電阻器額定功率
當電流由于電阻器兩端存在電壓而通過電阻器時,電阻器會以熱量的形式損失電能,并且電流越大,電阻器就會變得越熱。這稱為電阻器額定功率。
電阻器的額定值取決于其電阻值和以瓦為單位的電功率 ( W ),主要取決于其尺寸,電阻器可以安全耗散的電功率。每個電阻器都有一個額定功率,該額定功率由其物理尺寸決定,通常,其表面積越大,它可以安全地耗散到環(huán)境空氣或散熱器中的功率就越多。
電阻器可以在任何電壓(在合理范圍內(nèi))和電流的組合下使用,只要不超過其“額定耗散功率”,電阻器額定功率表明電阻器可以將多少功率轉(zhuǎn)換為熱量或吸收而不會對自身造成任何損壞。電阻器額定功率有時稱為電阻器額定功率,定義為電阻元件可以無限期消散而不降低其性能的熱量。
電阻器的額定功率變化很大,從不到十分之一瓦到數(shù)百瓦,具體取決于其尺寸、結(jié)構(gòu)和環(huán)境工作溫度。大多數(shù)電阻器的電阻功率額定值是在+70 o C 或以下的環(huán)境溫度下給出的。
電能是使用或消耗能量(轉(zhuǎn)化為熱量)的時間速率。電功率的標準單位是瓦特,符號為W,電阻器的額定功率也以瓦特為單位。與其他電量一樣,當表示非常大或非常小的電阻器功率時,前綴會附加到單詞“瓦特”上。其中一些更常見的是:
電力裝置
從歐姆定律我們知道,當電流流過電阻時,電阻上的電壓會下降,產(chǎn)生與功率相關(guān)的乘積。
換句話說,如果電阻承受電壓,或者傳導(dǎo)電流,那么它總是會消耗電能,我們可以將功率、電壓和電流這三個量疊加成一個三角形,稱為功率三角形,其中功率,這將在頂部的電阻器中以熱量的形式耗散,消耗的電流和底部的電阻器兩端的電壓如圖所示。
電阻功率三角
權(quán)力三角關(guān)系
如果我們知道電阻器兩端的電壓值和流過電阻器的電流值,則上面的功率三角形非常適合計算電阻器中消耗的功率。但我們也可以使用歐姆定律計算電阻消耗的功率。
歐姆定律允許我們計算給定電阻器電阻值的功耗。如果我們只知道電壓、電流或電阻這兩個值,則通過使用歐姆定律,可以獲得上述電阻器功率表達式的兩種替代變體,如下所示:
[ P = V x I ] 功率 = 伏特 x 安培
[ P = I 2 x R ] 功率 = 電流2 x 歐姆
[ P = V 2 ÷ R ] 功率 = 伏特2 ÷ 歐姆
直流電路中任何電阻器的電功率耗散都可以使用以下三個標準公式之一進行計算:
電阻功率方程
在哪里:
V 是電阻兩端的電壓,單位為伏特
I 是流經(jīng)電阻器的電流,單位為安培
R 是電阻器的電阻,單位為歐姆 (Ω)
由于電阻器的額定耗散功率與其物理尺寸相關(guān),因此 1/4 (0.250)W 電阻器的物理尺寸小于 1W 電阻器,并且具有相同歐姆值的電阻器也有不同的額定功率或瓦數(shù)。例如,碳電阻器的額定功率通常為 1/8 (0.125)W、1/4 (0.250)W、1/2 (0.5)W、1W 和 2 瓦。
一般來說,它們的物理尺寸越大,其額定功率就越高。然而,選擇能夠消耗計算功率兩倍或更多倍的特定尺寸電阻。當需要更高額定功率的電阻器時,通常使用線繞電阻器來散發(fā)過多的熱量。
功率電阻器
線繞功率電阻器有多種設(shè)計和類型,從我們之前看到的標準較小散熱器安裝鋁體 25 瓦類型,到用于加熱元件的較大管狀 1000 瓦陶瓷或瓷功率電阻器。
線繞電阻器
典型功率電阻
與碳膜或金屬膜類型相比,線繞電阻器的電阻值非常低(低歐姆值)。功率電阻器的電阻范圍從小于 1Ω (R005) 到僅 100kΩ,因為較大的電阻值將需要細規(guī)格的電線,而這很容易發(fā)生故障。
低歐姆、低功率值電阻器通常用于電流感測應(yīng)用,利用歐姆定律,流經(jīng)電阻的電流會在其兩端產(chǎn)生電壓降。
可以測量該電壓以確定電路中流動的電流值。這種類型的電阻器用于測試測量設(shè)備和受控電源。
較大的線繞功率電阻器由纏繞在瓷芯或陶瓷芯型線圈架上的耐腐蝕電線制成,通常用于耗散高浪涌電流,例如電機控制、電磁體或電梯/起重機控制和電機制動電路中產(chǎn)生的浪涌電流。
一般來說,這些類型的電阻器的標準額定功率高達 500 瓦,并且通常連接在一起形成所謂的“電阻組”。
線繞功率電阻器的另一個有用功能是在加熱元件的使用中,例如用于電火、烤面包機、熨斗等的加熱元件。在這種類型的應(yīng)用中,電阻的瓦數(shù)用于產(chǎn)生熱量,合金電阻絲的類型通常使用鎳鉻合金 (Nichrome) 制成,允許溫度高達 1200 o C。
所有電阻器,無論是碳電阻、金屬膜電阻還是線繞電阻,在計算其功率(瓦特數(shù))值時都遵循歐姆定律。還值得注意的是,當兩個電阻并聯(lián)時,它們的總額定功率會增加。如果兩個電阻器具有相同的值和相同的額定功率,則總額定功率加倍。
電阻器額定功率示例 No1
固定電阻的額定功率(以瓦為單位)是多少,該固定電阻的端子兩端電壓為 12 伏,流過該電阻的電流為 50 毫安。
鑒于我們知道上面的電壓和電流值,我們可以將這些值代入以下方程:P = V*I。
電阻器額定功率示例 No2
計算可通過額定值為 0.5 瓦的 1.8KΩ 電阻的安全電流。
同樣,由于我們知道電阻器的額定功率及其電阻,我們現(xiàn)在可以將這些值代入標準功率方程:P = I 2 R。
電阻功率
所有電阻器都有一個額定耗散功率,這是它可以安全耗散而不損壞自身的功率。超過額定功率的電阻器通常會很快冒煙,并損壞它們所連接的電路。如果電阻器要在其額定功率附近使用,則需要某種形式的散熱器或冷卻。
電阻器額定功率是為特定應(yīng)用選擇電阻器時需要考慮的重要參數(shù)。電阻器的作用是阻止電流流過電路,它通過將不需要的功率以熱量的形式耗散來實現(xiàn)這一點。當預(yù)計功耗較高時,選擇小瓦數(shù)電阻器會導(dǎo)致電阻器過熱,從而損壞電阻器和電路。
到目前為止,我們已經(jīng)考慮了連接到穩(wěn)定直流電源的電阻器,但在下一個關(guān)于電阻器的教程中,我們將研究連接到正弦交流電源的電阻器的行為,并顯示電壓、電流以及消耗的功率由交流電路中使用的電阻器組成的所有電阻都彼此同相。