如何确定电位器的负荷功率

电位器的额定功率是指电位器在直流或交流电路中，长期连续负荷所允许消耗的最大功率。它受下列条件的限制：

（1）电位器工作环境的温度不得超过规定的要求；

（2）电流通过电位器所产生的压降不得超过电位器的最大工作电压；

（3）电位器的标称阻值过小时，工作电流不得超过最大接点电流。

电位器在工作中，如超出上述条件之一，就不能按额定功率使用，而需要降负荷。下面进行具体分析。

由于电位器是一个耗能元件，因此工作时会产生温升。如果环境温度过高，再加上电位器本身的温升，电位器就可能处在高温下工作，这样容易使电阻体老化、变质、变值，并出现接触点氧化、接触不稳等现象，甚至烧坏电位器。因此，如果环境温度过高，就必须降低电位器的负荷功率。电位器的负荷功率与环境温度的关系如图1所示。其中P\(_{e}\)为电位器的额定功率，P为电位器的实际负荷功率。横坐标为环境温度，纵坐标为P与Pe之比的百分数。t\(_{e}\)为额定环境温度，环境温度超过此温度，电位器就需降负荷使用。目前我国标准碳膜电位器和线绕电位器的te一般为40℃，实芯电位器为7℃。例如，当环境温度为55℃时，碳膜电位器的实际负荷功率只允许为额定功率的一半。

电位器有最高工作电压的限制。所谓最高工作电压是指可以加在电位器电阻体两固定引出端的最大直流电压或交流电压的有效值。如果超过最高工作电压，对于碳膜电位器来讲，其碳膜电阻体的纸胶板的抗电强度和两两引出端焊片间的抗电强度易遭破坏，而且电阻体与动接点之间也容易产生飞弧、火花等现象，对于线绕电位器来说，还可能产生匝间跳火等现象，影响电位器的正常工作。

同一型号的电位器（功率和最高工作电压都相同），其标称阻值R\(_{e}\)的范围可能很广，例如碳膜电位器有的就为几百欧到几兆欧。使用大阻值电位器时，可能会出现这种情况：虽然负荷功率没有超过电位器的额定功率（即P＝I\(^{R}\)e≤P\(_{e}\)），但是电位器上的压降可能已超过最大工作电压Umax（即U=IRe＞U\(_{max}\)）。因此电位器的阻值大到一定数值后，就必须限制流过它的电流。此电流值应由电位器的最高工作电压来决定（I=Umax／R\(_{e}\)），而不能由额定功率来决定（I=\(\sqrt{P}\)e/R\(_{e}\)。需要限制电流的电位器的阻值可由额定功率和最大工作电压计算得到，称之为上临界阻值，用RLj1来表示，即R\(_{Lj1}\)=U2max／P\(_{e}\)。阻值大于RLj1的电位器需降低功率使用，也就是要限制它的电流。例如，有一碳膜电位器，其额定功率为2W，最大工作电压为500V，标称阻值为500K。如按满负荷功率计算，电位器允许通过的电流应为I=P\(_{e}\)/Re＝\(\sqrt{2}\)/500K=2（mA），如以2mA电流通过电位器，在电位器两端产生的压降则为U＝IR\(_{e}\)=2（mA）×500（K）=1000V，超过了最大工作电压一倍。因此，这时允许通过电位器的电流只能为I=Umax／R\(_{e}\)=500V／500K=1mA。像这种额定功率为2W，最大工作电压为500V的电位器，它的上临界阻值为RLj1=U\(^{2}\)\(_{max}\)／Pe=5002／2＝125K。这就是说，标称阻值小于或等于125K的电位器，能按2W使用，而大于125K的电位器，则不能按2W使用，而需要降低负荷。

小阻值电位器按额定功率计算允许通过的电流较大。而电位器的动接点与碳膜之间是点接触的，因此动接点的电流密度很大。由于接触点有接触电阻，电流过大时，处在接触点位置附近的碳膜容易发热损坏，所以允许通过接点的电流也应受到限制。我们称允许通过接触点的最大电流为极限接点电流或最大接点电流。按额定功率和最大接点电流计算出来的电阻值称为下临界电阻，用R\(_{Lj2}\)表示。电阻值小于RLj2的电位器，就不能按额定功率使用，而需降负荷。目前还没有严格定出各种电位器的下临界阻值的大小，碳膜电位器一般可定为470欧，普通线绕电位器定为27欧，实芯电位器定为100欧。若对工作的可靠性要求较高，还可酌情提高R\(_{Lj2}\)的值。例如，一碳膜电位器，其额定功率为1W，标称阻值为220Ω。由于标称阻值小于下临界阻值470Ω，故需降低功率使用。我们先计算出允许的最大接点电流I=\(\sqrt{P}\)e/P\(_{Lj2}\)=1/470=0.046A。这就是说，对于220Ω、1W的碳膜电位器来说，只允许通过的最大电流为0.046A，因此它的实际最大负荷功率只能为P=I\(^{2}\)Re=（0.046）2·220=0.47W，降低负荷功率一半。

由上面的分析可以看出，同一型号而标称阻值不同的电位器，其标称额定功率只能在标称阻值的中间一段适用，而不是包括整个标称阻值系列，标称阻值过大和过小的电位器不能按标称功率使用，而需降负荷。

电位器的标称额定功率指的是电位器使用在全阻值的情况下，如一只电位器的标称阻值为10K，额定功率为2W，则指的是使用在10K时的额定功率为2W。实际应用中往往只使用部分阻值，这时就不能按2W来使用。因此，电位器的额定功率与标称阻值实际上是规定了允许通过电位器的最大工作电流，不论动接点处在电阻体的任何位置，允许通过电阻体使用部分的工作电流也不能超过此值。电位器作变阻器使用时，往往用来调节回路电流（见图2），电位器的阻值变小，回路电流增大，而阻值接近于零时，电流最大。为了不使电流超过允许的最大值I=\(\sqrt{P}\)\(_{e}\)/Re，使用时可根据电路的具体要求串接一个适当数值的限流电阻R。电位器也常常作为分压器使用（见图3）。由图可以看出，I\(_{23}\)=I12+I\(_{Z}\)，因此RZ要影响流过R\(_{23}\)部分的电流I23，R\(_{Z}\)越小，I23就越大。使用时一定要注意I\(_{23}\)不能超过电位器所允许的最大电流。（黄浩元）