牵引证大容量隔爆电阻器的研发规划
1 导言
现在,煤炭行业复苏给低迷的煤矿井下辅佐运送设备商场带来了一片生机,而现有的巷道掘进多选用沿煤层方法,使长距离大斜度的蓄电池机车颇受欢迎。为了适用长距离大斜度的路况要求,现大多选用胶套轮、齿轨以及增大功率等方法来满意与之对应的大牵引力的要求,而人们最忧虑的制动问题一向没找到比较适宜的方法,其间机械和液压等制动方法均不或许满意煤矿井下辅佐运送设备束缚表面温度不超越150℃的基本要求,只能选用下坡发电制动的方法。因而,机车发动和电气制动的重要器材—牵引证隔爆电阻器就需求很大容量,以便放出机车制动时发生的热量,一起又不使其表面温度超越规则要求。现有牵引证隔爆电阻器因为只考虑平道发动时运用,故其容量偏小。其首要结构方法为有骨架的螺旋式电阻器、外加隔爆外壳且隔爆外壳上装有散热片。电阻器发生的热量一部分由电阻器自身吸收,另一部分使用了辐射和电阻器内部的空气对流,使热量经过电阻器外壳及其散热片向周围空气发出,因而传热功率较低。这种结构方法,使单位体积的电阻器容量遭到了极大的束缚。而机车所能供给给电阻器的空间是有限的,不或许经过添加隔爆电阻器体积和分量来处理其容量问题,这样有必要另辟蹊径才干处理这种问题。依据以上原因,对牵引证隔爆电阻器从头进行了剖析和研讨,研发了新式的隔爆电阻器,并从结构和原理进步行了根本性的改善,突破了现有隔爆电阻器的容量瓶颈。
2 作业原理
经过研讨概括了影响电阻器容量的要素:(1)热的传递方法。热传递方法有3种:传导、对流和辐射,而其间热传导方法导热功率是最高。(2)电阻元件自身热容量束缚。电阻器的效果是束缚电流,一般依据机车启制动要求和牵引电机参数来确认电阻值。即电阻值
R=ρLPS
式中ρ——电阻元件电阻率;
S——电阻元件截面积。
所以有必要经过一起添加其长度和截面积来添加电阻元件热容量,但这种方法受电阻器体积的束缚。(3)电阻带的单位载流量与热的传导率成正比。理论上讲,假如电阻带发生的热量能及时悉数地传导出去,电阻带的载流量能够到达无限大,但要遭到工艺、资料等要素的影响和束缚。综上所述,牵引证隔爆电阻器进步容量的最佳途径是用牢靠有用的热传导方法。
在现有的热传导器材中,一种新式高效的传热元件—热管日渐老练。热管是一种传热性极好的人工构件。常用的热管由三部分组成:主体为关闭的金属管,内部有少数作业介质和毛细结构。热管作业时使用了3种物理学原理:(1)在真空状态下,液体的沸点下降;(2)同种物质的汽化潜热比显热高得多;(3)多孔毛细结构对液体的抽吸力可使液体活动。
热管作业时与热源接近的一段(蒸腾段)内的液体吸热而蒸腾,蒸汽带着汽化潜热经空腔流向另一段(冷凝段),汽体经管壁与外界冷媒体换热放出潜热而完成了传热使命,冷凝成液体,经毛细结构的抽吸力气或重力回流到蒸腾段进入下一个作业循环。热管使用与金属铜、铝等实体资料的天然传热方法彻底不同的”相变”传热的原理,它的有用导热性是铜、铝等有色金属的成百上千倍,其热传导功率在99%以上;25°时,5s内发动传热,单向传热。所以热管是传热范畴的严重创造和科技成果,给人类社会带来巨大的实用价值,现已广泛应用于电力电子器材散热、太阳能热水器、空调等多种范畴。
由以上剖析,选用了下面的处理方案。将电阻带规划成平面栅状,下衬导热绝缘层,导热绝缘层下面为不锈钢板,起固定和传热的效果。不锈钢板上装置热管,热管的热端与钢板铸成一体,热管的冷端置于水箱内。这样,电阻发生的热量经过导热绝缘层传导至不锈钢板,然后经过钢板上的热管将热量传递给水箱内的水,热量使水箱内的水温度升高,温度升到水的沸点时转化为汽化热,发出到大气中。单位体积水的汽化热是2258kJPkg,是同体积水温度升高1°所吸收的热量的80倍左右。这样,用水汽化来吸收的热量就不用过多的水作冷却,然后减小电阻器的体积,一起又确保了隔爆电阻器的外壳温度不超越150℃。因为热的传导方法首要经过热传导并使用了功能优秀的热管使导热功率大为进步,能够大幅度进步单位体积内电阻器的容量。电阻器结构暗示如图1所示。
图1 电阻器结构暗示图
Fig.1 Diagramofresistorstructure
1气孔 2热管 3冷却水 4不锈钢板 5导热绝缘板 6电阻元件 7压紧板
电阻资料经过对康铜、新康铜、镍铬合金、铁铬铝、铸铁等资料的技术参数和功能价格比进行比较,因为铁铬铝具有电阻率高、作业温度高、易于加工、价格低廉等特色,选用了铁铬铝资料0Cr25Al5。
导热绝缘层需求满意既能迅速将热量传导给热管,又要确保绝缘的要求。经过挑选比较,终究确认从热导率十分高的Al2O3,MgO(质脆),BeO(有毒,贵重),SiC(900℃后跑碳)中选取了功能最优的Al2O3,终究确认Al2O3的95瓷为导热绝缘层,其有关技术参数为:热导率28189WP(m·K),直流击穿强度17.6～20kVPmm。
不锈钢板与热管的热端制作成一体,便于热管的热端吸收热量,经过热管内部的载体将热量输送到热管的冷端,终究传递给水箱内的水,这些热量一部分是水箱内的水温度升高,另一部分经过水的汽化发出到空气中。
3 首要功能剖析
认为CXQ-55P600J蓄电池胶套轮齿轨机车配套的196P250B型隔爆电阻器为例进行剖析。该机车要求电阻单元为R1=0.25Ω,R2=0.5Ω,R3=015Ω,R4=0.33Ω串联并别离引出抽头,经过外接操控来进行串并联调理。作业方法为短时作业制。额外电压为直流250V,额外电流为196A,外形尺寸:(长×宽×高)550mm×800mm×1200mm。在这样的空间束缚下,一般隔爆电阻器的经过电流仅可到达48A。电阻带加工成平面栅状,电阻带截面规划为2.7mm×7mm,电气空隙为3mm。经过电阻带的不同长度来取得各电阻单元的Al2O3电阻值。在最恶劣的状况下,水箱内的水为欢腾的状况,则钢板与水触摸面的温度T3=100℃,设钢板与氧化铝板的触摸面温度为T2,氧化铝板与电阻元件触摸面的温度为T1。已知Al2O3厚度δ1=0.01m,钢板厚度δ2=0.018m,Al2O3导热率λ1=17WP(m2·℃)、钢板导热率λ2=54166WP(m2·℃)、Al2O3和电阻元件触摸面积F1=0.14616m2,钢板和Al2O3触摸面积F2=0.216m2。设电阻带的作业温度为950℃(T1=950℃),则由Q=(λ1Pδ1)F1(T1-T2)=(λ2Pδ2)F2(T2-T3),能够得出T2=333℃。由此,经过对热管的相关核算,可取热管功率为60WP根,数量为100根,冷端温度为60℃,这样就可确保电阻元件的作业温度远低于950℃。
4 结语
经过对电阻器结构的改善,使在相同空间束缚下的电阻器容量进步了4倍多,有用地处理了井下隔爆蓄电池机车起制动电阻的瓶颈问题,使井下隔爆蓄电池机车长距离大斜度运送成为或许,有用地促进了井下辅佐运送的开展,也为有关散热问题的场合供给了新的规划思路。
