Pulshåndteringsevne for Vishay Dale trådviklede modstande

Effektmodstande med trådvikling har en stationær effekt- og spændingsværdi, som angiver de maksimale temperaturer, som enhederne bør opnå. For korte perioder på 5 sekunder eller mindre er disse værdier tilfredsstillende; modstandene kan dog håndtere meget højere strøm- og spændingsniveauer i korte perioder (mindre end overgangstidspunktet). Ved stuetemperatur har RS005 f.eks. en kontinuerlig kapacitet på 5 W, men i en periode på 1 ms kan enheden klare 24500 W, og i 1 μs kan enheden klare 24500000 W. Årsagen til denne tilsyneladende høje effektkapacitet er, at det er energi, som er produktet af effekt og tid, der skaber varme, og ikke kun effekt alene. Vishay Dale kan levere løsninger til en applikation, hvis de får de oplysninger, der er beskrevet i figur 2.

Figur 1: Vishay Dale tilbyder et bredt udvalg af trådviklede modstande. (Billedkilde: Vishay Dale)

Korte impulser (kortere end krydsningspunktets tidsvarighed)

For korte impulser er det nødvendigt at bestemme den energi, der tilføres modstanden. For impulser under crossover-punktet antager Vishay Dale Engineering, at al impulsenergien går tabt i modstandselementet (ledningen). For at modstanden kan bevare sine præstationsegenskaber i hele produktets levetid baserer Vishay Dale analyser og anbefalinger på den mængde energi, der kræves for at hæve modstandselementet til +350 °C uden varmetab til kernen, belægningen eller ledningerne. Overgangspunktet er det tidspunkt, hvor der begynder at gå betydelig energi tabt, ikke kun i selve ledningen, men også i kernen, ledningerne og indkapslingsmaterialet. Dette er det punkt, hvor pulsen ikke længere betragtes som en kort puls, men nu som en lang puls.

Pulshåndteringsevnen er forskellig for hver modstandsmodel og værdi, da den er baseret på modstandselementets masse og specifikke varme. Når effekten og energien er blevet defineret, kan Vishay Dale bestemme det bedste valg af modstand til applikationen.

Overgangspunkt

Et eksempel på en RS005 500 Ω-modstand ved stuetemperatur:

Nødvendige oplysninger:

ER = Energimærkning for en given model, modstandsværdi og omgivelsestemperatur. Leveret af Vishay Dale, ER = 6,33 J.

PO = delens overbelastningsevne ved 1 s. Overbelastningsevne for en RS005 i 1 s, 10 x 5 W x 5 s = 250 Ws/1 s = 250 Ws = 250 W

Overgangspunkt (s) = ER (J)/PO (W)

6.33 J/ 250 W = 0,0253 s

Overgangspunktet for RS005 500 Ω-modstanden ved stuetemperatur er ca. 25,3 ms.

Lange impulser (overgangstidspunkt til 5 sekunder)

Ved lange impulser afgives en stor del af varmen i kernen, ledningerne og indkapslingsmaterialet. Som følge heraf er de beregninger, der anvendes for korte impulser, alt for konservative. Til applikationer med lange pulser anvendes de korttidsoverbelastningsværdier fra databladene. Bemærk, at gentagne impulser, der består af kortvarige overbelastningsstørrelser, er ekstremt belastende og kan få nogle modstandstyper til at gå i stykker.

• For at finde overbelastningseffekten for en 5 sekunders puls skal du gange den nominelle effekt med enten 5 eller 10 som angivet på databladet
• For at finde overbelastningsevnen for 1 s til 5 s skal du omregne overbelastningseffekten til energi ved at gange med 5 s og derefter omregne tilbage til effekt ved at dividere med pulsbredden i sekunder
• For pulsvarigheder mellem krydsningspunktet og 1 s anvendes den overbelastningseffekt, der er beregnet for 1 s

Eksempel

1. Hvad er overbelastningseffekten for en RS005-modstand?

   Ifølge databladet har RS005 en nominel effekt på 5 W og kan tage 10 gange den nominelle effekt i 5 sekunder: 10 x 5 W = 50 W

2. Hvad er RS005's energimæssige kapacitet i 5 s?

   For 5 s er energikapaciteten: 50 W x 5 s = 250 W-s eller J

3. Hvad er RS005's overbelastningsevne i 1 s?

   For 1 s er overbelastningsevnen 250 W-s / 1 s = 250 W

4. Hvad er RS005's energimæssige kapacitet i 0,5 s?

   For 0,5 s er energikapaciteten 250 W x 0,5 s = 125 W-s eller J

Oplysninger, der er nødvendige for at bestemme pulseevnen

Figur 2: Svarene på disse spørgsmål vedrørende pulsekapacitet er med til at bestemme applikationsløsningen. (Billedkilde: Vishay Dale)

Pulsapplikationer falder ofte i en af tre kategorier: Firkantet bølge, kapacitiv opladning/afladning eller eksponentiel afvikling. I de følgende afsnit vises et eksempel på beregning af pulsenergien for hver af dem.

Firkantbølge

En konstant spænding eller strøm påføres over en modstand i en given impulsvarighed.

Figur 3: Eksempel på en beregning af pulsenergi for en firkantet bølge med en amplitude på 100 V_DC i 1 ms gennem en 10 Ω-modstand. (Billedkilde: Vishay Dale)

Kapacitiv opladning/afladning

En kondensator oplades til en given spænding og aflades derefter gennem en trådviklet modstand.

Figur 4: Eksempel på en beregning af pulsenergi for en kapacitiv opladning/afladning. (Billedkilde: Vishay Dale)

Eksponentiel nedbrydning/lynbølge

Applikationen når en spids spænding og falder med en hastighed, der er proportional med dens værdi. Dette er typisk modelleret af DO-160E WF4 eller IEC 6100-4-5 og repræsenterer en lynbølge.

Figur 5: Eksempel på en beregning af impulsenergi for en lynnedslag. (Billedkilde: Vishay Dale)

Gentagne impulser med lige store mellemrum

Ved beregning af pulshåndteringsevnen for gentagne pulser skal der tages hensyn til den gennemsnitlige effekt og den individuelle pulsenergi. Det skyldes, at den gennemsnitlige effekt skaber en gennemsnitlig varmeudvikling på emnet, som bruger en vis procentdel af emnets energimæssige kapacitet. Den del af energien, der ikke bruges af gennemsnitsstrømmen, er så tilgængelig til at håndtere den øjeblikkelige impulsenergi. Når de to procentdele (gennemsnitseffekt i forhold til nominel effekt og impulsenergi i forhold til pulshåndteringsevne) lægges sammen, må de ikke overstige 100 % af delens samlede nominelle effekt.

Eksempel

Følgende eksempel er baseret på en gentagen firkantet bølgeimpuls med lige store intervaller.

Figur 6: Dette eksempel er baseret på en gentagen firkantet bølgepuls med lige store intervaller. (Billedkilde: Vishay Dale)

1. Impulseffekten, P = V²/R eller I²R, beregnes for en enkelt impuls
2. Den gennemsnitlige effekt beregnes som følger: P_Avg = Pt/T
3. Beregn pulsenergien: E = Pt
4. Beregn den procentvise andel af gennemsnitsydelsen i forhold til den nominelle effekt (PR): Procentdel (effekt) = 100 x P_AVG/P_R
5. Vishay Dale Engineering kan give pulshåndteringskapaciteten (ER) ved hjælp af en modstandsmodel, modstandsværdi og omgivelsestemperatur
6. Beregn procentdelen af pulsenergien i forhold til pulshåndteringsevnen: Procentdel (energi) = 100 x E/E_R
7. Læg procenterne i (4) og (6) sammen. Hvis procentdelen er mindre end 100 %, er den valgte modstand acceptabel. Hvis procentdelen er større end 100 %, skal der vælges en modstand med en højere effekt eller en højere pulshåndteringsevne. Kontakt Vishay Dale Engineering for at finde det bedste valg af modstand til din applikation.

Eksempel

En række lige store firkantede bølgeimpulser med en amplitude på 200 V_DC, en impulsbredde på 20 ms og en cyklustid på 20 s påføres en RS007 100 Ω-modstand ved en omgivelsestemperatur på 25 °C.

1. Pulseffekten er: P = V²/R = (200 V)²/100 Ω = 400 W
2. Den gennemsnitlige effekt er:P_AVG = Pt/T = (400 W x 0,02 s)/20 s = 0,4 W
3. Impulsenergien beregnes: E = Pt = 400 W x 0,02 s = 8,0 W-s, eller J
4. RS007-modstanden har en nominel effekt (P_R) af 7 W. Procentdelen af gennemsnitseffekten i forhold til den nominelle effekt beregnes: P_AVG/P_R x100 = ((0,4 W)/(7,0 W)) x 100 = 5,7 %
5. Pulsbehandlingskapaciteten (E_R), som Vishay Dale Engineering har oplyst ved en omgivelsestemperatur på 25 °C, er 15,3 J
6. Procentdelen af pulsenergi i forhold til pulshåndteringsevnen beregnes:

   100 x E/E_R = 100 x ((8,0 J)/(15,3 J)) = 52,3 %

7. De procentdele, der er beregnet i (4) og (6), lægges sammen: 5,7 % + 52,3 % = 58 %

Da denne procentdel er mindre end 100 % af den samlede nominelle værdi, vil modstanden af typen RS007 være tilstrækkelig til at håndtere pulsen.

Ikke-induktive modstande

Ikke-induktive effektmodstande består af to viklinger, som hver er dobbelt så store som den færdige modstandsværdi. Derfor vil energikapaciteten næsten altid være større end ved en standardviklet enhed. For at beregne den nødvendige energikapacitet for ikke-induktive stilarter skal du beregne energien pr. ohm (J/Ω) ved at dividere energien med fire gange modstandsværdien.

Eksempel

Hvad er den energi pr. ohm, der kræves for at kunne håndtere en 0,2 J-impuls, der påføres en 500 Ω-modstand?

Den nødvendige energi pr. ohm er: E/4R = (0,2 J)/(4 x 500 Ω) = 100 x10^-6 J/Ω

Dette kan gives til Vishay Dale Engineering for at finde det bedste produkt til applikationen.

Spændingsbegrænsninger

Korte impulser - Der er aldrig blevet fastsat nogen overbelastningsspænding for trådviklede modstande ved korte impulser af kort varighed. Sandia Corporation har udført en undersøgelse af vores NS og RS-modstande ved hjælp af 20 µs pulser. Denne undersøgelse viser, at denne type enhed vil kunne klare ca. 20 kV pr. tomme, så længe pulshåndteringskapaciteten ikke overskrides.

Lange impulser - For impulser mellem crossover-punktet og 5 s er den anbefalede maksimale overbelastning √10 gange den maksimale arbejdsspænding for størrelser på 4 W og derover og √5 gange den maksimale arbejdsspænding for størrelser på mindre end 4 W.

Sikringsmodstande

Hvis målet med applikationen er, at modstanden skal åbne en sikring under en bestemt tilstand, tilbyder Vishay Dale smeltbare modstande. Se side syv for almindelige RS-sikringsmodstandstyper, eller klik på følgende link for at se hele RS-sikringsdatabladet.

Hurtigtvirkende, formstøbte modeller, specialudviklet til specifikke applikationer

Vishay Dale har et bredt udvalg af trådviklede modstande til rådighed. De har også mulighed for at levere specialfremstillede, støbte, hurtigtvirkende modstande til specifikke applikationer. Selv om DigiKey har nogle af disse typer modstande på lager, er der bogstaveligt talt hundredvis af muligheder til rådighed. Se figur 7 for nogle eksempler og en oversigt over varenumre, der kan bruges til at tilpasse en passende modstand til en specifik applikation.

Figur 7: De viste eksempelmodstande øverst repræsenterer en håndfuld af hundredvis af mulige varianter. For en specialfremstillet modstand, der er designet til en specifik applikation, kan du bruge tabellen over reservedelsnumre nederst. (Billedkilde: Vishay Dale)