当电流通过电阻器时,由于电阻器上存在电压,电阻器会以热量的形式损失电能,电流越大,电阻器就会变得越热。这被称为电阻器额定功率。
电阻器的额定值是它们的电阻值和以瓦特为单位的电功率(W),它们可以安全地耗散,主要取决于它们的尺寸。每个电阻器都有一个最大额定功率,该额定功率由其物理尺寸决定,通常,它的表面积越大,它可以安全地散发到环境空气或散热器中的功率就越多。
电阻器可以在电压(在合理范围内)和电流的任何组合下使用,只要它的“耗散功率额定值”不超过电阻器额定功率,表明电阻器可以转换成热量或吸收多少功率而不会对其本身造成任何损坏. 的电阻功率额定值有时被称为电阻器的额定功率,并且被定义为的热量的电阻元件可以消散的时间无限期不降低其性能的量。
电阻器的额定功率变化很大,从不到十分之一瓦特到数百瓦特,取决于其尺寸、结构和环境工作温度。大多数电阻器的最大电阻功率额定值是在 +70 o C 或更低的环境温度下给出的。
电力是使用或消耗能量(转换为热量)的时间速率。电功率的标准单位是瓦特,符号W,电阻器的额定功率也以瓦特为单位。与其他电量一样,当表示非常大或非常小的电阻功率时,前缀会附加在“瓦特”一词之后。其中一些更常见的是:
Unit | Symbol | Value | Abbreviation |
milliwatt | mW | 1/1,000th watt | 10-3 W |
kilowatt | kW | 1,000 watts | 103 W |
megawatt | MW | 1,000,000 watts | 106 W |
换句话说,如果一个电阻承受电压,或者如果它传导电流,那么它总是会消耗电能,我们可以将这三个量的功率、电压和电流叠加成一个三角形,称为功率三角形。 ,这将在顶部的电阻器中作为热量消散,消耗的电流和底部的电压如图所示。
如果我们知道电阻两端的电压值和流过电阻的电流值,那么上面的功率三角形非常适合计算电阻中的功耗。但是我们也可以使用欧姆定律计算电阻耗散的功率。
欧姆定律允许我们根据电阻器的电阻值计算功耗。如果我们只知道电压、电流或电阻中的两个值,则通过使用欧姆定律,可以获得上述电阻器功率表达式的两种替代变体,如下所示:
[ P = V x I ] 功率 = 伏特 x 安培
[ P = I 2 x R ] 功率 = 电流2 x 欧姆
[ P = V 2 ÷ R ] 功率 = 伏特2 ÷ 欧姆
可以使用以下三个标准公式之一计算直流电路中任何电阻器的电功率耗散:
在哪里:
V 是电阻两端的电压,以伏特为单位
我 是流过电阻的电流,单位是安培
R 是电阻的电阻,单位为欧姆(Ω)
由于耗散电阻器的额定功率与其物理尺寸相关,因此 1/4 (0.250)W 电阻器在物理上小于 1W 电阻器,并且具有相同欧姆值的电阻器也可用于不同的功率或瓦数额定值。例如,碳电阻器的额定瓦数通常为 1/8 (0.125)W、1/4 (0.250)W、1/2 (0.5)W、1W 和 2 瓦。
一般来说,它们的物理尺寸越大,其额定功率就越高。但是,最好选择能够耗散两倍或更多倍计算功率的特定尺寸的电阻器。当需要具有更高额定功率的电阻器时,通常使用绕线电阻器来散发过多的热量。
Type | Power Rating | Stability |
Metal Film | Very low at less than 3 Watts | High 1% |
Carbon | Low at less than 5 Watts | Low 20% |
Wirewound | High up to 500 Watts | High 1% |
线绕功率电阻器有多种设计和类型,从我们之前看到的标准小型散热器安装铝体 25 瓦类型,到用于加热元件的较大管状 1000 瓦陶瓷或瓷功率电阻器。
典型功率电阻
与碳或金属膜类型相比,线绕电阻器的电阻值非常低(低欧姆值)。功率电阻器的电阻范围从小于 1Ω (R005) 到仅 100kΩ 不等,因为较大的电阻值需要很容易失效的细规格线。
低欧姆、低功率值电阻器通常用于电流检测应用,使用欧姆定律,流过电阻的电流会在其两端产生电压降。
可以测量该电压以确定在电路中流动的电流值。这种类型的电阻器用于测试测量设备和受控电源。
较大的线绕功率电阻器由缠绕在瓷芯或陶瓷芯型成型器上的耐腐蚀线制成,通常用于消散高涌流,例如电机控制、电磁铁或电梯/起重机控制和电机制动电路中产生的浪涌电流。
通常,这些类型的电阻器具有高达 500 瓦的标准额定功率,并且通常连接在一起形成所谓的“电阻组”。
绕线功率电阻器的另一个有用特性是使用加热元件,如用于电火、烤面包机、熨斗等的加热元件。在这种类型的应用中,电阻的瓦数值用于产生热量和合金电阻丝的类型使用的通常是由镍铬(Nichrome)制成,允许温度高达 1200 o C。
在计算最大功率(瓦数)值时,所有电阻器,无论是碳、金属膜还是线绕电阻,都遵循欧姆定律。还值得注意的是,当两个电阻并联时,它们的总额定功率会增加。如果两个电阻具有相同的值和相同的额定功率,则总额定功率增加一倍。
固定电阻器的最大额定功率(瓦特)是多少,该电阻器的端子电压为 12 伏,流过它的电流为 50 毫安。
鉴于我们知道上述电压和电流的值,我们可以将这些值代入以下等式:P = V*I。
计算可以通过额定功率为 0.5 瓦的 1.8KΩ 电阻器的最大安全电流。
同样,因为我们知道电阻器的额定功率及其电阻,我们现在可以将这些值代入标准功率方程:P = I 2 R。
所有电阻器都有一个最大耗散功率额定值,这是它可以安全耗散而不损坏自身的最大功率。超过其最大额定功率的电阻器往往会冒烟,通常很快,并损坏它们所连接的电路。如果要在接近其最大额定功率的情况下使用电阻器,则需要某种形式的散热器或冷却装置。
电阻器额定功率是为特定应用选择电阻器时要考虑的重要参数。电阻器的作用是阻止电流流过电路,它通过将不需要的功率作为热量消散来实现这一点。在预计功耗较高时选择小瓦数电阻会导致电阻过热,从而损坏电阻和电路。
到目前为止,我们已经考虑了连接到稳定直流电源的电阻器,但是在下一个关于电阻器的教程中,我们将研究连接到正弦交流电源的电阻器的行为,并显示电压,电流以及所消耗的功率通过交流电路中使用的电阻器彼此同相。