CN103262181A - 电气功率电阻器 - Google Patents

Abstract

一种具有多个金属电阻器板的堆叠的电气功率电阻器。每一电阻器板具有至少一个曲折结构，该曲折结构是由多个间隔地相互连接的横向腹板所形成。在堆叠方向彼此相接的电阻器板相对于彼此旋转90°。

Description

电气功率电阻器

技术领域

本发明是关于一种电气功率电阻器，通常用于发电机和频率转换器。这样的功率电阻器(power resistor)适用于电厂中在特殊运作状态里将电能转换为热能，其中，在若干毫秒(millisecond)到若干秒之时间期间里，该电能通常是呈现明显地减少。举例来说，对风涡轮机(wind turbines)和水力发电机(water power plants)而言，情况就是这样。 

背景技术

这样的功率电阻器可以多个金属电阻器板的堆叠所形成，而该堆叠的每一电阻器板具有至少一个曲折(meandering)结构，该曲折结构是以多个横向腹板(transverse webs)彼此相接(following)且彼此间隔地连接所形成。借此提供可以简单构造轻易地匹配至各自用途的电阻器单元。

然而，机械稳定性问题可能发生在这样的电阻器单元。亦即，若电流流动通过各自的电阻器板时，该电流以相反方向流动于相互邻接的横向腹板中。在这些邻接的横向腹板中所引起的磁场互动导致该横向腹板的相互排斥。然而，由于这些邻接的横向腹板之间所造成的中间空间，使得各自的电阻器板为可弯曲的。该横向腹板的相互排斥因而导致该电阻器板的膨胀(expansion)，该电阻器板是位在垂直于该横向腹板的定向的平板平面内，即沿着该曲折结构的延伸区的方向(以下亦称为各自电阻器板的“纵向”)。该各自的电阻器板因而必需***稳定的支架或其它紧固装置，以拉紧上述排除力(expulsion)和膨胀力，且给予所形成的该电阻器单元其需要的机械稳定性。特别是这样的支架或其它紧固装置，必需防止该各自的电阻器板的端区域的扯掉，且必需确保有关该功率电阻器紧固于另一个结构(例如，在开关柜)的该电阻器单元充分的形状稳定性。 

发明内容

本发明的目的是提供一种有多个电阻器板的堆叠的电气功率电阻器，该电阻器板具有曲折结构，且尽管于其中产生有膨胀力，该电器功率电阻器容许简单和低成本设计而稳定配置该电阻器板。

此目的可透过具有权利要求1的特征的电气功率电阻器达成，且尤其是，在堆叠方向彼此相接的电阻器板相对于彼此旋转90°。

该功率电阻器包含至少两个电阻器板的堆叠，该电阻器板沿着堆叠方向配置于彼此之上，特别是彼此平行且彼此分隔开来。每个第二电阻器板的对齐相对于前面电阻器板的对齐在各自的平板平面旋转90°，且确实地相对于曲折结构延展的各自的方向(即纵向方向)。这表示垂直该各自的电阻器板的横向腹板的定向所产生的排斥和膨胀力同样地相对于彼此由电阻器板至电阻器板旋转90°。设置在该曲折结构的端侧且平行该横向腹板延伸的各自的电阻器板的横向腹板及/或端连接器腹板可借此支撑(take up)邻接的电阻器板(旋转90°)的排斥和膨胀力。因此，对于支架或紧固装置的机械需求会少很多，该支架或紧固装置相较于对齐未改变的电阻器板的配置提供该电阻器板的相互紧固。

该堆叠的所有电阻器板较佳是借由共同的紧固装置而彼此紧固。这样的紧固装置可具有简单且低成本构造，因为主要仅需让发生于纵向方向的一个电阻器板的膨胀力传递到邻接的电阻器板或多个电阻器板(旋转90°)。由于该电阻器板在横向方向的内在稳定性，即沿着该各自的曲折结构的该横向腹板延伸的方向，在此方向的力可借由电阻器板支撑，不用为此目的而必需对紧固装置有特殊需求。

依照特别有利的实施例，该电阻器板为四角形的，且带有尖角或圆角。较佳地，该电阻器板为矩形，特别是正方形，尽管有不同侧边长度的情况—较长侧边长度并非必要定义为前述的纵向方向(仅以该电阻器板的曲折结构延伸的方向来决定)。在这样四边形电阻器板的情况下，较佳地提供用于容置各自的紧固元件的紧固开口在至少每一角落的区域。在此，电阻器板与彼此之间特别简单且仍然稳定的紧固是可能的。不同的电阻器板的紧固开口较佳地是彼此对齐的配置。如此可使用共同的紧固元件，该紧固元件是受引导而通过该对齐的紧固开口。

举例来说，该堆叠的电阻器板可经紧固杆(fastening bar)而紧固于彼此，该紧固杆系受引导而通过该电阻器板的紧固开口。该紧固杆可为带螺纹的杆或螺钉。于此以简单方式形成该堆叠的自我支撑(self-supporting)结构而无需外部支架，例如以框架形式，对于该电阻器板的相互紧固是必需的。

所述的紧固元件，特别是所述的紧固杆，较佳地是与该电阻器板电性绝缘。例如，此可透过塞入云母导管(mica pipes)而产生。

依照实施例，所述的紧固开口和紧固元件的配置是相对于该各自的电阻器板以90°旋转而旋转对称。此表示当所述的一个电阻器板相对于另一个电阻器板旋转90°时，电阻器板的紧固开口也和与其邻接的另一电阻器板的紧固开口对齐。以此方式，该功率电阻器可更轻易地重新组构供其它应用，因为该电阻器板可以特别弹性的方式彼此结合且可设计该电阻器板作为共同的部分。

此外，最好是至少两个电阻器板具有至少一个各自的连接器构件用于该电阻器板的电接触。举例来说，此连接器构件可形成为如同开口(例如内孔)或如同接通、安置及/或焊接栓。若提供该堆叠的多个电阻器板，或所有电阻器板相同的连接器构件，产生该功率电阻器以特别弹性的方式匹配至所需的电阻值。举例来说，每一电阻器板可具有用以在该曲折结构的两端电接触的连接器构件。

此外，较佳的是至少一个该电阻器板具有至少一个各自的连接构件以紧固绝缘器。举例来说，所述的连接构件可为开口、螺钉或栓。紧固于该各自的电阻器板的绝缘器允许该功率电阻器配置与紧固于另一结构，例如开关柜(switch cabinet)。

只要各自的电阻器板设有所述的紧固开口、连接器构件及连接构件，便能借由相同工具(例如，若是就内孔而言)以简单方式引进可得的三组不同的机械及/或电性的构件。

依照进一步有利的实施例，在堆叠方向彼此相接的两个电阻器板透过各自的间隔件而彼此间隔分离，而该间隔件是选择性地能被制成电性绝缘或电性传导。该间隔件造成该电阻器板的预定间隔，较佳地彼此相对以平面平行(planoparallel)方式配置。因此在该堆叠方向的两个邻接电阻器板之间形成各自的中间空间，特别适用于冷却目的(气态冷却或液态冷却)。依照使用各自的间隔件于所需的应用，可弹性地设定两个邻接电阻器板之间的各自的间隔。可形成该间隔件为套管，以允许在该电阻器板之间有特别好的空气循环并因而对环境的空气有好的热消散。或者，也可提供贯穿(throughgoing)间隔件，例如以腹板或平板形式。特别是陶瓷、云母、橡胶、硅树脂或塑料可考虑作为电性绝缘材料。该功率电阻器可借由电性绝缘或电性导通间隔件的对应选择，以形成该堆叠的个别的电阻器板的并联电路或串联电路，或一些个别的电阻器(若所有电阻器板彼此电性绝缘)。

较佳地，该电阻器板具有各自的端连接器腹板(所谓的终端)，被制成较该曲折结构的横向腹板宽，并位于该曲折结构的两端，即沿着各自的纵向方向而安置。因而在特别稳定的端连接器腹板可提供先前所谓的用于紧固装置的紧固开口，从而能支撑所说明的该各自的邻接电阻器板的膨胀力。替代地或附加地，仍然也可在该横向腹板提供所述的紧固开口。

除了所述的端连接器腹板，该电阻器板可具有至少一个中心连接器腹板，其同样地制成宽于该横向腹板，并位于各自的中心区域。形成该功率电阻器的主动区的各自的电阻器板的曲折结构是借此划分为多个区段。这些区段可为相同或不同的形状且可具有相同或不同的电阻。这样的中心连接器腹板也提供机械稳定性在横向方向的增加。再者，除了在该端连接器腹板的紧固开口外，较佳地在该中心连接器腹板提供用于容置各自的紧固元件的紧固开口。此外，较佳情况是提供至少一个连接器构件(例如开口或栓)在该各自的中心连接器腹板用以电接触。

依照进一步有利的实施例，各自的电阻器板的该曲折结构的横向腹板是沿着形成于两个邻接横向腹板之间的中间空间而彼此电性绝缘，且确实只有部分地或横跨该各自的中间间隔的全部长度。因此可防止不想要的电弧点燃。由于磁交互作用或也由于热膨胀或外部震动，个别的横向腹板的形变会非常强烈，使得彼此邻接配置的横向腹板彼此接触或至少短暂地几乎彼此接触。此效果会导致电弧的点燃，其可能损害或毁坏该功率电阻器或相连的电厂。相反地，借由该横向腹板的相互电性绝缘以避免此危险，且在两个邻接横向腹板之间可制造狭窄的中间空间，以提供稳定性的增加及紧密构造。

尤其，借由绝缘条(即电性绝缘条状平板)可造成该横向腹板的相互电性绝缘，该绝缘条***两个邻接横向腹板之间的中间空间，且特别是包括陶瓷、云母或塑料，例如聚苯并咪唑(polybenzimidazole，PBI)。代替这样的绝缘条，可将粒状(granulate)或其它填充材料压入至两个邻接横向腹板之间的中间空间，例如加热聚苯并咪唑。或者，可使用充分硬化的液体绝缘材料，借由倒入、注入或发泡例如硅树脂、水泥(cement)或混凝土(concrete)，从而完全地或部分地填充于两个邻接横向腹板之间的中间空间。此外，可使用充分硬化的液体绝缘材料覆盖该横向腹板当作涂层，例如以薄的聚苯并咪唑薄膜形式，形成除了电性绝缘外还有防潮的保护(防腐蚀)。

当每一电阻器板的曲折结构透过较佳的彼此偏移配置的交替切口而形成时，个别的电阻器板能以特别简单且低成本的方式制成。举例来说，可引进在邻接横向腹板之间的切口，例如借由激光束、高压水刀、锯子(saw)或铣刀(mill)，特别是在较大平板裁切成各自的电阻器板的同一工作步骤中。 

依照较佳实施例，该堆叠的所有电阻器板，或除了底板外的该堆叠的所有电阻器板，被制成彼此相同，即成为共同的部分。借此产生特别低成本制造及蓄电，且可以弹性方式组构各自的功率电阻器。

附图说明

本发明将借由范例并参照图式来说明。

图1表示电气功率电阻器的斜视图；

图2表示第一电阻器板的俯视图；

图3表示第二电阻器板的俯视图；

图4表示第三电阻器板的俯视图；以及

图5表示局部横截面图。

具体实施方式

在图1中，功率电阻器包含以相对于彼此平面平行方式配置的电阻器板的堆叠，即有形成底板的第一电阻器板11(图2)，第二电阻器板12(图3)和第三电阻器板13(图4)。该矩形电阻器板11、12、13包含金属、典型地不绣钢或其它合适的合金，且也可具有不同于第1至4图所呈现的圆角。该电阻器板11、12、13彼此紧固且电性传导地连接至彼此，将在下列作说明。

每一电阻器板11、12、13具有曲折结构，该曲折结构是以多个横向腹板15紧接彼此而形成。相互邻接的横向腹板15藉由条状中间空间17而彼此间隔地分离，且用短连接腹板19连接至彼此。例如在图4的第三电阻器板13所示，该横向腹板15沿着横向方向Q延伸，而因此形成的该各自的电阻器板的曲折结构朝垂直于该横向腹板15定向及该横向方向Q而延伸，即沿着纵向方向L。在这所表示的实施例中，该横向腹板15沿着该各自的电阻器板11、12、13的整个侧边长度延伸。替代所示的单一各自的曲折结构，该电阻器板11、12、13仍然亦可包含多个曲折结构，且该多个曲折结构是紧邻着彼此延伸。

每一电阻器板11、12、13具有位于该曲折结构的两端的各自的端连接器腹板21，该端连接器腹板21被制成宽于该横向腹板15。再者，每一电阻器板11、12、13具有位于中心区域的中心连接器腹板23，该中心连接器腹板23被制成宽于该横向腹板15。该中心连接器腹板23将该各自的电阻器板11、12、13的该曲折结构划分为两个主动区25。

依照图1的斜视图可理解，在堆叠方向彼此相接的该电阻器板11、12、13相对该曲折结构延伸范围的各自的方向(依照第4图中各自的纵向方向L)而言是彼此旋转90°。换言之，该第二电阻器板12相对于该第一电阻器板11在平板平面内旋转90°，而该第三电阻器板13接着相对于该第二电阻器板12在平板平面内旋转90°。该两邻接的电阻器板11、12(或12、13)的横向腹板15的定向是相应地旋转90°。

每一电阻器板11、12、13具有九个紧固开口31：提供四个紧固开口31于该各自的电阻器板11、12、13的角落的区域。另外提供各自的紧固开口31于该端连接器腹板21的中心区域。最后，该各自的中心连接器腹板23也具有三个紧固开口31，亦即位在两端且在中心区域内。因而产生一个紧固开口31的3×3矩阵。

该三电阻器板11、12、13的该各自的紧固开口31是配置成彼此对齐，且适用于容置共同的紧固装置，该共同的紧固装置包含三个电阻器板11、12、13共享的多个紧固元件。在于此所示范例中，仅提供六个紧固元件33，换言之，该各自的电阻器板11、12、13的三个紧固开口31仍然未使用。于此实施例中所示的紧固元件33形成作为六角形螺钉，与六角形螺帽35相配合以将电阻器板11、12、13的堆叠保持在一起。

在此方面，间隔件确保该电阻器板11、12、13配置彼此间隔开来。一方面，提供电性绝缘间隔件37，例如具有通道开口的云母小片(mica platelets)，该通道开口是用于该各自的紧固元件33。另一方面，电性传导间隔件39(例如金属套管)确保电阻器板的端连接器腹板21电性传导地连接至另一电阻器板11、12、13的端连接器腹板21。

除了所述的紧固开口31之外，在该第一电阻器板11的端连接器腹板21及该第三电阻器板13的端连接器腹板21处提供连接器构件，该连接器构件适用于该功率电阻器与相连的电厂的电接触。该各自的连接器构件包含连接器开口41(第2和4图)及***其中的连接器栓43(第1图)。 例如，可将电缆接线头(未图示)紧固至该各自的连接器栓43。这样的连接器构件(连接器开口41和连接器栓43)也可设置在至少该第三电阻器板13 的中心连接器腹板23，以便能更有弹性地匹配所示的该功率电阻器的电阻值以及能利用该功率电阻器作为分压器(potential divider)。

此外，在第一电阻器板11设置连接构件，用以紧固绝缘器使得该功率电阻器能紧固至相连的支撑结构(例如开关柜(switch cabinet))。该些连接构件包含六个连接开口45(第2图)及***其中的各自的连接螺钉47，引进该连接螺钉47以螺合至各自的绝缘块49(第1图)。

图5表示依照图1中该功率电阻器的横截面的局部图。可以确认的是，由云母导管(mica pipe)51围绕的紧固元件33，即该六角形螺钉，该云母导管51同样地穿过该电阻器板11、12、13的该紧固开口31且从而让该六角形螺钉与该电阻器板11、12、13电性绝缘。

如图1至图5所示的功率电阻器是具有简单设计且可以低成本方式制造。该电阻器板11、12、13可由较大平板裁切出来，而同时可引进该中间间隔17作为切口以形成该各自的曲折结构的该横向腹板15。可以简单方式设计该紧固开口31、该连接器开口41及连接开口45作为内孔(bores)。该各自的电阻器板11、12、13其所需电阻值可透过适当选择该电阻器板11、12、13的材料、大小及厚度、该横向腹板15和中间间隔17的数量以及该横向腹板15的宽度而决定。该横向腹板15的宽度对该电阻器板11、12、13的厚度的任何所需比例，在这一方面可广泛地被实现，例如比例为1(即正方形的横截面)。也可以透过冲压(stamping)来制造该电阻器板11、12、13，不过，之后必需提供腹板宽度对平板厚度有较大比例。

该功率电阻器可弹性地与不同需求相匹配，例如因为改变该堆叠的电阻器板11、12、13的数量或者因为借由改变电性绝缘间隔件37或电性传导间隔件39的配置而选择地实现串联电路或并联电路。另外，由于透过该各自的电阻器板11、12、13的该中心连接器腹板23分割为两个主动区25，所以可利用该功率电阻器作为分压器。若在该功率电阻器或在部分该功率电阻器量测到电压下降时，可使用该功率电阻器作为电流传感器。该功率电阻器和电阻值可以简单方式透过电性传导桥(electrically conductive bridge)而均化，例如，该电性传导桥连接横越中间间隔17的两个横向腹板15(例如借由夹持或焊接)。

以简单方式透过该电阻器板11、12、13的相互张力产生稳定、自我支撑结构，以形成如图1所示的该紧固元件33的堆叠。在此方面的特殊优点是该电阻器板11、12、13沿着该堆叠方向相对于彼此而各自旋转90°。借由在该横向腹板15内的电流流动而产生磁性排斥力，即导致方向垂直于该横向腹板15的定向(依照第4图中沿着该各自的纵向方向)的膨胀力。这些膨胀力透过各自的邻接的电阻器板11、12、13的相对宽的端连接器腹板21(以及随意地透过该中心连接器腹板23)经由该紧固元件33而被支撑。因而所述的膨胀力无需借由外部支撑结构来支撑，且仅需关注该紧固元件33(例如六角形螺钉)具有足够大的尺寸。

在所示实施例中，该三个电阻器板的紧固开口31的3×3矩阵是相对于该各自的电阻器板11、12、13以90°旋转而旋转对称。由于多个电阻器板的可能型态可在此以特别弹性方式彼此结合，故以此方式该功率电阻器可更轻易地重新组构供其它应用。特别地，对于堆叠的邻接的电阻器板可能在此使用共同的部分，借以减少制造和蓄电作用。然而，或者，可在此依序提供该紧固开口31的非旋转对称配置，借此以实现方向编码(direction encoding)且确保各个电阻器板11、12、13仅可相对彼此以唯一预定对齐而组装。因而可借此以简单方式确保该邻接的电阻器板11、12、13在相对于彼此旋转90°下，该邻接的电阻器板11、12、13的曲折结构延伸的各自的方向永远维持对齐。

最后，关于所示实施例应注意到，位于邻接的横向腹板15之间的中间间隔17也可依旧以电性绝缘材料完全地或部分地填满。此填充材料可作为邻接的横向腹板15之间的间隔件以及防止不想要的电弧点燃，其中，假若邻接的横向腹板15由于磁交互作用、热效应及/或外部震动而彼此太接近则可能产生该电弧。

【主要组件符号说明】

11  第一电阻器板

12  第二电阻器板

13  第三电阻器板

15  横向腹板

17  中间空间、中间间隔

19  连接腹板

21  端连接器腹板

23  中心连接器腹板

25  主动区

31  紧固开口

33  紧固元件

35  六角形螺帽

37  电性绝缘间隔件

39  电性传导间隔件

41  连接器开口

43  连接器栓

45  连接开口

47  连接螺钉

49  绝缘块

51  云母导管

L  纵向方向

Q  横向方向

Claims (15)

1. 一种电气功率电阻器，是具有多个金属电阻器板(11、12、13)的堆叠，其中，每一电阻器板具有至少一个曲折结构，该曲折结构是由多个间隔地相互连接的横向腹板(15)所形成，其特征在于：

朝所述堆叠方向彼此相接的电阻器板(11、12、13)相对于彼此旋转90°。

2. 如权利要求1所述的功率电阻器，其特征在于：

所述堆叠的所有电阻器板(11、12、13)以共同的紧固装置彼此紧固。

3. 如权利要求1或2所述的功率电阻器，其特征在于：

所述电阻器板(11、12、13)为四角形，而在每一角落的区域设置用以容置各自的紧固元件(33)的紧固开口(31)。

4. 如权利要求3所述的功率电阻器，其特征在于：

所述电阻器板(11、12、13)经紧固杆而彼此紧固，所述紧固杆经引导而通过所述电阻器板的所述紧固开口(31)。

5. 如权利要求3或4所述的功率电阻器，其特征在于：

所述紧固元件(33)与该电阻器板(11、12、13)电性绝缘。

6. 如权利要求3至5中任一项所述的功率电阻器，其特征在于：

所述紧固开口(31)与紧固元件(33)的配置是相对于所述各自的电阻器板(11、12、13)的旋转以90°旋转对称。

7. 如权利要求1至6中任一项所述的功率电阻器，其特征在于：

至少两个所述电阻器板(11、13)具有至少一个各自的连接器构件(41、43)以用于电接触。

8. 如权利要求1至7中任一项所述的功率电阻器，其特征在于：

至少一个所述电阻器板(11)具有至少一个各自的连接构件(45、47)以用于紧固绝缘器(49)。

9. 如权利要求1至8中任一项所述的功率电阻器，其特征在于：

在所述堆叠方向彼此相接的两个电阻器板(11、12、13)借由间隔件(37、39)彼此分隔，所述间隔件是以选择性电性绝缘或电性传导而制成。

10. 如权利要求1至9中任一项所述的功率电阻器，其特征在于：

所述电阻器板(11、12、13)具有位于所述曲折结构的两端的各自的端连接器腹板(21)，被制成宽于所述横向腹板(15)。

11. 如权利要求1至10中任一项所述的功率电阻器，其特征在于：

所述电阻器板(11、12、13)具有于中心区域中的至少一个中心连接器腹板(23)，被制成宽于所述横向腹板(15)。

12. 如权利要求1至11中任一项所述的功率电阻器，其特征在于：

所述横向腹板(15)部分地或沿着中间间隔(17)横跨整个长度而彼此电性绝缘，所述中间间隔形成于两个邻接的横向腹板之间。

13. 如权利要求12所述的功率电阻器，其特征在于：

所述横向腹板(15)沿着该中间间隔(17)借由条状***物、借由压制、模制或发泡填充材料或借由涂层而彼此电性绝缘。

14. 如权利要求1至13中任一项所述的功率电阻器，其特征在于：

每一电阻器板(11、12、13)的所述曲折结构是由交替切口所形成。

15. 如权利要求1至14中任一项所述的功率电阻器，其特征在于：

所述堆叠的所有电阻器板，或除了底板外的所述堆叠的所有电阻器板，被制成彼此相同。

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