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guo70℃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liangF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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