Расчет максимальной рассеиваемой мощности на основе площади контакта между двумя металлическими проводниками

Я пытаюсь выяснить, как правильно рассчитать минимальную площадь поверхности контакта на основе максимальной необходимой рассеиваемой мощности. Позволь мне объяснить..

Я создаю нестандартный полукруглый металлический язычок, который электрически соединяется с металлической полосой. Металлическая вкладка будет подключена к системе, которая рассеивает 7 Вт. Предполагая, что я знаю, что мне нужно поддерживать максимальный потребляемый ток ~ 0,55 А при 12 В (отсюда берется рассеиваемая мощность ~ 7 Вт), как я могу лучше всего рассчитать размер площади поверхности контакта, которую два металлических контакты должны делиться, чтобы поддерживать указанное рассеивание тока. Пожалуйста, посмотрите на очень грубый рисунок ниже. Я пытаюсь определить площадь поверхности контакта, выделенную синим кругом.

введите описание изображения здесь

Вот данности...

  1. Я контролирую выбор металла как для контакта, так и для полосы

  2. Я могу выбрать толщину и размер обоих контактов.

  3. Допустимо падение напряжения не более 0,5 Вольт.

  4. Допускается повышение температуры не более чем на 10°С.

  5. Нагрузка потребляет ток ~ 0,55 А при 12 В (т.е. ~ 7 Вт)

Я не ищу, чтобы кто-то сделал работу за меня, я просто ищу помощи с правильными уравнениями для использования. Спасибо.

Какой ток вам нужен? Контакты определяются по току, а не по мощности. Или напряжение договорное, если у вас импульсный БП? Во-вторых, уточните, пожалуйста, есть ли передача тепла от коробки 7 Вт к рейкам или только мощность?
Все дело в сопротивлении точечного контакта. Надеюсь, ваши контакты не будут рассеивать 7 Вт, если это ваша нагрузка. Даже угольные щетки справятся с вашей нагрузкой практически без нагрева. Подойдет практически любой обычный проводник, даже пальцы в краевом разъеме будут излишними. Но вы хотите что-то с покрытием, чтобы предотвратить окисление и все более плохой контакт, и что-то, что не теряет свою пружину с течением времени ... опять же, пальцы от краевого разъема должны быть в порядке.
@tomnexus нагрузка работает при напряжении 12 В, что означает потребление тока 0,58 А. И нет, это просто подключение к сети. Я вижу, как я мог плохо сформулировать вопрос. Я действительно больше озабочен тем, чтобы справиться с текущим розыгрышем.
Спасибо. Последний вопрос: сколько ему нужно двигаться, если вообще нужно, и как быстро? Для статических контактов подойдет простая проволочная пружина на тонкой латунной полоске, подумайте о клемме аккумулятора в фонарике. Для непрерывного движения вам нужна подпружиненная угольная щетка, больше похожая на коммутатор двигателя. Повышение температуры будет легким, надежность с течением времени и использование будет сложнее, а низкозатратное производство - самым сложным.
Мы можем предположить минимальное движение. Это должна быть полоска, а не кисть.
Кроме того, если это полоса, то я могу указать, что площадь контакта с поверхностью должна быть не менее X * Y, чтобы поддерживать максимальное потребление тока 0,55 А при 12 В, что является моей конечной целью.
Является ли нагрузка, которую вы приводите, индуктивной или частично емкостной? Это может привести к искрению во время выключения/включения.
Существуют ли менее распространенные экологические ограничения, такие как насыщающая влажность, химические вещества (пары), вибрация, большие колебания температуры?
@Christoph Я не верю, что это будет проблемой.
@Nicolas DI просто пытаюсь сделать приблизительную оценку, поэтому я игнорирую ограничения окружающей среды.
Также учтите, что сечение проводов, заканчивающихся контактами, не обязательно должно быть постоянным: если контакт мал, сопротивление будет выше, но тепло может рассеиваться, если провод становится сразу больше. Конечно, это влияет только на конечный рост температуры, а не на падение напряжения.
Если вы хотите спроектировать свой контакт на чисто теоретической основе, вам, скорее всего, придется провести анализ методом конечных элементов. Если эмпирическое решение также возможно, возьмите несколько коммутаторов с соответствующими характеристиками и подробно их проанализируйте.
Посмотрите на контакт на аккумуляторе сотового телефона. Они рассчитаны на довольно высокий кратковременный ток (необходим для зарядки накопительных конденсаторов при передаче). Мне эти контакты кажутся небольшими, но я никогда не видел, чтобы они терпели неудачу. Контакт на USB может выдерживать 2А и работать, потому что они имеют стирающее действие и приличное давление. Я думаю, что сравнительное исследование было бы самым дешевым решением.

Ответы (1)

Вам необходимо рассчитать контактные сопротивления, чтобы найти ответ на свой вопрос.

Контактное сопротивление делится на две части. Сопротивление из маленького слота:

Λ ≈ 3 , 7 Е * ⋅ р ⋅ л ⋅ Ф Н

где лямбда — проводимость в Сименсах, E* — эффективный модуль упругости ваших материалов, rho — удельное сопротивление металла, а Fn — нормальная сила, действующая при контакте. l — среднеквадратичное значение высоты поверхности (она же шероховатость).

Эффективный модуль упругости аппроксимируется выражением

Е * "=" Е 2 ⋅ ( 1 − ν 2 )

где nu является коэффициентом Пуассона.

Видите ли, в этой формуле не фигурирует площадь контакта. Гораздо важнее достичь достаточной контактной силы.

Другая часть — это сопротивление поверхностных слоев, таких как оксиды. Если вы прибегаете к золотым или палладиевым поверхностям, вы можете пренебречь этим. В противном случае его трудно или даже невозможно вычислить. Если у вас есть хотя бы минимальное движение между контактными поверхностями, оксидные слои могут быть разрушены. Другим способом избавления от оксидов является достижение тока смачивания. Токи смачивания AFAIK находятся в одном диапазоне мА для многих контактов. Так что это, возможно, не проблема для вас.

Чтобы получить представление о том, как связаны сила и сопротивление, я рекомендую просмотреть несколько таблиц данных от производителей пружинных контактов. У Китагава есть некоторые с обоими значениями, и PTR также дает максимальные токи.

Образец контактных данных (PTR)

Заземляющие контакты Китагава

Расчет максимальной рассеиваемой мощности на основе площади контакта между двумя металлическими проводниками
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v