Новинки резисторов ЭРКОН Р1-150М

ЭРКОН расширяет линейку постоянных непроволочных мощных резисторов Р1-150М. Серия включает исполнения номинальной мощностью от 100 до 800 Вт, рассчитанные на работу в цепях постоянного, переменного и импульсного токов.

Новые исполнения ориентированы на силовую электронику, в которой одновременно важны высокая рассеиваемая мощность, малое значение паразитной индуктивности, электрическая прочность и удобство монтажа на теплоотвод.

Наиболее мощные модели Р1-150М рассчитаны на 600 и 800 Вт, имеют предельное рабочее напряжение до 5 кВ. Для исполнения «И1» заявлена электрическая прочность изоляции до 12 кВ переменного тока частотой 50 Гц.

Такие характеристики позволяют рассматривать серию для применения в преобразовательной технике, источниках питания, инверторах, системах управления электродвигателями, снабберных и демпфирующих цепях.

Что представляет собой Р1-150М

Р1-150М — серия постоянных непроволочных мощных резисторов, предназначенных для установки на теплоотвод.

Основные особенности серии:

• номинальная мощность с теплоотводом до 800 Вт;
• предельное рабочее напряжение до 5 кВ;
• широкий диапазон сопротивлений;
• низкая паразитная индуктивность;
• исполнение в трудногорючем корпусе;
• возможность работы с постоянными, переменными и импульсными токами;
• несколько электрических схем;
• различные варианты высоты выводов;
• исполнение «И1» с дополнительными изоляторами;
• возможность изготовления отдельных номиналов вне ряда E24.

Непроволочная конструкция особенно важна для импульсных цепей. У обычного проволочного резистора намотка образует паразитную индуктивность, которая препятствует быстрому изменению тока. Р1-150М позволяет уменьшить влияние этого эффекта в снабберных, демпфирующих и разрядных цепях.

Основные характеристики серии

Конкретный диапазон номиналов и доступные электрические схемы зависят от выбранной мощности и исполнения.

Исполнения мощностью 100 и 200 Вт

Модели на 100 и 200 Вт рассчитаны на предельное рабочее напряжение до 1500 В.

Диапазон сопротивлений:

• от 0,1 до 91 Ом с допуском ±5% или ±10%;
• от 100 Ом до 1 МОм с допуском ±1%, ±2%, ±5% или ±10%.

Для этих моделей доступны электрические схемы 2, 4 и 5.

Такие резисторы могут использоваться:

• в источниках питания;
• преобразователях;
• блоках управления двигателями;
• цепях разряда конденсаторов;
• ограничителях пускового тока;
• цепях предварительного заряда;
• нагрузочных и демпфирующих узлах.

Исполнения мощностью 600 и 800 Вт

Наиболее мощные резисторы серии рассчитаны на работу с теплоотводом при мощности 600 или 800 Вт.

Основные параметры:

• предельное рабочее напряжение — до 5000 В;
• диапазон сопротивлений — от 0,1 Ом до 1,5 МОм;
• допуск для низкоомных номиналов — ±5% или ±10%;
• допуск от 100 Ом — ±1%, ±2%, ±5% или ±10%;
• доступны различные варианты электрической схемы и подключения.

Модели на 600 и 800 Вт предназначены для узлов, в которых требуется рассеивать значительную электрическую мощность при ограниченных габаритах.

Новое исполнение «И1»

Исполнение «И1» разработано для наиболее мощных вариантов Р1-150М на 600 и 800 Вт.

Его отличительные особенности:

• высота выводов 47 мм;
• дополнительные изоляторы;
• увеличенное расстояние между токоведущими частями и металлическим основанием;
• предельное рабочее напряжение до 5 кВ;
• электрическая прочность изоляции до 12 кВ переменного тока частотой 50 Гц;
• трудногорючий корпус;
• низкоиндуктивная непроволочная конструкция.

Дополнительная изоляция особенно важна в высоковольтной преобразовательной аппаратуре, где необходимо обеспечить электрическую прочность между резистивным элементом, выводами, теплоотводом и другими частями оборудования.

Заявленная электрическая прочность изоляции не означает, что к резистивному элементу можно длительно прикладывать 12 кВ. Предельное рабочее напряжение и испытательная электрическая прочность — разные параметры. Для исполнения «И1» рабочее напряжение ограничено значением 5 кВ.

Варианты выводов

Для Р1-150М предусмотрены разные варианты высоты соединителей:

Разные варианты позволяют адаптировать компонент к конструкции силового блока, расположению шин, кабельных наконечников и изоляционных промежутков.

Исполнение «И1» следует выбирать, если помимо увеличенной высоты выводов требуется дополнительная электрическая изоляция.

Широкий диапазон сопротивлений

Серия охватывает диапазон от долей ома до мегаом:

• низкоомные варианты подходят для мощных токовых, демпфирующих и ограничительных цепей;
• средние номиналы могут использоваться в снабберах, разрядных устройствах и нагрузочных цепях;
• высокоомные исполнения подходят для разряда высоковольтных конденсаторов, делителей и систем контроля состояния оборудования.

Модели на 100 и 200 Вт выпускаются с сопротивлением до 1 МОм, а исполнения на 600 и 800 Вт — до 1,5 МОм.

Основные номиналы выбираются из ряда E24. По данным производителя возможно изготовление значений, не входящих в стандартный ряд.

Допуски и ТКС

Для номиналов от 0,1 до 91 Ом доступны допуски:

±5%;   ±10%

Для номиналов от 100 Ом доступны:

±1%;   ±2%;   ±5%;   ±10%

Температурный коэффициент зависит от сопротивления и температурного интервала.

Для диапазона от 0,1 до 91 Ом:

• от 20 до 125 °C — не более ±250 ppm/°C;
• от −60 до 20 °C — не более ±500 ppm/°C.

Для номиналов от 100 Ом:

• от 20 до 125 °C — не более ±100 ppm/°C;
• от −60 до 20 °C — не более ±200 ppm/°C.

Температурный дрейф необходимо учитывать в измерительных цепях и делителях высокого напряжения.

Почему важна низкая индуктивность

В цепи постоянного тока сопротивление резистора определяется преимущественно его номиналом. В быстром импульсном процессе существенной становится паразитная индуктивность.

Напряжение на паразитной индуктивности определяется формулой:

U_L = L_пар · dI/dt

где:

• Uₗ — дополнительное напряжение;
• Lпар — паразитная индуктивность;
• dI/dt — скорость изменения тока.

Даже небольшая индуктивность способна создать заметный выброс при быстром переключении силового полупроводникового прибора.

Например, при паразитной индуктивности 1 мкГн и скорости изменения тока 100 А/мкс:

U_L = 1 · 10⁻⁶ · 100 · 10⁶ = 100 В

Непроволочная конструкция Р1-150М помогает уменьшить индуктивную составляющую по сравнению с традиционными проволочными резисторами. Фактическое значение паразитной индуктивности и пригодность для конкретного фронта импульса необходимо согласовывать с производителем.

Применение в снабберных цепях

Снабберная цепь ограничивает выбросы напряжения и скорость его изменения при переключении:

• тиристоров;
• IGBT-модулей;
• силовых MOSFET;
• диодов;
• вентильных секций;
• преобразовательных модулей.

В RC-снаббере резистор рассеивает энергию, накопленную в конденсаторе и паразитных индуктивностях:

E_C = CU²/2

где:

• EС — энергия конденсатора;
• C — ёмкость;
• U — напряжение.

При частоте переключения f средняя мощность, связанная с зарядом и разрядом конденсатора, предварительно оценивается как:

P_ср ≈ E_Cf

Фактический расчет зависит от топологии снаббера и формы сигналов.

Р1-150М можно рассматривать для снабберных цепей вентильных модулей преобразовательных подстанций, где требуются:

• высокая импульсная стойкость;
• рабочее напряжение до нескольких киловольт;
• малая паразитная индуктивность;
• эффективный отвод тепла;
• электрическая прочность изоляции.

Демпфирующие цепи тяговых преобразователей

В тяговом преобразователе резистор может использоваться для:

• подавления коммутационных выбросов;
• демпфирования колебаний;
• ограничения переходных токов;
• разряда конденсаторов;
• формирования параметров снабберной цепи;
• распределения напряжения между силовыми элементами.

Целевым рынком для Р1-150М являются преобразовательные системы железнодорожного транспорта, включая оборудование для электропоездов классов «Иволга», «Ласточка» и «Финист».

Применимость резистора к конкретному тяговому преобразователю должна подтверждаться техническим заданием, испытаниями и требованиями разработчика оборудования. Совпадения мощности и сопротивления недостаточно: необходимо учитывать импульсную энергию, вибрацию, климатические воздействия, изоляцию и нормативные требования железнодорожной отрасли.

Энергетика и преобразовательные подстанции

В энергетическом оборудовании мощные высоковольтные резисторы востребованы в:

• вентильных преобразовательных модулях;
• системах возбуждения;
• высоковольтных источниках питания;
• цепях предварительного заряда;
• цепях разряда накопительных конденсаторов;
• устройствах ограничения перенапряжений;
• снабберных и демпфирующих узлах;
• испытательном оборудовании.

Сочетание мощности до 800 Вт, рабочего напряжения до 5 кВ и низкой индуктивности делает Р1-150М кандидатом для локализации силовой функции в одном компоненте вместо сборки из большого количества менее мощных резисторов.

Системы мониторинга высоковольтного оборудования

Высокоомные исполнения Р1-150М могут рассматриваться для систем:

• измерения высокого напряжения;
• контроля разряда конденсаторов;
• оценки КПД преобразователей;
• мониторинга состояния изоляции;
• контроля распределения напряжения;
• формирования высоковольтных делителей;
• диагностики силового оборудования.

Для измерительного делителя коэффициент передачи определяется отношением сопротивлений:

K = R₂/(R₁ + R₂)

В таких цепях необходимо учитывать:

• допуск сопротивления;
• ТКС;
• саморазогрев;
• предельное рабочее напряжение;
• электрическую прочность изоляции;
• коэффициент напряжения;
• долговременную стабильность;
• распределение напряжения внутри сборки.

Если требуется точное измерение, характеристик одного мощного резистора может быть недостаточно. Необходим расчет всей делительной цепи и ее калибровка.

Системы управления двигателями

Области применения Р1-150М включают инверторы и блоки управления двигателями.

В таких системах мощные резисторы используются в:

• цепях предварительного заряда звена постоянного тока;
• цепях разряда конденсаторов;
• снабберах силовых ключей;
• демпфирующих контурах;
• устройствах ограничения тока;
• балластных нагрузках;
• тормозных и защитных цепях.

Целевыми направлениями могут быть системы управления электродвигателями:

• атомных ледоколов проектов 10510 и 22220;
• карьерных самосвалов БелАЗ;
• железнодорожного транспорта;
• промышленного оборудования;
• насосных и компрессорных установок.

Для применения в конкретном проекте требуется подтверждение соответствия отраслевым требованиям, условиям эксплуатации и конструкторской документации заказчика.

Источники питания промышленных роботов

В блоках питания робототехнических комплексов резисторы большой мощности могут выполнять функции:

• ограничения пускового тока;
• предварительного заряда конденсаторов;
• разряда звена постоянного тока;
• подавления импульсных перенапряжений;
• демпфирования;
• временной балластной нагрузки;
• рассеивания энергии при торможении сервопривода.

Преимуществами Р1-150М для таких задач являются компактное размещение на теплоотводе и возможность выбрать сопротивление в широком диапазоне.

Цепи предварительного заряда

При непосредственном подключении емкого звена постоянного тока возникает большой зарядный ток. Для его ограничения последовательно с конденсатором временно включают резистор.

Начальный ток приблизительно равен:

I₀ = U_DC/R

Постоянная времени зарядной цепи:

τ = RC

Энергия, первоначально рассеиваемая резистором при зарядке конденсатора от идеального источника через последовательное сопротивление, приблизительно равна:

E_R = CU_DC²/2

Для выбора Р1-150М в такой цепи необходимо проверить:

• сопротивление;
• пиковый ток;
• энергию одного включения;
• длительность импульса;
• частоту повторных запусков;
• рабочее напряжение;
• температуру корпуса и теплоотвода.

Номинальная непрерывная мощность не заменяет проверку импульсной стойкости.

Цепи разряда конденсаторов

Для разряда конденсатора используется зависимость:

U(t) = U₀e^−t/(RC)

где:

• U₀ — начальное напряжение;
• R — сопротивление;
• C — ёмкость;
• t — время.

Необходимое сопротивление для снижения напряжения от U₀ до U₁ за время t:

R = t/(C ln(U₀/U₁))

Начальная мощность:

P₀ = U₀²/R

Начальная мощность может во много раз превышать среднее значение, поэтому необходимо проверять допустимую импульсную нагрузку резистора.

Мощность и рабочее напряжение проверяются отдельно

Расчетная мощность резистора:

P = U²/R

Однако допустимое напряжение ограничивается не только мощностью.

Для предварительной проверки:

U_доп = min(√(P_допR), U_пред)

где Uпред равно 1500 В для моделей на 100 и 200 Вт или 5000 В для моделей на 600 и 800 Вт.

Например, для Р1-150М мощностью 600 Вт и сопротивлением 100 кОм:

U_P = √(600 · 100 000) ≈ 7746 В

Но предельное рабочее напряжение составляет 5000 В. Поэтому прикладывать 7746 В нельзя, хотя расчетная мощность формально не превышает 600 Вт.

При 5000 В мощность составит:

P = 5000²/100 000 = 250 Вт

В данном случае ограничивающим параметром является рабочее напряжение.

Требования к теплоотводу

Номинальная мощность Р1-150М указывается для работы с теплоотводом. Без правильного отвода тепла резистор не сможет безопасно рассеивать заявленную мощность.

Монтаж выполняется прижимом металлической части корпуса к теплоотводу с применением прослойки из теплопроводящего материала.

При проектировании необходимо учитывать:

• температуру теплоотвода;
• площадь и материал радиатора;
• тепловое сопротивление перехода;
• качество прижима;
• свойства теплопроводящего материала;
• естественное или принудительное охлаждение;
• температуру окружающего воздуха;
• соседние источники тепла;
• нагрузочную кривую производителя.

Температуру можно предварительно оценить так:

T_рез = T_{радиатора} + P R_θ

где:

• Tрез — температура резистивного элемента или корпуса;
• Tрадиатора — температура теплоотвода;
• P — рассеиваемая мощность;
• Rθ — суммарное тепловое сопротивление.

Расчет должен опираться на тепловые данные конкретного исполнения и подтверждаться испытаниями.

Преимущества для импортозамещения

Р1-150М отличная отечественная альтернатива мощным зарубежным непроволочным резисторам.

Для замены зарубежного компонента необходимо сопоставить:

• габаритные и присоединительные размеры;
• расположение выводов;
• электрическую схему;
• сопротивление;
• допуск;
• ТКС;
• номинальную и импульсную мощность;
• предельное напряжение;
• электрическую прочность изоляции;
• тепловое сопротивление;
• условия охлаждения;
• климатические и механические требования.

Для исполнения «И1» производитель заявляет возможность замены зарубежных силовых резисторов по принципу pin-to-pin. Но совместимость необходимо подтверждать для конкретного артикула и конструкции оборудования.

Как подобрать Р1-150М

Для выбора конкретного исполнения необходимо определить:

1. Номинальное сопротивление.
2. Допустимое отклонение.
3. Постоянную рассеиваемую мощность.
4. Мощность и энергию импульса.
5. Форму и длительность импульса.
6. Частоту повторения.
7. Максимальное рабочее напряжение.
8. Требуемую электрическую прочность изоляции.
9. Электрическую схему.
10. Высоту и расположение выводов.
11. Температуру теплоотвода.
12. Условия охлаждения.
13. Требования к ТКС.
14. Механические и климатические воздействия.
15. Необходимость исполнения «И1».

Если резистор используется в импульсной цепи, необходимо передать производителю осциллограмму или описание формы нагрузки.

Типичные ошибки

При подборе и эксплуатации Р1-150М важно избегать следующих ошибок:

• выбор только по номинальной мощности;
• работа без теплоотвода;
• недостаточный прижим к радиатору;
• отсутствие теплопроводящего материала;
• превышение предельного рабочего напряжения;
• смешение рабочего напряжения и электрической прочности изоляции;
• отсутствие расчета импульсной энергии;
• игнорирование частоты повторения импульсов;
• выбор неподходящей электрической схемы;
• неправильное подключение выводов;
• превышение допустимой температуры теплоотвода;
• замена зарубежного компонента только по габаритам;
• отсутствие проверки паразитных параметров в быстродействующей цепи;
• отсутствие испытаний в составе конечного оборудования.

Заключение

Обновленная серия Р1-150М расширяет возможности применения отечественных мощных непроволочных резисторов в промышленной силовой электронике.

Линейка включает исполнения:

• мощностью 100, 200, 600 и 800 Вт;
• с сопротивлением от 0,1 Ом до 1–1,5 МОм;
• с рабочим напряжением до 1,5 или 5 кВ;
• с различными электрическими схемами и высотой выводов;
• в исполнении «И1» с дополнительными изоляторами и электрической прочностью изоляции до 12 кВ переменного тока.

К основным преимуществам Р1-150М относятся низкая индуктивность, высокая мощность, трудногорючий корпус, монтаж на теплоотвод и широкий диапазон номиналов.

Целевые области применения серии:

• снабберные цепи вентильных модулей;
• преобразовательные подстанции;
• тяговые преобразователи железнодорожного транспорта;
• системы мониторинга высоковольтного оборудования;
• блоки управления двигателями;
• судовые и карьерные электроприводы;
• источники питания промышленных роботов;
• инверторы;
• цепи предварительного заряда и разряда.

Для подбора Р1-150М необходимо указать сопротивление, мощность, рабочее и импульсное напряжение, длительность и частоту импульсов, электрическую схему, требования к изоляции, конструкцию теплоотвода и условия эксплуатации.