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高分子PTC热敏电阻用于过流保护

1.PTC效应
说一种材料具有PTC (Positive Temperature Coefficient) 效应, 即正温度系数效应,仅指此材料的电阻会随温度的升高而增加。如大多数金属材料都具有PTC效应。在这些材料中,PTC效应表现为电阻随温度增加而线性增加,这就是通常所说的线性PTC效应。
2.非线性PTC效应
经过相变的材料会呈现出电阻沿狭窄温度范围内急剧增加几个至十几个数量级的现象,即非线性PTC效应,如图1所示。相当多种类型的导电聚合体会呈现出这种效应,如高分子PTC热敏电阻。这些导电聚合体对于制造过电流保护装置来说非常有用。

图1
3. 高分子PTC热敏电阻用于过流保护
高分子PTC热敏电阻又经常被人们称为自恢复保险丝(下面简称为热敏电阻),由于具有独特的正温度系数电阻特性(即PTC特性,如图1所示),因而极为适合用作过流保护器件。热敏电阻的使用方法象普通保险丝一样,是串联在电路中使用,如图2所示。

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当电路正常工作时,热敏电阻温度与室温相近、电阻很小,串联在电路中不会阻碍电流通过;而当电路因故障出现大电流时,热敏电阻由于发热功率

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4.环境温度对高分子PTC热敏电阻的影响

高分子PTC热敏电阻是一种直热式、阶跃型热敏电阻,其电阻变化过程与自身的发热和散热情况有关,因而其维持电流(Ihold)、动作电流(Itrip)及动作时间受环境温度影响。图4为热敏电阻典型的维持电流、动作电流与环境温度的关系示意图。当环境温度和电流处于A区时,热敏电阻发热功率大于散热功率而会动作;当环境温度和电流处于B区时发热功率小于散热功率,热敏电阻将长期处于不动作状态;当环境温度和电流处于C区时,热敏电阻的散热功率与发热功率接近,因而可能动作也可能不动作。图5为热敏电阻的动作时间与电流及环境温度的关系示意图。热敏电阻在环境温度相同时,动作时间随着电流的增加而急剧缩短;热敏电阻在环境温度相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。

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5.高分子PTC热敏电阻动作后的恢复特性
高分子PTC热敏电阻由于电阻可恢复,因而可以重复多次使用。图6为热敏电阻动作后,恢复过程中电阻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,此时热敏电阻的维持电流已经恢复到额定值,可以再次使用了。一般说来,面积和厚度较小的热敏电阻恢复相对较快;而面积和厚度较大的热敏电阻恢复相对较慢。

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6.高分子PTC热敏电阻的特点
 
    高分子PTC热敏电阻是一种具有正温度系数特性的导电高分子材料,它与传统保险丝之间最显著的差异就是前者可以多次重复使用。这两种产品都能提供过电流保护作用,但同一只高分子PTC热敏电阻能多次提供这种保护,而保险丝在提供过电流保护之后,就必须用另外一只进行替换。
    高分子PTC热敏电阻与双金属电路断路器的主要区别在于前者在事故未被排除以前一直出于关断状态而不会复位,但双金属电路断路器在事故仍然存在时自身就能复位,这就可能导致在复位时产生电磁波及火花。同时,在电路处于故障条件下重新接通电路可能损坏设备,因而不安全。高分子PTC热敏电阻能够一直保持高电阻状态直到排除故障。
    高分子PTC热敏电阻与陶瓷PTC热敏电阻的不同在于元件的初始阻值、动作时间(对事故事件的反应时间)以及尺寸大小的差别。具有相同维持电流的高分子PTC热敏电阻与陶瓷PTC热敏电阻相比,高分子PTC热敏电阻尺寸更小、阻值更低,同时反应更快。
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