Этот электрический прибор был изобретён немецким физиком Поггендорфом во второй половине XIX века. Первый образец устройства давал ясное представление о том, что такое реостат (РС). Его предназначение заключалось в том, чтобы путём изменения собственного сопротивления влиять на величину силы тока и напряжения в электрической цепи.
а) – ползунковый реостат, где В – ввод, А – выход электрического тока; б) – схематичное изображение РС
Как устроен реостат
Реостат это управляемое переменное сопротивление, которое может изменять параметры тока в электрической цепи.
В результате большого количества экспериментов и научно-технических исследований появились различные модели реостатов, такие как:
- проволочный;
- ползунковый;
- жидкостный;
- ламповый.
Проволочный
Это простейший реостат. Он состоял из проволоки с высоким удельным сопротивлением, натянутой на раму. Она проходила сразу через несколько разъёмов. Включая тот или иной контакт, добивались изменения длины проводника. Тем самым получали нужную величину сопротивления, следовательно, изменялись параметры силы тока и напряжения в электрической цепи. Недостатком такого устройства являлась ограниченность длины проводника, соответственно, диапазона изменений характеристик тока.
Ползунковый
Ползунковый прибор – это классика строения реостата. РС представляет собой удлинённую катушку, которая выглядит как цилиндр из диэлектрического материала с намотанным на него проводом, покрытого окалиной. По штанге поступательно передвигается ползунок, который касается контактами спирали катушки. Прибор подключают к электрической цепи в двух точках: это контакт ползунка и один из концов катушки.
Жидкостный
Аппарат представляет собой ёмкость, заполненную электролитом, в которую погружены два электрода в виде металлических пластин. Сопротивление тока, протекающего через электролит, напрямую зависит от промежутка между электродами и обратно пропорционально площади поверхности электродов.
Ламповый
Сопротивление в цепи регулируется количеством включённых параллельно ламп накаливания. Это не очень удачное решение. Регулировка параметров тока дорого обходится за счёт большой траты электроэнергии, потребляемой лампами накаливания.
Важно! Все вышеперечисленные устройства давно канули в прошлое, кроме ползункового реостата. Это были пионеры в сфере регулировки параметров электрического тока. На смену им пришли экономичные и компактные переменные резисторы. Несмотря на это, принцип работы устройств остался прежним.
решение вопроса
Реостат с непрерывным изменением сопротивления Пример реостата с практически непрерывным изменением сопротивления приведен на рис. Только следует задержать все лишнее электричество реостатом с достаточно большим сопротивлением. Металлические реостаты с масляным охлаждением обеспечивают увеличение теплоемкости и постоянной времени нагрева за счет большой теплоемкости и хорошей теплопроводности масла. Эти контакты получили преимущественное распространение.
Реостат состоит из ряда одинаковых сопротивлений 9 секций , присоединенных к контактам 8. Она выступает в роли реостата с большим сопротивлением и берет на себя почти всю нагрузку.
Здесь может быть применено несколько схем с одним или двумя сопротивлениями. Недостатки — сравнительно малая мощность переключения и небольшая разрывная мощность, большой износ щетки вследствие трения скольжения и оплавления, затруднительность применения для сложных схем соединения. Масляные Устройства с масляным охлаждением повышают теплоемкость и время нагревания вследствие хорошей теплопроводности масла.
Полное сопротивление цепи состоит из сопротивления Rл лампочки и сопротивления включенной в цепь части проволоки на рисунке заштрихована реостата.
Полное сопротивление цепи состоит из сопротивления Rл лампочки и сопротивления включенной в цепь части проволоки на рисунке заштрихована реостата.
Разберемся, как осуществляется контакт между витками обмотки и ползунком. Урок 8. РЕЗИСТОР — СОПРОТИВЛЕНИЕ
Принцип работы
Принцип работы РС можно рассмотреть на примере действия ползункового прибора. Ползун перемещается вдоль катушки поперёк витков намотки. По бокам керамического цилиндра установлены две стойки, которые поддерживают горизонтальную штангу. Ползун надет через отверстие в корпусе на эту горизонтальную ось, по которой он свободно перемещается.
Что такое потенциал в электричестве
Ползунок двумя металлическими пластинками трётся о витки катушки. Ток не может проходить напрямую через витки, а только по спирали. Следовательно, работать может только та часть катушки, которая заключена между входным контактом и ползунком. Этим была решена проблема ограниченности длины проводника проволочного РС.
Чем ближе контактор к входному контакту катушки, тем меньше сопротивление РС. В результате уменьшается напряжение, и увеличивается сила тока электрической цепи. Напряжение подаётся на всю длину обмотки, а рабочий ток снимается контактами ползуна. Контактор в принципе разделяет РС на два последовательно соединённых резистора.
Обратите внимание! Реостат на схеме обозначают в виде прямоугольника со стрелкой. Геометрическая фигура – это катушка, а стрелка означает ползунок.
Обозначение реостата на электросхеме
Принцип действия
Принцип действия всех реостатов схож. Наиболее простую конструкцию и визуально понятный принцип действия имеет ползунковый реостат. Подключение в цепь его происходит через нижнюю и верхнюю клеммы. Конструкция выполнена таким образом, что ток проходит не поперек витков, а через всю длину провода, выбранную ползунком. Это происходит благодаря надежной изоляции между проводниками.
Реостат имеет возможность работать в режиме потенциометра. Для этого, выполняя подключение, необходимо задействовать все три клеммы. Две нижние используются в качестве входа. Они подключаются к источнику напряжения. Верхняя и одна из нижних клемм являются выходом. При перемещении ползунка напряжение межу ними регулируется.
Реостат, используемый в качестве делителя напряжения
Помимо потенциометра возможен и балластный режим работы реостата, когда необходимо создать активную нагрузку для потребления энергии. При этом необходимо учитывать какие рассеивающие способности имеет аппарат. Избыточное тепло может вывести прибор из строя, поэтому рекомендуется производить включение реостата в сеть, предварительно выполнив расчет по рассеиваемой мощности и в случае необходимости обеспечить достаточное охлаждение.
Виды реостатов
Амперметр — что это такое и устройство прибора
Основные три вида реостатов:
- тороидальный реостат;
- рычажный тип;
- штепсельный РС.
Тороидальный реостат
Обмотка РС представляет собой тороидальную конструкцию, верхняя поверхность которой образует контактную дорожку. Поворотный контактор вращается вокруг своей оси, касаясь обмотки. Тороидальная катушка обеспечивает неразрывность электрической цепи во время поворота ползуна.
Эту особенность переменного сопротивления используют в городском электротранспорте. Беспрерывная перемена силы тока и напряжения питания электродвигателя обеспечивает плавное перемещение транспортного средства. При поломке устройство не подлежит ремонту. Потребуется замена прибора новым реостатом.
Тороидальный реостат
Рычажный тип
В отличие от тороидальной модели, рычажный реостат меняет величину сопротивления тока рывками. Рычаг, исполняя роль контактора, передвигается с одного контакта на другой. В устройстве расположено несколько резисторных линий с определённым сопротивлением. Рычажный бегунок одновременно работает выключателем одной линии и включателем другого резистора.
Штепсельные РС
Как и рычажный тип РС, штепсельные устройства регулируют сопротивление электрической цепи ступенчато. Единственное отличие заключается в том, что переход от одного режима к другим параметрам тока происходит без разрыва цепи. При извлечении очередного штепселя происходит перенаправление энергетического потока через определённый резистор.
Классификация резисторов
Резисторы отличаются не только возможностью регулировать сопротивление. Они могут изготавливаться из разных резистивных материалов, иметь различное количество контактов и иметь другие особенности.
По типу резистивного материала
Элементы могут быть проволочными, непроволочными или металлофольговыми. Высокоомная проволока является признаком проволочного элемента, для ее изготовления используют такие сплавы, как нихром, константан или никелин. Пленки с повышенным удельным сопротивлением являются основой непроволочных элементов. В металлофольговых используется специальная фольга. Теперь выясним из чего состоят резисторы.
Конструкция полупроводника
Непроволочные делятся на тонкослойные и композиционные, толщина первых измеряется в нанометрах, а вторых – в долях миллиметра. Тонкослойные делятся на:
- металлоокисные;
- металлизированные;
- бороуглеродистые;
- металлодиэлектрические;
- углеродистые.
Композиционные в свою очередь подразделяются на объемные и пленочные. Последние могут быть с органическим или неорганическим диэлектриком. Чтобы понять есть ли полярность у резистора следует знать, что стороны у них идентичны.
По назначению сопротивления
Постоянные и переменные полупроводники также имеют некоторые различия в характеристиках. Постоянные делятся на проводники общего и специального назначения. Последние могут быть:
- высокочастотными;
- высоковольтными;
- высокомегаомными;
- прецизионными.
Такие детали используются в точных измерительных приборах, они выделяются особой стабильностью.
Переменные резисторы можно разделить на подстроечные и регулировочные. Последние могут быть с линейной или нелинейной функциональной характеристикой.
По количеству контактов
В зависимости от назначения резистора у него может быть один, два и более контактов. Сами контакты также отличаются, например, у SMD-резисторов это контактная площадка, у проволочных – особого состава проволока. Есть резисторы металлопленочные, с квантовыми точечными контактами, а в переменных они подвижные.
Разное количество контактов на элементах
Другие
Отличаются резисторы формой и типом сопротивления, а также характером зависимости величины сопротивления от напряжения. Описание зависимости величины может быть линейной или нелинейной. Использование элемента простое, емкость указывается на корпусе, минус и плюс не отличаются.
Резисторы могут быть защищены от влаги или нет, корпус может быть лакированным, вакуумным, герметичным, впрессованным в пластик или компаундированным. Нелинейные подразделяются на:
- варисторы;
- магниторезисторы;
- фоторезисторы;
- позисторы;
- тензорезисторы;
- терморезисторы.
Все они выполняют свою определенную функцию, одни меняют сопротивление от температуры, другие от напряжения, третьи от лучистой энергии.
Материалы изготовления
Что такое дроссель
Реостаты по виду материала изготовления делятся на 4 типа. Это угольные, металлические, жидкостные и керамические РС:
- К угольным устройствам относятся модели, где переменным сопротивлением выступает графитовый стержень.
- Металлическим примером исполнения могут быть ползунковые реостаты. У них переменный резистор – это катушка из металлической проволоки.
- Жидкостные переменные сопротивления используются для регулирования работы электродвигателей во взрывоопасной атмосфере.
- К керамическим реостатам относятся тороидальные приборы. Их устройство описано выше по тексту.
Конструктивные особенности
По материалу изготовления разделяют реостаты:
- металлические, получившие наибольшее распространение;
- керамические, наиболее часто используемые при небольших мощностях;
- угольные, до сих пор используемые в промышленности;
- жидкостные, обеспечивающие максимально плавное регулирование.
Отвод тепла может быть как воздушным, так и водяным или масляным. Жидкостное охлаждение применяется при невозможности рассеять тепло с поверхности резистора. Для повышения теплоотдачи может использоваться радиатор с вентилятором.
Охлаждение
Электричество, пройдя через резистор, тратит часть энергии на преодоление сопротивления проводника, которая преобразуется в тепло. При чрезмерном его выделении реостат может сильно перегреться и прийти в полную негодность.
По этой причине применяют, согласно ГОСТу, две системы охлаждения переменных резисторов, это:
- воздушная;
- жидкостная.
Воздушная система охлаждения
Она основана на принудительной вентиляции. Для этого применяют лопастные и турбинные вентиляторы. В реостате датчик производит измерение уровня нагрева прибора. При достижении допустимого порога температуры датчик подаёт сигнал на включение системы вентиляции. При понижении нагрева вентилятор выключается.
Жидкостное охлаждение
Жидкостное охлаждение переменного резистора большой мощности осуществляется с помощью саркофага, в рубашке которого постоянно циркулирует минеральное масло. Оно отводит тепло от реостата наружу.
Где и для чего используются делители напряжения
ПТ нормируют напряжение, чаще их используют для регулировки параметров приложения (обслуживаемого оборудования) в рамках нормальных значений, на которые оно рассчитано, когда такая функция заложена в нем самом, например, громкость звука, обороты вентилятора. Чаще встречается модель с ручной регулировкой, но есть и автоматический интегрированный потенциометр.
Также ПТ применяют, когда необходимо установить нужный режим оборудования в сложных условиях, когда определенный уровень электропараметров может вывести из строя приложение или для исследований, в целях ТО, ремонта, экспериментов, наладки.
Увеличение/уменьшение U, подаваемого на нагрузку, которое также тянет за собой изменения тока, осуществляется потенциометрами или реостатами. Разницу между ними мы рассмотрим ниже. Фактически эти термины обозначают не саму деталь (это во всех случаях переменный резистор), а режимы ее включения на схеме.
Наиболее характерные примеры, что регулируют:
- мощность и другие параметры (настройка эквалайзерами) звука, яркости/оттенков видео, света (диммеры);
- скорость маломощных электромоторчиков бытовых приборов, игрушек;
- вентиляторы с настройкой скорости оборотов имеют делители напряжения. Даже те, у которых интенсивность вращения подразумевается, как выставленная на постоянную работу с определенным значением? часто имеют подстроечник на микросхеме;
- частота генераторов;
- калибровка электроцепей, на микросхемах для настройки электропараметров по напряжению (выходной его мощности).
- прецизионный, в том числе автоматический высокоточный потенциометр применяется в датчиках углового, линейного перемещения.
Переменники/подстроечники применяются везде, где требуется регулировка выходного напряжения. Но надо понимать, что такой приборчик нужен только для высокоомной нагрузки и малых токов. Там, где эти параметры большие используют реостаты. Например, в диммере может стоять ПТ, но если лампа накаливания мощная, то он будет бесполезен и надо применить РС. Аналогично и по электромоторам: слабомощные могут регулироваться ПТ, но на мощных силовых установках на транспортных средствах стоят РС. Для того чтобы изучить где, что применять, надо делать вычисления по формулам з-на Ома.
Для чего нужен РС
Исходя из того, для чего нужен реостат, переменные устройства делятся на следующие виды:
- пускорегулирующие приборы;
- пусковые РС;
- балластники;
- нагрузочные устройства.
Пускорегулирующие приборы
Реостаты применяют в системе управления электродвигателями постоянного тока. При переменном токе РС включают в схему питания асинхронных двигателей с фазовым ротором.
Пусковые РС
Их основное назначение – это понижение величины силы пускового тока во время старта электромотора. Также такие реостаты работают в системах рекуперативного реостатного торможения. Оно нужно для плавного снижения скорости вращения роторов электромоторов и генераторов.
Балластники
Балластные РС быстро поглощают энергию, которая выделяется при резком торможении электродвигателя. То есть происходит сброс балласта в виде излишней электроэнергии.
Нагрузочные устройства
РС этого вида создают дополнительную нагрузку в электроцепи. Это нужно для поддержания необходимых процессов, связанных с режимом работы различных приборов, двигателей и других устройств.
Подключение потенциометра
Для начала приведем блок наиболее характерных схем. Надо сказать, что ПТ можно подключать не только как РС, но и как простой фиксированный резистор (варианты на 3 рис.):
Ниже наиболее распространенные схемы (обозначения по западному стандарту):
Надо сказать, что традиционная схема подключения частотника потенциометра всегда рекомендует «лишний» вывод подсоединять, обрыв на линии «подвижный контакт — подковка» не исключены, что может привести к неприятным последствиям.
Схемы как подключить ПТ чрезвычайно простые, фактически вариант один — параллельно на один из проводов питания.
Например, так выглядит регулятор на компьютерном кулере. В данном случае полярность значения не имеет. Берется любой проводок питания кулера, разрезается, один конец спаивается сразу с первым и вторым (средним) контактов, второй — с оставшимся. То есть на первых 2 контактах лежит какой-либо конец провода (они спаиваются с одной и той же этой жилой), третий контакт — другой конец, как бы отдельно стоящий.
Сложность некоторых схем: нужно знать, к какому проводу подсоединять, то есть какую линию питания регулировать, например, если делают подключение потенциометра внешнего для частотно-регулируемых электроприводов для настройки интенсивности вращения электродвигателей, при регулировке ПИД-регуляторов.
В таких случаях руководствуются схемами призводителей или авторов таких совершенствований, рекомендациями мастеров, вся информация есть в сети на спецфорумах и тематических сайтах. Ниже пример подключения к частотному преобразователю:
Датчики на основе реостата
Положение ползуна в РС определяет величину напряжения и силы тока в рабочей цепи электрического тока. Изготовить датчик на основе реостата не составляет особого труда. К тороидальному переменному сопротивлению подводят фазу и ноль питания, на выход выводят изменённую фазу из резистора и ноль.
Сегодня на смену устаревшим приборам пришли оптические и магнитные аналоги. Датчики на основе переменных резисторов ещё продолжают массово применять в радиотехнике. Это подстроечные сопротивления регуляторов уровня громкости и других опций.
Датчик на основе реостата
Поворачивая ручку регулировки громкости радиоустройства, перемещают ползунок по графитовому диску. От его положения зависят сопротивление цепи и мощность звукового сигнала.
Переменный резистор.
Переменный резистор — это резистор, у которого электрическое сопротивление между подвижным контактом и выводами резистивного элемента можно изменять механическим способом.
Переменные резисторы, их также называют реостатами или потенциометрами, предназначены для постепенного регулирования силы тока и напряжения. Выглядят они так:
Разница в том, что реостат регулирует силу тока в электрической цепи, а потенциометр — напряжение. На радиосхемах переменные резисторы обозначаются прямоугольником с пририсованной к их корпусу стрелочкой.
На схемах цифрами от 1 до 3 указывается расположение выходов резистора.
Регулировать мощность сопротивления переменных резисторов можно с помощью вращения специальной ручки. Те из резисторов, у которых регулировка сопротивления резистора может осуществляться только с помощью отвертки или специального ключа-шестигранника, называются подстроечными переменными резисторами. Выглядят они так:
Реостат печки отопления салона автомобиля
Сама печка автомобиля во включённом состоянии находится в статичной степени нагрева. Уровень температуры воздуха в салоне зависит от скорости вращения ротора вентилятора. Реостат, встроенный в цепь питания вентилятора, меняет скорость воздушного горячего потока через ручное управление.
Существуют комбинированные системы обогрева салона автомобиля. Это когда степень нагрева воздушного потока регулируется двумя реостатами: самой печки и вентилятора.
Реостат печки автомобиля
Дополнительная информация. Типичной причиной выхода из строя системы обогрева салона часто бывает перегорание предохранителя. Поломку устраняют перепайкой электрической детали.
С развитием научно-технического прогресса многие электроприборы быстро устаревают. На смену им приходят более совершенные устройства, менее затратные и более эффективные. То же происходит с реостатами. Электротехническая промышленность постоянно поставляет на рынок всё более новые и совершенные виды резисторов.
Проверка
Проверка потенциметра делается мультиметром:
- выставляется режим замеров сопротивления, щупами касаются двух крайних контактов — тестер должен показать значение, равное номинальному с допустимым отклонением. Ползунок двигают — наблюдают, как меняется R на дисплее мультиметра;
- проволочная намотка может быть оборванной, могут отойти контакты — тогда обрыв проверяется стандартно — тестер ставят на «прозвонку», касаются щупами двух крайних контактов: 1 — обрыв; 0, цифровые значения, стремящиеся к нему или пищание (если есть зуммер) — цепь цела.
Ремонт
Если отвалился контакт, его можно спаять, но обычно это сложно сделать, тем более невозможно починить механически поврежденную дорожку или проволоку. При подобных поломках функциональных частей, особенно резистивного сегмента, переменники не ремонтируются.
Если функциональные части без механических повреждений, то можно попробовать такие методы:
- восстановить чувствительную дорожку: o легонько отогнуть пружинку подвижного контакта грифелем простого карандаша (состоит из углерода) провести по сенситивному слою. Метод для тонкопленочных моделей;
- o тот же грифель растереть, смешать с литолом или подобной смазкой, смазать дорожку, по которой ходит ползунок;
