固体陶瓷电阻器的基本原理是什么?

小夏 科学 更新 2024-02-19

陶瓷组合电阻器由精细研磨的绝缘体和被压缩成圆柱形的导体的混合物组成。 连接端子并在电阻器的外壳上涂上绝缘涂层。 电阻根据绝缘体与导体混合物的比例进行控制。

陶瓷是优良的电绝缘体和优良的热导体。 陶瓷的这种特性使这些电阻器的磁芯能够承受流经它们的中低功率电流,而不会过热和损坏。 就其性质而言,陶瓷电阻器还具有很强的化学惰性。

陶瓷的使用不仅限于电阻器的内部元件。 与许多其他类型的电阻器相比,陶瓷绝缘和热性能将使外部绝缘并保持更大的耐热性。

真正的陶瓷电阻器,称为碳复合电阻器,其构造与大多数其他类型的电阻器不同,尽管它们也可能使用陶瓷。 陶瓷电阻器由细粉、碳和陶瓷材料组合而成。 这两种粉末以特定的比例组合,以确定电阻器的最终值。

烧结是致密化过程,其中固体材料通过加热或压力形成,同时保持在液化的熔点以下。 这是陶瓷制造过程中的关键一步。

陶瓷电阻器是使用陶瓷材料的烧结体制造的,其导电颗粒均匀分布在整个散装材料混合物中,以产生 100% 有源和无感电阻矩阵。 陶瓷电阻器也具有化学惰性。

当碳与陶瓷的比例较高时,电阻值会较低。 但是,陶瓷材料与碳的比值越高,电阻器的电阻值就越高。 当确定所需的比例时,混合物被压缩以形成电阻体形状,然后窑烧以烧结陶瓷。 这些类型的电阻器通常具有用作绝缘体的陶瓷材料外壳。

电机驱动放电

中压电机驱动系统可采用陶瓷电阻放电,确保安全运行。 这种元件的尺寸可以基于耦合到指定电机驱动器的关断时间的直流母线电容。 关断继电器的电流能力与通过陶瓷电阻器的安全放电相结合,是该组件设计中的两个关键功能。

高负载测试系统

负载组陶瓷电阻器可以安全地**用于电源设计中的负载应用,例如电动汽车电池和充电站输出所需的测试。

发动机制动器和撬棍

大功率陶瓷电阻器通常用于机车和有轨电车。 这些电阻器将安全地将此类车辆的高动能转化为热量。 在此应用中,陶瓷电阻器在负载端接端接处不会出现电压尖峰。

中性点接地电阻

在此设计中,陶瓷电阻器用于 Y 连接发电机的电源接地。

直线加速板

当科学家在受控的封闭环境中研究粒子物理学时,必须有效和安全地控制大量能量。 很多时候,板坯组件可以浸没在油中。 这种方法将提供一种更安全的方式来消散为直线加速器供电时产生的热量。

静电除尘器

并联陶瓷管状电阻器组件是绕线电阻器的有效替代品,线绕电阻器在静电除尘器应用中不能安全工作。 这些类型的系统可能表现出高于 300kV 的峰值电压,同时功耗超过 2 kW。

封装陶瓷电阻器

当标准平板电阻器不够坚固,无法处理应用时,设计人员将寻找更坚固的散热和机械解决方案。 使用封装组件将有助于消除由冲击或振动引起的断开和污染物的风险。

使用机加工铝外壳设计将能够串联或并联多个轴向或平板电阻器。 封装后,将组件安装到液冷散热器上,以便通过成品组件安全地为连续电源供电(正常额定值的 2-3 倍)。

电阻硬件和散热器

根据应用的不同,每种安装方法都有其独特和最佳的优势。

陶瓷电阻器的功率范围从 1 2 瓦到 1,000 瓦不等。 随着功率水平的增加,安装要求的类型将发生变化。 低于 3W 的低电平功率电阻器通常采用表面贴装形式。

随着电阻额定功率从3W提高到10W,轴向通孔将成为首选的安装方法。

管状功率电阻器基板具有较大的表面积,可以在其上应用陶瓷电阻器材料。 安装硬件是必要的,这将有助于将管状电阻器从PC板上抬起。

设计人员需要注意额定功率。 电阻器是自热元件,因此它们必须能够处理功耗,同时满足所有关键规格。 可能还需要散热器。

安装电阻器时,高耗散会导致更大的物理电阻器尺寸。 设计人员需要确定电阻器是否需要额外的安装支架。

选择电阻器时,不要过多指定电阻器,以免增加成本并占用更多电路板空间。 请密切注意数据手册中的降额曲线。 在查看电阻器温度曲线时,它是否指定了环境空气或散热器温度?

电阻器可能需要通过正常的被动对流甚至使用强制空气来冷却。 当心可能阻挡从风扇到电阻器的气流的大型组件。

谨防脉冲负载应用。 功率爆发可以大大超过额定值。 厚膜和绕线电阻器最适合这里。

自感:电阻电感不会成为直流设计中的一个因素。 然而,在高频下,自我感知可能是一个问题。 在这种情况下,设计人员可能希望寻找具有低自感的电阻器。

在高压应用中,设计人员需要选择合适的耐压额定值和足够的引线间距,以防止高压设计中的电弧。

电阻器的电阻温度系数 (TCR) 可能会改变读数的精度,尤其是当电阻器测量通过压降的电流时。 自发热可能会导致电阻的欧姆值发生变化。

大电流和制动

陶瓷电阻器具有散热特性。 这种电阻功能可用于减慢机械系统的速度。 这个过程称为动态制动,本设计中使用的电阻器称为动态制动电阻器。 当电动机减速时,动能被转换回电能。 火车中的制动电阻器和变频电机驱动器就是一个很好的例子。

制动电阻的额定功率通常为高功率和低欧姆。 冷却可以通过散热器、风扇或在更高功率的情况下通过水来完成。

运输和汽车级功率电阻器

一些 500 瓦及以上的陶瓷功率电阻器由陶瓷硅制成,带有管状陶瓷芯,用于这些应用。 这些电阻器的额定功率为 12 瓦至 1kw。 接线片端子用于焊接或坚固的螺栓连接。 这些电阻器可以承受额定功率 10 倍的过载 5 秒。

电动汽车

大功率电阻器可用于电动汽车 (EV) 充电系统、电源控制、配电、电机控制和电池模块。

在动态制动期间耗散到功率电阻器中的能量可用于加热机舱,从而减少对电加热的需求,这将给电池带来额外的负载。 请参阅上面的“大电流和制动”和“运输和汽车级功率电阻器”部分。

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