the common reduced plane of the frame and load resistors in the meridional plane on the outer side of the spacecraft, since this situation ensures minimal illumination of the power plant with double-sided emission from both sides of the plates spacecraft.
Пластины, выполненные из высокотемпературного углерод-углеродного композиционного материала (УУКМ), в вакууме позволяют повысить эффективную температуру излучения до пределов своей допустимой температуростойкости, достигающей 3000°С. Это в свою очередь позволяет резко уменьшить требуемую площадь излучения для балластного устройства, так как по закону Стефана-Больцмана поток излучения с поверхности нагретого тела пропорционален значению температуры в четвертой степени. Применение УУКМ совместно с вышеперечисленными отличительными особенностями позволяет реализовать недостижимые ранее удельные показатели балластного устройства: площади, объемы и массы, приходящиеся на 1 кВт рассеиваемой мощности, особенно при больших мощностях балластного устройства. При этом, соответственно, изоляторы выполняют с применением высокотемпературных электроизоляционных керамических волокон, тепловые экраны - с применением высокотемпературных теплоизоляционных керамических волокон. Тепловые экраны выполняют многослойными.Plates made of a high-temperature carbon-carbon composite material (CCCM) in vacuum can increase the effective radiation temperature to the limits of its allowable temperature resistance, reaching 3000 ° C. This, in turn, makes it possible to sharply reduce the required radiation area for a ballast device, since, according to the Stefan-Boltzmann law, the radiation flux from the surface of a heated body is proportional to the temperature value to the fourth degree. The use of CCCM together with the above distinguishing features allows to realize previously unattainable specific indicators of the ballast device: areas, volumes and masses per 1 kW of power dissipation, especially at high power ballast devices. In this case, respectively, the insulators are performed using high-temperature insulating ceramic fibers, thermal screens - using high-temperature insulating ceramic fibers. Thermal screens perform multi-layer.
Таким образом, совокупность указанных выше отличительных признаков обеспечивает получение заявленного технического результата - значительное увеличение эффективности энергосброса и надежности функционирования балластного устройства при одновременном уменьшении занимаемых удельных площадей, объемов и массы.Thus, the combination of the above distinctive features provides the claimed technical result - a significant increase in the efficiency of energy saving and the reliability of the functioning of the ballast device while reducing the occupied specific areas, volumes and masses.
Заявленный технический результат достигается по второму варианту балластного устройства, содержащего нагрузочные резисторы, изоляторы, крепежную раму, выводные шины, в котором нагрузочные резисторы образованы дистанционно друг от друга послойно расположенными резистивными элементами. Резистивные элементы в поперечном направлении сдвинуты относительно друг друга так, чтобы выполнялось соотношение:The claimed technical result is achieved by the second version of the ballast device containing load resistors, insulators, a mounting frame, output busbars, in which load resistors are formed remotely from each other by layer-by-layer located resistive elements. The resistive elements in the transverse direction are shifted relative to each other so that the ratio:
где n - количество резистивных элементов в нагрузочном резисторе,where n is the number of resistive elements in the load resistor,
i - порядковый номер резистивного элемента в нагрузочном резисторе,i is the serial number of the resistive element in the load resistor,
d - ширина резистивного элемента в нагрузочном резисторе,d is the width of the resistive element in the load resistor,
е - ширина зазора между резистивными элементами одного слояe is the width of the gap between the resistive elements of one layer
соседних нагрузочных резисторов,neighboring load resistors,
На концах резистивных элементов расположены проушины подвода и отвода электротока. Резистивные элементы размещены в краевых изоляторах. Нагрузочные резисторы объединены в группы соединением изоляторов с образованием не менее двух несущих ферм. Фермы групп нагрузочных резисторов установлены на крепежной раме, по которой проложены коммутационные шины. Техническое решение по второму варианту балластного устройства ориентировано на энергоустановки с относительно малыми значениями электрического выходного напряжения, но с большими токами. Поэтому резистивные элементы имеют большое сечение и малую длину. Электрическое соединение проушин резистивных элементов нагрузочных резисторов производится в соответствии с задаваемой электрической схемой соединений балластного устройства.At the ends of the resistive elements are the eyes of the inlet and outlet of the electric current. Resistive elements are placed in edge insulators. Load resistors are combined into groups by connecting insulators with the formation of at least two supporting trusses. The trusses of the load resistor groups are mounted on a mounting frame along which the busbars are laid. The technical solution according to the second version of the ballast device is focused on power plants with relatively low values of the electrical output voltage, but with high currents. Therefore, resistive elements have a large cross section and short length. The electrical connection of the eyes of the resistive elements of the load resistors is made in accordance with a given electrical circuit of the connections of the ballast device.
Дополнительно устройство может иметь следующие конструктивные решения, позволяющие повысить эффективность энергосброса и надежность его функционирования.Additionally, the device may have the following structural solutions that can improve the efficiency of energy saving and the reliability of its operation.
Все проушины отвода электротока резистивных элементов одного нагрузочного резистора могут быть соединены со всеми проушинами подвода электротока резистивных элементов соседнего нагрузочного резистора, с образованием последовательно-параллельного электрического соединения, что приводит при n=2 к дублированию элементов, при n=3 к троированию, с резким повышением надежности функционирования устройства в целом.All eyes of the outlet of the electric current of the resistive elements of one load resistor can be connected to all eyes of the supply of the electric current of the resistive elements of the adjacent load resistor, with the formation of a series-parallel electrical connection, which leads to duplication at n = 2, at n = 3 to triple, with a sharp improving the reliability of the operation of the device as a whole.
Резистивные элементы в поперечном сечении нагрузочного резистора в области проушин расположены в соответствии с продольной осевой симметрией 2-го порядка и с расстоянием между проушинами соседних слоев резистивных элементов, равным толщине проушины резистивного элемента, для бездеформационного соединения проушин при объединении резистивных элементов и нагрузочных резисторов.The resistive elements in the cross section of the load resistor in the eye region are arranged in accordance with the longitudinal axial symmetry of the second order and with the distance between the eyes of adjacent layers of resistive elements equal to the thickness of the eye of the resistive element for deformationless connection of the eyes when combining resistive elements and load resistors.
Сечение резистивного элемента в области проушин и краевых изоляторов превышает в два раза сечение резистивного элемента на продольном участке.The cross section of the resistive element in the region of the eyes and edge insulators is twice as large as the cross section of the resistive element in the longitudinal section.
С обеих сторон крепежной рамы присоединены поперечно направленные к общей приведенной плоскости рамы и нагрузочных резисторов тепловые экраны, к внешним краям которых прикреплены электропроводящие сетки, которые снабжены шиной для электрического соединения с корпусом энергоустановки.On both sides of the mounting frame, heat shields are connected transversely directed to the common reduced plane of the frame and load resistors, to the outer edges of which are electrically conductive grids that are equipped with a bus for electrical connection with the power plant housing.
Устройство может быть снабжено средствами обеспечения принудительной конвекции.The device may be equipped with means for providing forced convection.
Крепежная рама снабжена узлом крепления к космическому аппарату с возможностью расположения общей приведенной плоскости рамы и нагрузочных резисторов в меридиональной плоскости на внешней стороне космического аппарата.The mounting frame is equipped with a mounting unit to the spacecraft with the possibility of arranging a common reduced plane of the frame and load resistors in the meridional plane on the outer side of the spacecraft.
Резистивные элементы выполнены из высокотемпературного углерод-углеродного композиционного материала.Resistive elements are made of high temperature carbon-carbon composite material.
На фигурах с 1 по 11 приведены схемы и рисунки по предлагаемым вариантам балластного устройства.In figures 1 to 11 shows the diagrams and drawings of the proposed options for the ballast device.
На фигуре 1 приведена схема фрагмента поперечного сечения нагрузочного резистора, образованного из трех пластин, по первому варианту балластного устройства.The figure 1 shows a diagram of a fragment of a cross section of a load resistor formed of three plates, according to the first embodiment of the ballast device.
На фигуре 2 представлен общий вид пластины нагрузочного резистора по первому варианту балластного устройства.The figure 2 presents a General view of the plate of the load resistor according to the first embodiment of the ballast device.
На фигуре 3 изображен общий вид нагрузочного резистора, образованного из двух пластин, по первому варианту балластного устройства.The figure 3 shows a General view of a load resistor formed of two plates, according to the first embodiment of the ballast device.
На фигуре 4 показан общий вид группы из десяти нагрузочных резисторов, содержащих по две пластины, по первому варианту устройства.Figure 4 shows a General view of a group of ten load resistors containing two plates, according to the first embodiment of the device.
На фигуре 5 представлена электрическая схема соединений группы нагрузочных резисторов, содержащих по две пластины, по первому варианту устройства.The figure 5 presents the electrical diagram of the connections of the group of load resistors containing two plates, according to the first embodiment of the device.
На фигуре 6 приведен общий вид балластного устройства, содержащего семь групп нагрузочных резисторов по первому варианту устройства.The figure 6 shows a General view of a ballast device containing seven groups of load resistors according to the first embodiment of the device.
На фигуре 7 показана схема бездеформационного соединения проушин пластин при объединении нагрузочных резисторов в группы с чередованием их положения «аверс» и «реверс» по первому варианту балластного устройства.The figure 7 shows a diagram of the deformationless connection of the eyes of the plates when combining the load resistors into groups with alternating their positions "obverse" and "reverse" according to the first version of the ballast device.
На фигуре 8 изображена схема поперечного сечения нагрузочного резистора, содержащего три резистивных элемента, по второму варианту балластного устройства.The figure 8 shows a cross-sectional diagram of a load resistor containing three resistive elements, according to the second embodiment of the ballast device.
На фигуре 9 представлен эскиз нагрузочного резистора, образованного из двух резистивных элементов, по второму варианту балластного устройства.The figure 9 presents a sketch of a load resistor formed of two resistive elements, according to the second embodiment of the ballast device.
На фигуре 10 показана группа из пяти нагрузочных резисторов, образованных из двух резистивных элементов каждый, с общими краевыми изоляторами, по второму варианту балластного устройства.Figure 10 shows a group of five load resistors formed of two resistive elements each, with common edge insulators, according to the second embodiment of the ballast device.
На фигуре 11 приведен общий вид балластного устройства, содержащего две группы по пять нагрузочных резисторов, образованных из двух резистивных элементов каждый, по второму варианту балластного устройства.The figure 11 shows a General view of the ballast device containing two groups of five load resistors formed of two resistive elements each, according to the second version of the ballast device.
По первому варианту балластного устройства на Фиг. 1 представлен фрагмент схемы поперечного сечения нагрузочного резистора, на котором показано его образование из дистанционно друг от друга послойно расположенных токопроводящих пластин, например, трех пластин: №1, №2, №3. Общий вид одной пластины приведен на Фиг. 2. Каждая пластина имеет вырезы с образованием зигзагообразной ленты с параллельными продольными участками 1, например, двадцатью; с концевыми участками 2 и поворотными участками 3. Пластина снабжена проушинами 4 подвода и отвода электротока, которые расположены с внешней стороны крайних параллельных продольных участков 1 ленты. Пластины в поперечном отношении сдвинуты относительно друг друга (Фиг. 1) так, чтобы выполнялось соотношение:According to a first embodiment of the ballast device in FIG. 1 is a fragment of a cross-sectional diagram of a load resistor, which shows its formation from remotely spaced layers of conductive plates, for example, three plates: No. 1, No. 2, No. 3. A general view of one plate is shown in FIG. 2. Each plate has cutouts with the formation of a zigzag ribbon with parallel
где n - количество пластин в нагрузочном резисторе,where n is the number of plates in the load resistor,
i - порядковый номер пластины в нагрузочном резисторе,i is the serial number of the plate in the load resistor,
а - ширина параллельного продольного участка ленты в пластинах,a is the width of the parallel longitudinal section of the tape in the plates,
b - ширина зазора между параллельными продольными участками ленты в пластинах,b is the width of the gap between the parallel longitudinal sections of the tape in the plates,
ci - ширина зазора между проекциями параллельных продольных участков лент i-той пластины и (i+1)-вой пластины нагрузочного резистора на плоскость, параллельную плоскостям пластин нагрузочных резисторов в балластном устройстве.c i is the width of the gap between the projections of the parallel longitudinal sections of the ribbons of the i-th plate and the (i + 1) -th plate of the load resistor onto a plane parallel to the planes of the plates of the load resistors in the ballast device.
Общий вид нагрузочного резистора при n=2 и c1=с2=0 показан на Фиг. 3; при этом сдвиг пластин в поперечном направлении равен а=b (Фиг. 1). Краевые изоляторы 5 при размещении в них концевых 2 и поворотных 3 участков лент пластин фиксируют расстояния между пластинами 7.1 и 7.2 и сдвиги в поперечном направлении между пластинами 7.1 и 7.2 относительно друг друга. Возможно применение промежуточных изоляторов 6. Следует отметить, что нагрузочные резисторы могут быть образованы и из одной пластины (n=1).A general view of the load resistor with n = 2 and c 1 = c 2 = 0 is shown in FIG. 3; while the shift of the plates in the transverse direction is equal to a = b (Fig. 1). The
Нагрузочные резисторы 8.1÷8.10 (Фиг. 4) объединены в группы соединением краевых изоляторов 5 объединяемых в группу нагрузочных резисторов 8.1÷8.10 с образованием не менее двух несущих ферм 9; при наличии промежуточных изоляторов 6 образуются три и более ферм 9, 10. На Фиг. 4 показана группа, состоящая из десяти нагрузочных резисторов и содержащая 20 пластин. Если все проушины 4 отвода электротока пластин одного нагрузочного резистора 8.1 соединены со всеми проушинами 4 подвода электротока пластин соседнего нагрузочного резистора 8.2 и т.д., то их электрическая схема соединений представлена на Фиг. 5. Видно, что в целом образовано последовательно-параллельное включение пластин нагрузочных резисторов, обладающее дублированием электрических элементов R1/R2÷R19/R20 для повышения надежности функционирования балластного устройства.Load resistors 8.1 ÷ 8.10 (Fig. 4) are combined into groups by connecting
Фермы 9, 10 каждой группы нагрузочных резисторов установлены на крепежной раме 12 (Фиг. 6), по которой проложены коммутационные шины. На Фиг. 6 показан общий вид балластного устройства, содержащего 7 групп 11.1÷11.7, каждая из которых состоит из 10 нагрузочных резисторов 8.1÷8.10, которые образованы каждый из двух пластин 7.1 и 7.2 (Фиг. 3).The
Пластины в поперечном сечении нагрузочного резистора расположены со сдвигом в одну сторону на половину своей толщины от ее положения, соответствующего продольной осевой симметрии 2-го порядка. На Фиг. 7 на примере нагрузочного резистора с одной пластиной, имеющей четыре параллельных продольных участка, показано в поперечном сечении образование положений «аверс»/«реверс» и бездеформационное соединение проушин пластин соседних нагрузочных резисторов:The plates in the cross section of the load resistor are located with a shift in one direction half its thickness from its position corresponding to the longitudinal axial symmetry of the second order. In FIG. 7, using the example of a load resistor with one plate having four parallel longitudinal sections, the cross-section shows the formation of the obverse / reverse positions and the strain-free connection of the lugs of the plates of adjacent load resistors:
а) положение продольной симметрии 2-го порядка;a) the position of longitudinal symmetry of the second order;
б) положение после поворота положения а) на 180° вокруг продольной оси О - заштрихованные сечения четырех параллельных продольных участков совмещаются сами с собой;b) position after turning position a) 180 ° around the longitudinal axis O — the hatched sections of four parallel longitudinal sections are combined with each other;
в) положение с односторонним сдвигом вверх на половину толщины пластины от ее положения а) - образовано положение «аверс» нагрузочного резистора;c) the position with a one-sided shift upward by half the thickness of the plate from its position a) - the position of the "obverse" of the load resistor is formed;
г) положение после поворота положения в) на 180° вокруг продольной оси О - образовано положение «реверс» нагрузочного резистора;d) position after turning position c) 180 ° around the longitudinal axis O — the position of the “reverse” load resistor is formed;
д) бездеформационное соединение двух проушин пластин соседних нагрузочных резисторов с чередованием положения «аверс» и «реверс».d) strain-free connection of two eyes of plates of adjacent load resistors with alternating positions of "obverse" and "reverse".
Сечение ленты на поворотном участке 3 (Фиг. 2) в два и более раз превышает сечение ленты на параллельном продольном участке 1.The cross-section of the tape on the rotary section 3 (Fig. 2) is two or more times the cross-section of the tape in the parallel
С обеих сторон крепежной рамы 12 (Фиг. 6) присоединены поперечно направленные к общей приведенной плоскости рамы и нагрузочных резисторов тепловые экраны 13, к внешним краям которых прикреплены электропроводящие сетки 14, снабженные шиной 15 для электрического соединения с корпусом энергоустановки.On both sides of the mounting frame 12 (Fig. 6),
Устройство может быть снабжено средствами обеспечения принудительной конвекции. Это могут быть осевые вентиляторы, центробежные воздуходувки, устанавливаемые с возможностью сквозной продувки нагрузочных резисторов.The device may be equipped with means for providing forced convection. It can be axial fans, centrifugal blowers, installed with the possibility of through-blowing load resistors.
Крепежная рама 12 снабжена узлом 16 крепления к космическому аппарату с возможностью расположения общей приведенной плоскости рамы и нагрузочных резисторов в меридиональной плоскости на внешней стороне космического аппарата, а все пластины 7.1 и 7.2 (Фиг. 3) выполнены из высокотемпературного углерод-углеродного композиционного материала.The mounting
По второму варианту нагрузочные резисторы образованы дистанционно друг от друга послойно расположенными резистивными элементами. Схема поперечного сечения нагрузочного резистора, содержащего три резистивных элемента, приведена на Фиг. 8. Резистивные элементы в поперечном направлении сдвинуты относительно друг друга так, чтобы выполнялось соотношение:According to the second option, the load resistors are formed remotely from each other by layer-by-layer resistive elements. A cross-sectional diagram of a load resistor comprising three resistive elements is shown in FIG. 8. The resistive elements in the transverse direction are shifted relative to each other so that the ratio:
где n - количество резистивных элементов в нагрузочном резисторе,where n is the number of resistive elements in the load resistor,
i - порядковый номер резистивного элемента в нагрузочном резисторе,i is the serial number of the resistive element in the load resistor,
d - ширина резистивного элемента в нагрузочном резисторе,d is the width of the resistive element in the load resistor,
е - ширина зазора между резистивными элементами одного слоя соседних нагрузочных резисторов,e is the width of the gap between the resistive elements of one layer of adjacent load resistors,
Эскиз нагрузочного резистора, образованного из двух резистивных элементов, приведен на Фиг. 9. Резистивные элементы 17.1, 17.2 имеют большое поперечное сечение на продольном участке для пропускания больших токов энергоустановки, работающей при низких выходных напряжениях. Краевые изоляторы 18 фиксируют расстояния и сдвиги между резистивными элементами. Проушины 19 подвода и отвода электротока расположены по концам резистивных элементов и имеют за счет дополнительных накладок удвоенное сечение. Нагрузочные резисторы могут объединяться в группу соединением изоляторов 18. На Фиг. 10 показана группа из пяти нагрузочных резисторов 20.1÷20.5, образованных из двух резистивных элементов каждый, с общими краевыми изоляторами 18. При наличии большего числа нагрузочных резисторов краевые изоляторы 18 объединяемых в группу нагрузочных резисторов образуют не менее двух несущих ферм 21 (Фиг. 11). Фермы 21 групп нагрузочных резисторов установлены на крепежной раме 22, по которой проложены коммутационные шины.A sketch of a load resistor formed of two resistive elements is shown in FIG. 9. Resistive elements 17.1, 17.2 have a large cross section in the longitudinal section for transmitting large currents of a power plant operating at low output voltages.
Все проушины 19.1 отвода электротока резистивных элементов одного нагрузочного резистора 20.1 соединены со всеми проушинами 19.2 подвода электротока резистивных элементов другого соседнего нагрузочного резистора 20.2 и т.д., при этом образуется электрическое последовательно-параллельное соединение резистивных элементов, обладающее дублированием для повышения надежности функционирования.All the eyelets 19.1 of the discharge of the electric current of the resistive elements of one load resistor 20.1 are connected to all the eyes 19.2 of the supply of the electric current of the resistive elements of another adjacent load resistor 20.2, etc., and an electrical series-parallel connection of the resistive elements is formed, which has duplication to increase the reliability of operation.
Резистивные элементы 17.1, 17.2 в поперечном сечении нагрузочного резистора в области проушин (Фиг. 10) расположены в соответствии с продольной осевой симметрией 2-го порядка и с расстоянием между проушинами 19 соседних слоев резистивных элементов, равным толщине проушины резистивного элемента, для бездеформационного соединения проушин 19.1 отвода электротока резистивных элементов 17.1 одного нагрузочного резистора 20.1 между собой и со всеми проушинами 19.2 подвода электротока резистивных элементов 17.2 соседнего нагрузочного резистора 20.2 с помощью соединительного элемента 23, имеющего сечение, равное сечению проушины 19.The resistive elements 17.1, 17.2 in the cross section of the load resistor in the region of the eyes (Fig. 10) are located in accordance with the longitudinal axial symmetry of the second order and with a distance between the eyes of 19 adjacent layers of resistive elements equal to the thickness of the eyes of the resistive element for strain-free connection of the eyes 19.1 of the discharge of the electric current of the resistive elements 17.1 of one load resistor 20.1 with each other and with all the eyes 19.2 of the supply of the electric current of the resistive elements 17.2 of the adjacent load resistor 20.2 using connecting
С обеих сторон крепежной рамы 22 (Фиг. 11) присоединены поперечно направленные к общей приведенной плоскости рамы и нагрузочных резисторов тепловые экраны 24, к внешним краям которых прикреплены электропроводящие сетки 25, для электрического соединения с корпусом энергоустановки посредством шины 26.On both sides of the mounting frame 22 (Fig. 11),
Балластное устройство может быть снабжено средствами обеспечения принудительной конвекции для интенсификации теплосброса в атмосфере или газовой среде.The ballast device can be equipped with means for providing forced convection to intensify heat dissipation in the atmosphere or gas environment.
Крепежная рама 22 снабжена узлом 27 крепления к космическому аппарату с возможностью расположения общей приведенной плоскости рамы и нагрузочных резисторов в меридиональной плоскости на внешней стороне космического аппарата, а резистивные элементы 17.1, 17.2 выполнены из высокотемпературного углерод-углеродного композиционного материала.The mounting
Балластное устройство по предложенным двум вариантам работает следующим образом. При подаче электрического напряжения и мощности от системы автоматического регулирования и управления электроток разогревает нагрузочные резисторы, которые сбрасывают выделяющееся тепло либо конвекцией и излучением в атмосфере или газовой среде, либо только излучением - в вакууме или космическом пространстве. Нагрузочные резисторы выполняют из жестких хромистых сплавов или углерод-углеродных композиционных материалов, которые сохраняют несущую способность при высоких рабочих температурах, что позволяет при проектировании балластных устройств минимизировать их массу.Ballast device according to the proposed two options works as follows. When electric voltage and power are supplied from the automatic control and control system, the electric current heats the load resistors, which discharge the released heat either by convection and radiation in the atmosphere or gas environment, or only by radiation - in vacuum or outer space. Load resistors are made of hard chromium alloys or carbon-carbon composite materials, which retain the bearing capacity at high operating temperatures, which allows to minimize their weight when designing ballast devices.
Отличительные особенности всех предлагаемых вариантов, такие как: образование пространственно-объемной конструкции из пластин 7.1, 7.2 или резистивных элементов 17.1, 17.2, и из краевых изоляторов и ферм из них, соответственно 5, 9 или 18, 21; отсутствие соединительных электрических шин при сборке нагрузочных резисторов 8.1÷8.10 в группы; образование несущих ферм 9 или 21 при объединении в группы нагрузочных резисторов из краевых изоляторов 5 или 18, обеспечивают термомеханическую прочность балластного устройства в целом, что повышает, в итоге, надежность его функционирования.Distinctive features of all the proposed options, such as: the formation of a three-dimensional structure from plates 7.1, 7.2 or resistive elements 17.1, 17.2, and from edge insulators and trusses from them, respectively, 5, 9 or 18, 21; the absence of electrical busbars when assembling the load resistors 8.1 ÷ 8.10 into groups; the formation of load-bearing
Соединение всех проушин 4 отвода электротока пластин 7.1 и 7.2 одного нагрузочного резистора 8.1 со всеми проушинами 4 подвода электротока пластин другого соседнего нагрузочного резистора 8.2 и т.д. (первый вариант устройства) или соединение всех проушин 19.1 отвода электротока резистивных элементов одного нагрузочного резистора 20.1 со всеми проушинами 19.2 подвода электротока резистивных элементов другого соседнего нагрузочного резистора 20.2 и т.д. (второй вариант устройства) создает последовательно-параллельное электрическое соединение, что дополнительно повышает надежность функционирования из-за дублирования электрической цепи в нагрузочных резисторах.The connection of all the
Отличительные особенности двух вариантов группы изобретений, касающиеся взаимного расположения пластин 7.1, 7.2 (Фиг. 3) или резистивных элементов 17.1, 17.2 (Фиг. 9) обеспечивают при объединении нагрузочных резисторов в группы бездеформационное соединение проушин 4 (Фиг. 7 - для первого варианта) или соответственно проушин 19.1, 19.2 (Фиг. 10 - для второго варианта). Отсутствие предварительной гибки проушин для монтажа или отсутствие остаточных напряжений в проушинах пластин после сборки также увеличивает надежность последующего функционирования для обоих вариантов балластного устройства.Distinctive features of the two variants of the group of inventions regarding the relative positioning of the plates 7.1, 7.2 (Fig. 3) or resistive elements 17.1, 17.2 (Fig. 9) provide when combining the load resistors into groups, the deformation-free connection of the eyes 4 (Fig. 7 - for the first option) or, respectively, eyes 19.1, 19.2 (Fig. 10 - for the second option). The lack of preliminary bending of the eyes for mounting or the absence of residual stresses in the eyes of the plates after assembly also increases the reliability of subsequent operation for both versions of the ballast device.
Эффективность функционирования балластного устройства обеспечивается в первую очередь тем, что параллельные продольные участки 1 разных пластин 7.1, 7.2 (Фиг. 2, Фиг. 3, Фиг. 1) или резистивные элементы 17.1, 17.2 (Фиг. 9, Фиг. 10, Фиг. 8) сдвинуты друг относительно друга в поперечном отношении так, что не препятствуют максимальному тепловому излучению с поверхности друг друга. При этом теплосбрасывающая суммарная боковая поверхность всех параллельных продольных участков 1 разных пластин 7.1, 7.2 (Фиг. 3) или всех резистивных элементов 17.1, 17.2 (Фиг. 10) приближается к занимаемой общей геометрической боковой поверхности зоны параллельных продольных участков или зоны всех резистивных элементов. При ci=0 или
Кроме того, эффективность функционирования обеспечивается:In addition, the efficiency of operation is ensured by:
- образованием поверхностного наиболее эффективного теплосброса с двух сторон для всех пластин или резистивных элементов (Фиг. 3 и Фиг. 10);- the formation of the surface most effective heat dissipation from two sides for all plates or resistive elements (Fig. 3 and Fig. 10);
- образованием зазоров для конвективного теплосброса и излучения (без затенения друг друга);- the formation of gaps for convective heat dissipation and radiation (without shading each other);
- отсутствием посредников в передаче тепла - пластины 7.1, 7.2 (Фиг. 3) и резистивные элементы 17.1, 17.2 (Фиг. 10) греются электротоком и сами сбрасывают тепло со своей поверхности.- the absence of intermediaries in heat transfer - plates 7.1, 7.2 (Fig. 3) and resistive elements 17.1, 17.2 (Fig. 10) are heated by electric current and themselves dump heat from their surface.
Приведем примеры реализации балластного устройства.We give examples of the implementation of the ballast device.
Пример 1. Устройство балластное по первому варианту изобретения изготовлено с применением УУКМ. Каждая пластина (Фиг. 2) имеет толщину 1,5 мм, при этом ширина параллельных продольных участков 1 и зазоров между ними равна 2 мм. Размеры пластины: 78×360 мм, в области проушин 4 ширина пластины 100 мм. Нагрузочный резистор состоит из двух пластин 7.1 и 7.2 (Фиг. 3) и имеет размеры 78(100)×380 мм. Расстояние между двумя пластинами 7.1 и 7.2 выполнено минимальным 5 мм, так как электрические потенциалы точек при параллельном соединении пластин соответствуют друг другу. Толщина краевых изоляторов 5 равна 20 мм. Группа из десяти нагрузочных резисторов 8.1÷8.10 (Фиг. 4) имеет размеры 380÷900 мм. При этом образовано параллельно-последовательное соединение всех пластин (Фиг. 5), обладающее эффектом дублирования. Балластное устройство (Фиг. 6) содержит семь групп нагрузочных резисторов 11.1÷11.7, каждая группа содержит по 10 нагрузочных резисторов 8.1÷8.10, всего 140 пластин, и имеет размеры 960×2700 мм; с узлом 16 крепления к космическому аппарату размер составляет 960×2750 мм. По тепловым экранам 13 и сеткам 14 толщина балластного устройства равна 130 мм. Одна пластина рассчитана на ток 4,5 А и напряжение 450 В. Один нагрузочный резистор рассчитан на 9 А и 450 В, одна группа - на 9 А и 4500 В. При этом все балластное устройство рассчитано на 63 А и 4500 В. Одна пластина принимает электрическую мощность 2,025 кВт, один нагрузочный резистор - 4,05 кВт, одна группа - 40,5 кВт, все балластное устройство - 283,5 кВт. При этом удельная мощность теплосброса излучением равна 283,5 кВт/2,6 м2 или 109 кВт/м2.Example 1. The ballast device according to the first embodiment of the invention is manufactured using CCCM. Each plate (Fig. 2) has a thickness of 1.5 mm, while the width of the parallel
По закону теплового излучения Стефана-Больцмана максимальный удельный тепловой поток при двустороннем излучении и средней температуре излучающих поверхностей балластного устройства не более 1000 К (727°С) равен 113 кВт/м2. Таким образом, коэффициент использования боковой площади балластного устройства согласно изобретению k=109/113=0,96≈1,0, что подтверждает высокую эффективность энергосброса. При этом температуростойкость материала УУКМ более 2500°С, а керамики - более 1800°С. Такие запасы по термостойкости дополнительно повышают надежность функционирования балластного устройства.According to the law of thermal radiation by Stefan-Boltzmann, the maximum specific heat flux for two-sided radiation and an average temperature of the emitting surfaces of the ballast device of not more than 1000 K (727 ° C) is 113 kW / m 2 . Thus, the utilization coefficient of the lateral area of the ballast device according to the invention is k = 109/113 = 0.96≈1.0, which confirms the high energy efficiency. Moreover, the temperature resistance of the UUKM material is more than 2500 ° C, and that of ceramics is more than 1800 ° C. Such reserves of heat resistance further increase the reliability of the functioning of the ballast device.
Балластное устройство данного примера имеет семь параллельных групп, рассчитанных на полное напряжение 4500 В каждая. Регулировка (выравнивание) значений электрического сопротивления нагрузочных резисторов и их групп после монтажа легко выполняется постановкой, передвижением и закреплением ползунков, перемыкающих зазор между двумя соседними параллельными продольными участками лент у пластин. При изготовлении каждая пластина нагрузочного резистора проверяется на термическую прочность электрическим разогревом в ванне с газообразным аргоном (аргон тяжелее воздуха) при атмосферном давлении до температуры, превышающей рабочую. Процедура легко осуществима, так как эксплуатационное напряжение 450 В постоянного тока получается на мостовом выпрямителе с фильтром из промышленного номинала 380 В трехфазного переменного тока. Пластины, прошедшие электрическое испытание, далее выравниваются по электросопротивлению регулировкой, описанной выше, и подаются на сборку.The ballast device of this example has seven parallel groups rated for a total voltage of 4,500 V each. Adjustment (alignment) of the electrical resistance values of the load resistors and their groups after installation is easily carried out by setting, moving and fixing the sliders, bridging the gap between two adjacent parallel longitudinal sections of tapes at the plates. In the manufacture, each plate of the load resistor is checked for thermal strength by electric heating in a bath with gaseous argon (argon is heavier than air) at atmospheric pressure to a temperature exceeding the working one. The procedure is easy to implement, since an operating voltage of 450 V DC is obtained on a bridge rectifier with a filter of an industrial rating of 380 V three-phase alternating current. The plates that have passed the electrical test are then aligned according to the electrical resistance by the adjustment described above, and fed to the assembly.
При разогреве пластин во время испытаний или работы в составе балластного устройства разница в температурах пластин выравнивается автоматически, так как с ростом температуры некоторой пластины увеличивается ее электрическое сопротивление из-за роста удельного электрического сопротивления материала пластины, и тем самым уменьшается ее энергопотребление. При использовании системы управления энергоустановки с режимом ограничения тока изменение температуры пластин в холодном состоянии и в рабочем состоянии не оказывает влияние на рабочий процесс.When the plates are heated during testing or when operating as part of a ballast device, the difference in the plate temperatures is equalized automatically, since with increasing temperature of a plate its electrical resistance increases due to an increase in the electrical resistivity of the plate material, and thereby its energy consumption decreases. When using a power plant control system with current limiting mode, changing the temperature of the plates in the cold state and in the working state does not affect the working process.
Номинал балластного устройства в примере 1 таков, что балластное устройство может принять при аварии в потребителях электроэнергии всю электрическую мощность энергоустановки, не допуская теплового разрушения (расплавления) ядерного реактора.The nominal value of the ballast device in Example 1 is such that in the event of an accident in electricity consumers the ballast device can receive all the electric power of the power plant, preventing thermal destruction (melting) of the nuclear reactor.
Нагрузочный резистор (Фиг. 3), кроме того, является унифицированным изделием, пригодным для использовании в балластных устройствах различного назначения и номинала по электрическому напряжению, начиная с 380 В и выше, и по мощности, начиная с 4 кВт и выше.The load resistor (Fig. 3), in addition, is a unified product suitable for use in ballast devices for various purposes and nominal in electrical voltage, starting from 380 V and above, and in power, starting from 4 kW and above.
Пример 2. Устройство балластное отличается от примера 1 только электрической коммутацией пластин в соответствии с задаваемой электрической схемой соединений. При этом отдельные нагрузочные резисторы или пластины могут быть смонтированы в группах с поворотом в поперечном отношении на 180 градусов, так чтобы проушины 4 соседних нагрузочных резисторов (Фиг. 4) или пластин (Фиг. 3) оказались в разных концах у несущих балок 9 (Фиг. 4) или краевых изоляторов 5 (Фиг. 3). Все геометрические размеры, эффективность функционирования и надежность полностью совпадают с примером 1.Example 2. The ballast device differs from Example 1 only in the electrical switching of the plates in accordance with a given electrical wiring diagram. In this case, individual load resistors or plates can be mounted in groups with a lateral rotation of 180 degrees, so that the eyes of 4 adjacent load resistors (Fig. 4) or plates (Fig. 3) are at different ends of the supporting beams 9 (Fig. 4) or edge insulators 5 (Fig. 3). All geometric dimensions, operational efficiency and reliability are fully consistent with example 1.
Claims (16)
каждая пластина имеет вырезы с образованием зигзагообразной ленты с параллельными продольными, поворотными и концевыми участками,
пластины в поперечном направлении сдвинуты относительно друг друга так, чтобы выполнялось соотношение:
где n - количество пластин в нагрузочном резисторе,
i - порядковый номер пластины в нагрузочном резисторе,
а - ширина параллельного продольного участка ленты в пластинах,
b - ширина зазора между параллельными продольными участками ленты в пластинах,
ci - ширина зазора между проекциями параллельных продольных участков лент i-той пластины и (i+1)-вой пластины нагрузочного резистора на плоскость, параллельную плоскостям пластин нагрузочных резисторов в балластном устройстве,
при этом с внешней стороны крайних параллельных продольных участков ленты каждой пластины расположены проушины подвода и отвода электротока, а концевые и поворотные участки лент пластин нагрузочного резистора размещены в краевых изоляторах;
нагрузочные резисторы объединены в группы соединением изоляторов с образованием не менее двух несущих ферм;
фермы групп нагрузочных резисторов установлены на крепежной раме, по которой проложены коммутационные шины.1. The ballast device containing load resistors, insulators, a mounting frame, output bus, characterized in that the load resistors are formed remotely from each other in layers layered conductive plates,
each plate has cutouts with the formation of a zigzag ribbon with parallel longitudinal, rotary and end sections,
the plates in the transverse direction are shifted relative to each other so that the ratio:
where n is the number of plates in the load resistor,
i is the serial number of the plate in the load resistor,
a is the width of the parallel longitudinal section of the tape in the plates,
b is the width of the gap between the parallel longitudinal sections of the tape in the plates,
c i is the width of the gap between the projections of the parallel longitudinal sections of the ribbons of the i-th plate and the (i + 1) -th plate of the load resistor onto a plane parallel to the planes of the plates of the load resistors in the ballast device,
while on the outer side of the extreme parallel longitudinal sections of the tape of each plate there are eyes for supplying and removing electric current, and the end and rotary sections of the tape plates of the load resistor are located in the edge insulators;
load resistors are combined into groups by connecting insulators with the formation of at least two supporting trusses;
trusses of groups of load resistors are mounted on a mounting frame, along which switching buses are laid.
резистивные элементы в поперечном направлении сдвинуты относительно друг друга так, чтобы выполнялось соотношение:
где n - количество резистивных элементов в нагрузочном резисторе,
i - порядковый номер резистивного элемента в нагрузочном резисторе,
d - ширина резистивного элемента в нагрузочном резисторе,
е - ширина зазора между резистивными элементами одного слоя соседних нагрузочных резисторов,
fi - ширина зазора между проекциями i-того резистивного элемента и (i+1)-вого резистивного элемента на плоскость, параллельную плоскостям расположения нагрузочных резисторов в балластном устройстве,
на концах резистивных элементов расположены проушины подвода и отвода электротока,
резистивные элементы размещены в краевых изоляторах,
нагрузочные резисторы объединены в группы соединением изоляторов с образованием не менее двух несущих ферм,
фермы групп нагрузочных резисторов установлены на крепежной раме, по которой проложены коммутационные шины.9. The ballast device containing load resistors, insulators, a mounting frame, output bus, characterized in that the load resistors are formed remotely from each other in layers layered resistive elements,
resistive elements in the transverse direction are shifted relative to each other so that the ratio:
where n is the number of resistive elements in the load resistor,
i is the serial number of the resistive element in the load resistor,
d is the width of the resistive element in the load resistor,
e is the width of the gap between the resistive elements of one layer of adjacent load resistors,
f i is the width of the gap between the projections of the i-th resistive element and the (i + 1) -th resistive element on a plane parallel to the planes of the location of the load resistors in the ballast device,
at the ends of the resistive elements are the eyes of the inlet and outlet of the electric current,
resistive elements are placed in edge insulators,
load resistors are combined into groups by connecting insulators with the formation of at least two supporting trusses,
trusses of groups of load resistors are mounted on a mounting frame, along which switching buses are laid.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015153515/07A RU2602837C1 (en) | 2015-12-15 | 2015-12-15 | Ballast device (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015153515/07A RU2602837C1 (en) | 2015-12-15 | 2015-12-15 | Ballast device (versions) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2602837C1 true RU2602837C1 (en) | 2016-11-20 |
Family
ID=57760015
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015153515/07A RU2602837C1 (en) | 2015-12-15 | 2015-12-15 | Ballast device (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2602837C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1540438A1 (en) * | 1965-06-10 | 1970-01-29 | Siemens Ag | Sheet steel resistance grid |
| SU519770A1 (en) * | 1973-02-20 | 1976-06-30 | Предприятие П/Я А-7376 | Cooled high power resistor for rolling stock |
| GB2210206A (en) * | 1987-09-18 | 1989-06-01 | C G S Resistance Co Ltd | Improvements in electrical resistors |
| SU1647665A1 (en) * | 1988-06-10 | 1991-05-07 | Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт кранового и тягового электрооборудования | Resistor unit |
| RU2195034C2 (en) * | 2001-02-08 | 2002-12-20 | Кузьменко Вячеслав Анатольевич | Loading resistors module (alternatives) |
| CN101944414B (en) * | 2010-08-09 | 2012-10-10 | 华中科技大学 | High-power pulse linear dummy load |
-
2015
- 2015-12-15 RU RU2015153515/07A patent/RU2602837C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1540438A1 (en) * | 1965-06-10 | 1970-01-29 | Siemens Ag | Sheet steel resistance grid |
| SU519770A1 (en) * | 1973-02-20 | 1976-06-30 | Предприятие П/Я А-7376 | Cooled high power resistor for rolling stock |
| GB2210206A (en) * | 1987-09-18 | 1989-06-01 | C G S Resistance Co Ltd | Improvements in electrical resistors |
| SU1647665A1 (en) * | 1988-06-10 | 1991-05-07 | Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт кранового и тягового электрооборудования | Resistor unit |
| RU2195034C2 (en) * | 2001-02-08 | 2002-12-20 | Кузьменко Вячеслав Анатольевич | Loading resistors module (alternatives) |
| CN101944414B (en) * | 2010-08-09 | 2012-10-10 | 华中科技大学 | High-power pulse linear dummy load |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2799136B1 (en) | Electrically heated catalyst device and its manufacturing method | |
| CN102686313B (en) | Electrically heated catalyst | |
| EP1647163B1 (en) | An electric heating element that includes a radiant tube. | |
| EP3176851A1 (en) | Electrical energy storage device | |
| JPH06100344B2 (en) | Heating device for electrothermal radiant heating | |
| CN102635944A (en) | Ultra-high voltage electric heat energy storage device | |
| US5928549A (en) | Etched foil heater for low voltage applications requiring uniform heating | |
| US10494119B2 (en) | Power distribution connector with thermally conductive polymer heat sink | |
| RU2602837C1 (en) | Ballast device (versions) | |
| KR20210057637A (en) | Laminated bus bar, designing method of laminated bus bar, and battery module | |
| US6418277B1 (en) | Immersible PTC heating device | |
| US8901463B2 (en) | Thermal management device | |
| US20230363060A1 (en) | Heating element | |
| US3244860A (en) | Heaters for gases | |
| US6160957A (en) | Infrared radiation panel | |
| WO2014157369A1 (en) | Metal heating element and heat-generating structure | |
| JP2006170181A (en) | Exhaust heat collection device | |
| US20130071716A1 (en) | Thermal management device | |
| ES2426589T3 (en) | An insert and a heating element for electric ovens | |
| US10895186B2 (en) | Electrically heatable honeycomb body for exhaust gas treatment having a plurality of heating elements | |
| RU2722855C1 (en) | Infrared heating unit | |
| RU2809470C1 (en) | High temperature modular infrared heating block | |
| KR102292906B1 (en) | Heater core, heater and heating system including thereof | |
| RU161258U1 (en) | FLEXIBLE ELECTRIC HEATING ELEMENT | |
| CN211507247U (en) | Super-power resistor convenient for convection type heat dissipation |