固體陶瓷電阻器的基本原理是什麼?

Mondo 科學 更新 2024-02-19

陶瓷組合電阻器由精細研磨的絕緣體和被壓縮成圓柱形的導體的混合物組成。 連線端子並在電阻器的外殼上塗上絕緣塗層。 電阻根據絕緣體與導體混合物的比例進行控制。

陶瓷是優良的電絕緣體和優良的熱導體。 陶瓷的這種特性使這些電阻器的磁芯能夠承受流經它們的中低功率電流,而不會過熱和損壞。 就其性質而言,陶瓷電阻器還具有很強的化學惰性。

陶瓷的使用不僅限於電阻器的內部元件。 與許多其他型別的電阻器相比,陶瓷絕緣和熱效能將使外部絕緣並保持更大的耐熱性。

真正的陶瓷電阻器,稱為碳復合電阻器,其構造與大多數其他型別的電阻器不同,儘管它們也可能使用陶瓷。 陶瓷電阻器由細粉、碳和陶瓷材料組合而成。 這兩種粉末以特定的比例組合,以確定電阻器的最終值。

燒結是緻密化過程,其中固體材料通過加熱或壓力形成,同時保持在液化的熔點以下。 這是陶瓷製造過程中的關鍵一步。

陶瓷電阻器是使用陶瓷材料的燒結體製造的,其導電顆粒均勻分布在整個散裝材料混合物中,以產生 100% 有源和無感電阻矩陣。 陶瓷電阻器也具有化學惰性。

當碳與陶瓷的比例較高時,電阻值會較低。 但是,陶瓷材料與碳的比值越高,電阻器的電阻值就越高。 當確定所需的比例時,混合物被壓縮以形成電阻體形狀,然後窯燒以燒結陶瓷。 這些型別的電阻器通常具有用作絕緣體的陶瓷材料外殼。

電機驅動放電

中壓電機驅動系統可採用陶瓷電阻放電,確保安全執行。 這種元件的尺寸可以基於耦合到指定電機驅動器的關斷時間的直流母線電容。 關斷繼電器的電流能力與通過陶瓷電阻器的安全放電相結合,是該元件設計中的兩個關鍵功能。

高負載測試系統

負載組陶瓷電阻器可以安全地**用於電源設計中的負載應用,例如電動汽車電池和充電站輸出所需的測試。

發動機制動器和撬棍

大功率陶瓷電阻器通常用於機車和有軌電車。 這些電阻器將安全地將此類車輛的高動能轉化為熱量。 在此應用中,陶瓷電阻器在負載端接端接處不會出現電壓尖峰。

中性點接地電阻

在此設計中,陶瓷電阻器用於 Y 連線發電機的電源接地。

直線加速板

當科學家在受控的封閉環境中研究粒子物理學時,必須有效和安全地控制大量能量。 很多時候,板坯元件可以浸沒在油中。 這種方法將提供一種更安全的方式來消散為直線加速器供電時產生的熱量。

靜電除塵器

併聯陶瓷管狀電阻器元件是繞線電阻器的有效替代品,線繞電阻器在靜電除塵器應用中不能安全工作。 這些型別的系統可能表現出高於 300kV 的峰值電壓,同時功耗超過 2 kW。

封裝陶瓷電阻器

當標準平板電阻器不夠堅固,無法處理應用時,設計人員將尋找更堅固的散熱和機械解決方案。 使用封裝元件將有助於消除由衝擊或振動引起的斷開和汙染物的風險。

使用機加工鋁外殼設計將能夠串聯或併聯多個軸向或平板電阻器。 封裝後,將元件安裝到液冷散熱器上,以便通過成品元件安全地為連續電源供電(正常額定值的 2-3 倍)。

電阻硬體和散熱器

根據應用的不同,每種安裝方法都有其獨特和最佳的優勢。

陶瓷電阻器的功率範圍從 1 2 瓦到 1,000 瓦不等。 隨著功率水平的增加,安裝要求的型別將發生變化。 低於 3W 的低電平功率電阻器通常採用表面貼裝形式。

隨著電阻額定功率從3W提高到10W,軸向通孔將成為首選的安裝方法。

管狀功率電阻器基板具有較大的表面積,可以在其上應用陶瓷電阻器材料。 安裝硬體是必要的,這將有助於將管狀電阻器從PC板上抬起。

設計人員需要注意額定功率。 電阻器是自熱元件,因此它們必須能夠處理功耗,同時滿足所有關鍵規格。 可能還需要散熱器。

安裝電阻器時,高耗散會導致更大的物理電阻器尺寸。 設計人員需要確定電阻器是否需要額外的安裝支架。

選擇電阻器時,不要過多指定電阻器,以免增加成本並占用更多電路板空間。 請密切注意資料手冊中的降額曲線。 在檢視電阻器溫度曲線時,它是否指定了環境空氣或散熱器溫度?

電阻器可能需要通過正常的被動對流甚至使用強制空氣來冷卻。 當心可能阻擋從風扇到電阻器的氣流的大型元件。

謹防脈衝負載應用。 功率爆發可以大大超過額定值。 厚膜和繞線電阻器最適合這裡。

自感:電阻電感不會成為直流設計中的乙個因素。 然而,在高頻下,自我感知可能是乙個問題。 在這種情況下,設計人員可能希望尋找具有低自感的電阻器。

在高壓應用中,設計人員需要選擇合適的耐壓額定值和足夠的引線間距,以防止高壓設計中的電弧。

電阻器的電阻溫度係數 (TCR) 可能會改變讀數的精度,尤其是當電阻器測量通過壓降的電流時。 自發熱可能會導致電阻的歐姆值發生變化。

大電流和制動

陶瓷電阻器具有散熱特性。 這種電阻功能可用於減慢機械系統的速度。 這個過程稱為動態制動,本設計中使用的電阻器稱為動態制動電阻器。 當電動機減速時,動能被轉換回電能。 火車中的制動電阻器和變頻電機驅動器就是乙個很好的例子。

制動電阻的額定功率通常為高功率和低歐姆。 冷卻可以通過散熱器、風扇或在更高功率的情況下通過水來完成。

運輸和汽車級功率電阻器

一些 500 瓦及以上的陶瓷功率電阻器由陶瓷矽製成,帶有管狀陶瓷芯,用於這些應用。 這些電阻器的額定功率為 12 瓦至 1kw。 接線片端子用於焊接或堅固的螺栓連線。 這些電阻器可以承受額定功率 10 倍的過載 5 秒。

電動汽車

大功率電阻器可用於電動汽車 (EV) 充電系統、電源控制、配電、電機控制和電池模組。

在動態制動期間耗散到功率電阻器中的能量可用於加熱機艙,從而減少對電加熱的需求,這將給電池帶來額外的負載。 請參閱上面的“大電流和制動”和“運輸和汽車級功率電阻器”部分。

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