光电技术论文

1、高分子热敏电阻在变压器中的应用摘要：变压器在我们日常生活中有着广泛的应用，电压变换，阻抗变换等。但同时变压器也是一个易发生故障的设备，其原因大多是因过流而产生的。发生故障时通常会导致电路冒烟、着火，甚至损坏电路以及相关接口。我们传统的保护过流电路的方法是在电路中串联一根普通的保险丝，而这种普通保险丝通常是一次性的，熔断之后的更新不仅麻烦，而且还增加了设备的维护成本。下面介绍一种新型的保险丝高分子自恢复保险丝（PPTC）。它只需安装一次，就可以反复使用，方便且耐用。关键词：变压器，PPTC，电阻-温度特性一 引言变压器是一种利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁

2、心（磁芯）。在电器设备和无线电路中，常用作升降电压，匹配阻抗，安全隔离等。在高温季节，高峰负载期间，变压器也是比较容易损坏的，我们常见的变压损坏的原因有两种：初级过压与程次级短路。这两种故障都会使变压器的“铜损”（电流流过线圈时的热消耗）和“铁损”（由“涡流”所产生的损耗）在短时间内剧增，并导致线圈温度升高，如及时处理，将会使线圈绝缘性降低，甚至使变压器烧毁。如果变压器出现了以上故障而没有及时的被切断，则电路中关联的部分元器件也会相应出现过载或超负荷工作的情况。严重时会因为过热而导致失效，使局部电路损毁。因此，在变压器中一般都要串联一个保险丝，以保护电路。我们传统的保险丝是由电阻率比较大而熔点

3、较低的银铜合金制成的导线。它的工作原理就是当电路出现过流时，温度升高，当温度超过熔点时，保险丝熔断，从而保护电路。这种传统的保险丝广泛应用于各种各样的电气设备中，但对于变压器这种经常出现故障的设备，若用它来当过流保护元件，虽说也合适，但若需经常更换，显然很麻烦，而且维护起来也要相当高的成本。因此，这种保险丝因其固有的缺点而逐渐被新型的保险丝取代。高分子自恢复保险丝（PPTC）是一种过流保护电子元件，采用高分子有机聚合物在高压、高温，硫化反应的条件下，搀加导电粒子材料后，经过特殊的工艺加工而成，是一种新型的保险丝。它具有过流过温保护以及自行恢复无需人工安装的优异特点，被广泛应用于电气设备，特别是

4、变压器。用其代替传统的保险丝是个很好的选择。下图是不同特性的保险丝在不同温度下的折减率：A:玻璃管保险丝 B:陶瓷管保险丝 C:高分子自恢复保险丝由曲线可以看出传统保险丝的材料具有较低的融化温度，对环境温度比较灵敏，其折减率也比较大，而高分子自恢复保险丝对温度十分敏感，因此它随温度折减率最大，可知高分子自恢复保险丝既能保证电路的安全运行，又能使其长时间的安全工作。二 正文1. 高分子自恢复保险丝的工作原理PTC是 Positive Temperature Coefficient的缩写，意思是正的温度系数，泛指正温度系数很大的半导体材料。PTC热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻，超过一

5、定的温度（居里温度）时，阻值呈阶跃性的增高（一般有3-7个数量级）。 高分子PTC自恢复保险丝实际是一种直热式、阶跃型热敏电阻，由高分子材料和导电微粒组成，其电阻变化过程与自身的发热和散热情况有关。其原理是这样的： 在正常情况下，导电微粒在高分子集体材料中构成链状导电通道，元件维持在低阻抗状态，当电路发生过电流（如短路）时，大电流产生的热量使高分子材料迅速膨胀，切断链状导电通道，元件由低阻抗瞬变为高阻抗，阻断电路，保护负载，在故障排除后，高分子材料自动收缩，导电通道重新链接，元件又自行会复至原始状态，从而实现“重复使用，无需更换”的目的。2. 高分子自恢复保险丝的特性和性能指标高分子自恢复保险

6、丝作为一种新型保险丝，它的性能特性与传统的保险丝相比，当然得有一些比较突出的优势。下面说一说它的特性和性能指标。1) 动作电流电路正常工作时，保险丝的阻值很小，串联在电路中不会阻碍电流通过；但当电路出现过流时，保险丝由于发热而使阻值瞬间变得很大，把电路中的电流限制到很低的水平。电路故障排除后，保险丝无需更换而可以继续使用。2) 环境温度的影响下图是保险丝的动作时间与电流及环境温度的关系示意图。保险丝在与环境温度相同时，动作时间随着电流的增加而急剧缩短；保险丝在环境温度此昂对较高时具有更短的动作时间和较小的维持电流及动作电流。3) 恢复特性高分子PTC由于电阻可恢复，因而可以重复多次使用。右图为

7、保险丝动作后，恢复过程中随时间变化的示意图。电阻一般在十几秒到几十秒中即可恢复到初始值1.6倍左右的水平，此时保险丝的维持电流已经恢复到额定值，可以再次使用了。一般来说，面积和厚度较小的保险丝恢复相对较快；而面积和厚度较大的保险丝恢复相对较慢。3. 高分子PTC在变压器的应用下面以KT250/265-BL系列PPTC进行说明。KT250/265-BL系列PPTC是用经过绝缘材料固体阻然环氧脂封装的产品，因此电阻在实际使用时可以串联在变压器初级线圈而不会导致漏电或者短路。这种PPTC一般工作在-40至+85的环境温度中，居里温度在100左右，最大表面温度130。下图为一些主要性能参数：图2：性能

8、指标图3：维持电流随温度的变化特性曲线图4：电阻温度特性曲线经过一系列的测试得到的数据显示：当变压器正常工作，即输出功率为额定2W时，变压器的次级电压在7V左右，次级电流约0.27A，初级电流约0.015A。由图1和图2可以看出，与变压器初级线圈串联的PPTC热敏电阻KT250030BL在常温下（25）工作时维持电流可以达到0.034A左右，因此变压器正常工作时（PPTC表面温度70左右）KT250030BL可以长期保持在低阻状态。而当变压器输出端发生故障导致次级短路时，次级电流约为1.05A，对应初级电流约为0.05A，KT250030BL热敏电阻和线圈的温度开始升高，当PPTC表面温度达到100左右时，阻值迅速发生阶跃性的变化，电阻值会变得非常大，这样会将电路中的电流限制在很低的范围内，而不至于损坏电路中的相关元件。此时电路中的电压几乎都加在热敏电阻的两端，变压器的实际输入电压值很小，从而实现了对变压器的保护。实际测试表明，变压器次级短路时，KT250030BL热敏电阻在50秒左右动作，动作后PPTC热敏电阻的最高表面温度不超过130（RT曲线见图4）。因此不会导致变压器的损坏。在切断电路及排除电路故障后，变压器仍然可以正常使用。三 结论通过上面的分析，我们可以知道，传统保险丝的