Для чего нужен реостат, принцип его работы в цепи. Видеоурок «Реостаты

Прибор, способный справляться с изменением сопротивления, принято называть реостатом. Структурно он представлен набором резисторов, которые подключены между собой ступенчато, и может обеспечивать непрерывное изменение сопротивления. В отдельную категорию выделяются устройства, осуществляющие плавное регулирование без разрыва сети. Чтобы определиться, для чего нужен реостат, нужно детальнее рассмотреть его особенности и принцип работы.

Описываемые приспособления универсальны в применении. В зависимости от непосредственного назначения их принято разделять на такие виды:

Важно! Реостаты применяются в качестве ограничителей тока в обмотках возбуждения электромашин с постоянным током.

Таким способом выравниваются сильные перепады электрического тока, а также динамические перегрузки, влекущие повреждение привода и всего механизма, подведенного к нему. Обеспечение подходящего сопротивления в момент запуска продлевает эксплуатационный срок коллектора и щеток.

В отдельную группу выделяются потенциометры. Они представляют собой делители напряжения, в основу которых заложены переменные резисторы. Такие приборы дают возможность применять в электронных схемах разное напряжение без дополнительных блоков питания, трансформаторов. Регулирование силы тока посредством реостата часто задействуется в радиотехнической сфере. Ярким тому примером выступает изменение громкости в динамиках.

Описываемые приспособления похожи по своему функциональному назначению. Конструктивно и визуально самым простым считается реостат ползункового типа. Он подсоединяется к цепи с помощью верхней и нижней клеммы. Прибор сконструирован таким способом, что ток поступает по всей длине провода, а не в поперечном направлении витков. Это осуществляется благодаря надежной изоляции проводников.

Важно! Большинство положений бегунка используют только часть реостата. При изменении длины проводника осуществляется регулировка силы электротока в рабочей цепи. С целью предупреждения преждевременного износа витков ползунок оснащается скользящим контактом (колесико или стержень из графита).

Часто реостат применяют для регулирования в цепи вместо потенциометра. В таком случае выполняется его подключение с помощью трех клемм. В нижней части две из них являются входом, соединяются с источником напряжения. Одна нижняя клемма и верхняя свободная используются в качестве выхода. Когда происходит передвижение ползунка, напряжение без труда регулируется.

Реостат имеет свойство функционировать в балластном режиме, в чем может возникнуть необходимость при создании активной нагрузки во время потребления энергии. В такой ситуации рекомендуется учитывать рассеивающие способности используемого агрегата. Если есть избыточное тепло, прибор выходит из строя. При подключении в электросеть нужно правильно рассчитать рассеиваемую мощность реостата, если требуется, создать достаточное и правильное охлаждение.

Большой популярностью пользуются реостаты, имеющие внешнее оформление в виде тора. Основная сфера их применения - электротранспорт (трамваи), промышленная отрасль. Регулирование осуществляется путем перемещения ползунка по кругу. Передвижение такой детали выполняется по обмоткам, которые расположены тороидально.

Устройство, выполненное по принципу тора, видоизменяет сопротивление практически без разрыва цепи. Его противоположностью является агрегат рычажного типа. Принцип работы такого реостата основан на том, что резисторы закреплены на специальной раме, они выбираются посредством специального рычага. При любой коммутации происходит разрыв контура.

Схемы, в которых задействуется рычажный прибор, лишены плавной регулировки сопротивления. Какие-либо переключения влекут за собой поступательное изменение показателей в сети. Что касается дискретности шагов, она зависит от диапазона регулировки и численности резисторов, присутствующих на раме.

Еще одной разновидностью выступают штепсельные реостаты, с помощью которых осуществляется ступенчатая регулировка сопротивления. Основное отличие - изменение параметров внутри сети без предварительного разрыва цепи. Когда штепсель поступает на перемычку, основная доля тока идет без сопротивления. Перенаправление тока на резистор осуществляется путем вытаскивания штепселя.

Жидкостные и ламповые приспособления относятся к специфическим видам реостатов. Ввиду наличия определенных недостатков они имеют узкую, специализированную сферу применения:

1. Приборы жидкостного типа задействуются во взрывоопасной сфере в качестве управляющих деталей двигателя.
2. Ламповые изделия характеризуются малой точностью и надежностью. Часто используются в учебных заведениях на уроках физики, в лабораториях, исследовательских центрах.

Определив, для чего предназначены реостаты, следует подробнее рассмотреть их составляющую сторону. В зависимости от материала, используемого на производстве, выделяются следующие установки:

• керамические - особенность заключается в применении при небольших мощностях;
• металлические - нашли широкое потребление в разных направлениях деятельности человека;
• угольные - их основное использование в промышленности.

Важно! Тепло отводится масляным, водяным или воздушным путем. Если нет возможности рассеивания тепла с рабочей поверхности, задействуется жидкостное охлаждение. Теплоотдача может повышаться за счет применения вентилятора и радиатора.

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

Закон Ома наглядно показывает, что силу тока в цепи можно изменять путем включения в нее электрического аппарата – резистора или реостата, имеющего некоторое электрическое сопротивление. Этим свойством широко пользуются в практике для регулирования и ограничения тока в двигателях, генераторах и других электрических устройствах.

Резисторы и реостаты (рисунок 8) обычно изготовляют из проволоки или ленты, материалом для которой служат сплавы металлов, обладающие высоким удельным сопротивлением (константан, никелин, манганин, фех­раль), что дает возможность для изготовления этих аппаратов применять про­волоку наименьшей длины. В устройствах радиотехники и электроники часто применяют резисторы, выполненные из графита.

Рисунок 8 – Устройство реостатов:

а – с плавным изменением сопротивления, б – со ступенчатым изменением сопротивления, в – из чугунных пластин, г – из фехралевой ленты

Реостат r может быть включен в цепь между источником и приемни­ком r н электрической энергии (рисунок 9а ). В этом случае при изменении сопротивления реостата, например, вследствие перемещения подвижного контакта изменяется сила тока I , проходящего через источник и приемник. Этот ток протекает только по части реостата. Однако реостат можно вклю­чить в цепь таким образом, чтобы ток проходил по всему его сопротивлению, а к приемнику ответвлялась только часть тока источника. В этом случае два крайних зажима 1 и 2 реостата (рисунок 9б ) подключают к источнику элек­трической энергии, а один из этих зажимов, например 2 , и подвижной кон­такт реостата 3 присоединяют к приемнику r н . Очевидно, что при таком включении к приемнику будет подаваться напряжение U , которое зависит от сопротивления части реостата, включенной между зажимом 2 и подвижным контактом.

Рисунок 9 – Схемы включения реостатов:

а – последовательно в цепь приемника электрической энергии, б – в качестве делителя напряжения

Следовательно, передвигая подвижной контакт реостата, можно изме­нять напряжение U , подводимое к приемнику.

Реостат, включенный по схеме, показанной на рисунке 9б , называется делителем напряжения или потенциометром. Если сопротивление приемника относительно велико по сравнению с сопротивлением реостата, то напряже­ние на зажимах приемника

где r 1 и r 2 – сопротивления частей реостата.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Из чего состоит электрическая цепь?

2. Какие приборы могут выступать в качестве источников и приемников энергии?

3. Внешний и внутренний источник электрической энергии.

4. Что называется электрическим током, силой тока? Направление тока. Какой ток называется переменным, постоянным?

5. Электропроводность вещества: разделение на проводники, диэлектрики, полупроводники.

6. Что называется электрическим полем?

7. Что такое напряженность электрического поля?

8. Что такое энергия электрического поля?

9. Понятие электрического потенциала.

10. Что называется электрическим напряжением?

Для того чтобы создать электрический ток, необходимо составить замкнутую электрическую цепь из электрических приборов.
Элементы электрической цепи соединяются проводами и подключаются к источнику питания.

Самая простая электрическая цепь состоит из:
1. источника тока
2. потребителя электроэнергии - (лампа, электроплитка, электродвигатель, электробытовые приборы)
3. замыкающего и размыкающего устройства - (выключатель, кнопка, рубильник)
4. соединительных проводов

Чертежи, на которых показано, как электрические приборы соединены в цепь, называются электрическими схемами.
На электрических схемах все элементы электрической цепи имеют условные обозначения.

1 - гальванический элемент
2 - батарея элементов
3 - соединение проводов
4 - пересечение проводов на схеме без соединения
5 - зажимы для подключения
6 - ключ
7 - электрическая лампа
8 - электрический звонок
9 - резистор (или иначе сопротивление)
10- нагревательный элемент
11 - предохранитель

Существуют сопротивления, величину которых можно плавно изменять.
Это могут быть переменные резисторы или сопротивления, называемые реостатами.

Таким образом, реостаты - это приборы, сопротивление которых можно регулировать.
Они применяются тогда, когда необходимо менять силу тока в цепи.
Реостат отличается от переменного резистора своей конструкцией и большой мощностью.

На электрической схеме реостат имеет своё условное обозначение:

С помощью перемещаемого движка (2) можно увеличивать или уменьшать величину сопротивления (между контактами 1 и 2), включаемого в электрическую цепь.

Попробуй, глядя на рисунок, выяснить для себя в какую сторону надо перемещать движок, чтобы:
а) увеличить сопротивление, включенное в цепь?
б) уменьшить сопротивление?
Умение пользоваться реостатом пригодится тебе для проведения лабораторных работ.
Приготовься к этому заранее!

ИНТЕРЕСНО

В электрических схемах применяются символические изображения входящих в нее элементов и устройств. Физические величины также принято обозначать буквенными символами.
Немецкий профессор Г.К. Лихтенберг из Геттенгена первый предложил ввести электрические символы, обосновал их практическое применение и использовал в своих работах!
Благодаря ему, в электротехнике появляются математические знаки плюс и минус для обозначения электрических зарядов. Символы, предложенные Г.К. Лихтенбергом, прижились и известны теперь даже школьникам.
Г.К Лихтенберг родился в Германии и в 1769 году стал профессором физики. Многочисленные работы по математике, метеорологии, геодезии и электричеству способствовали избранию Лихтенберга Почетным членом Петербургской Академии наук.
В 1769 году в Геттингене он установил первый в Германии громоотвод на университетской библиотеке.

ЗНАЕШЬ ЛИ ТЫ

В 1881 году в Париже на электротехнической выставке впервые демонстрировалось самое современное для того времени изобретение. Это был обычный для нас выключатель. Публика была в восторге!

Английский ученый со смешной фамилией Кавалло, живший на рубеже 18-19 веков, первым предложил конструкцию электрических проводов. Он предлагал натянутую отожженную медную или латунную проволоку нагревать в пламени свечи или просто куском раскаленного железа, покрывать смолой и обматывать полотняной лентой, также равномерно покрытой смолой. Изолированную таким способом проволоку следовало защищать чехлом из шерсти. Ну чем не основные элементы современного кабеля: токопроводящая жила, изоляция, защитный покров. Провод предполагалось изготовлять отрезками по 6–9 м, а места соединения отрезков тщательно обматывать промасленным шелком.

А НУ-КА, СООБРАЗИ

Если у вас есть электрозвонок, питающийся от батарейки, источник тока, провода, то как соединить провода, чтобы замыкание цепи вызвало только один удар молоточка звонка?

Не забывайте выключать свет!

Резисторы. Закон Ома наглядно показывает, что силу тока в электрической цепи можно изменять, включая в нее различные сопротивления. Этим свойством широко пользуются на практике для регулирования и ограничения тока в обмотках двигателей, генераторов и других электрических потребителях. Электрический аппарат, предназначенный для включения в электрическую цепь с целью регулирования или ограничения проходящего по ней тока, называют резистором. Резисторы бывают с постоянным или регулируемым сопротивлением. Последние иногда называют реостатами.
Резисторы обычно изготовляют из проволоки или ленты, материалом для которых служат сплавы металлов, обладающие высоким удельным сопротивлением (константан, никелин, манганин, фехраль). Это дает возможность для изготовления резисторов применять проволоку наименьшей длины. В электрических цепях, по которым проходят сравнительно небольшие токи (например, в цепях управления, в устройствах электроники и радиотехники), часто применяют непроволочные резисторы, выполненные из графита и других материалов.
Реостаты могут выполняться с плавным или ступенчатым изменением сопротивления. В лабораториях для управления электрическими машинами и испытательными устройствами часто используют ползунковый реостат с плавным изменением сопротивления (рис. 16, а). Такой реостат состоит из изоляционной трубки 4, на которую навита проволочная спираль 5. К виткам этой спирали прикасается подвижной контакт 2. Зажим 1 реостата соединяется с подвижным контактом, другой зажим 3 - с одним из концов спирали. Перемещая подвижной контакт, можно изменять длину проволоки, расположенной между зажимами реостата, и тем самым изменять его сопротивление.
Для пуска и регулирования электрических двигателей станков, грузоподъемных механизмов и пр. применяют ползунковый реостат со ступенчатым изменением сопротивления (рис. 16, б). Реостат состоит из ряда одинаковых сопротивлений 9 (секций), присоединенных к контактам 8. Для включения в цепь того или иного числа секций служит ползунок 7 со штурвалом 6.
Для регулирования тока при пуске тяговых двигателей электрических локомотивов постоянного тока применяют реостаты со ступенчатым изменением сопротивления (пусковые реостаты). Отдельные секции реостата в процессе пуска замыкаются накоротко дистанционно управляемыми выключателями, называемыми контакторами.
На некоторых электровозах (например, электровозах ЧС) пусковые реостаты выполнены из чугунных литых пластин 10 особой формы, напоминающей зигзагообразно уложенную ленту. Отдельные пластины собирают на изолированных шпильках и прикрепляют к основанию 11 (рис. 16, в).

В последнее время пусковые реостаты электровозов и моторных вагонов выполняют из фехралевой ленты 12, намотанной на фарфоровые изоляторы 13 (рис. 16, г). Так же устроены и реостаты, служащие для регулирования тока возбуждения тяговых двигателей на электровозах и тепловозах. Реостаты из фехралевой ленты более

прочны, более устойчивы против тряски и вибраций и имеют меньшую массу, чем реостаты, выполненные из чугунных пластин.
Схемы включения реостатов. Реостат 2 (рис. 17) может быть включен последовательно в цепь между источником 1 и приемником 4 электрической энергии. В этом случае при изменении сопротивления реостата, т. е. при перемещении подвижного контакта 3, изменяется сила тока в приемнике. Этот ток проходит только по части сопротивления реостата.
Однако реостат можно включать в цепь таким образом, чтобы ток проходил по всему его сопротивлению, а к приемнику ответвлялась только часть тока источника. В этом случае два крайних зажима 2 и 4 реостата (рис. 18) подключают к источнику 5, а один из этих зажимов, например 4, и подвижной контакт 3 реостата - к приемнику 1. Очевидно, что при таком включении к приемнику будет подаваться напряжение U, равное падению напряжения между зажимом 4 и подвижным контактом 3 реостата. Следовательно, передвигая подвижной контакт реостата, можно изменять напряжение U, подводимое к приемнику, и силу тока в нем. Напряжение U представляет собой только часть напряжения Uи на зажимах источника.
Реостат, включенный по схеме рис. 18, называется делителем напряжения, или потенциометром.

Реостатом называется аппарат, состоящий из набора резисторов и устройства, с помощью которого можно регулировать сопротивление включенных резисторов и благодаря этому регулировать переменный и постоянный ток и напряжение.

Различают реостаты с воздушным и жидкостным (масляным или водяным) охлаждением . Воздушное охлаждение может применяться для всех конструкций реостатов. Масляное и водяное охлаждение используется для металлических реостатов, резисторы могут либо погружаться в жидкость, либо обтекаться ею. При этом следует иметь в виду, что охлаждающая жидкость должна и может охлаждаться как воздухом, так и жидкостью.

Металлические реостаты с воздушным охлаждением получили наибольшее распространение. Их легче всего приспособить к различным условиям работы как в отношении электрических и тепловых характеристик, так и в отношении различных конструктивных параметров. Реостаты могут выполняться с непрерывным или со ступенчатым изменением сопротивления.

Переключатель ступеней в реостатах выполняется плоским. В плоском переключателе подвижный контакт скользит по неподвижным контактам, перемещаясь при этом в одной плоскости. Неподвижные контакты выполняются в виде болтов с плоскими цилиндрическими или полусферическими головками, пластин или шин, располагаемых по дуге окружности в один или два ряда. Подвижный скользящий контакт, называемый обычно щеткой, может выполняться мостикового или рычажного типа, самоустанавливающимся или несамоустанавливающимся.

Несамоустанавливающийся подвижный контакт проще по конструкции, но ненадежен в эксплуатации ввиду частого нарушения контакта. При самоустанавливающемся подвижном контакте всегда обеспечиваются требуемое контактное нажатие и высокая надежность в эксплуатации. Эти контакты получили преимущественное распространение.

Достоинствами плоского переключателя ступеней реостата являются относительная простота конструкции, сравнительно небольшие габариты при большом числе ступеней, малая стоимость, возможность установки на плите переключателя контакторов и реле для отключения и защиты управляемых цепей. Недостатки - сравнительно малая мощность переключения и небольшая разрывная мощность, большой износ щетки вследствие трения скольжения и оплавления, затруднительность применения для сложных схем соединения.

Металлические реостаты с масляным охлаждением обеспечивают увеличение теплоемкости и постоянной времени нагрева за счет большой теплоемкости и хорошей теплопроводности масла. Это позволяет при кратковременных режимах резко увеличивать нагрузку на резисторы, а следовательно, сократить расход резистивного материала и габариты реостата. Погружаемые в масло элементы должны иметь как можно большую поверхность, чтобы обеспечить хорошую теплоотдачу. Закрытые резисторы погружать в масло нецелесообразно. Погружение в масло защищает резисторы и контакты от вредного воздействия окружающей среды в химических и других производствах. Погружать в масло можно только резисторы или резисторы и контакты.

Отключающая способность контактов в масле повышается, что является достоинством этих реостатов. Переходное сопротивление контактов в масле возрастает, но одновременно улучшаются условия охлаждения. Кроме того, за счет смазки можно допустить большие контактные нажатия. Наличие смазки обеспечивает малый механический износ.

Для длительных и повторно-кратковременных режимов работы реостаты с масляным охлаждением непригодны ввиду малой теплоотдачи с поверхности бака и большой постоянной времени охлаждения. Они применяются в качестве пусковых реостатов для асинхронных электродвигателей с фазным ротором мощностью до 1000 кВт при редких пусках.

Наличие масла создает и ряд недостатков: загрязнение помещения, повышение пожарной опасности.

Рис. 1. Реостат с непрерывным изменением сопротивления

Пример реостата с практически непрерывным изменением сопротивления приведен на рис. 1. На каркасе 3 из нагревостойкого изоляционного материала (стеатит, фарфор) намотана проволока резистора 2. Для изоляции витков друг от друга проволоку оксидируют. По резистору и направляющему токоведущему стержню или кольцу 6 скользит пружинящий контакт 5, соединенный с подвижным контактом 4 и перемещаемый при помощи изолированного стержня 8, на конец которого надевается изолированная рукоятка (на рисунке рукоятка снята). Корпус 1 служит для сборки всех деталей и крепления реостата, а пластины 7 - для внешнего присоединения.

Реостаты могут включаться в схему как переменный резистор (рис. 1, а) или как (рис. 1,6). Реостаты обеспечивают плавное регулирование сопротивления , а следовательно, и тока или напряжения в цепи и находят широкое применение в лабораторных условиях в схемах автоматического управления.

На рисунке 2 показана схема включения с помощью реостата двигателя постоянного тока небольшой мощности.

Рис. 2 . Схема включения реостата: Л - зажим, соединенный с сетью, Я - зажим, соединенный с якорем; М - зажим, соединенный о цепью возбуждения, О - холостой контакт, 1 - дуга, 2 - рычаг, 3 - рабочий контакт.

Перед включением двигателя необходимо убедиться в том, что рычаг 2 реостата находится на холостом контакте 0. Затем включают рубильник и рычаг реостата переводят на первый промежуточный контакт. При этом двигатель возбуждается, а в цепи якоря появляется пусковой ток, величина которого ограничена всеми четырьмя секциями сопротивления Rп. По мере увеличения частоты вращения якоря пусковой ток уменьшается и рычаг реостата переводят на второй, третий контакт и т. д., пока он не окажется на рабочем контакте.

Пусковые реостаты рассчитаны на кратковременный режим работы, а поэтому рычаг реостата нельзя длительно задерживать на промежуточных контактах : в этом случае сопротивления реостата перегреваются и могут перегореть.

Прежде чем отключить двигатель от сети, необходимо рукоятку реостата перевести в крайнее левое положение. При этом двигатель отключается от сети, но цепь обмотки возбуждения остается замкнутой на сопротивление реостата. В противном случае могут появиться большие перенапряжения в обмотке возбуждения в момент размыкания цепи.

При пуске в ход двигателей постоянного тока регулировочный реостат в цепи обмотки возбуждения следует полностью вывести для увеличения потока возбуждения.

Для пуска двигателей с последовательным возбуждением применяют двухзажимные пусковые реостаты, отличающиеся от трехзажимных отсутствием медной дуги и наличием толь ко двух зажимов - Л и Я.

Реостаты со ступенчатым изменением сопротивления (рис. 3 и 4 ) состоят из набора резисторов 1 и ступенчатого переключающего устройства.

Переключающее устройство состоит из неподвижных контактов и подвижного скользящего контакта и привода. В пускорегулирующем реостате (рис. 3 ) к неподвижным контактам присоединены полюс Л1 и полюс якоря Я, отводы от элементов сопротивлений, пусковых и регулировочных, согласно разбивке по ступеням и другие управляемые реостатом цепи. Подвижный скользящий контакт производит замыкание и размыкание ступеней сопротивления, а также всех других управляемых реостатом цепей. Привод реостата может быть ручной (при помощи рукоятки) и двигательный.

Рис. 3 R пк - резистор, шунтирующий катушку контактора в отключенном положении реостата, R огр - резистор, ограничивающий ток в катушке, Ш1, Ш2 - параллельная обмотка возбуждения электродвигателя постоянного тока, С1, С2 - последовательная обмотка возбуждения электродвигателя постоянного тока.

Рис. 4 R пр - сопротивление предвключенное, ОВ - обмотка возбуждения электродвигателя постоянного тока.

Схема включения маслонаполненного реостата серии РМ , предназначенный для пуска асинхронных двигателей с фазным ротором, приведен на рис. 5. Напряжение в цепи ротора до 1200 В, ток 750 А. Коммутационная износостойкость 10 000 операций, механическая - 45 000. Реостат допускает 2 - 3 пуска подряд.

Рис. 5

Реостат состоит из встроенных в бак и погруженных в масло пакетов резисторов и переключающего устройства. Пакеты резисторов набираются из штампованных из электротехнической стали элементов и крепятся к крышке бака. Переключающее устройство - барабанного типа, представляет собой ось с закрепленными на ней сегментами цилиндрической поверхности, соединенными по определенной электрической схеме. На неподвижной рейке укреплены соединенные с резисторными элементами неподвижные контакты. При повороте оси барабана (маховиком или двигательным приводом) сегменты как подвижные скользящие контакты перемыкают те или иные неподвижные контакты и тем самым меняют значение сопротивления в цепи ротора.