Pulsverwerkingsmogelijkheden van Vishay Dale draadgewonden weerstanden

Vermogensdraadgewonden weerstanden hebben stationaire vermogens- en spanningswaarden die de maximale temperaturen aangeven die de eenheden zouden moeten bereiken. Voor korte perioden van 5 seconden of minder zijn deze waarden toereikend; de weerstanden kunnen echter gedurende korte perioden (minder dan het cross-over punt) veel hogere vermogens en spanningen verwerken. Bijvoorbeeld, bij kamertemperatuur, heeft RS005 een ononderbroken classificatie van 5 W, maar voor een duur van 1 ms kan de eenheid 24.500 W behandelen, en voor 1 microseconde kan de eenheid 24.500.000 W behandelen. De reden voor dit schijnbaar hoge machtscapaciteit is het feit dat de energie, die het product van macht en tijd is, is wat hitte creëert; niet alleen macht alleen. Vishay Dale kan oplossingen bieden voor een toepassing indien de in figuur 2 vermelde informatie wordt verstrekt.

Afbeelding 1: Vishay Dale biedt een grote verscheidenheid aan draadgewonden weerstanden. (Bron afbeelding: Vishay Dale)

Korte pulsen (korter dan de tijdsduur van het crossover-punt)

Voor korte pulsen is het noodzakelijk de energie te bepalen die op de weerstand wordt toegepast. Voor pulsen kleiner dan het cross-over punt gaat Vishay Dale engineering ervan uit dat alle pulsenergie in het weerstandselement (draad) wordt gedissipeerd. Om ervoor te zorgen dat de weerstand zijn prestatiekenmerken gedurende de levensduur van het product behoudt, baseert Vishay Dale zijn analyses en aanbevelingen op de hoeveelheid energie die nodig is om het weerstandselement tot +350 °C te laten stijgen zonder warmteverlies naar de kern, coating of aansluitdraden. Het overgangspunt is het moment waarop aanzienlijke energie begint te verdwijnen, niet alleen in de draad zelf, maar nu ook in de kern, de kabels en het inkapselingsmateriaal. Dit is het punt waarop de puls niet langer als een korte puls wordt beschouwd, maar nu als een lange puls.

De pulsverwerkingscapaciteit is voor elk weerstandsmodel en elke weerstandswaarde verschillend, aangezien deze gebaseerd is op de massa en de soortelijke warmte van het weerstandselement. Zodra het vermogen en de energie zijn gedefinieerd, kan Vishay Dale de beste weerstandskeuze voor de toepassing bepalen.

Overgangspunt

Een voorbeeld van een RS005 500 Ω weerstand bij kamertemperatuur:

Vereiste informatie:

ER = Energieklasse van een bepaald model, weerstandswaarde, en omgevingstemperatuur. Geleverd door Vishay Dale, ER = 6,33 J.

PO = Het overbelastingsvermogen van het onderdeel bij 1 s. Het overbelastingsvermogen van een RS005 gedurende 1 s, 10 x 5 W x 5 s = 250 Ws/1 s = 250 W

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

6.33 J/ 250 W = 0,0253 s

Het cross-overpunt voor de RS005 500 Ω-weerstand bij kamertemperatuur is ongeveer 25,3 ms.

Lange pulsen (cross-overpunt tot 5 seconden)

Bij lange pulsen wordt een groot deel van de warmte afgevoerd in de kern, de kabels en het inkapselingsmateriaal. Als gevolg daarvan zijn de berekeningen die voor korte pulsen worden gebruikt, veel te conservatief. Voor toepassingen met lange pulsen worden de kortstondige overbelastingswaarden uit de datasheets gebruikt. Merk op dat herhaalde impulsen bestaande uit de kortstondige overbelastingsmagnitude uiterst belastend zijn en sommige weerstandsstijlen kunnen doen falen.

• Om het overbelastingsvermogen voor een puls van 5 s te vinden, vermenigvuldigt u het nominale vermogen met 5 of 10, zoals vermeld op het gegevensblad
• Om het overbelastingsvermogen voor 1 s tot 5 s te vinden, zet u het overbelastingsvermogen om in energie door te vermenigvuldigen met 5 s, en zet u het vervolgens terug om in vermogen door te delen door de pulsbreedte in seconden
• Voor pulsduren tussen het scheidingspunt en 1 s, gebruik het overbelastingsvermogen berekend voor 1 s

Voorbeeld

1. Wat is het overbelastingsvermogen voor een RS005-resistor?

   Van het gegevensblad, wordt RS005 geschat op 5 W en zal 10 keer nominaal vermogen voor 5 s nemen: 10 x 5 W = 50 W

2. Wat is de energiecapaciteit van de RS005 gedurende 5 s?

   Voor 5 s is de energiecapaciteit: 50 W x 5 s = 250 W-s of J

3. Wat is het overbelastingsvermogen van de RS005 gedurende 1 s?

   Voor 1 s is het overbelastingsvermogen 250 W-s / 1 s = 250 W

4. Wat is de energiecapaciteit van de RS005 gedurende 0,5 s?

   Voor 0,5 s is de energiecapaciteit 250 W x 0,5 s = 125 W-s of J

Informatie die nodig is om het vermogen tot pulsen te bepalen

Afbeelding 2: Het bepalen van de antwoorden op deze vragen met betrekking tot het vermogen om te pulseren zal helpen bij het bepalen van de toepassingsoplossing. (Bron afbeelding: Vishay Dale)

Pulstoepassingen vallen vaak in een van de volgende drie categorieën: blokgolf, capacitieve oplading/ontlading, of exponentieel verval. Een voorbeeld van de berekening van de pulsenergie voor elk van deze zal in de volgende punten worden getoond.

Vierkante golf

Een constante spanning of stroom wordt gedurende een bepaalde pulsduur over een weerstand gezet.

Afbeelding 3: Voorbeeld van een berekening van de pulsenergie voor een blokgolf met een amplitude van 100 V_DC gedurende 1 ms door een weerstand van 10 Ω. (Bron afbeelding: Vishay Dale)

Capacitieve lading/ontlading

Een condensator wordt opgeladen tot een bepaalde spanning en vervolgens ontladen via een draadgewonden weerstand.

Afbeelding 4: Voorbeeld van een pulsenergieberekening voor een capacitieve laad-/ontlaadtoepassing. (Bron afbeelding: Vishay Dale)

Exponentieel verval/blikseminslag

De toepassing bereikt een piekspanning en daalt met een snelheid die evenredig is met de waarde. Deze wordt gewoonlijk gemodelleerd door DO-160E WF4 of IEC 6100-4-5 en vertegenwoordigt een bliksemschicht.

Afbeelding 5: Voorbeeld van een berekening van de impulsenergie voor een blikseminslag. (Bron afbeelding: Vishay Dale)

Gelijkmatig verdeelde herhalende pulsen

Bij de berekening van de pulsverwerkingscapaciteit voor repetitieve pulsen moet rekening worden gehouden met het gemiddelde vermogen en met de afzonderlijke pulsenergie. Dit komt omdat het gemiddelde vermogen een gemiddelde warmtestijging op het onderdeel veroorzaakt, die een bepaald percentage van de energiecapaciteit van het onderdeel verbruikt. Het gedeelte van de energie dat niet door het gemiddelde vermogen wordt gebruikt, is dan beschikbaar om de momentane impulsenergie te verwerken. Wanneer de twee percentages (gemiddeld vermogen ten opzichte van nominaal vermogen en pulsenergie ten opzichte van pulsverwerkingscapaciteit) bij elkaar worden opgeteld, mogen zij niet meer bedragen dan 100 % van de totale nominale waarde van het onderdeel.

Voorbeeld

Het volgende voorbeeld is gebaseerd op een gelijkmatig verdeelde repetitieve blokgolfimpuls.

Afbeelding 6: Dit voorbeeld is gebaseerd op een gelijkmatig verdeelde repetitieve blokgolfimpuls. (Bron afbeelding: Vishay Dale)

1. Het pulsvermogen, P =V²/R of I²R, wordt berekend voor een enkele puls
2. Het gemiddelde vermogen wordt als volgt berekend: P_Avg = Pt/T
3. Bereken de pulsenergie: E = Pt
4. Bereken het percentage van het gemiddelde vermogen ten opzichte van het nominale vermogen (PR): Percentage (vermogen) = 100 x P_AVG/P_R
5. Vishay Dale engineering kan u de pulsverwerkingscapaciteit (ER) geven op basis van een weerstandsmodel, weerstandswaarde en omgevingstemperatuur
6. Bereken het percentage van pulsenergie tot pulsverwerkingscapaciteit: Percentage (energie) = 100 x E/E_R
7. Tel de percentages in (4) en (6) bij elkaar op. Als het percentage lager is dan 100 %, is de gekozen weerstand aanvaardbaar. Als het percentage groter is dan 100 %, moet een weerstand met een hoger vermogen of een hogere pulsverwerkingscapaciteit worden gekozen. Neem contact op met Vishay Dale-engineering om de beste weerstandskeuze voor uw toepassing te bepalen.

Voorbeeld

Een reeks gelijkmatig verdeelde blokgolfpulsen met een amplitude van 200 V_DC, een pulsbreedte van 20 ms en een cyclustijd van 20 s wordt toegepast op een RS007 100 Ω-weerstand bij een omgevingstemperatuur van 25 °C.

1. Het pulsvermogen is: P = V²/R = (200 V)²/100 Ω = 400 W
2. Het gemiddelde vermogen is: P_AVG = Pt/T = (400 W x 0,02 s)/20 s = 0,4 W
3. De pulsenergie wordt berekend: E = Pt = 400 W x 0,02 s = 8,0 W-s, of J
4. De weerstand RS007 heeft een nominaal vermogen (P_R) van 7 W. Het percentage van het gemiddelde vermogen ten opzichte van het nominale vermogen wordt berekend: P_AVG/P_R x100 = ((0,4 W)/(7,0 W)) x 100 = 5,7%
5. De door Vishay Dale-engineering opgegeven pulsverwerkingscapaciteit (E_R) bij een omgevingstemperatuur van 25 °C bedraagt 15,3 J
6. Het percentage pulsenergie ten opzichte van pulsverwerkingscapaciteit wordt berekend:

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

7. De percentages berekend in (4) en (6) worden opgeteld: 5,7% + 52,3% = 58%

Aangezien dit percentage lager is dan 100% van de totale nominale waarde, zal de RS007-weerstand de puls voldoende aankunnen.

Niet-inductieve weerstanden

Niet-inductieve vermogensweerstanden bestaan uit twee wikkelingen, die elk tweemaal de eindweerstandswaarde hebben. Daarom zal de energiecapaciteit bijna altijd groter zijn dan bij een standaard gewikkelde eenheid. Om de benodigde energiecapaciteit voor niet-inductieve stijlen te berekenen, berekent u de energie per ohm (J/Ω) door de energie te delen door vier maal de weerstandswaarde.

Voorbeeld

Wat is de energie per ohm die nodig is om een puls van 0,2 J te verwerken die op een weerstand van 500 Ω wordt toegepast?

De benodigde energie per ohm is: E/4R = (0,2 J)/(4 x 500 Ω) = 100 x10^-6 J/Ω

Dit kan aan Vishay Dale-engineering worden verstrekt om het beste product voor de toepassing te vinden.

Spanningsbeperkingen

Korte pulsen - Er is nog nooit een overbelastingswaarde vastgesteld voor draadgewonden weerstanden bij korte pulsen. Sandia Corporation heeft een studie uitgevoerd op onze NS- en RS-weerstanden met pulsen van 20 µs. Uit deze studie blijkt dat dit type eenheid ongeveer 20 kV per inch aankan, zolang de pulsverwerkingscapaciteit niet wordt overschreden.

Lange pulsen - Voor pulsen tussen het cross-over punt en 5 s, is de aanbevolen maximale overbelasting √10 maal de maximale werkspanning voor de grootte van 4 W en groter, en √5 maal de maximale werkspanning voor de grootte kleiner dan 4 W.

Smeltbare weerstanden

Als het doel van de toepassing is dat de weerstand onder een specifieke voorwaarde open smelt, biedt Vishay Dale smeltbare weerstanden aan. Zie pagina zeven voor de gangbare weerstandstypen van RS-zekeringen, of klik op de volgende link voor het volledige RS-zekeringendatasheet.

Snelwerkende, gegoten stijlen, op maat ontworpen voor specifieke toepassingen

Vishay Dale heeft een grote verscheidenheid aan draadgewonden weerstanden beschikbaar. Zij hebben ook de mogelijkheid om aangepaste, gegoten stijl, snelwerkende weerstanden voor specifieke toepassingen te leveren. DigiKey heeft een aantal van deze weerstanden in voorraad, maar er zijn letterlijk honderden mogelijkheden. Zie Afbeelding 7 voor enkele voorbeelden en de onderdeelnummertabel die kan worden gebruikt om een geschikte weerstand voor een specifieke toepassing aan te passen.

Afbeelding 7: De voorbeeldweerstanden die bovenaan staan, vertegenwoordigen een handvol honderden mogelijke varianten. Voor een aangepaste weerstand, ontworpen voor een specifieke toepassing, kan de onderdeelnummerlijst onderaan worden gebruikt. (Bron afbeelding: Vishay Dale)