Электрический элемент

Электри́ческий элеме́нт — конструктивно-завершённое, изготовленное в промышленных условиях изделие, способное выполнять свои функции в составе электрических цепей.

Основные параметры электроэлементов

Номинальные значения величин

• Номинальное сопротивление R_н или R_ном.
• Номинальная ёмкость C_н или C_ном.
• Номинальная индуктивность L_н или L_ном.

Класс точности

Допустимое отклонение (или класс точности) характеризует допустимое отклонение величины от номинальной и не является показателем качества электроэлемента. Ряды допустимых отклонений описаны в ГОСТ 9664-61: ±5, ±10 и ±20 являются наиболее часто используемыми.

Пределы допустимых отклонений указываются в процентах от номинальной величины.

Электрическая прочность

Способность элемента выдерживать электрические нагрузки без потери работоспособности характеризуется следующими параметрами:

• Рабочее напряжение U_раб — это максимальное напряжение, при котором при нормальных условиях элемент может находиться в течение гарантированного срока службы.
• Номинальное напряжение U_н.
• Напряжение пробоя или пробивное напряжение U_пр — это минимальное напряжение, при котором происходит пробой изоляции.
• Испытательное напряжение U_исп показывает максимальное напряжение, в котором элемент может находиться в течение от нескольких секунд до минуты. Используется при перенапряжении.

Мощность

Номинальная мощность P_н — это максимально допустимая мощность, которую элемент может рассеивать в течение гарантированного срока службы при нормальных условиях. Как правило, этот параметр указывается для резисторов, так как именно они предназначены для поглощения электрической энергии.

Потери

Потери существуют в любом электрическом элементе:

• Потери на активном сопротивлении.
• Диэлектрические потери на поляризацию из-за несовершенства диэлектрика.
• Потери на сопротивление, носимое различными экранами, сердечниками деталей и т. п.
• Потери, наносимые различными нагрузками.
• Скин-эффект (поверхностный эффект) возникает при переменном токе в прямолинейном проводнике. Он уменьшает эффективную площадь проводимости проводника до кольцевой части поперечного сечения. Возникает вследствие расхождения линий магнитного поля.
• Эффект близости проявляет себя в близкорасположенных проводниках. Вследствие взаимного электрического взаимодействия между носителями заряда в проводниках (например, отталкивающая сила Кулона между электронами) возникает снижение эффективной площади сечения, и потери растут.

Эти потери зависят от частоты, характера проводника и от шероховатости поверхности (удлиняется путь тока и сопротивление растет). Параметры, характеризующие потери:

• Тангенс угла потерь tg δ, где δ — угол диэлектрических потерь. Определяется отношением активной мощности P_а к реактивной P_р при синусоидальном напряжении определённой частоты.
• Добротность Q. Для катушки она обратна tg δ.

Термины добротности и тангенса угла потерь применяются для конденсаторов, индуктивностей и трансформаторов.

Стабильность

Стабильность параметров — есть способность электроэлемента сохранять свои свойства при воздействии внешних факторов, таких как температурные, механические воздействия (вибрация, удары), нестандартные климатические условия (повышенная температура, влажность или давление окружающей среды) и др.

Температурные воздействия

Температурные воздействия делятся на обратимые и необратимые. Непосредственно изменение характеристик элемента описывается температурными коэффициентами: ТКХ показывает изменение параметра Х при увеличении температуры T на один градус. $\alpha _{X}={\frac {dX}{X{dT}}}$.

• Температурный коэффициент сопротивления или ТКС

$\alpha _{R}={\frac {dR}{R{dT}}}$

• Температурный коэффициент ёмкости или ТКЕ

$\alpha _{C}={\frac {dC}{C{dT}}}$

• Температурный коэффициент индуктивности или ТКИ

$\alpha _{L}={\frac {dL}{L{dT}}}$ В дополнение можно привести пример необратимого изменения параметра. Подобные изменения могут происходить по различным причинам, таким как старение или же нарушение условий эксплуатации.

• ТКНЕ — необратимое изменение ёмкости $TKHE={\frac {dL}{L}}$,

где dT — приращение температуры, R — сопротивление, C — ёмкость, L — индуктивность.

Механические воздействия

Механические воздействия на электроэлемент приводят к катастрофическим отказам или вызывать нарушение герметичности. Отношение электроэлемента к механическим вибрациям характеризуется следующими свойствами:

• Вибропрочность — свойство электроэлемента противостоять разрушающему воздействию вибрации и после длительного воздействия сохранять способность к выполнению своих функций.
• Виброустойчивость — способность электроэлемента выполнять свои функции в условиях вибрации. Наиболее опасен резонанс.

Надёжность

Надёжность — это свойство элемента выполнять все заданные функции в течение требуемого времени при определенных условиях эксплуатации, и сохранение основных параметров в пределах заданных допусков. Надёжность характеризуется:

• Гарантийным сроком службы.
• Интенсивностью отказов λ(t), то есть отношением количества элементов n, отказавших в течение времени Δt, к произведению количества элементов n, работоспособных к началу промежутка, на длительность этого промежутка Δt. $\lambda (t)={\frac {\Delta n}{N_{n-1}{\Delta t}}}$ Для уменьшения интенсивности отказов можно использовать облегченный режим работы элементов.
• Вероятностью безотказной работы.

См. также

• Радиодетали

Ссылки

• Поиск электронных компонентов на складах

Литература

• ГОСТ 9664-61. Ряды допустимых отклонений физических величин.
• ГОСТ 12.1.012-90. Вибрационная безопасность. Общие требования.