Simulation zur Widerstandserwärmung

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milchiknilchi
Ist häufiger hier

#1 erstellt: 07. Apr 2008, 17:41

Hallo,

hier eine kleine Simulation am Rande falls es jemanden interessiert.

Da ich bereits öfter gesehen habe, dass Widerstände zwecks besserer Kühlung auf einer durchlöcherten Leiterplatte montiert werden und ich mir einen gravierenden Vorteil nicht wirklich vorstellen konnte, habe ich zwei Simulationen erstellt:
1.) Widerstand direkt auf Leiterplatte (Wärmeisolierend) ohne Löcher montiert,
2.) Widerstand direkt auf Leiterplatte mit Löchern montiert.
Berücksichtigt wurden bei der Berechnung Wärmeleitung und Konvektion. Wärmestrahlung wurde vernachlässigt. Die Umgebung hat eine feste Temperatur von 293 K. Der Widerstand produziert eine konstante Wärmeleistung von 2,56 Watt.
Die Bilder stellen den eingeschwungenen Zustand dar.

Erstaunlicher Weise (für mich) bringen die Löcher laut Simulation ziemlich viel: 832 K Maximaltemperatur mit Löcher gegenüber 1373 K ohne Löcher. Ob die Unterschiede "in echt" auch so gravierend sind werde ich bei Gelegenheit mal messen.

Viele Grüße
milchiknilchi

MBU
Inventar

#2 erstellt: 07. Apr 2008, 17:46

Hallo milchiknilchi,

ich habe das zwar nie simuliert, aber an einem selbstgebauten Lastwiderstand für Verstärkermessungen erkennen müssen.

Als die Lochplatine dann angefangen hat zu stinken habe ich schnell abgeschaltet. Im nächsten Aufbau habe ich die Widerstände dann einfach 10 mm hochgesetzt und dann war gut.

Frank.Kuhl
Hat sich gelöscht

#3 erstellt: 07. Apr 2008, 19:51

Bei PA-Weichen werden die Widerstände meistens hochgelegt damit die Luft von allen Seiten dran kommt.

SRAM
Inventar

#4 erstellt: 07. Apr 2008, 20:36

Bei den von Dir angegebenen Maximaltemperaturen dürfte Strahlung gegenüber der Konvektion sogar überwiegen, ist also keinesfalls vernachlässigbar ! Weil diese aber mit T^4 geht wird das delta_t zwischen den beiden Anordnungen deutlich geringer ausfallen.

Mit was simulierst Du ?

Gruß SRAM

milchiknilchi
Ist häufiger hier

#5 erstellt: 07. Apr 2008, 21:18

Ja, das mit dem Hochlegen ist natürlich auch eine Gute Idee, wenn der Widerstand ordentliche Beine dafür hat.

@SRAM

Danke für den Hinweis, ich werde die Wärmestrahlung wohl mit einbeziehen müssen! Was würdest du als Emissionsgrad der Widerstandsoberfläche (weisse, rauhe Keramik) annehmen? So ca. 0,9?

Die Simulationen habe ich mit Comsol Multiphysics gemacht. Bei solchen kleinen Problemchen kommt man da so schön schnell zu bunten Bildchen;-)

Grüße
milchiknilchi

SRAM
Inventar

#6 erstellt: 07. Apr 2008, 21:51

Keramik ist in dem Bereich ziemlich schwarz, 0.9 ist eine gute Näherung.

Wenn du Lust am Experiment hast: simuliere mal eine Schwingspule im Spalt, einmal mit, einmal ohne die Polplatte überragende Kurzschlußringe (Geometrie kann ich Dir zusammenstellen).

Gruß SRAM

Bonk
Ist häufiger hier

#7 erstellt: 08. Apr 2008, 00:20

Hallo,

wenn ich mir Deine End-Temperaturen anschaue, glaube ich, Du hast noch einen Fehler in Deiner Simulation.

Um eine Temperaturerhöhung um 1000°C bei 2.56W hinzukriegen, musst Du eine lausige thermische Anbindung haben. Du erreichst einen Wärmewiderstand von etwas unter 400°K/W.
Das würde ich für einen 0302 Keramik-Widerstand auf einer Platine mit wenig Kupfer erwarten. Ein bedrahteter 100mW Widerstand hat schon mit den Beinchen alleine eine Wärmewiderstand in der Größenordnung 250 °K/W. Ein Leistungswiderstand mit 5W schätze ich eher in die Größenordnung 100°K/W. Das sind dann immernoch 280°C Endtemperatur....

Prüf mal Deine Simu nach.

Bonk!