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Aplicação/Notas De Projeto Para A Escolha Dos Resitores De Fio Enrolado
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Princípios
Simplificando, um resistor é um componente eletrônico conectado a um circuito elétrico para introduzir uma resistência específica. A resistência é medida em ohms, conforme a lei de Ohm, a corrente através do resistor será diretamente proporcional à voltagem através dele e inversamente proporcional à resistência. Quando a corrente passa através do resistor, o calor é produzido, o que faz com que a temperatura do resistor suba acima da temperatura ambiente.
Agora, se um resistor especifico, pode ser utilizado num circuito eléctrico específico é a sua capacidade de dissipar o calor gerado sem deterioração física e dentro dos limites de temperatura daquele circuito.
Resistores são classificados para dissipar uma determinada potência sem ultrapassar a temperatura chamada “hot spot”. Isto é em grande parte determinado pela dimensão e materiais utilizados na construção da resistência e é chamado de “Classificação Watt ar livre” ou “Classificação completa” ou “Classificação de potência máxima”.
Em alguns casos, as condições encontradas realmente desviam-se das condições padrão e afetam o aumento de temperatura a qual se determina que aquele resistor especifico possa ser ou não utilizado para uma aplicação especifica.
PROCESSO DE SELEÇÃO – Guia passo a passo
- Decida o valor da resistência necessária
As seguintes fórmulas derivadas de lei Ohms podem ser utilizadas para esta finalidade –
R = V / I ou I = V / R ou V = I x R, aonde,
(R é a resistência em ohms, V é a voltagem em volts e I é a corrente em amperes.)
- Decida os watts (potência) para ser dissipada pelo resistor
W = I ² x R ou W = V x I ou W = V ² / R, aonde,
(W é a classificação de potência/potência em watts, I que é corrente em amperes, R é a resistência em ohms e V é a voltagem em volts.)
Nota: Embora a potência em watts possa ser teoricamente determinada como descrito acima, uma nota de cautela é mencionada – É importante que a corrente real seja utilizada na determinação da potência/potência do resistor. Pequenos aumentos no exemplo de corrente ou voltagem por exemplo de 20% se traduzem em aumento de 44% na potência/watts necessária para dissipar o aumento da corrente/voltagem dentro dos limites de elevação de temperatura. Neste momento, também é importante ressaltar que o designer deve também ter em conta a máxima voltagem possível.
- Decida o tamanho físico correto (“tamanho watt”) com base nos seguintes parâmetros – watts, a voltagem, a temperatura, que pode ser permitida no circuito especifico e consideração de montagem.
A classificação de potência de um resistor, conforme estabelecido em condições normais padrões é definida como “Avaliação Ar Livre” (potência máxima).
O seguinte método é amplamente utilizado para determinar a “Avaliação Ar Livre” com base nos métodos seguidos pelo “National Electrical Manufacturers Association” – USA (NEMA), “Underwriters Laboratories Inc.” (UL) e US MIL – R26 – especificações militares para resistor de fios enrolados. No US MIL – R26, existem essencialmente duas grandes características de tipos de resistores – a característica ‘V’ e a característica ‘U’. Resistores de característica ‘V’ são necessários para não exceder a temperatura máxima de operação de 350°C, o que corresponde a um aumento de temperatura máxima de 325°C à temperatura ambiente de 25°C.
Os resistores de característica “U” são obrigados a não exceder uma temperatura de funcionamento máxima de 275°C, o que corresponde a um aumento de temperatura máxima de 250°C, com a temperatura ambiente de 25°C. A temperatura é normalmente medida no corpo do resistor, suspensa no espaço de ar ainda livre, com circulação de ar sem restrições.
Quando a corrente passa através de uma resistência, calor é gerado e a temperatura estabiliza quando a soma das perdas de calor (por condução de terminação, radiação e convecção) é igual à velocidade da entrada de calor (criado pela passagem de corrente proporcional à potência).
Por regra geral, quanto maior a resistência, portanto, maior é a área de dissipação do calor, menor será o aumento de temperatura. Dito isso, deve-se admitir que outros certos fatores, como a condutividade térmica do núcleo de cerâmica, tipo e calibre de fio de resistência selecionado e o efeito dissipador de calor do tipo de montagem, influenciam a escolha de um resistor que deve ser considerado tendo “a duração de serviço aceitável”.
Além disso deve-se considerar, caso o resistor vier a ser operado em temperaturas ambientes elevadas superiores a 25°C ou 30°C e a potência deverá ser reduzida de acordo com a curva de descarga fornecida com cada série HTR.
Para orientação geral do engenheiro de projeto, damos abaixo a elevação de temperatura que geralmente é observada em resistores axiais revestido de silício (temperatura ambiente de 30°C) a energia máxima Classificação/Classificação Livre Aérea.
Classificação de Potência
Máxima (30°C ambiente) |
Aumento da temperatura
no Corpo do Resistor |
Aumento da temperatura na
Rescisão do Resistor |
| 1 W |
50°C a 80°C |
35°C |
| 2 W |
60°C a 90°C |
37°C |
| 3 W |
65°C a 95°C |
42°C |
| 4 W |
80°C a 110°C |
45°C |
| 5 W |
100°C a 130°C |
45°C |
| 6 W |
105°C a 135°C |
46°C |
| 7 W |
125°C a 155°C |
50°C |
| 10 W |
140°C a 170°C |
50°C |
| 15 W |
155°C a 185°C |
52°C |
Temperatura absoluta pode ser alcançada depois de adicionar a temperatura ambiente prevalecente no momento do teste com os valores de elevação de temperatura previstos. Estes números são dados para servir apenas como um guia para um engenheiro de projeto e devem ser verificados em condições práticas reais pelo engenheiro de projeto antes da seleção e utilização de um resistor especifico.
- Decida o resistor a ser usado – Com base em considerações práticas reais, tendo determinado a classificação watt Potência/Ar Livre em base teórica, o designer deve agora tomar os seguintes fatores em conta ao decidir sobre o resistor a ser utilizado na aplicação, todos estes fatores influenciam o aumento da temperatura:
- A influência da temperatura ambiente – Todos os componentes de um circuito eletrônico têm as suas próprias limitações, como a temperatura máxima que pode funcionar de modo fiável.
A temperatura do componente que se eleva quando em uso é a soma da temperatura ambiente, mais o aumento da temperatura devido ao calor dissipado por cada um dos componentes durante o seu funcionamento.
Agora, alguns dispositivos podem tolerar temperaturas elevadas, enquanto outros não podem. Resistores de fio enrolado podem operar razoavelmente de um modo confiável a temperaturas bastante elevadas, de modo que, a fim de assegurar que o calor gerado pelo resistor seja minimizado, o designer pode mover a uma maior potência de cálculo teórico para minimizar a subida de temperatura e minimizar os efeitos de aquecimento em outros dispositivos que são sensíveis ao calor no circuito.
- O desenho do invólucro – As paredes do invólucro formam uma barreira térmica, impedindo que o calor escape e impedindo do ar entrar a partir do lado de fora e fornecer arrefecimento. Assim, o devido cuidado deve ser dado ao melhor projeto/orientação das aberturas de ventilação do invólucro.
- Espaçamento – No caso de limitações conceptuais, se os componentes geradores de calor estão agrupados em conjunto, eles mostram um aumento de temperatura mais elevada devido ao calor recebido pela radiação do outro. Por isso, se possível, é prudente que o designer tente evitar o agrupamento de componentes geradores de calor e se isso não for possível, muda-se para uma maior potência para minimizar o aumento da temperatura.
- Circulação forçada do ar – Nos casos em que o aparelho no qual o resistor é montado seja sensível ao calor ou por certas razões o resistor utilizado é de uma potência menor do que a ideal para essa aplicação especifica, a circulação de ar forçada retira mais calor em um tempo menor do que natural e é aconselhado nas circunstâncias acima enumeradas.
- Redução de potência – É sempre aconselhável que a potência de um resistor deva ser reduzida e não trabalhe à sua potência real de confiabilidade a longo prazo.
Por favor, consulte a seção de “Classificação e duração” na seção “Atendimento ao Cliente” deste catálogo. A redução de potência adequada também contribui muito para a minimização dos fenômenos “Desvio de carga insuficiente” observado em mudança do valor da resistência quando um resistor está em operação.
- Valor superior de resistência – De modo a atingir os valores de resistência mais elevados, o diâmetro do fio de resistência do fio enrolado o substrato é de um calibre muito fino, chegando a ser, tão pequeno como 0,016 milímetros, por conseguinte, para a máxima fiabilidade, é sugerido que o designer opte por uma classificação de potência mais elevada, se o tamanho não é uma limitação, a fim de reduzir o aumento de temperatura.
- Circuito de alta frequência – Resistores de fio enrolado podem ser efetivamente usados em circuitos com frequência de até 50KHz quando não indutivamente enrolados pelo método ‘Aryton-Perry’ de enrolamento.
Para mais detalhes sobre este assunto, consulte a seção “fio enrolado” e suas limitações quando usado em um circuito de alta frequência, na seção “Atendimento ao Cliente” do catálogo.
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