Реостаты. что это за устройства и зачем они нужны?

Упражнение 1. Реостат

Р
ассмотрим
электрическую цепь (рис.5), в которой
реостат работает как регулятор тока
(собственно реостат). В этом случае
реостат включается в цепь последовательно.
Если внутреннее сопротивление вольтметра
очень велико, а амперметра мало по
сравнению с сопротивлением нагрузки,
ток в цепи будет таким:

,
(1)

где R
– сопротивление всего реостата,

R_l
– сопротивление действующего участка
AD реостата длиной l,

R_H
– сопротивление
нагрузки,

r –
внутреннее сопротивление источника
тока, Е – ЭДС источника тока.

При
перемещении движка реостата D
от А к В сопротивление R_l
будет изменяться от нуля до наибольшего
R, а ток в цепи –

от наибольшего

до наименьшего

значения.

Найдем
так называемую кратность регулирования
тока K, которая, по
определению, есть отношение наибольшего
тока к наименьшему из их диапазона его
изменения:

.
(2)

Из
формулы (2) видно, что пределы регулирования
тока реостата тем больше, чем больше
отношение R/(R_H+r),
т.е. чем больше сопротивление реостата
по сравнению с сопротивлением нагрузки
(внутреннее сопротивление источника
тока r, как правило,
значительно меньше R_H).

Если
в электрическую цепь включен регулирующий
элемент (реостат), то хочется, чтобы
пределы регулирования тока были как
можно больше. Однако возможность
получения больших K
для реостата ограничена. Чем больше
сопротивление реостата, тем меньше его
допустимый (номинальный) рабочий ток.
Включив такой реостат в цепь с мощным
источником тока, можно сжечь обмотку
реостата. В самом деле, если его движок
D находится вблизи
клеммы А, сила тока в цепи определяется,
в основном, величиной сопротивления
нагрузки и если этот ток окажется больше
номинального тока реостата, то последний
будет испорчен. Кроме того, в случае
RR_H
при приближении движка D
к клемме А скачки изменение тока
становятся всё бóльшими. Итак, при выборе
реостата приходится учитывать и выполнять
два условия: 1)сопротивление реостата
должно быть больше сопротивления
нагрузки RR_H,
2) наибольший ток нагрузки не должен
превышать номинальный (допустимый для
нормальной работы) ток реостата I_нбI_ном.

Описание
установки. Все приборы, необходимые
для проведения измерений, размещены на
лабораторной панели: 1)реостат с линейкой
(сопротивление R=1200
Ом, номинальный ток 0,5 А), 2)два вольтметра
с пределами измерения 15 В, 3)два
миллиамперметра с пределами 75 мА и 1,5
мА. Два резистора, выполняющие роль
нагрузки, размещены в подвале панели.

Измерения.
Работа реостата в качестве регулятора
тока изучается при двух нагрузках:
1)R_H1=120
Ом (условие R_HR),
2) R_H2=12000
Ом (R_HR).

В первом
случае последовательно с нагрузкой
включается миллиамперметр на 75 мА, во
втором – на 1,5 мА.

1.Соберите
цепь с нагрузкой R_H1=120
Ом согласно схеме (рис.5). Тумблер Вк
во время сборки должен быть в разомкнутом
положении. Постоянное напряжение от
лабораторной сети подведено к клеммам
с обозначением 6
В.

2.Предложите
преподавателю проверить правильность
сборки цепи.

3.Внимание!
Прежде чем включить тумблер Вк,
установите на реостате наибольшее
сопротивление (движок D
перемещен к клемме В). 4.Включите
напряжение питания тумблером Вк.
Перемещая движок реостата в сторону
уменьшения сопротивления, снимите
зависимость напряжения на входе U,
напряжения на нагрузке UH
итока в цепи I (он
же ток нагрузки) от расстояния l
между движком реостата D
и клеммой А, отсчитывая его по
линейке

Такие измерения следует провести
от 42 см до нуля примерно через равные
промежутки 4…5 см. Результаты запишите
в табл.1

4.Включите
напряжение питания тумблером Вк.
Перемещая движок реостата в сторону
уменьшения сопротивления, снимите
зависимость напряжения на входе U,
напряжения на нагрузке U_H
итока в цепи I (он
же ток нагрузки) от расстояния l
между движком реостата D
и клеммой А, отсчитывая его по
линейке. Такие измерения следует провести
от 42 см до нуля примерно через равные
промежутки 4…5 см. Результаты запишите
в табл.1.

5.Проведите
такие же измерения со второй нагрузкой
R_H2=12000
Ом.

Таблица 1

Обработка
результатов. 1.По данным табл.1 постройте
отдельно для каждой нагрузки графики
зависимости тока I и обоих напряжений Uи U_Hот длины рабочего участка реостата
l.

Что такое реостат, принцип работы

Реостаты — это двухполюсные переменные резисторы, которые настроены на использование только одного концевого контакта и только контакта стеклоочистителя. 

Неиспользуемая концевая клемма может быть либо оставлена ​​неподключенной, либо подключена напрямую к стеклоочистителю. 

Это устройства с проволочной обмоткой, которые содержат плотные витки эмалированной проволоки для тяжелых условий эксплуатации, которые изменяют сопротивление ступенчато. 

Изменяя положение стеклоочистителя на резистивном элементе, величина сопротивления может быть увеличена или уменьшена, тем самым управляя величиной тока. 

Затем реостат используется для управления током путем изменения значения его сопротивления, превращая его в настоящий переменный резистор. Классический пример использования реостата — это управление скоростью модельного набора поездов или Scalextric, где величина тока, проходящего через реостат, регулируется законом Ома. Тогда реостаты определяются не только их резистивными значениями, но также и их возможностями по управлению мощностью как P = I 2 * R.

Датчики, изготовленные на основе реостатов

Напряжение, сила тока в рабочей цепи, положение ползунка в реостате и оказываемое им сопротивление находятся в непосредственной зависимости. Такая особенность положена в основу датчика угла поворота. В подобном приборе конкретная электрическая величина соответствует определенному положению ротора.

В настоящее время подобные датчики заменяются усовершенствованными оптическими и магнитными аналогами. Причиной тому выступает неустойчивость зависимости сопротивления и угла по отношению к температурному действию. Постепенное вытеснение датчиков реостатного типа еще обусловлено переходом на цифровые, более удобные системы. Сегодня резистивные измерители задействуются в схемах, где присутствуют аналоговые сигналы.

Зная, для чего нужны реостаты электрического типа, легко можно объяснить их широкое использование в автомобилестроении, технике, промышленности. Сопротивление необходимо для работы радиотехники, при запуске электродвигателей, они применимы в виде активной нагрузки. Выход из строя небольшого прибора может повлечь сбой работы всей системы

В этом и заключается важность реостатов

Виды резисторов

Резистор – инертный (пассивный) элемент цепи, у которого сопротивление может быть как постоянным, так и переменным. Это зависит от его конструкции. Он применяется для регулирования силы тока и напряжения в цепях, рассеивания мощности и иных ограничений. Дословный перевод с английского слова «резистор» – сопротивляюсь.

Классификацию резисторов можно провести по следующим критериям:

• назначение элемента;
• тип изменения сопротивления;
• материал изготовления;
• вид проводника в элементе;
• ВАХ – вольт-амперная характеристика;
• способ монтажа.

Устройства делятся на элементы общего и специального назначения. У специальных деталей повышенные характеристики сопротивления, частоты, рабочего напряжения или особые требования к точности.

Тип изменения сопротивления делит их на постоянные и переменные. Переменные резисторы конструктивно отличаются не только от элементов, имеющих постоянное сопротивление, но и между собой. Они различны по конструкции: бывают регулировочные и подстроечные.

Регулировочные элементы переменного типа предназначены для частого изменения сопротивления. Это входит в процесс работы схемы устройства.

Подстроечный тип предназначен для того, чтобы выполнить подстройку и регулировку схемы при первичном запуске. После этого изменение положения регулятора не выполняют.

При изготовлении резистивных тел (рабочей поверхности) используются такие материалы, как:

• графитовые смеси;
• металлопленочные (окисные) ленты;
• проволока;
• композиционные компоненты.

Особое место занимают в этом ряду интегральные элементы. Это резисторы, выполненные в виде p-n перехода, который представляет собой зигзагообразный канал, интегрируемый в кристалл микросхемы.

Внимание! Интегральные элементы всегда отличаются повышенной нелинейностью своей ВАХ. Поэтому они применяются там, где использование других типов не представляется возможным. Вид вольт-амперной характеристики делит рассматриваемые элементы на линейные и нелинейные

Особенность нелинейности заключается в том, что компонент меняет своё сопротивление в зависимости от следующих характеристик:

Вид вольт-амперной характеристики делит рассматриваемые элементы на линейные и нелинейные. Особенность нелинейности заключается в том, что компонент меняет своё сопротивление в зависимости от следующих характеристик:

• напряжения (варисторы);
• температуры (терморезисторы);
• уровня магнитного поля (магниторезисторы);
• величины освещённости (фоторезисторы);
• коэффициента деформации (тензорезисторы).

Нелинейность вольт-амперной характеристики расширило возможности их применения.

Способ монтажа может быть:

• печатным;
• навесным;
• интегрированным.

При печатном монтаже выводы детали вставляются в отверстие на плате, после чего припаиваются к контактной дорожке панели. Такой способ установки автоматизирован, и пайка происходит путём погружения контактных площадок в ванну с припоем.

Навесной монтаж, в большинстве своём, ручной. Выводы соединяемых деталей сначала скручиваются между собой, потом спаиваются для улучшения контакта. Сама пайка не предназначена для выдерживания механических нагрузок.

Интегрированный монтаж проводится в процессе изготовления кристаллов микросхем.

Масляные реостаты

Контроллер и металлические элементы резисторов масляного реостата располагаются в трансформаторном масле. Трансформаторное масло, по сравнению с воздухом, обладает значительной удельной теплоемкостью и теплопроводностью. Благодаря этому оно активно отбирает тепло от быстро нагревающейся проволоки. Так как в процессе нагрева участвует большое количество масла – постоянная времени реостата резко возрастает, что позволяет значительно уменьшить габариты пусковой установки для мощных электродвигателей.

Для улучшения теплового контакта масла и проволоки и предотвращения перегревов в реостатах применяют ленточные поля, элементы проволочные и в виде свободной спирали, а также зигзагообразные элементы из чугуна и электротехнической стали.

Также стоит помнить, что при температурах меньше 0 С вязкость масла повышается, в результате чего снижается его охлаждающая способность. Поэтому реостаты с трансформаторным маслом не стоит применять при отрицательных температурах окружающей среды.

Цилиндрическая поверхность кожуха, как правило, определяет поверхность охлаждения масляного реостата. Данная поверхность меньше, чем поверхность охлаждения проволоки. Поэтому для длительного режима работы масляные реостаты использовать не целесообразно. Мощность, которую может рассеять реостат, также ограничивает небольшая допустимая температура нагрева масла.

После трехкратного пуска электродвигателя реостату нужно время, чтобы охладиться до температуры окружающей среды. Процесс охлаждения, как правило, занимает около 1 часа. Именно поэтому масляные реостаты используются для редких пусков.

Максимальная температура трансформаторного масла не должна превышать 115 С. Это связано с тем, что в процессе нагрева масло разлагается, и продукты его разложения оседают на поверхности проволоки, что приводит к ухудшению теплового контакта металла с маслом.

Малые силы трения позволяют увеличить силу нажатия контактов и в 3-4 раза увеличить токовую нагрузку. Это позволяет значительно снизить габариты переключающего устройства и, соответственно, всего реостата.

Также наличие трансформаторного масла значительно улучшает процессы гашения электрической дуги. Однако масло приносит не только пользу реостатам, но и вред при работе контактов в длительном режиме. Продукты разложения масла, постепенно оседая на поверхности контактов, увеличивают переходное сопротивление, и, соответственно, температуру самих контактов. Результатом чего будет становиться еще более интенсивный процесс разложения. Исходя из этого, расчет контактов ведется таким образом, чтоб их температура не превышала 125 С.

Масляные реостаты довольно часто применяют для пуска асинхронных электродвигателей с фазным ротором. При мощностях электродвигателей до 50 кВт используют плоские контроллеры с круговым движением подвижного контакта. При больших мощностях используют контроллеры барабанного типа.

Также реостаты могут иметь дополнительные блок-контакты (по требованию заказчика) для сигнализации о положении элементов реостата и блокировки с линейным контактором в статорной цепи асинхронной машины. Если реостат не установлен в нулевую позицию (в цепь ротора включено максимальное сопротивление), цепь электромагнита линейного контактора разомкнута, и напряжение на электродвигатель не подается.

 В конце пуска электрической машины реостат должен быть выведен из пусковой цепи, а ротор закорочен. Это связано с тем, что пусковые элементы рассчитаны на кратковременный режим работы (только пуск). Чем выше мощность электродвигателя, тем больше ступеней должен иметь реостат, так как с увеличением мощности увеличивается инерционность электрической машины, а вместе с ней, соответственно, и время пуска.

Для выбора реостата нужно иметь следующие данные:

• Условия пуска (с полной нагрузкой или нет);
• Номинальный ток ротора I_н.р.;
• Мощность электрической машины Р_н, а также напряжение на заторможенном роторе при номинальном напряжении на статоре.

Знание данных параметров позволяет выбрать реостат с каталогов.

К минусам масляного выключателя нужно отнести малое количество пусков в час из-за медленного охлаждения трансформаторного масла, повышенная пожароопасность, а также загрязнение помещения. Масляные реостаты рекомендовано применять для редких пусков (2-3 пуска в час) и во взрывобезопасных помещениях.

Металлические реостаты

Что такое реостат из металла? Это элемент, имеющий воздушный тип охлаждения. Такие реостаты наиболее распространены, так как их наиболее легко можно приспособить к самым разным рабочим условиям. Это относится как к тепловым и электрическим характеристикам, так и к параметрам конструкции. Они могут изготавливаться со ступенчатым или непрерывным типом изменения сопротивления.

Переключатель является плоским. В нем есть подвижный контакт, который скользит по контактам неподвижным в одной и той же плоскости. Те контакты, которые не двигаются, выполнены в форме болтов, имеющих плоские головки цилиндрического или полусферического типа в форме пластин либо шин, которые расположены по дуге в один ряд или два. Тот контакт, который двигается, называется щеткой. Он может быть рычажным или мостиковым по своему типу выполнения.

Еще есть разделение на самоустанавливающийся и несамоустанавливающийся. Последний вариант по конструкции проще, но, так как контакт часто нарушается, он не является надежным в использовании. Самоустанавливающийся подвижный контакт обеспечивает необходимую степень нажатия и в эксплуатации более надежен. Именно поэтому такой вид наиболее распространен.

Как правильно называется болгарка инструмент

Для начала давайте разберемся о том, что такое «болгарка». Название «болгарка» очень сильно привязалось к этому инструменту. На профессиональном языке этот инструмент называется — углошлифовальная машина (УШМ). Но исторически сложилось, что этот инструмент начали впервые собирать в Болгарии, поэтому за УШМ прикрепилось название «болгарка»

Для чего нужна болгарка?

Болгарка или УШМ, выполняет простой функционал — шлифовка. Но многие умельцы используют ушм не только для шлифовки, но еще и для работ по бетону, металлу и даже по дереву. Но создан этот инструмент изначально только для шлифовки, однако, современная болгарка может с легкостью производить резку, полировку и чистку материалов.

При этом , шлифовку и чистку можно выполнять практически с любым материалом, который попадется под руку. Для этого используют различные насадки, которые подходят каждый для своего типа материала. УШМ можно обрабатывать: цемент, бетон, шифер, кирпич, стекло, фарфор, дерево и даже пластик.

Самой главный плюс этого инструмента в том, что он практически универсален, вам нужно только менять насадки.

Первый критерий — размер используемого диска

Самый важный и первый критерий, с которым нужно определиться при покупке болгарки , это размер используемого диска. На данный момент, самый минимальный размер отрезного диска 0 115 мм, а максимально возможный размер — 230 мм.

Только, заметим, что не вся часть имеет возможность резать, а лишь выступающая за корпус углошлифальной машины. Это значит, что если корпус имеет ширину минимум 55 мм, то около половины диска на 115 мм (даже меньше) может что-то разрезать. Говоря проще, болгарка на 115 мм может разрезать доску не толще 30 мм (а на практике максимум 25 мм). При этом все диски имеют свойство стачиваться, то есть, за минуту работы эта цифра может снизиться в два раза. Основываясь на это, можно уже подумать о размерах диска.

Ведь для резки металлических труб диаметром 20 и более миллиметров болгарка на 115 мм уже станет неуместной из-за низкой износостойкости. И если покупать под резку труб углошлифовальную машину, то минимум на 180 мм. И это лишь для резки, а если надо инструмент для шлифовки? Тут уже не стоит брать больше, вполне достаточно будет выбрать инструмент и на 125 мм, что является и нормой для большинства шлифовальных насадок.

Как заметили, выбрать не так просто, нужно вначале подумать, для чего нужен инструмент, и уже тогда начинать его подбор.

Охарактеризуем типы УШМ на основе размеров, чтобы можно было легче понять, что нам лучше подойдет.

УШМ на 115 мм

Это самый минимальный размер пильного круга, который можно приобрести. Он подходит для самых простых работ, и зачастую, круги такого диаметра, используют исключительно для шлифовки, так как , чем меньше размер, тем меньше вес. Это самый оптимальный вариант для мелких работ.

УШМ на 125 мм

Это следующий по размеру тип и на данный момент он является самым ходовым среди нашего населения

Болгарки такого размера не тяжелые, но очень удобные и имеют приличные характеристики по мощности, и что немаловажно, все еще имеют низкую стоимость. Этой болгаркой можно как шлифовать материал, так и резать

Само собой, слишком толстые детали такая болгарка не осилит, так как глубина проникновения полотна намного меньше радиуса, но для домашних бытовых работ эта болгарка подходит в самый раз.

УШМ на 150 мм

Этот тип болгарок не очень популярен в быту, но иногда пользуется спросом. Эта болгарка несколько мощнее предыдущих и позволяет уже выполнять более объемные работы.

УШМ на 230 мм

Это максимум, который можно купить, по диаметру круга. Самый главный плюс такой болгарки, само собой в большом круге. Таким инструментом можно, без особых усилий резать кирпич, плитку, доски и даже трубы, но для шлифовки такую болгарку лучше не использовать. Во-первых у нее очень большой вес, что крайне не удобно при шлифовке материала, во вторых, большой круг будет мешать вам подобраться к узким местам шлифовки. Такую болгарку надо покупать только в том случае если вы запланировали большой ремонт или масштабное строительство. Для мелких работ эта болгарка не подходит

Охлаждение

Электричество, пройдя через резистор, тратит часть энергии на преодоление сопротивления проводника, которая преобразуется в тепло. При чрезмерном его выделении реостат может сильно перегреться и прийти в полную негодность.

По этой причине применяют, согласно ГОСТу, две системы охлаждения переменных резисторов, это:

• воздушная;
• жидкостная.

Воздушная система охлаждения

Она основана на принудительной вентиляции. Для этого применяют лопастные и турбинные вентиляторы. В реостате датчик производит измерение уровня нагрева прибора. При достижении допустимого порога температуры датчик подаёт сигнал на включение системы вентиляции. При понижении нагрева вентилятор выключается.

Жидкостное охлаждение

Жидкостное охлаждение переменного резистора большой мощности осуществляется с помощью саркофага, в рубашке которого постоянно циркулирует минеральное масло. Оно отводит тепло от реостата наружу.

Для схемы «Индикатор подключения нагрузки»

Искать включатель освещения или розетку в темноте — дело малоприятное. В продаже появились бытовые включатели освещения, оснащенные индикаторами, подсвечивающими их местоположение. Немного усовершенствовав схему, такой индикатор можно превратить в индикатор подключения нагрузки.Индикатор подключения нагрузки (ИПН) представпяет собой устройство, встроенное вовнутрь розетки и индицирующее наличие контакта между вставленной сетевой вилкой от какого-либо бытового прибора и розеткой. Особенно удобен индикатор, если подключаемые приборы не имеют собственного сетевого индикатора. ИПН также полезен для радиоэлектронных изделий, у которых индикаторы включения находятся во вторичной цепи питания, поскольку позволяет проверить их входные цепи.ИПН состоит из:- датчика тока нагрузки на диодах VD2…VD6; — Г-образного фильтра R1-C1; — ключа на полевом транзисторе VT1; — блока индикации на элементах VD9, VD10, R2, HL1.Если к розетке XS1 не подключена нагрузка, то через диоды VD1…VD6 ток не протекает, накопительный конденсатор С1 разряжен и полевой транзистор VT1 закрыт. Кт838а схемы Ток стока VT1 равен нулю, индикатор HL1 не светится.При подключении нагрузки к розетке XS1 ток нагрузки протекает через встреч но-параллельно включенные диод VD1 и цепочку диодов VD2…VD6. Отрицательные полуволны сетевого напряжения проходят через VD1. а положительные — через VD2.. .VD6. Падение напряжения на диодах VD2…VD6 через резистор R1 поступает на накопительный конденсатор С1 и заряжает его до величины, превышающей напряжение отсечки полевого транзистора VT1. Транзистор VT1 открывается, и через его канал исток-сток, резистор R2, светодиод HL1 и диод VD9 протекает ток. Светодиод HL1 ослепительно светится, сигнализируя о подключении нагрузки. Резистор R2 является токоограничительным, диод VD9 запрещает протекание тока через нагрузку при обратных полупериода… Смотреть описание схемы …

Типы переменных резисторов

Проволочный

Состоит из трубчатого пластмассового или керамического каркаса, на который в виде однослойной обмотки уложена тонкая проволока с высоким сопротивлением (манганиновая или константановая).

По поверхности проволоки скользит металлический ползунок, который при перемещении касается следующего витка обмотки раньше, чем сойдет с предыдущего – этим обеспечивается плавность регулировки.

Для надежности контакта ползунка и токопроводящего слоя поверхность проволоки тщательно полируется.

Тонкопленочный

Состоит из каркаса в виде подковообразной диэлектрической пластины, покрытой тонкой пленкой, изготовленной из углерода, бора, металлизированных или композиционных материалов. По поверхности пленки скользит ползунок, прочно связанный с регулировочным механизмом.

Классификация по количеству контактов

1. Одноэлементные – стандартные резистивные элементы с тремя контактами.
2. Многоэлементные (сдвоенные, строенные, счетверенные) – количество контактов зависит от количества резистивных элементов, собранных в одном корпусе. В зависимости от вида механической связи ползунков регулирование может быть синхронным или независимым.
3. С выключателем – к трем основным контактам добавлены дополнительные выводы для подключения питания, чтобы поворотом ручки можно было включать устройство и регулировать его параметры.