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PolySwitch技術提供的可復位保護方法增強了電機驅(qū)動和控制裝置的可靠性

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作者: 時間:2005-07-18 來源: 收藏

電機驅(qū)動和控制裝置要經(jīng)受某些嚴酷的工作環(huán)境,而且要求能夠連續(xù)和可靠地運行?,F(xiàn)場的故障是無法避免的,選擇正確的電路保護策略將有助于確保產(chǎn)品的可靠性,并將制造商和客戶的維修成本控制在最低。采用Raychem電路保護部提供的PolySwitch(tm)聚合物正溫度系數(shù)(PPTC)可復位電路保護器件,架構(gòu)更為穩(wěn)固和可靠的產(chǎn)品,在電機的驅(qū)動和控制系統(tǒng)中能對某些常見的故障提供保護。
PolySwitch 聚合物正溫度系數(shù)器件的供貨類型包括引線型、軸型、片型、盤型和表面貼裝型。聚合物正溫度系數(shù)器件的小巧外形有助于節(jié)省寶貴的電路板空間,由于其具備自復式功能,因此可以允許布置在用戶無法接觸到的位置,這與傳統(tǒng)保險絲需要布置在用戶能夠方便更換的位置以便更換相比,具有明顯的差異。由于聚合物正溫度系數(shù)器件是固態(tài)器件,因此還能夠耐受機械沖擊和振動,可為各種不同的應用場合提供可靠的電路保護。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/7315.htm

工作原理

聚合物正溫度系數(shù)器件由特殊配方塑料和導電性顆粒組成的導電性聚合物共混物。在正常的工作溫度下,導電性顆粒在聚合物中形成低阻值的導電鏈路。但是,當溫度上升到器件的開關溫度以上時,聚合物內(nèi)的晶體融化,形成非晶體物質(zhì)。而在晶體融化的過程中,容積變大,造成導電性顆粒的分離,并導致器件阻抗的非線性增加。產(chǎn)生變化的熱量可以來自外部,也可以由于電流過大而產(chǎn)生的內(nèi)部電阻性發(fā)熱現(xiàn)象。器件的阻值上升,降低了在故障狀態(tài)下能夠流過的電流值,并有助于保護電路中的設備。圖1所示為PolySwitch器件典型的阻值與溫度之間的特性曲線。請注意,在約為120℃的動作點處,電阻值呈現(xiàn)幾個數(shù)量級的增長。


圖1  PolySwitch器件阻值與溫度之間的特性曲線
一旦電源斷開,以及故障消除后,PolySwitch器件的溫度降低到其動作溫度以下,這時器件恢復到低阻值的狀態(tài)下,電流即可正常地流過電路。PolySwitch器件具有高阻值變化和可復位的特性,使其成為由于過熱和過電流故障所引發(fā)的電子電路故障的首選保護方式。

電源保護
PolySwitch器件一直以來應用于電源直流輸出端的過載和短路保護。在開發(fā)出LVR系列產(chǎn)品后, 目前PolySwitch器件已經(jīng)可以應用在電源輸入端的交流主電路中。這一產(chǎn)品將交流線路變壓器和其它線路側(cè)設備置于PolySwitch器件產(chǎn)品系列的保護范圍內(nèi)。這些產(chǎn)品能夠在中性線不小心處于斷開狀態(tài)或交流線電壓用于24 VAC輸入端時,能夠為電源提供保護。
LVR器件適用于電源系統(tǒng),在120VAC和240VAC電壓下,其最大輸入電流可高達400毫安。而電流更大的電源系統(tǒng)可以將PolySwitch器件安置在次級端的輸出電路,用于保護由于過電流狀態(tài)所引發(fā)的電源故障(圖2)。


圖2 PolySwitch器件在電源系統(tǒng)中的應用

輸入/輸出接口的保護
許多驅(qū)動器和控制裝置均配備了通訊和數(shù)據(jù)接口,用于各個系統(tǒng)元件之間的信息傳輸。而這些接口的接線有時會與交流或直流電源電纜并排敷設。這些線束可能由于正常的磨損、意外事故、安裝接線錯誤、或在中央配電箱上進行的誤操作,而出現(xiàn)短路現(xiàn)象。如果電源電纜與通訊電線出現(xiàn)短路現(xiàn)象,PolySwitch器件能夠保護任何與這條短路線路相連接的系統(tǒng)以免造成通訊接口的損壞。在某些情況下,這種現(xiàn)象有可能影響到很多系統(tǒng)。而PolySwitch器件在保護接口處所起的作用(圖3),可以明顯地降低設備常見故障的停運時間和修理成本。


圖3  PolySwitch器件在輸入/輸出接口中的應用


圖4  PolySwitch器件對以太網(wǎng)接口的保護

過熱保護
由于PolySwitch器件能夠?qū)碜酝獠康臒崃亢蛢?nèi)部電流產(chǎn)生的熱量所引發(fā)的溫度上升作出響應,并可與高壓設備建立起熱量方面的聯(lián)系,為高壓設備提供過熱保護。建立這種熱量聯(lián)系可以通過將這些器件布置成與高壓設備發(fā)生接觸或靠近高壓設備的方式來實現(xiàn)。
接觸的方式使PolySwitch器件能夠很容易地與設備形成物理接觸,從而提高了保護的效果。在這類設備中,變壓器是一個很好的例子(圖5)。PolySwitch器件可以捆綁在外部線圈上或外殼上,從而建立起熱量聯(lián)系。PolySwitch器件可以在設計時結(jié)合到電路中,使其具備在變壓器過熱時向控制器發(fā)送警告,系統(tǒng)馬上停止運行。
近距離方式適用于電源半導體部件的保護,而且在小型的表面貼裝PolySwitch器件與電源器件同處于一個銅底板時效果最好。這是一種成本低廉的熱量聯(lián)系方式,使PolySwitch器件能夠在溫度超過其動作點時進行動作,同時通知電源器件處于過熱狀態(tài)下時應該停止運行。
在這種應用中,會存在一定程度的熱延遲現(xiàn)象,所以這一保護方案無法保護大電流部件以及部件在毫秒級的時間內(nèi)就發(fā)生故障的電源器件。但是,對于絕大多數(shù)的過負載狀態(tài),這種配置均可以對電源器件提供保護。


圖5  PolySwitch器件對變壓器的保護

電機失速保護
運動機械均有可能出現(xiàn)堵塞或斷裂故障,并可導致電機失速。在電機失速時繼續(xù)供給電源會導致電機的損壞和/或驅(qū)動裝置的損毀。將PolySwitch器件與電機驅(qū)動器串聯(lián)起來后,可以保護電機和驅(qū)動電子電路,防止在失速或負載過大的狀態(tài)下系統(tǒng)發(fā)生故障。在故障清除后(而且電源斷開后),系統(tǒng)可以重新開始正常的運行,無需進行維護或更換部件。多年以來,PolySwitch器件一直是汽車工業(yè)中最為常用的保護車座、車窗和其它電機的方案。
在這些應用中,使用PolySwitch器件要求考慮串聯(lián)電阻的阻值和器件的最大保持電流額定值。室溫下的最大工作電流為,16V下為15A,30V下為9A。


圖6  PolySwitch器件在電機失效保護中的應用
在這些應用中,當這些系統(tǒng)由于過電流或過熱狀態(tài)而導致外部故障時,PolySwitch器件能夠允許電機驅(qū)動和控制器系統(tǒng)繼續(xù)運行。其優(yōu)點在于提供了一種功能強大和可靠的產(chǎn)品,在其它部件出現(xiàn)故障時可以保護系統(tǒng)。



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