2.3. Bierne elementy regulacyjne rezystory, Rezystancja znamionowa Moc znamionowa, Napięcie graniczne Zależność rezystancji od napięcia

Transkrypt

1 2.3. Bierne elementy regulacyjne rezystory, Rezystory spełniają w laboratorium funkcje regulacyjne oraz dysypacyjne (rozpraszają energię obciążenia) Parametry rezystorów. Rezystancja znamionowa - jest to wartość rezystancji podawana jako cecha rezystora. Różnica pomiędzy wartościami rezystancji rzeczywistej (którą ma rezystor w określonych warunkach) i nominalnej jest nazywana odchyłką rezystancji i wiąże się z tzw. tolerancją rezystora. Wartości rezystancji nominalnej są znormalizowane i tworzą szeregi liczbowe. Dopuszczalne odchyłki są zawarte w przedziale 0,1 20 %. Moc znamionowa, która jest największą dopuszczalną mocą możliwą do wydzielenia w rezystorze w postaci ciepła podczas pracy rezystora w określonych warunkach, przy zachowaniu wartości pozostałych parametrów w granicach ustalonych dla danego typu rezystora. Moc ta jest zależna od konstrukcji i powierzchni rezystora, zastosowanych materiałów, sposobu odprowadzenia ciepła, maksymalnej dopuszczalnej temperatury pracy i temperatury otoczenia. Moc znamionową ustala się, przyjmując najwyższą dopuszczalną temperaturę, do jakiej może się rozgrzać rezystor. Podaje się ją w odniesieniu do temperatury otoczenia. Zazwyczaj jest to 70 C, ale zdarza się też 40 C lub 125 C. Napięcie graniczne - jest to największa wartość napięcia stałego (lub największa wartość skuteczna napięcia przemiennego), którą można doprowadzić do końcówek rezystora nie powodując jego uszkodzenia. Wartość napięcia granicznego zależy od konstrukcji rezystora, głównie wytrzymałości izolacji. Wartości napięcia granicznego są znormalizowane, np. dla powszechnie stosowanych rezystorów małej mocy wynoszą 150, 250, 350, 500 V. Rezystory opisywane są także współczynnikami charakteryzującymi zmianę rezystancji w funkcji temperatury, wilgotności, napięcia itp. Zależność rezystancji od napięcia - rezystancja wszystkich rezystorów jest zależna od napięcia. Zależność ta powoduje zniekształcenia harmoniczne prądu przy zasilaniu napięciem zmiennym. Zależność impedancji od częstotliwości - rezystor rzeczywisty posiada, oprócz rezystancji również pojemności i indukcyjności pasożytnicze. Przy zastosowaniach w obwodach prądu zmiennego, zaczyna odgrywać rolę impedancja, którą w niektórych wypadkach należy brać pod uwagę. Rezystory drutowe mają zarówno dużą indukcyjność, jak i pojemność. Ich impedancja będzie największa przy częstotliwości rezonansowej. Przy częstotliwościach niższych od rezonansowej mają charakter indukcyjny, przy wyższych - pojemnościowy.

2 R - rezystancja, C L - pojemność własna, L R - indukcyjność elementu oporowego, L S - indukcyjność wyprowadzeń. Konstrukcja rezystorów laboratoryjnych. Przy małych mocach (rzedu kilku watów) stosowane są typowe rezystory stosowane w elektronice. Przy większych mocach stosuje się rezystory drutowe nawijane. Składają się one z drutu o wysokiej rezystancji (CrNi, CrAlFe, CuNi), nawiniętego na korpus z ceramiki, szkła lub włókna szklanego. Indukcyjność pasożytnicza rzędu 0,1-10uH, pojemność - 0,2-10 pf zależą od liczby zwojów drutu i wymiarów korpusu. W celu zmniejszenia indukcyjności można nawijać druty w rożny sposób np. bifilarnie, krzyżowo, albo sekcyjnie w rożnych kierunkach. W typach precyzyjnych współczynnik temperaturowy jest niski (1-100 ppm/k). Zależność napięciowa wynosi ok. 1 ppm/v. Rezystory drutowe mocy mają współczynnik temperaturowy miedzy -50 a ppm/k w zależności od typu drutu. Przy stosowaniu drutowych rezystorów mocy ważne jest aby pamiętać, że temperatura na powierzchni może dochodzić do C. Rezystory wzorcowe Tolerancje: 1-10 Ω ±0.005% (50ppm) Ω ±0.0025% (25ppm) Ω ±0.001% (10ppm)

3 - Regulacja prądu za pomocą rezystora szeregowego - Regulacja napięcia za pomocą potencjometru Zobacz także plik: straty_w_potencjometrze.xls Dobór rezystora obciążającego do hamownicy prądu stałego. Przykład: Jako hamownicę zastosowano prądnicę prądu stałego o napięciu znamionowym U N = 24V, prądzie znamionowym I N = 33,3A i znamionowej prędkości obrotowej n N = 1500 rpm. Badany jest silnik indukcyjny o mocy znamionowej P N = 750 W i znamionowej prędkości obrotowej n N = 1400 rpm. Jaka powinna być wartość i moc rezystora obciążającego hamownicę? Z wystarczającym przybliżeniem można przyjąć, że prądnica wytwarza napięcie proporcjonalne do prędkości obrotowej. Zatem przy prędkości znamionowej silnika napięcie na zaciskach prądnicy (przy wzbudzeniu znamionowym) będzie równe 22,4 V. Ze względów cieplnych nie możemy przekroczyć prądu znamionowego prądnicy. Rezystor powinien mieć wartość 0,67 Ω i moc 746 W Zastosowanie rezystora o większej wartości nie pozwoli na pełne obciążenie hamownicy. Zastosowanie rezystora o mniejszej mocy spowoduje uszkodzenie prądnicy lub/i samego rezystora. Jeśli badany będzie silnik o regulowanej prędkości należy zastosować kilka rezystorów lub rezystor regulowany kondensatory, Kondensatory znajdują zastosowanie w filtrach zasilaczy prądu stałego, w układach regulacyjnych prądu przemiennego oraz w układach obciążenia o regulowanym współczynniku mocy. W obwodach zasilania jako kondensatory filtrujące i gromadzące energię stosowane są kondensatory elektrolityczne aluminiowe. Do pracy w obwodach impulsowych, gdzie występują napięcia i prądy o znacznej stromości stosuje się kondensatory polipropylenowe (krajowe oznaczenia KMP, KFMP, europejskie MKP).

4 Parametry kondensatorów. - pojemność znamionowa jest wyrażona w faradach, określa zdolność kondensatora do gromadzenia ładunków elektrycznych. Wartość pojemności znamionowej jest założona przy wytwarzaniu kondensatora, która z uwzględnieniem tolerancji jest podawana jako jego cecha. W określonych warunkach różnica między pojemnością rzeczywistą a znamionową kondensatora, tj. odchyłka pojemności kondensatora, nie może być większa niż wartość wynikająca z tolerancji. - napięcie znamionowe jest to wartość napięcia stałego (dla niektórych kondensatorów wartość napięcia przemiennego o określonej częstotliwości, zwykle 50 Hz), które może być długotrwale doprowadzone do kondensatora nie powodując jego uszkodzenia ani jakiejkolwiek trwałej zmiany jego parametrów. Wartości napięcia znamionowego są znormalizowane. Przez określony czas (zwykle 1 minutę) kondensator powinien także bez żadnej szkody wytrzymać napięcie o większej wartości, nazywane napięciem probierczym. - tangens kąta stratności (tgδ ) stosunek mocy czynnej wydzielającej się w kondensatorze przy napięciu sinusoidalnie zmiennym o określonej częstotliwości. Wartość strat zależy od częstotliwości i temperatury. Wartość tgδ podaje się dla ściśle określonej częstotliwości pomiarowej, zwykle 1 khz lub 1 MHz (dla kondensatorów elektrolitycznych Hz). - prąd upływowy prąd płynący przez kondensator, przy doprowadzonym stałym napięciu; - temperaturowy współczynnik pojemności αc, określa względną zmianę pojemności, zależną od zmian temperatury. ESL szeregowa indukcyjność zastępcza jest indukcyjnością wyprowadzeń i elektrod L S. Indukcyjność współczesnych kondensatorów zwykle zawiera się w zakresie nh. Odporność na napięcie impulsowe określa, z jaką częstotliwością kondensator może być ładowany i rozładowywany. Zmiany napięcia powodują przepływ prądu przez elektrody i doprowadzenia, w rezystancji których następuje wydzielenie pewnej mocy. Gdy gęstość prądu w elektrodach będzie duża, wzrasta oporność własna, a w związku z tym straty mocy. Przy bardzo wysokich prądach może nastąpić stopienie i wyparowanie elektrod. Zmiany napięcia prowadzą ponadto do strat w dielektryku, które wspólnie ze stratami w rezystancji powodują wzrost temperatury kondensatora. Odporność na napięcie impulsowe jest parametrem katalogowym i zależy od przyjętych warunków badania. Schemat zastępczy kondensatora rzeczywistego R P rezystancja dielektryka, C - pojemność własna, L S - indukcyjność wyprowadzeń. R S - rezystancja wyprowadzeń.

5 cewki indukcyjne. Indukcyjności stosuje się u układach filtrów zasilaczy prądu stałego, w układach przeciwzakłóceniowych, do tłumienia przepięć w układach zasilających oraz w układach obciążenia o zmiennym współczynniku mocy. L indukcyjność znamionowa, R S - rezystancja szeregowa (rezystancja drutu + pozostałe straty w drucie i rdzeniu), C L - pojemność własna cewki np. pojemność między warstwami uzwojeń, zwana też pojemnością upłynnościową, pasożytniczą albo rozproszoną. Dobroć Q (ang. Quality), jest stosunkiem reaktancji cewki do rezystancji szeregowej. Niższa rezystancja daje wyższą dobroć i filtry mają wówczas większe nachylenie zbocza: Q = X L / R S Zależność indukcyjności od temperatury indukcyjność cewek bezrdzeniowych praktycznie nie zależy od temperatury, lecz przenikalność ferrytu albo rdzenia proszkowego zależy silnie od temperatury. Schemat zastępczy cewki C L - pojemność własna, L indukcyjność, R S - rezystancja przewodu.