深入了解電阻的“功率”
發布時間:2020-10-22 來源:呂工 責任編輯:wenwei
【導讀】功率,指物體在單位時間內做功多少,是用於描述做功快慢的物理量,用字母P來表示。電阻器在(zai)電(dian)路(lu)中(zhong)作(zuo)為(wei)純(chun)耗(hao)能(neng)元(yuan)件(jian),其(qi)將(jiang)電(dian)能(neng)轉(zhuan)換(huan)為(wei)熱(re)能(neng),這(zhe)個(ge)熱(re)量(liang)被(bei)電(dian)阻(zu)吸(xi)收(shou)並(bing)最(zui)終(zhong)耗(hao)散(san)至(zhi)環(huan)境(jing)中(zhong)。固(gu)定(ding)阻(zu)值(zhi)的(de)電(dian)阻(zu),其(qi)實(shi)際(ji)工(gong)作(zuo)功(gong)率(lv)取(qu)決(jue)於(yu)兩(liang)端(duan)的(de)電(dian)壓(ya)或(huo)電(dian)流(liu)。
P = W/t
電dian阻zu器qi在zai電dian路lu中zhong作zuo為wei純chun耗hao能neng元yuan件jian,其qi將jiang電dian能neng轉zhuan換huan為wei熱re能neng,這zhe個ge熱re量liang被bei電dian阻zu吸xi收shou並bing最zui終zhong耗hao散san至zhi環huan境jing中zhong。固gu定ding阻zu值zhi的de電dian阻zu,其qi實shi際ji工gong作zuo功gong率lv取qu決jue於yu兩liang端duan的de電dian壓ya或huo電dian流liu:
P=UI=U2/R=I2R
電阻器作為一個實體物質,其所能承受的熱量是有限的;超過其限度,阻值會發生較大的變化,甚至開路。
電阻器的額定功率:指電阻在正常氣候條件下(如大氣壓、環境溫度等),長時間連續安全工作可耗散或可承受的最大功率。一般我們取70℃靜止自由空氣中為額定功率的最大工作溫度點,電阻額定功率記為P70。電阻實際使用時,需要留有一定的功率餘量,建議為額定功率的一半。
womenzhuyidaodianzudeedinggonglvjianlizaiquedingdehuanjingtiaojianhezaichangshijianlianxuanquangongzuodejichushang。zaizhegeguochengzhong,dianzucunzaifarehesanreliangzhongbianhua,zuizhongdianzuhuidadaoyigerepingheng,bingzaiqidianzutishangjianliqihengdingdebiaomianwendu。gaibiaomianwendugaoyuhuanjingwendu,bingzaidianzutikejieshoudefanweinei(即阻值波動在允許範圍內)。額定功率就是這麼一個單位時間內的熱臨界值;超過額定功率,那麼熱平衡時,電阻體上的表麵溫度就超出電阻可接受的範圍。
如果我們能影響電阻的發熱與散熱能力,就能改變電阻的額定功率。電阻的額定功率取決於電阻的幾何尺寸、電阻材料的允許溫度、基板的熱導率、環境條件等。電阻尺寸越大、電阻材料耐受能力越強、基(ji)板(ban)的(de)熱(re)導(dao)率(lv)越(yue)高(gao),環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)越(yue)低(di)或(huo)有(you)空(kong)氣(qi)流(liu)動(dong),那(na)麼(me)電(dian)阻(zu)的(de)功(gong)率(lv)就(jiu)越(yue)大(da)。另(ling)外(wai),可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)安(an)裝(zhuang)散(san)熱(re)器(qi)來(lai)改(gai)善(shan)電(dian)阻(zu)器(qi)的(de)散(san)熱(re)能(neng)力(li)。當(dang)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)超(chao)過(guo)70℃edinggonglvzuidagongzuowendudian,sanrekongjianbeiyasuo,namedianzuyebixujianshaofareliang,jijiange。danghuanjingwendujiejindianzuqiyunxuwendushi,cishiruguozaishijiagonglv,dianzuqidereliangjiangwufazhengchangsanchu,kenengdaozhidianzushaohui。yincidianzuchangshijianlianxugongzuoshi,bixucanzhaojianggonghaoquxian。
短時間內,電阻的溫度可以高於其允許溫度;為了測試其耐受能力,我們通常會施加2-10倍的功率,持續5s,即短時過載測試,考驗電阻的過載能力。
除了額定功率外,電阻在使用過程中,會碰到單個脈衝,或者是周期性脈衝的情形。為了更好描述此過程,我們引入電阻“最大脈衝功率”概念。
電阻最大脈衝功率:電阻工作時所能承受的最大瞬間電壓,記作Ppulse;一般Ppulse要遠遠大於P70。
在(zai)很(hen)多(duo)情(qing)況(kuang)下(xia),經(jing)過(guo)電(dian)阻(zu)的(de)瞬(shun)間(jian)電(dian)壓(ya)非(fei)常(chang)大(da),持(chi)續(xu)時(shi)間(jian)卻(que)很(hen)短(duan),即(ji)電(dian)阻(zu)產(chan)生(sheng)的(de)熱(re)量(liang)非(fei)常(chang)小(xiao)。對(dui)於(yu)單(dan)個(ge)脈(mai)衝(chong)來(lai)說(shuo),單(dan)次(ci)發(fa)熱(re)時(shi)間(jian)很(hen)短(duan),散(san)熱(re)時(shi)間(jian)卻(que)是(shi)無(wu)窮(qiong)長(chang)的(de),即(ji)單(dan)個(ge)脈(mai)衝(chong)的(de)平(ping)均(jun)功(gong)率(lv)非(fei)常(chang)小(xiao),但(dan)是(shi)峰(feng)值(zhi)功(gong)率(lv)卻(que)很(hen)大(da)。這(zhe)個(ge)瞬(shun)間(jian)的(de)微(wei)小(xiao)熱(re)量(liang)具(ju)有(you)足(zu)夠(gou)大(da)的(de)熱(re)能(neng)量(liang)密(mi)度(du)來(lai)損(sun)壞(huai)電(dian)阻(zu),使(shi)得(de)阻(zu)值(zhi)發(fa)生(sheng)劇(ju)烈(lie)變(bian)化(hua)。打(da)個(ge)比(bi)方(fang),用(yong)筷(kuai)子(zi)和(he)針(zhen)去(qu)刺(ci)破(po)一(yi)塊(kuai)布(bu),相(xiang)同(tong)力(li)量(liang)F下(xia),針(zhen)可(ke)以(yi)很(hen)輕(qing)鬆(song)刺(ci)破(po)布(bu),而(er)筷(kuai)子(zi)卻(que)不(bu)行(xing)。這(zhe)是(shi)因(yin)為(wei),針(zhen)頭(tou)麵(mian)積(ji)小(xiao),而(er)筷(kuai)子(zi)頭(tou)麵(mian)積(ji)大(da),針(zhen)頭(tou)可(ke)以(yi)產(chan)生(sheng)足(zu)夠(gou)大(da)的(de)壓(ya)強(qiang)來(lai)刺(ci)破(po)布(bu),而(er)筷(kuai)子(zi)卻(que)不(bu)行(xing):
Pa=F/S
當單個脈衝的脈寬ti逐漸變短時,Pmax會逐漸變大;當ti短至一定寬度,Pmax不會繼續變大,會保持恒定值,此恒定值就是電阻元素的極限耐受能力。當單個脈衝的脈寬ti逐漸延長時,電阻的最大脈衝功率Pmax也會逐漸變小;若單個脈衝ti無限延長時,就變成一個連續脈衝,此時Pmax=P70。因此,電阻的最大脈衝功率Pmax取決於脈衝寬度ti和電阻極限耐受能力。任何時刻,脈衝峰值功率Ppeak都不允許超過電阻最大脈衝功率Pmax。電阻在使用時,需參照單個最大脈衝功率負載圖。
對於周期性脈衝也是如此,脈衝峰值功率Ppeak不允許超過電阻最大脈衝功率Pmax,與此同時,周期性脈衝的平均功率Pave不允許超過電阻額定功率P70。因為,周期性脈衝屬於間歇性發熱,最終會在電阻表麵建立起熱平衡。
對於電阻在受到周期性脈衝負載時,若我們想得知電阻最終熱平衡時表麵溫度,我們需從兩個角度來獲取相關參數(必不可少)進行計算:
衡量電阻發熱能力的參數:單個脈衝能量Q(U2/R*ti),脈衝周期Tp,脈衝個數N,電阻串並聯總質量M,電阻材料比熱容Cr,衡量電阻散熱能力的參數:電阻熱時間常數τ,環境溫度T。
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