负载组指南说明-负载柜

什么是负载组？

负载组是一种设备，旨在准确模拟电源在实际应用中看到的负载。这种负载组可以用电阻、电感或电容元件构建。它是一种电阻装置，以热量的形式消散一定量的能量，可以通过自然对流、强制空气或水冷系统去除。

为什么要使用负载组？

个人将使用负载组来模拟电气负载，以测试电源，而无需将其连接到其正常工作负载。负载组是复制、证明和验证关键电力系统实际需求的最佳方式。它们确保应急电源的质量和可靠性，例如发电机、不间断电源（UPS）、可再生能源等。从本质上讲，负载组通过创建各种不同的负载来验证电源输出容量的准确性，这些负载可以复制实际使用。

负载组应用

应用主要有两类，即能源和电力。如果吸收的能量负载在很短的时间内（粗略的经验法则小于一分钟或 60 秒），则称为能量应用，其中负载消耗焦耳（瓦特 x 秒）。这种负载组将电阻器的有源质量作为主要设计标准。随后，电阻器所需的额定值（电流处理/欧姆/电压等）有助于指导设计所需的电阻器的适当样式。许多不同的样式可能适用。

同样，如果能量负载连续发生（超过一分钟或超过 60 秒），则它属于功率应用类别，并测量负载中耗散的瓦特。这种“负载组”使用电阻器的瓦特（伏特x电流）耗散能力作为主要设计标准。同样，电阻器所需的额定值有助于确定哪种类型的电阻器最适合连续功率应用。可能适用多种不同的样式。

能源应用电阻器

电阻器是吸收电能并将其转化为热能的两端器件。提供一系列电阻产品，可以处理瞬态、过载和浪涌电流等高能事件。从成分到独特的厚膜设计，制造商提供多个产品系列，可能需要数千焦耳。它们采用轴向、径向和表面贴装设计，以满足所有需求和能级（图 1）

图1 功率电阻器采用轴向、径向和表面贴装设计，以满足所有需求和能量水平。

下面列出了一些能量和有源质量驱动设计的应用。

1.中性线接地 [低电阻接地（LRG）]

2.运输制动

3.工业制动。

4.电容器预充电 – 与电容器一起使用的电阻器，以限制浪涌电流。

5.电容器放电 - 与电容器一起使用的电阻器，用于放电并使电容器安全。

对于上述应用，工程师们设计并制造了电阻器样式，以处理所需的最大能量。例如，在中性线接地LRG的情况下，建议使用由安装在陶瓷绝缘体上的重电阻合金制成的电阻器，并由金属安装支架支撑，以及在发生线路故障时限制系统中故障电流的定制解决方案。

这些坚固耐用的功率电阻器（图 2）有绕边线和圆线两种形式，可处理 400 至 1600 瓦的功率。它们设计用于承受恶劣环境，并经过热增强以应对高功率耗散。虽然 Edge-Wound 电阻器专为具有高功率容量的极低电阻接地而设计，但圆线电阻器以较低的功率容量提供更高的电阻。通常，Edgewound 型电阻器提供 0.100 欧姆至 8.50 欧姆的值。同样，圆线式电阻器的电阻值为 11.0 至 25.0 欧姆。数据表给出了每种样式的当前处理能力和瓦数。

图 2 坚固耐用的 Edgewound 串联电阻器。

除电阻元件外，金属部件均经过大量电镀，以防止在高工作温度下腐蚀和氧化，并防止腐蚀。安装杆的两端都有插槽，以帮助安装。包边装置提供夹紧式端子，允许可靠的连接，可以沿着电阻元件移动以获得中间值。

此外，对于Transit制动应用，工程师建议使用专为恶劣环境而设计的功率电阻器。它们具有耐腐蚀的不锈钢绝缘子支架、实心镍端子和特殊的化学镀镍实心铜端子支架等功能。端子焊接或镀银到椭圆形螺旋缠边电阻元件上。

图 3：坚固型边缘绕组电阻器旨在以更小的封装提供更大的功率。

椭圆形绕边设计允许在更小的封装中实现更大的功率（图 3）。对于 Transit 制动应用，用户可以从一系列组瓦数中进行选择，例如 8 kW、12 kW、15 kW 或 24 kW，每个组具有各种额定电流。此外，电阻组可以在 2 x 4 至 4 x 4 的栅极阵列中生产。一个栅极中的所有电阻器长度相同。框架由大规格镀锌钢制成。提供“螺栓固定”或“螺栓固定”型框架。如果电压电位低于 1000 伏，则框架可能会接地。

对于工业制动应用，工程师建议使用定制钢元件构建电阻负载组，以最大限度地减少与其他电阻器相关的电感和发热问题。它们可以设计为承受恶劣的环境，并包括金属镀层以防止金属部件氧化。虽然这些负载组是为适应特定应用而定制的，但它们具有成本效益，因为它们可以使用标准的高质量电阻器构建。

同样，对于电容器预充电应用，专家建议使用陶瓷电阻器。在这种应用中，轴向引线式无感大块陶瓷电阻器在必须以小尺寸处理高峰值功率或高能量脉冲的情况下具有出色的性能。由于采用大块结构，它产生了一个固有的无感电阻器，这使得能量和功率能够均匀地分布在整个陶瓷电阻器体中。它们采用截然不同的陶瓷材料，使设计师能够满足最苛刻的要求。这些电阻器是碳成分电阻器的推荐替代品。

同样，对于电容器放电应用，建议使用基于陶瓷的圆盘电阻器。

用于电源应用的电阻器

电阻器主要是负载组的构建块。它们都为应用吸收能量、耗散功率、限制电流和压降。在连续工作功率中，瓦数耗散驱动设计的一些常见应用包括：

1.电机启动 – 大型电机需要更慢地升压才能启动。

2.负载测试

3.电机制动

4.发电机测试和维护 – 运行发电机并将发电机产生的电力通过电阻器

5.电池测试

对于启动直流电机，负载组电阻器设计为最大限度地提高瓦特耗散。它们坚韧、用途广泛，并结合了镍铜、镍铬或不锈钢丝等元素，以双螺旋缠绕在中心芯周围（图 4）。所有产品都具有带有螺旋槽的陶瓷芯，用于夹住盘绕的电线。90°扁平总线型端子是耐腐蚀的不锈钢。

图 4 用于电机启动和速度控制的坚固且多功能的陶瓷基功率电阻器。

同样，对于电机制动（10% - 100% 占空比），占空比决定了制动电阻的额定功率。每个制动负载组均使用重型镀锌钢组装而成，带有有线接线端子，并配有可选的恒温器。这些组件在构建时考虑了恶劣的环境。此外，建议将上述用于电机启动、负载测试和电机制动的电阻器用于发电机测试和维护。

负载组配置

负载组有五种主要配置。这些包括：

固定

便携式

拖车

屋顶或管道安装

定制设计

如果您在现场有永久电源或发电机，请考虑为您的系统使用固定负载组。这些型号的额定功率高达 3,000 kW，系统电压高达 600 V交流.固定式模型是用于定期测试和补充轻负载的永久性解决方案，通常需要更多的空间来容纳。固定式型号可在户外和独立式安全使用，为频繁的测试需求提供最佳解决方案。

如果您需要更移动的选择，便携式银行可以去任何您需要的地方。便携式型号将适合大多数门口，同时仍拥有 100 kW 至 1,000 kW 的额定功率。便携式型号最适合测试较低的功率水平，并且可以在站点之间轻松移动。便携式装置的重量可能低至 70 磅，并具有可选的笼子来保护两次使用之间的装置。

拖车式负载组最适合需要现场远程测试发电机的公司，而无需为每个需要测试的位置购买单独的负载组。与额定功率高达 3000 kW 的便携式型号相比，它们往往提供更大的测试容量。它允许卡车轻松运输它。

车顶式或管道式型号永久安装在发电机本身上。对于其他荷载组设计无法满足的特定需求，定制模型将作为解决方案。

以千瓦（kW）为单位的容量以及您如何使用负载组将决定您业务的最佳选择。

负载组的类型

三种最常见的负载组类型是电阻式、电感式和电容式。它们提供不同的功率因数。其中，阻性负载组最受欢迎，具有单位功率因数。此外，根据测试要求，电感和容性负载组通常补充电阻解决方案。

电阻负载组模拟工作负载。它们使用功率电阻器将电能转换为热量，并使用空气或水散热。它们有多种选择，包括便携式、固定式和各种功率范围。这些选项允许您根据特定的设计标准和操作需求进行测试。电阻负载组最适合用于容量小于 200 kVA 的发电机、便携式发电机、小型发电机和 UPS 系统。

安全：负载组容易受到高能量和大功率应用中固有的潜在危险的影响。因此，电阻负载组采用各种保护电路来确保系统的安全运行。

EAK负载组测试

负载组测试是一种验证电源（如UPS或发电机）真实运行性能的方法。它是作为必要的预防性维护进行的，以避免将来损坏或故障电源。此外，此类负载组测试用于确定UPS电池和电池组的当前状况，以显示是否有任何电池保持电量，接近其工作寿命或是否即将失效。这有助于在故障设备导致关键应用问题之前更换它。

金属负载组电阻器通常用于应急电源系统的大功率负载测试，包括发电机、UPS、涡轮机、电池系统以及发电机和大型电机的动态制动功率耗散。

金属负载元件的一些特殊功能包括：

使用特殊合金，延长元件寿命，实现稳定的运行性能

负载元件由带有高温陶瓷绝缘子的抗振不锈钢支撑杆在其整个长度上完全支撑

陶瓷绝缘子具有优异的抗热震性，非常适合在极端气候下使用

负载元件组装在专为模块化而设计的离散托盘中

螺旋元件设计可实现更高的功率密度和散热

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

金属合金最高过载温度：1300°C

负载系统的最高工作温度：600 °C。

EAK负载组和可再生能源

由于负载组管理和消除能源生产过程中的电力过载，因此它们也可用于可再生能源领域，尤其是风力发电。技术的进步使风力发电的成本降至煤炭、天然气和核能以下[1]。因此，近年来，风力发电在工业用途中变得越来越流行。在这里，负载组用于处理过载的电力。风力发电容易受到电力峰值的影响，这可能导致电力线过载。过载的电力线需要在某个地方减轻负载，这就是负载组发挥作用的地方。

EAK设计负载组

负载组可以使用现成的组件进行设计，也可以由功率电阻器制造商（如 Ohmite）进行定制设计。如果工程师和实验室出于成本等原因更愿意构建自己的解决方案，我们可以从 Ohmite 获得各种功率电阻器。Ohmite提供的所有功率电阻器数据表，包括封装和价格，均可供设计人员使用。

定制设计可用于满足标准产品未涵盖的需求。这些需求通常源于超出标准产品的能量/功率水平、不利于标准产品的空间限制，或者当您不想构建自己的产品时的易用性考虑。高度专业的工程团队可以为几乎任何要求设计和报价定制解决方案。Ohmite 技术娴熟的工程师团队几乎可以满足所需的任何额定功率、额定能量、额定电阻值、公差、封装定制和控制要求。还提供定制解决方案，以满足客户的特殊需求。

EAK冷却负荷组

负载组采用多种技术来冷却电阻负载元件。通过有效地消除阻性负载产生的热量，冷却系统可以为负载组电阻器提供更小的封装。用于冷却负载元件的最常见方法包括自然对流空气、整体风扇强制空气、散热器气流或水流。用于电阻负载元件的一体式风扇强制空气系统由铝制风扇叶片（高效率遮蔽）或由电机驱动的皮带组成。风扇电机由控制接触器通电，并由断路器保护。室外负载组的电机是完全封闭的。室内负载组的电机是防滴漏的。

同样，散热器气流系统利用现有发电机的散热器风扇气流。

测试工程师观察到，较高电阻（>20欧姆）的预期寿命可能从1年到5年不等，具体取决于水的纯度。电阻值越高，水中的传导就越大，从而在电阻器上沉积污染物，如水中的矿物质。这些沉积物会减少传热，使硅胶密封件变质并抑制水流，所有这些都可能导致过早失效。

优质饮用水可以延长 1 到 2 年的寿命，而高纯度水可以使寿命延长 5 倍。组件在 85 psi 下进行测试。但是，为了长期可靠性，建议工作压力为 42 psi 或更低。

此外，与市场上大多数水冷电阻器相比，直接和间接水冷无感电阻器能够在更小的封装中耗散更多的功率。