負載組指南說明-負載柜

什么是負載組？

負載組是一種設備，旨在準確模擬電源在實際應用中看到的負載。這種負載組可以用電阻、電感或電容元件構建。它是一種電阻裝置，以熱量的形式消散一定量的能量，可以通過自然對流、強制空氣或水冷系統去除。

為什么要使用負載組？

個人將使用負載組來模擬電氣負載，以測試電源，而無需將其連接到其正常工作負載。負載組是復制、證明和驗證關鍵電力系統實際需求的最佳方式。它們確保應急電源的質量和可靠性，例如發電機、不間斷電源（UPS）、可再生能源等。從本質上講，負載組通過創建各種不同的負載來驗證電源輸出容量的準確性，這些負載可以復制實際使用。

負載組應用

應用主要有兩類，即能源和電力。如果吸收的能量負載在很短的時間內（粗略的經驗法則小于一分鐘或 60 秒），則稱為能量應用，其中負載消耗焦耳（瓦特 x 秒）。這種負載組將電阻器的有源質量作為主要設計標準。隨后，電阻器所需的額定值（電流處理/歐姆/電壓等）有助于指導設計所需的電阻器的適當樣式。許多不同的樣式可能適用。

同樣，如果能量負載連續發生（超過一分鐘或超過 60 秒），則它屬于功率應用類別，并測量負載中耗散的瓦特。這種“負載組”使用電阻器的瓦特（伏特x電流）耗散能力作為主要設計標準。同樣，電阻器所需的額定值有助于確定哪種類型的電阻器最適合連續功率應用。可能適用多種不同的樣式。

能源應用電阻器

電阻器是吸收電能并將其轉化為熱能的兩端器件。提供一系列電阻產品，可以處理瞬態、過載和浪涌電流等高能事件。從成分到獨特的厚膜設計，制造商提供多個產品系列，可能需要數千焦耳。它們采用軸向、徑向和表面貼裝設計，以滿足所有需求和能級（圖 1）

圖1 功率電阻器采用軸向、徑向和表面貼裝設計，以滿足所有需求和能量水平。

下面列出了一些能量和有源質量驅動設計的應用。

1.中性線接地 [低電阻接地（LRG）]

2.運輸制動

3.工業制動。

4.電容器預充電 – 與電容器一起使用的電阻器，以限制浪涌電流。

5.電容器放電 - 與電容器一起使用的電阻器，用于放電并使電容器安全。

對于上述應用，工程師們設計并制造了電阻器樣式，以處理所需的最大能量。例如，在中性線接地LRG的情況下，建議使用由安裝在陶瓷絕緣體上的重電阻合金制成的電阻器，并由金屬安裝支架支撐，以及在發生線路故障時限制系統中故障電流的定制解決方案。

這些堅固耐用的功率電阻器（圖 2）有繞邊線和圓線兩種形式，可處理 400 至 1600 瓦的功率。它們設計用于承受惡劣環境，并經過熱增強以應對高功率耗散。雖然 Edge-Wound 電阻器專為具有高功率容量的極低電阻接地而設計，但圓線電阻器以較低的功率容量提供更高的電阻。通常，Edgewound 型電阻器提供 0.100 歐姆至 8.50 歐姆的值。同樣，圓線式電阻器的電阻值為 11.0 至 25.0 歐姆。數據表給出了每種樣式的當前處理能力和瓦數。

圖 2 堅固耐用的 Edgewound 串聯電阻器。

除電阻元件外，金屬部件均經過大量電鍍，以防止在高工作溫度下腐蝕和氧化，并防止腐蝕。安裝桿的兩端都有插槽，以幫助安裝。包邊裝置提供夾緊式端子，允許可靠的連接，可以沿著電阻元件移動以獲得中間值。

此外，對于Transit制動應用，工程師建議使用專為惡劣環境而設計的功率電阻器。它們具有耐腐蝕的不銹鋼絕緣子支架、實心鎳端子和特殊的化學鍍鎳實心銅端子支架等功能。端子焊接或鍍銀到橢圓形螺旋纏邊電阻元件上。

圖 3：堅固型邊緣繞組電阻器旨在以更小的封裝提供更大的功率。

橢圓形繞邊設計允許在更小的封裝中實現更大的功率（圖 3）。對于 Transit 制動應用，用戶可以從一系列組瓦數中進行選擇，例如 8 kW、12 kW、15 kW 或 24 kW，每個組具有各種額定電流。此外，電阻組可以在 2 x 4 至 4 x 4 的柵極陣列中生產。一個柵極中的所有電阻器長度相同。框架由大規格鍍鋅鋼制成。提供“螺栓固定”或“螺栓固定”型框架。如果電壓電位低于 1000 伏，則框架可能會接地。

對于工業制動應用，工程師建議使用定制鋼元件構建電阻負載組，以最大限度地減少與其他電阻器相關的電感和發熱問題。它們可以設計為承受惡劣的環境，并包括金屬鍍層以防止金屬部件氧化。雖然這些負載組是為適應特定應用而定制的，但它們具有成本效益，因為它們可以使用標準的高質量電阻器構建。

同樣，對于電容器預充電應用，專家建議使用陶瓷電阻器。在這種應用中，軸向引線式無感大塊陶瓷電阻器在必須以小尺寸處理高峰值功率或高能量脈沖的情況下具有出色的性能。由于采用大塊結構，它產生了一個固有的無感電阻器，這使得能量和功率能夠均勻地分布在整個陶瓷電阻器體中。它們采用截然不同的陶瓷材料，使設計師能夠滿足最苛刻的要求。這些電阻器是碳成分電阻器的推薦替代品。

同樣，對于電容器放電應用，建議使用基于陶瓷的圓盤電阻器。

用于電源應用的電阻器

電阻器主要是負載組的構建塊。它們都為應用吸收能量、耗散功率、限制電流和壓降。在連續工作功率中，瓦數耗散驅動設計的一些常見應用包括：

1.電機啟動 – 大型電機需要更慢地升壓才能啟動。

2.負載測試

3.電機制動

4.發電機測試和維護 – 運行發電機并將發電機產生的電力通過電阻器

5.電池測試

對于啟動直流電機，負載組電阻器設計為最大限度地提高瓦特耗散。它們堅韌、用途廣泛，并結合了鎳銅、鎳鉻或不銹鋼絲等元素，以雙螺旋纏繞在中心芯周圍（圖 4）。所有產品都具有帶有螺旋槽的陶瓷芯，用于夾住盤繞的電線。90°扁平總線型端子是耐腐蝕的不銹鋼。

圖 4 用于電機啟動和速度控制的堅固且多功能的陶瓷基功率電阻器。

同樣，對于電機制動（10% - 100% 占空比），占空比決定了制動電阻的額定功率。每個制動負載組均使用重型鍍鋅鋼組裝而成，帶有有線接線端子，并配有可選的恒溫器。這些組件在構建時考慮了惡劣的環境。此外，建議將上述用于電機啟動、負載測試和電機制動的電阻器用于發電機測試和維護。

負載組配置

負載組有五種主要配置。這些包括：

固定

便攜式

拖車

屋頂或管道安裝

定制設計

如果您在現場有永久電源或發電機，請考慮為您的系統使用固定負載組。這些型號的額定功率高達 3,000 kW，系統電壓高達 600 V交流.固定式模型是用于定期測試和補充輕負載的永久性解決方案，通常需要更多的空間來容納。固定式型號可在戶外和獨立式安全使用，為頻繁的測試需求提供最佳解決方案。

如果您需要更移動的選擇，便攜式銀行可以去任何您需要的地方。便攜式型號將適合大多數門口，同時仍擁有 100 kW 至 1,000 kW 的額定功率。便攜式型號最適合測試較低的功率水平，并且可以在站點之間輕松移動。便攜式裝置的重量可能低至 70 磅，并具有可選的籠子來保護兩次使用之間的裝置。

拖車式負載組最適合需要現場遠程測試發電機的公司，而無需為每個需要測試的位置購買單獨的負載組。與額定功率高達 3000 kW 的便攜式型號相比，它們往往提供更大的測試容量。它允許卡車輕松運輸它。

車頂式或管道式型號永久安裝在發電機本身上。對于其他荷載組設計無法滿足的特定需求，定制模型將作為解決方案。

以千瓦（kW）為單位的容量以及您如何使用負載組將決定您業務的最佳選擇。

負載組的類型

三種最常見的負載組類型是電阻式、電感式和電容式。它們提供不同的功率因數。其中，阻性負載組最受歡迎，具有單位功率因數。此外，根據測試要求，電感和容性負載組通常補充電阻解決方案。

電阻負載組模擬工作負載。它們使用功率電阻器將電能轉換為熱量，并使用空氣或水散熱。它們有多種選擇，包括便攜式、固定式和各種功率范圍。這些選項允許您根據特定的設計標準和操作需求進行測試。電阻負載組最適合用于容量小于 200 kVA 的發電機、便攜式發電機、小型發電機和 UPS 系統。

安全：負載組容易受到高能量和大功率應用中固有的潛在危險的影響。因此，電阻負載組采用各種保護電路來確保系統的安全運行。

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EAK負載組測試

負載組測試是一種驗證電源（如UPS或發電機）真實運行性能的方法。它是作為必要的預防性維護進行的，以避免將來損壞或故障電源。此外，此類負載組測試用于確定UPS電池和電池組的當前狀況，以顯示是否有任何電池保持電量，接近其工作壽命或是否即將失效。這有助于在故障設備導致關鍵應用問題之前更換它。

金屬負載組電阻器通常用于應急電源系統的大功率負載測試，包括發電機、UPS、渦輪機、電池系統以及發電機和大型電機的動態制動功率耗散。

金屬負載元件的一些特殊功能包括：

使用特殊合金，延長元件壽命，實現穩定的運行性能

負載元件由帶有高溫陶瓷絕緣子的抗振不銹鋼支撐桿在其整個長度上完全支撐

陶瓷絕緣子具有優異的抗熱震性，非常適合在極端氣候下使用

負載元件組裝在專為模塊化而設計的離散托盤中

螺旋元件設計可實現更高的功率密度和散熱

Likewise, key resistor specifications are shown below:

Load elements designed for compatibility with all typical voltages

Each load element rated for 8.33 kW 240/480V

金屬合金最高過載溫度：1300°C

負載系統的最高工作溫度：600 °C。

EAK負載組和可再生能源

由于負載組管理和消除能源生產過程中的電力過載，因此它們也可用于可再生能源領域，尤其是風力發電。技術的進步使風力發電的成本降至煤炭、天然氣和核能以下[1]。因此，近年來，風力發電在工業用途中變得越來越流行。在這里，負載組用于處理過載的電力。風力發電容易受到電力峰值的影響，這可能導致電力線過載。過載的電力線需要在某個地方減輕負載，這就是負載組發揮作用的地方。

EAK設計負載組

負載組可以使用現成的組件進行設計，也可以由功率電阻器制造商（如 Ohmite）進行定制設計。如果工程師和實驗室出于成本等原因更愿意構建自己的解決方案，我們可以從 Ohmite 獲得各種功率電阻器。Ohmite提供的所有功率電阻器數據表，包括封裝和價格，均可供設計人員使用。

定制設計可用于滿足標準產品未涵蓋的需求。這些需求通常源于超出標準產品的能量/功率水平、不利于標準產品的空間限制，或者當您不想構建自己的產品時的易用性考慮。高度專業的工程團隊可以為幾乎任何要求設計和報價定制解決方案。Ohmite 技術嫻熟的工程師團隊幾乎可以滿足所需的任何額定功率、額定能量、額定電阻值、公差、封裝定制和控制要求。還提供定制解決方案，以滿足客戶的特殊需求。

EAK冷卻負荷組

負載組采用多種技術來冷卻電阻負載元件。通過有效地消除阻性負載產生的熱量，冷卻系統可以為負載組電阻器提供更小的封裝。用于冷卻負載元件的最常見方法包括自然對流空氣、整體風扇強制空氣、散熱器氣流或水流。用于電阻負載元件的一體式風扇強制空氣系統由鋁制風扇葉片（高效率遮蔽）或由電機驅動的皮帶組成。風扇電機由控制接觸器通電，并由斷路器保護。室外負載組的電機是完全封閉的。室內負載組的電機是防滴漏的。

同樣，散熱器氣流系統利用現有發電機的散熱器風扇氣流。

測試工程師觀察到，較高電阻（>20歐姆）的預期壽命可能從1年到5年不等，具體取決于水的純度。電阻值越高，水中的傳導就越大，從而在電阻器上沉積污染物，如水中的礦物質。這些沉積物會減少傳熱，使硅膠密封件變質并抑制水流，所有這些都可能導致過早失效。

優質飲用水可以延長 1 到 2 年的壽命，而高純度水可以使壽命延長 5 倍。組件在 85 psi 下進行測試。但是，為了長期可靠性，建議工作壓力為 42 psi 或更低。

此外，與市場上大多數水冷電阻器相比，直接和間接水冷無感電阻器能夠在更小的封裝中耗散更多的功率。