高分子PTC 熱敏電阻在工頻變壓器中的應用概述(圖)
2005/11/15 15:46:15
上海科特高分子材料有限公司 供稿
變壓器被廣泛的用于多種電子產(chǎn)品中，其功能主要有：電壓變換；阻抗變換；隔離；穩(wěn)定電壓（磁飽和變壓器）等。變壓器損壞有兩種常見的原因：初級過壓和次級短路。這兩種故障都會使變壓器的“銅損”（ 電流流過線圈時的熱消耗）和“鐵損”（由“渦流”所產(chǎn)生的損耗）在短時間內(nèi)劇增，并導致線圈溫度升高；如不及時處理，將會使線圈絕緣性降低，甚至使變壓器燒毀。如果變壓器出現(xiàn)了以上故障而沒有及時的被切斷，則電路中關(guān)聯(lián)的部分元器件也會相應出現(xiàn)過載或超負荷工作的情況。嚴重時會因為過熱而導致失效，使局部電路損毀。
人們通常在初級線路中串聯(lián)熱熔絲（溫度保險絲）或在次級線路中串聯(lián)電熔絲（電流保險絲）來保護變壓器。這一方案的最大缺點在于它使用了一次性的保護元件。如果熔絲熔斷，變壓器將隨之報廢，因而大大提高增加了設備的維護成本。具有可恢復性的電路斷路器是電路中另外一種過流保護方式，但它的成本太高，因此并不是所有的電路中都適合使用。具有自動復位功能的高分子正溫度系數(shù)熱敏電阻（以下簡稱PPTC）和陶瓷正溫度系數(shù)熱敏電阻（以下簡稱CPTC）都能同時滿足：過流、過溫保護、可自動復位、成本低等要求。但相比較而言:
1、PPTC 可將線圈的最高溫度限制在更低水平，并且線路斷開后PPTC 的表面溫度更低。
2、PPTC 電阻和體積相對更小，并且更不容易因振動、撞擊、快速溫度變化等原因而損壞。
PPTC 用于工頻變壓器的過流、過溫保護的優(yōu)勢也就由此可見了。
上海科特高分子材料有限公司KT250/265- BL 系列PPTC 產(chǎn)品是專門針對各類工頻變壓器的使
用需要進行設計，可廣泛用于輸入為工頻電壓的常用變壓器的自保護。工作原理圖1 如下：
KT250/265- BL 系列是用經(jīng)過絕緣材料固體阻燃環(huán)氧樹脂（符合UL94V-0）封裝的產(chǎn)品，因此電阻在實際使用時可以直接與變壓器初級線圈接觸而不會導致漏電或者短路。
我們通過舉例來對PPTC 熱敏電阻的作用進行說明。例如，被保護的變壓器規(guī)格是AC220V/2W，在次極短路的極限條件下，要求用PPTC 進行保護。根據(jù)對眾多廠家該型號變壓器的研究，我們使用KT250－030BL 這種型號的PPTC 熱敏電阻。該型號PPTC 熱敏電阻工作的環(huán)境溫度為－40～+85℃，開關(guān)溫度100℃，最大表面溫度130℃。主要性能參數(shù)見表1 和圖2、圖3。
測試數(shù)據(jù)顯示：當變壓器正常工作即輸出功率為額定2W 時，變壓器的次級電壓在7V 左右，次級由表1 和圖1 可知，與變壓器初級線圈串聯(lián)的PPTC 熱敏電阻KT250－030BL 在常溫下(25 度)工作時維持電流可以達到0.03A，因此變壓器正常工作時(PPTC 表面溫度70℃左右) KT250－030BL 可以長期保持在低阻狀態(tài)。而當變壓器輸出端電路發(fā)生故障導致次級短路時，次級電流約為1.05A，對應初級電流約為0.05A， KT250－030BL 熱敏電阻和線圈的溫度開始升高，當PPTC 表面溫度達到100℃左右時阻值迅速發(fā)生階躍性的變化，電阻值會變得足夠大，將電路中的電流限制在很低的范圍內(nèi)。此時電路中的電壓幾乎都加在熱敏電阻的兩端（該系列產(chǎn)品已通過1000 小時的通電老化測試（UL 認證測試項目）），變壓器的實際輸入電壓值很小，實現(xiàn)了對變壓器的保護。實際測試表明，在該變壓器次級短路時， KT250－030BL 熱敏電阻在50 秒左右動作（動作時間可以根據(jù)實際使用需要進行設計調(diào)整，設計時還會考慮避免電流的正常波動導致誤動作），動作后PPTC 熱敏電阻的最高表面溫度不超過130℃（R/T 曲線見圖3）。因此，不會導致變壓器的損壞。在切斷電路，排除電路故障后，變壓器仍可正常使用(該系列產(chǎn)品已通過重復動作6000 次的耐久測試（UL 認證測試項目）
根據(jù)客戶實際的使用條件、工作環(huán)境和保護要求，在做產(chǎn)品選型時首先確定主要參數(shù)，然后按照圖4 流程來進行。需要特殊說明的是由于部分變壓器繞制好后（PTC 熱敏電阻已經(jīng)安裝），還要經(jīng)過最后一道工序：浸漬絕緣漆。它能增強變壓器的機械強度、提高絕緣性能、延長使用壽命。KT250/265-BL 系列熱敏電阻的絕緣層可以抵御絕緣漆對其侵蝕，因此浸漬絕緣漆的過程對PPTC熱敏電阻的影響較小。
人們通常在初級線路中串聯(lián)熱熔絲（溫度保險絲）或在次級線路中串聯(lián)電熔絲（電流保險絲）來保護變壓器。這一方案的最大缺點在于它使用了一次性的保護元件。如果熔絲熔斷，變壓器將隨之報廢，因而大大提高增加了設備的維護成本。具有可恢復性的電路斷路器是電路中另外一種過流保護方式，但它的成本太高，因此并不是所有的電路中都適合使用。具有自動復位功能的高分子正溫度系數(shù)熱敏電阻（以下簡稱PPTC）和陶瓷正溫度系數(shù)熱敏電阻（以下簡稱CPTC）都能同時滿足：過流、過溫保護、可自動復位、成本低等要求。但相比較而言:
1、PPTC 可將線圈的最高溫度限制在更低水平，并且線路斷開后PPTC 的表面溫度更低。
2、PPTC 電阻和體積相對更小，并且更不容易因振動、撞擊、快速溫度變化等原因而損壞。
PPTC 用于工頻變壓器的過流、過溫保護的優(yōu)勢也就由此可見了。
上海科特高分子材料有限公司KT250/265- BL 系列PPTC 產(chǎn)品是專門針對各類工頻變壓器的使
用需要進行設計，可廣泛用于輸入為工頻電壓的常用變壓器的自保護。工作原理圖1 如下：
KT250/265- BL 系列是用經(jīng)過絕緣材料固體阻燃環(huán)氧樹脂（符合UL94V-0）封裝的產(chǎn)品，因此電阻在實際使用時可以直接與變壓器初級線圈接觸而不會導致漏電或者短路。
我們通過舉例來對PPTC 熱敏電阻的作用進行說明。例如，被保護的變壓器規(guī)格是AC220V/2W，在次極短路的極限條件下，要求用PPTC 進行保護。根據(jù)對眾多廠家該型號變壓器的研究，我們使用KT250－030BL 這種型號的PPTC 熱敏電阻。該型號PPTC 熱敏電阻工作的環(huán)境溫度為－40～+85℃，開關(guān)溫度100℃，最大表面溫度130℃。主要性能參數(shù)見表1 和圖2、圖3。
測試數(shù)據(jù)顯示：當變壓器正常工作即輸出功率為額定2W 時，變壓器的次級電壓在7V 左右，次級由表1 和圖1 可知，與變壓器初級線圈串聯(lián)的PPTC 熱敏電阻KT250－030BL 在常溫下(25 度)工作時維持電流可以達到0.03A，因此變壓器正常工作時(PPTC 表面溫度70℃左右) KT250－030BL 可以長期保持在低阻狀態(tài)。而當變壓器輸出端電路發(fā)生故障導致次級短路時，次級電流約為1.05A，對應初級電流約為0.05A， KT250－030BL 熱敏電阻和線圈的溫度開始升高，當PPTC 表面溫度達到100℃左右時阻值迅速發(fā)生階躍性的變化，電阻值會變得足夠大，將電路中的電流限制在很低的范圍內(nèi)。此時電路中的電壓幾乎都加在熱敏電阻的兩端（該系列產(chǎn)品已通過1000 小時的通電老化測試（UL 認證測試項目）），變壓器的實際輸入電壓值很小，實現(xiàn)了對變壓器的保護。實際測試表明，在該變壓器次級短路時， KT250－030BL 熱敏電阻在50 秒左右動作（動作時間可以根據(jù)實際使用需要進行設計調(diào)整，設計時還會考慮避免電流的正常波動導致誤動作），動作后PPTC 熱敏電阻的最高表面溫度不超過130℃（R/T 曲線見圖3）。因此，不會導致變壓器的損壞。在切斷電路，排除電路故障后，變壓器仍可正常使用(該系列產(chǎn)品已通過重復動作6000 次的耐久測試（UL 認證測試項目）
根據(jù)客戶實際的使用條件、工作環(huán)境和保護要求，在做產(chǎn)品選型時首先確定主要參數(shù)，然后按照圖4 流程來進行。需要特殊說明的是由于部分變壓器繞制好后（PTC 熱敏電阻已經(jīng)安裝），還要經(jīng)過最后一道工序：浸漬絕緣漆。它能增強變壓器的機械強度、提高絕緣性能、延長使用壽命。KT250/265-BL 系列熱敏電阻的絕緣層可以抵御絕緣漆對其侵蝕，因此浸漬絕緣漆的過程對PPTC熱敏電阻的影響較小。
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