Obciążnice
Obciążnice rezystancyjne to specyficzny rodzaj obciążnic elektrycznych, które są wykorzystywane do testowania i symulowania obciążenia rezystancyjnego w systemach elektrycznych. Działają na zasadzie konwersji energii elektrycznej na ciepło poprzez rezystory. Tego typu obciążnice są szeroko stosowane w testowaniu generatorów, zasilaczy, baterii oraz innych urządzeń, gdzie kluczowe jest sprawdzenie, jak sprzęt zachowuje się pod różnymi warunkami obciążenia. Przy obciążnicach większych mocy często stosuje się rezystancyjne elementy grzejne.
Budowa i działanie obciążnic rezystancyjnych
Obciążnice rezystancyjne składają się z szeregu rezystorów lub elementów grzejnych, które są zwykle wykonane z materiałów o dużej odporności na wysokie temperatury.
Główne elementy ich budowy to:
1.Rezystory:
Podstawowy element obciążnicy, przekształcający energię elektryczną w ciepło. Rezystory lub elementy grzejne mogą być ułożone w różnych konfiguracjach (szeregowych, równoległych) w zależności od wymagań testu.
2.Chłodzenie
Ponieważ obciążnice rezystancyjne generują duże ilości ciepła, są zazwyczaj wyposażone w systemy chłodzenia. Najczęściej spotykane metody chłodzenia to:
- Chłodzenie powietrzem: Zazwyczaj odbywa się za pomocą wentylatorów, które wymuszają przepływ powietrza przez obciążnicę, odprowadzając ciepło.
- Chłodzenie wodne: W bardziej zaawansowanych obciążnicach stosuje się systemy chłodzenia wodnego, które są bardziej efektywne przy wysokich mocach.
3.Regulacja obciążenia:
Wiele obciążnic rezystancyjnych umożliwia regulację poziomu obciążenia poprzez zmienianie liczby włączonych rezystorów (elementów grzejnych) lub ich konfiguracji. Dzięki temu można precyzyjnie dostosować moc obciążenia do wymagań testu.
Zastosowania obciążnic rezystancyjnych
1.Testowanie generatorów:
Używane do symulowania obciążenia, które generator napotka w normalnych warunkach pracy. Dzięki temu można sprawdzić wydajność, stabilność i niezawodność generatora.
2.Testowanie zasilaczy i UPS:
Obciążnice rezystancyjne pozwalają na obciążenie zasilaczy awaryjnych (UPS) oraz zasilaczy laboratoryjnych, aby sprawdzić ich zdolność do dostarczania mocy w stabilny sposób.
3.Testowanie baterii i akumulatorów:
Obciążnice rezystancyjne są używane do testowania pojemności, wydajności oraz żywotności baterii i akumulatorów. Symulują one obciążenie, jakie akumulator będzie musiał zasilać w rzeczywistych warunkach.
4.Kalibracja i diagnostyka:
Służą do kalibracji urządzeń pomiarowych oraz diagnostyki systemów energetycznych, zapewniając stabilne i kontrolowane obciążenie.
Rodzaje elementów grzejnych stosowanych do obciążnic
Element grzejny otwarty
Elementy grzejne otwarte (zwane też skrętkami grzejnymi) mogą posiadać bardzo duże obciążenie powierzchniowe tzn. dużą gęstość mocy na cm2 powierzchni elementu grzejnego.
Są to na ogół elementy grzejne wykonane z drutu oporowego bez zastosowania ceramicznego rdzenia, co znacznie zmniejsza wagę takiego zespołu grzejnego.
Standardowe zespoły grzejne otwarte posiadają moce od 1 do 9 kW.
Ważnymi zaletami takiego rozwiązania są:
- lekka i mała konstrukcja zmniejszająca rozmiar obciąż nicy i ułatwiająca jego mobilność
- duża kondensacja mocy
- krótki czas schładzania po użyciu pozwalający na szybkie zakończenie testu
Rozwiązania takie oczywiście wymagają odpowiedniego chłodzenia poprzez zastosowanie wentylatorów chłodzących.
Wady takiego rozwiązania to:
- rezystory emitują dużą ilość ciepła
– wysoka temperatura elementu grzejnego - wentylatory emitują wysoki poziom hałasu
- elementy grzejne są w całości są pod napięciem (bez izolacji) co wymaga stosowania odpowiednich izolatorów ceramicznych
Rurkowe elementy grzejne bez ożebrowania
Są to elementy rezystancyjne w postaci rurkowego elementu grzejnego z odpowiednio zabudowaną skrętką grzejną (drut oporowy) w zagęszczonej izolacji z tlenku magnezu i rurze osłonowej.
Osłona ta zapewnia dobre własności izolacyjne oraz termiczne.
Rura osłonowa jest wykonana ze stali nierdzewnej odpornej na wysokie temperatury, np. AISI 321 lub Incoloy 800.
Najczęściej tego typu elementy grzejne (grzałki) mają kształt litery „U” lub „M”.
Rurkowe elementy grzejne nie osiągają bardzo wysokich temperatur, co znacznie wydłuża żywotność takich rozwiązań i nie wymagają dużego przepływu powietrza.
Obciążnice z takimi rezystorami znajdują zastosowanie w długotrwałych testach obciążeniowych w trudnych lub zróżnicowanych warunkach klimatycznych.
Często obciążnice zasilane są wysokim napięciem (powyżej 500 V) co eliminuje możliwość zastosowania standardowych średnic elementów grzejnych (8,5 mm).
Stosuje się wtedy elementy grzejne o średnicach od 10 mm do 16 mm.
Selfa jest jednym z niewielu producentów w Europie, którzy oferują grzałki o średnicy 12,5 mm i 16 mm o długościach ponad 6 m.
Zalety takich rozwiązań to:
- duża trwałość w ciężkich zastosowaniach.
- grzałki są izolowane, co zwiększa odporność na wilgoć, brud i zanieczyszczenia
- brak otwartych elementów będących pod napięciem
- mniejsza prędkość wentylatora do chłodzenia elementów, co zmniejsza poziom hałasu.
Wady:
- większe i cięższe niż elementy wykonane z otwartej skrętki grzejnej, co zazwyczaj oznacza większą obudowę obciążnicy dla tej samej wartości mocy.
- znaczna pojemność cieplna elementów grzejnych wymaga dłuższego okresu schładzania po użyciu.
Elementy grzejne z radiatorem
Elementy grzejne z radiatorem wykonywane są na bazie standardowych rurkowych grzałek, ale wykorzystują dodatkowe żebra wokół elementu, aby zwiększyć powierzchnię oddawania ciepła. Oznacza to, że element grzejny uzbrojony w radiator może mieć większą moc niż ten sam element grzejny bez radiatora.
Zalety:
Mniej elementów, aby osiągnąć równoważną wartość kW (mocy) jak elementy obudowane.
Wady:
Wyższy przepływ powietrza wymagany do chłodzenia elementów, co zwiększa poziom hałasu.
