電気設備技術 File No.2018-0327

抵抗器の熱設計

(1) 危険電圧の表示
小さな抵抗器に 200V の電圧がかかっているので非常に危険です。リード線の絶縁と「危険表示」は必須ですね。
リード線は温度が高いので、ワニスガラスクロス系（耐熱 180 ℃）のチューブで保護します。

(2) 金属皮膜抵抗器の電力密度
発熱体の温度が高くても表面積が広ければ、発熱体の表面温度が低くなります。例えば、人間の 1 日の消費カロリーは約 2400kcal。電力に換算すると 116W になります。人間の表面積は大きいので体温は 36 ℃ですが、白熱灯の 110W タイプは点灯時は素手で触れないくらい熱くなります。
白人系のお姉さんの体温は暖かく、黒人系のお姉さんの体温が冷たく感じるのは、肌の放射率が関係しています。（カミさん、ごめんなさい！）

発熱体の表面温度は、その表面積に大きく依存しています。39k Ωの抵抗器を 200V の電源に接続した場合の電力は 1.02W です。
下記の表は、1.02W の電力を金属皮膜抵抗器の各 W 数の抵抗器に接続したときの電力密度です。

【金属皮膜抵抗器の電力密度】

電力 〔W〕	パナソニック〔mm〕		KOA〔mm〕		赤羽〔mm〕		平均〔mm〕				表面積 〔cm2〕	1.02W の電力 密度〔W/cm2〕
	L： 長さ	D： 直径	L： 長さ	D： 直径	L： 長さ	D： 直径	L： 長さ	D： 直径	L：長さ 〔cm〕	D：直径 〔cm〕
1	9.0	2.8	9.0	3.0	9.0	3.0	9.0	2.9	0.900	0.293	0.897	1.14
2	12.0	4.0	12.0	4.0	11.0	4.0	11.7	4.0	1.167	0.400	1.591	0.64
3	15.0	5.5	15.5	6.0	15.0	5.5	15.2	5.7	1.517	0.567	2.951	0.35
5	24.0	8.0	24.5	9.0			24.3	8.5	2.425	0.850	7.039	0.14

電力容量 〔W〕	温度上昇 〔deg〕
1	330
3	170
5	70

5W の金属皮膜抵抗器電力密度は、0.14〔W/cm²〕。温度上昇は 70deg あります。盤内の温度 40 ℃を加算すると、
110 ℃になります。39kΩの抵抗器を 200V の電源に接続した場合、5W 以上が必要と思います。
… やっぱり、200V は大きな電力容量が必要。

(3) 抵抗器の取付方向 … 縦向きの方が、若干冷却効果が大きい。

温度差〔deg〕＝ $ \Bigl( \displaystyle \frac{発熱量〔W〕}{伝熱面積〔m^2〕 \times 2.51 \times 係数 C} \Bigr)＾0.8 \times 長さ L〔m〕^2 $

というように、抵抗 1 つを取り付けるのにめんどくさい計算が必要で、自分で計算するよりもメーカの営業担当者に計算をお願いするほうが楽ですね。メーカ営業担当者いわく、「エッ抵抗 1 個？。お答えはいつできるか保証できませんが … 」

投稿日	2018/03/27 (Tue)
更新日