Tecnologia / Guida tecnica
Resistenza termica, capacità termica e modelli RC transitori.
La generazione di calore e la temperatura non sono la stessa grandezza. La resistenza termica mette in relazione una differenza di temperatura con una portata termica, mentre la capacità termica rappresenta l'energia interna immagazzinata. La loro combinazione spiega la risposta ritardata della temperatura in un modello a parametri concentrati dichiarato, anziché un salto istantaneo a una temperatura di regime.
Distingui il percorso del flusso di calore dall'energia immagazzinata in un corpo.
Un'analogia RC utilizza unità e limiti termici; non trasforma il valore di un resistore o di un condensatore elettrico in una temperatura nominale fisica.
01 / Relazione di flusso termico.
La resistenza termica mette in relazione una differenza di temperatura con un flusso di calore.
Per una resistenza termica lineare costante Rth tra due nodi, il tasso di flusso di calore è la loro differenza di temperatura divisa per Rth.
Per una resistenza termica lineare costante Rth tra due nodi, la potenza termica è pari alla loro differenza di temperatura divisa per Rth. Rth è espressa in K/W. Una differenza di temperatura in kelvin ha lo stesso valore numerico di una differenza di temperatura in gradi Celsius.
Il modello di resistenza termica di MathWorks esprime questa relazione con una convenzione definita per il segno del flusso di calore. Si tratta di un'approssimazione a parametri concentrati di un percorso rappresentato, non di una proprietà universale del materiale indipendente dalla geometria o dalle condizioni al contorno. La temperatura in un nodo non identifica tutte le temperature di un assieme.
02 / Relazione di accumulo
La capacità termica determina la velocità con cui la temperatura cambia.
Per un corpo uniforme a parametri concentrati con massa m e calore specifico cp costanti, la capacità termica è Cth = m cp in J/K.
Per un corpo uniforme a parametri concentrati con massa costante m e calore specifico cp, la capacità termica è Cth = m cp in J/K. Il flusso termico netto entrante in tale corpo è Cth dT/dt. L'accumulo consente quindi ai flussi termici in ingresso e in uscita di differire durante un transitorio.
Il riferimento sulla massa termica spiega questo ruolo relativo all'energia interna. La capacità termica non si misura in farad elettrici. Un Cth più elevato nello stesso modello semplificato rallenta la variazione di temperatura per un dato apporto netto di calore; da solo non determina una temperatura finale a regime più bassa.
03 / Modello a singolo nodo
Combinare un corpo con un percorso termico fisso verso l'ambiente.
Considera un nodo termico inventato che riceve una costante dissipazione P e che è collegato tramite una resistenza Rth costante a una temperatura ambiente fissa Ta.
Considera un esempio ipotetico con un singolo nodo termico che riceve una dissipazione costante P ed è collegato, tramite una resistenza termica costante Rth, a una temperatura ambiente fissa Ta. Con Cth costante, il suo modello è Cth dT/dt = P − (T − Ta)/Rth.
Questo modello presuppone che il corpo abbia un'unica temperatura rappresentativa e che il percorso rimanga lineare. Il suo aumento di temperatura a regime è P Rth, mentre la sua costante di tempo è τ = Rth Cth in secondi. Moltiplicando K/W per J/K si ottiene J/W, che equivale a secondi.
04 / Esempio di gradino
Una costante di tempo colma un divario di temperatura definito.
Se il corpo ipotetico parte da Ta e riceve un gradino di potenza costante, il modello fornisce T − Ta = P Rth[1 − e^(−t/τ)].
Se il corpo ipotetico si trova inizialmente a Ta e riceve un gradino di potenza costante, il modello fornisce T − Ta = P Rth[1 − e^(−t/τ)]. Dopo un tempo pari a τ, l'aumento è circa il 63.2% dell'aumento finale previsto dal modello.
Con temperature iniziali differenti, la risposta completa mantiene lo stato iniziale e si avvicina al nuovo risultato stabile in modo esponenziale. La percentuale si applica al divario, non a una temperatura Celsius assoluta. Non fornisce alcun valore MARSTON per la costante di tempo, capacità termica, dissipazione o durata di riscaldamento accettata.
05 / Diversi nodi
Regioni fisiche diverse non devono necessariamente avere la stessa risposta.
Una giunzione, un package, un involucro e l'ambiente possono seguire storie termiche diverse.
Una giunzione, un contenitore del componente, un involucro e l'ambiente possono seguire storie termiche diverse. Più percorsi di accumulo e trasferimento possono produrre più scale temporali. Un unico andamento apparentemente esponenziale in un intervallo limitato non dovrebbe descrivere automaticamente l'intero assieme per qualsiasi durata.
Una rete compatta adattata ai dati può riprodurre una risposta osservata al contorno senza che ogni nodo interno corrisponda a una specifica parte fisica. La sua interpretazione dipende da come è stato ottenuto il modello. Il guida ai valori nominali termici tratta una questione diversa sulle effettive condizioni nominali.
06 / Ambito del modello
Un aumento di temperatura calcolato non costituisce un limite di temperatura ammissibile per il prodotto.
La guida alle perdite descrive la generazione di calore, mentre la guida alle classi degli avvolgimenti distingue la terminologia relativa alla temperatura dei materiali.
La pagina guida alle perdite descrive la generazione di calore, mentre il guida alle classi di isolamento degli avvolgimenti distingue la terminologia relativa alla temperatura dei materiali. Nessuno dei due fornisce i valori Rth/Cth necessari per identificare la temperatura transitoria di un convertitore reale.
Non vengono assegnati parametri della rete termica, limiti di giunzione, funzioni di raffreddamento o valori nominali in regime transitorio per MARSTON. Questa spiegazione non fornisce prove di riscaldamento, modifiche alle ventole, soglie di protezione o durate operative; illustra il modello del primo ordine dimensionalmente coerente e i suoi limiti.
Guide tecniche correlate: Potenza istantanea, accumulo e dissipazione nei convertitori · Perdite nel nucleo del generatore: isteresi magnetica e correnti parassite · Carica del condensatore DC, tensione iniziale e corrente di spunto.
Informazioni generali: MathWorks: resistenza termica e relazione tra differenza di temperatura e flusso di calore · MathWorks: massa termica, calore specifico e tasso di variazione dell'energia immagazzinata. Questi riferimenti spiegano concetti del settore; sono distinti dai documenti MARSTON di prodotto e di progetto applicabili.
Concetti e condizioni fondamentali.
Leggere ogni grandezza insieme al riferimento, alle unità e alle condizioni dichiarate. Una relazione generale non stabilisce un valore specifico di un modello.
| Concetto / grandezza | Significato / relazione | Condizioni / limiti |
|---|---|---|
| Potenza termica | P o potenza termica in W | Diversa rispetto alla temperatura in K o °C. |
| Resistenza termica | Rth in K/W | Percorso di trasferimento lineare definito. |
| Capacità termica | Cth in J/K | Corpo uniforme a parametri concentrati e capacità termica costante. |
| Costante di tempo | Rth Cth in s | Modello a nodo singolo con R/C costanti. |
| Aumento a regime | P Rth in K | Ingresso costante e condizioni ambientali fisse nel modello. |
Domande ingegneristiche.
La capacità termica viene misurata in farad?
No. La sua unità è J/K; per quanto riguarda le analogie elettriche e termiche, vengono utilizzate unità fisiche diverse.
Una maggiore capacità termica riduce l'aumento finale di temperatura a regime?
Non da solo, nel modello indicato. Modifica la risposta temporale.
Dopo un τ si raggiunge il 63.2% della temperatura assoluta?
No. Riduce di quella frazione il divario di temperatura del modello dichiarato.
La temperatura ambiente e quella di giunzione corrispondono allo stesso nodo?
In generale, no. Percorsi e accumuli diversi li separano.
Un nodo termico ottenuto mediante adattamento del modello identifica sempre un singolo strato fisico?
No. Il modo in cui il modello viene costruito e interpretato determina quel significato.
Questo fornisce i limiti termici effettivi di MARSTON?
Non vengono assegnati parametri, durate consentite o impostazioni di protezione.
Richiesta tecnica
Discutere la questione tecnica.
La generazione di calore e la temperatura non sono la stessa grandezza. Condividi il modello e le informazioni operative o di progettazione applicabili per una discussione tecnica.