功率型線繞電阻器的熱計算
2 最高表面溫升
由式(5)可知:當t=0時,T=T0。表明電阻表面溫度不會低于室溫。當t→∞時,T=T0+(0.24P/aS),是一個與時間無關的常量。此時,溫度已達到平衡,電阻器的表面溫升達到極限,電阻器所消耗的電能全部轉化為熱能通過電阻器表面散發出去。
電阻器表面溫度不再升高。最高溫升為:

由式(6)可知,電阻器表面最高溫升正比于所承受的功率,與散熱系數、等效散熱面積成反比。要想在同等功率下降低溫升要盡可能的增大散熱系數和散熱面積。因此,功率型線繞電阻設計時,應選擇合適的材料及采取合理的散熱結構,以求增大散熱面積和獲得較好的散熱系數。
3 時間常數τ

在式(7)中,常數τ反映了溫度變化的速度,決定了電阻器達到熱平衡的時間:因此


由此可見,時間常數τ是溫升達到平衡溫度的63.2%時所需的時間當加熱時間達到3τ時,溫度基本趨于穩定。
由式(7)得:


式中:τ的大小表示了電阻通電時溫度上升的快慢。通常,認為當時間t=3τ時,升溫過程結束。
4 散熱系數a
散熱系數a與產品的結構有很大關系,他不但影響線繞電阻升溫的時間常數,而且控制著線繞電阻最高表面溫升。因此,當電阻的體積和材料已確定時,可以通過改變電阻的結構來調整Tm與τ。在實際過程中,散熱系數a是一個很復雜的參數,很難通過理論計算獲得,但可以通過試驗獲得。給一個線繞電阻施加額定功率,在不同的時刻測試電阻的表面溫升,直到電阻達到平衡溫度(Tm)。描繪出升溫曲線,在曲線上升變化率較大的地方選取△T和對應的t,通過式(8)可計算得出τ。通過

樣品:RXG20-200(額定功率:200 W,阻值2.3 Ω);
試驗方法:對樣品施加額定功率U=

環境溫度:19℃。
實驗數據如表1所示,曲線如圖2所示。取:Tm=234℃;t=12 min;△T=188-19=169℃。經計算得τ=9.38 min。瓷基體的比熱容C=0.175 cal/(℃·g),電阻體質量m=630 g,表面積S=0.029 233 4 m2。將數據帶入:

即:當電阻體表面溫度與環境溫度相差1℃時,實驗電阻釋放的熱量為6.7 cal/(s·m2);
將a=6.7cal/(℃·m2·s)、S=0.029 233 4 m2代入式(6)可算出電阻表面最高溫升的理論值為244.5℃,高于試驗溫度。因為實驗時,實驗環境有空氣流動,加速了能量的耗散,降低了電阻器的表面溫度。
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