2021-11-09
129
Задачи дисциплины_резисторы, конденсаторы
Элементы электрических и электронных аппаратов
Книга: Никифоров И.К. Радиоэлектронная и силовая электронная аппаратура. Резисторы, предохранители, термоэлектрические устройства и конденсаторы: учеб. пособие. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2019.
Задача 1. Рассчитать по (1.7а) предельное рабочее напряжение и по (1.7б) ориентировочное пробивное напряжение, шумовое напряжение по (1.9), токовый шум по (1.10), общий уровень шума D и коэффициент напряжения по (1.11) (стр. 16‒19) и изменение сопротивления D R от температуры по (1.8) резистора:
а) типа С5-35, имеющего Р ном = 10 Вт, R ном = 510 Ом ±5 %, длину l = 4,1 см, давление 730‒760 мм рт. ст. рабочий диапазон частот 0,05‒5 кГц, коэффициент ki = 5 мкВ/В, ТКС +500∙10‒6 оС‒1, диапазон температуры эксплуатации 0‒45 оС;
б) типа С5-36, имеющего Р ном = 25 Вт, R ном = 510 Ом ±5 %, длину l = 5,0 см, давление 730‒760 мм рт. ст. рабочий диапазон частот 0,05‒5 кГц, коэффициент ki = 10 мкВ/В, ТКС +500∙10‒6 оС‒1, диапазон температуры эксплуатации 0‒45 оС;
в) типа ПЭВ, имеющего Р ном = 15 Вт, R ном = 1,5 кОм ±5 %, длину l = 4,5 см, давление 730‒760 мм рт. ст. рабочий диапазон частот 0,05‒5 кГц, коэффициент ki = 5 мкВ/В, ТКС +200∙10‒6 оС‒1, диапазон температуры эксплуатации 0‒45 оС;
г) типа С5-37В, имеющего Р ном = 10 Вт, R ном = 2 кОм ±5 %, длину l = 4,52 см, давление 730‒760 мм рт. ст. рабочий диапазон частот 0,05‒5 кГц, коэффициент ki = 3 мкВ/В, ТКС +100∙10‒6 оС‒1, диапазон температуры эксплуатации 0‒45 оС;
д) типа С5-43, имеющего Р ном = 25 Вт, R ном = 1 Ом ±10 %, длину l = 4,1 см, давление 730‒760 мм рт. ст. рабочий диапазон частот 0,05‒5 кГц, коэффициент ki = 5 мкВ/В, ТКС +500∙10‒6 оС‒1, диапазон температуры эксплуатации 0‒45 оС.
Задача 2. Подобрать силовой резистор (и их количество) по номинальной мощности рассеяния с пересчетом по коэффициенту k закр (стр. 67), используя мнемоническую таблицу рис. 1.21 (стр. 73), оценить допустимую амплитуду импульсного напряжения (стр. 35-36), если заданы следующие условия:
а) импульсная мощность в пике, выделяемая на блоке из резисторов, согласно расчету при перегрузке составляет 2,8 кВт (400 %), температура окружающего воздуха около электродвигателя составляет 85 оС, резисторы смонтированы в закрытом кожухе с размерами 0,25×0,12×0,1 м (учитывать коэффициент k закр (стр. 67)) с расстоянием между ними внутри кожуха на плате 2,5 см, осуществляется обдув резисторов со скоростью потока воздуха 2,5 м/с, коэффициент загрузки в нормальном установившемся режиме составляет 0,62, предполагаемая высота над уровнем моря 1200 м, допустимая температура нагрева резистора не выше 150 оС.
Пример решения по задаче 2, а:
1. Рассчитываем объем кожуха V = 0,265∙0,12∙0,1 = 0,00318 м3.
2. Находим вначале номинальную рассеиваемую мощность без учета всех факторов (т.е. для н.у.э.): Р ном(н.у.э.) = 2800 / 4 = 700 Вт.
3. Находим коэффициент k закр с учетом закрытого пространства без обдува: k закр» 
»11,3.
4. Находим коэффициент F6 при обдуве: F6» 0,48; коэффициент k закр с учетом закрытого пространства с обдувом: k пересч(обдув) = (11,3∙0,48)1/2 = 2,33. При отсутствии обдува параметр F6 = 1.
5. Находим остальные коэффициенты: F1» 1,22; считаем по конструктиву, что F2» 1,2; F3» 1,5 (так как корпус закрытого типа с малыми отверстиями в кожухе, параметр F3 минимален для полностью открытого исполнения); при 1200 м F4 = 1; при 400 % F5 = 0,25; F6» 0,48; F7 = 4. Общий множитель составит F =1,22∙1,2∙1,5∙1∙0,25∙0,48∙4 = 1,054.
6. Делаем пересчет необходимой номинальной мощности рассеяния блоков резисторов:
Р ном(реж) = Р ном(н.у.э.) k пересч(обдув) F = 700∙2,33∙1,054» 1710 Вт, округляем до 1700 Вт.
7. Допустим, выбираем стандартное значение номинальной мощности одного резистора (стр. 15) 500 Вт. Тогда необходимое число резисторов должно быть не менее 4. Тогда как при выборе резистора мощностью 250 Вт, их должно быть не менее 7. Соответственно выбираем либо параллельное включение всех резисторов, либо последовательное включение резисторов. Параллельное включение резисторов выбирается при большом токе цепи, а последовательное ‒ при необходимости иметь высокое рабочее напряжение. При параллельном включении резисторов номинал сопротивления одного резистора составит 4 R цепи . При последовательном имеем номинал сопротивления одного резистора 0,25 R цепи .
Делаем выбор силового резистора (используем поиск по Интернету) с учетом меньшего числа резисторов, находим силовой резистор типа RXG 24 с номинальной мощностью 500 Вт, алюминиевым корпусом‒радиатором и установочными размерами 244×73×45 мм.
8. Делаем проверку по расположению резисторов. Длина внутреннего размера корпуса при толщине стенок, например, 2,0 мм 0,261 м ‒ соответствует установочной длине выбранного силового резистора. При расстоянии между резисторами 0,025 м необходим учет установочного места на плате для резистора, который для 500 Вт силового резистора составляет 7,3 см. Установочный размер платы по ширине для 4 резисторов составит, не менее: 7,5∙4+2,5∙5 ³ 42,5 см. Выбранный размер 0,12 см не соответствует заданным условиям задачи. Учитывая, что по п. 1 получим в пересчете V = 0,012 м3 и k пересч(обдув) = 2,076, имеем существенный запас по рассеиваемой мощности на один резистор, что обеспечит надежность за счет меньшего нагрева и более долговечную работу блока резисторов.
б) импульсная мощность в пике, выделяемая на блоке из резисторов, согласно расчету при перегрузке составляет 3,2 кВт (430 %), температура окружающего воздуха около электродвигателя составляет 105 оС, резисторы смонтированы в открытом исполнении с расстоянием между ними внутри кожуха на плате 3,5 см, принудительного обдува резисторов нет, коэффициент загрузки в нормальном установившемся режиме составляет 0,7, предполагаемая высота над уровнем моря 2500 м, допустимая температура нагрева резистора не выше 180 оС;
в) импульсная мощность в пике, выделяемая на блоке из резисторов, согласно расчету при перегрузке составляет 5 кВт (320 %), температура окружающего воздуха около электродвигателя составляет 95 оС, резисторы смонтированы в закрытом кожухе (размеры кожуха задать предварительно самим и потом уточнить, учитывать коэффициент k закр (стр. 67)) с расстоянием между ними внутри кожуха на плате 3,5 см, осуществляется обдув резисторов со скоростью потока воздуха 1,5 м/с, коэффициент загрузки в нормальном установившемся режиме составляет 0,58, предполагаемая высота над уровнем моря 3000 м, допустимая температура нагрева резистора не выше 180 оС;
г) импульсная мощность в пике, выделяемая на блоке из резисторов, согласно расчету при перегрузке составляет 3,5 кВт (450 %), температура окружающего воздуха около электродвигателя составляет 75 оС, резисторы смонтированы в закрытом кожухе (размеры кожуха задать предварительно самим и потом уточнить, учитывать коэффициент k закр (стр. 67)) с расстоянием между ними внутри кожуха на плате 2,5 см, осуществляется обдув резисторов со скоростью потока воздуха 2,0 м/с, коэффициент загрузки в нормальном установившемся режиме составляет 0,58, предполагаемая высота над уровнем моря 1000 м, допустимая температура нагрева резистора не выше 150 оС;
д) импульсная мощность в пике, выделяемая на блоке из резисторов, согласно расчету при перегрузке составляет 6 кВт (520 %), температура окружающего воздуха около электродвигателя составляет 125 оС, резисторы смонтированы в открытом исполнении с расстоянием между ними внутри кожуха на плате 5,5 см, принудительного обдува резисторов нет, коэффициент загрузки в нормальном установившемся режиме составляет 0,65, предполагаемая высота над уровнем моря 3500 м, допустимая температура нагрева резистора не выше 200 оС.
Использовать справочник по силовым резисторам, например: http://astrael.ru/index/leftmenu/12/ru (ПЭВ, С5‒35В и т.п.), а также искать самостоятельно, как это показано в примере решения задачи.
