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我公司的“高压高能实体电阻的应用前景”论文入选《第二届苏州国际大容量试验检测技术论坛论文集》。

2017-01-04 15:03:42 点击数:

高压高能实体电阻的应用前景   

林其洪1,林卓1,楼晓峰2,长超1,陈超2

 

(1 陕西双星电子科技宝乐彩票充值,陕西 西安 710061

2 西安电力电子技术研究所,陕西 西安 710061)

 

摘要:电力电子技术的发展,特别对围绕晶闸管功率器件的外围辅助器件,如电阻器、电容器、电抗器等,提出更高的要求。各种电力电子装置在电力系统、工业、交通中的应用日益广泛,对于电阻的浪涌电流能力、耐冲击、瞬时过电压、稳定的特性同样提出更高的要求。传统的线绕电阻、金属膜电阻,已经无法满足现今需要。提出了一种新型的高压高能实体电阻,浪涌电流大,耐冲击,瞬时过电压高,自恢复功能强(Φ60*110mm体积可承受33kJ浪涌能力,也就是一秒使用功率可达30kW),这种新型的电阻起到了传统电阻达不到的理想效果。制造电阻材料容易备制,工艺稳定且环保。应用前景非常广泛。

关键词:晶闸管器件;实体电阻;有机材料;高电压应用;热容比;

引言

高能实体电阻器具有体积小、短时浪涌大电流、高电压、同时具有自恢复功能,是一般传统电阻器无法达到的。它应用于短时间内需要泄放强大脉冲能量的场合,如RC阻容过电压吸收器电阻、电容器充放电回路电阻、供电网中性点接地电阻等、RC过电压吸收回路电阻。实体电阻器突出优点是耐受能量及热容量大、电感很小、耐大电流、短时间承受高能量冲击能力强,但不宜较长时间 或连续工作。能量耐受能力大,无电感,耐高压,体积小,性能稳定,长期使用许多年不易损坏,抗振动。单位热容高(最大500J/3),超大功率(可以任意集成组合),体积小(与同功率金属电阻比较体积只有10%),瞬间通流能力强。 公司生产的高压高能实体电阻在耐高电压、高冲击性能方面填补了国内的空白。采用的电阻材料环保,电阻生产过程环保,与国外的同类产品相比,公司生产的高压高能实体电阻的性价比比国外要好,价格也远低于进口产品。

高压高能实体电阻能有效的承受浪涌,耐冲击性能稳定,瞬时过电压高,自恢复功能强,有效解决常规电阻所面临的短板。目前,美国TYCO公司生产的高分子热敏电阻的原理与我们相似,但材料成分上有较大区别。TYCO公司的产品最大电压为2kV,而我们的高达10kV以上,因此从原理到材料都有较大的区别。在电压低于2kV以下时,在原材料中添加PE(高压聚乙烯)软化温度60℃左右,即2kV左右时,电阻发热在60℃电阻值用了高分子聚乙烯受热分子链加长,电阻值随之增加(导电离子距离加大的原因),在中压10kV时添加PP(高分子聚丙烯)熔融温度150℃左右。只有英国AdvahcedPoubrcomponents等公司生产的产品和我公司生产的产品在性能上相差不大,他们生产的产品在国外高电压冲击场合应用,但价格非常昂贵。

2        高压高能实体电阻制造的技术途径

高压高能实体电阻由高分子材料、高分子PEPP等粘结相和导电相(石墨、碳粉、铜粉、银粉、ZnOBi2O3等)、填料相(氧化硅、Bi2O3)等复合环保材料根据不同电阻值或使用要求经过以下比例配比:高分子材料(如下图所示)15%-20%、氧化硅15%、碳粉10%-20%、铜粉3%-20%、银粉2-5%ZnO10%-20%Bi2O3 2%-5%、等加工制成高压高能实体电阻。高压高能实体电阻区别于膜式电阻和线绕电阻。通常情况下膜电阻是表面一层膜导电,而我公司生产的高压高能实体电阻是电阻整体导电。由于具有高分子材料,导体材料在电流、电压下发热,高分子链延长,电阻阻值变大,具有电感小,耐大电流,耐高压,过负荷能力强,电阻体热容比大等特点。

3        高压高能实体电阻结构原理

高压高能实体电阻,具有一个两端拧盖有铝制螺母的圆柱形环氧树脂绝缘外壳,其特征是在圆柱状环氧树脂绝缘外壳内压装有通过弹簧相连接的两个圆柱形实芯电阻。在实芯电阻的两端有圆形金属片,实芯电阻和金属片由导电的银层粘连。具体结构如图1,图2所示。

 

       

1 一种实心电阻的外结构尺寸                    2 套管内部电阻内芯结构

 

本实用新型所述的高压高能实体电阻由环氧树脂绝缘外套、铝制螺纹端头、实芯电阻和弹簧等组成。环氧树脂绝缘外壳两端与铝制的螺母连接。铝制螺纹端头与环氧树脂外套两端拧紧后压住内部的实芯电阻,在铝制螺纹端头中心开有用于与高压设备装接的螺丝口。实体电阻采用复合材料制成,分设于环氧树脂外套内的上下两端,在实芯电阻的外表涂敷有银层,在两实芯电阻之间夹置有弹簧,在实芯电阻和弹簧之间接设有金属片,金属片的直径等于实芯电阻的截面的直径。接触的部分用银浆和弹簧连接,增大其接触面积,使其过电流能力更强,性能更好。另外弹簧产生的空间及采用两端加有特殊排气孔装置的铝制金属帽,使其散热更快更好。该电阻器在高压下阻值变大,其具有短时间自恢复功能,属国内技术前列,吸收电能可达500J/cm3  

4        专业公司成长

高压高能实体电阻是由陕西双星电子科技宝乐彩票充值研制,具有自主知识产权的产品。主要材料是由我们研制的高分子材料、石墨、氧化硅、碳粉、铜粉、银粉等复合材料制成的一种新型实芯电阻。产品前身是我国击落军用飞机U2后发现的这种电阻材料,叫有机实芯电阻。它体积小,短时间过负荷能力强。国内在70年代末由军工4310厂引进法国生产线,生产1/2W2W的电阻,专供军用电子装备。我国发射的人造卫星中均有实体电阻的身影,高压高能实体电阻就是在这个基础上改进而成。

随着电力电子装备的发展需求,迫使双星电子科技在消化吸收的基础上,创新研制出高压高能实体电阻。功率达100W以上,耐冲击电流可达6000A,目前行驶的高速列车就有我公司生产的高压高能实体电阻。高压高能实体电阻也广泛应用于风力发电系统。部分产品的实物图如图3所示:

3 高能实心电阻实物照片

5        研发工作的新内容

实体电阻器理论和实践上证明:可用积木化搭建串联结构可用于高电压领域,也可以采用并联方式结构用于特大浪涌电流应用。现在公司专业人才正在做试验,相信很快就能实现这个理想。比如,采用热柱(热管散热器形式的一种)、水包压接串联联接、以及并联连接等不同组合方式,可大大拓展高能实体电阻的容量和应用领域。散热方式的介入也将大幅提升实体电阻的浪涌电流能力和热容比。今后,更新颖结构的高压高能实体电阻将很快被推广到高电压技术领域。

 

6        结论

高压高能实体电阻具有电感小,耐大电流,耐高压,过负荷能力强,电阻体热容量大等特点,已经广泛应用在在高压软启动(西安西驰股份责任宝乐彩票充值,襄阳腾辉电气宝乐彩票充值,上海地澳自动化宝乐彩票充值等),至今尚未出现过质量问题。使用我公司产品的企业也受益于产品质量的优越和价格方面的优势,近几年都有长足的发展。如今,很多领域都开始使用我们的产品,且产品质量也得到株洲南车时代电气股份宝乐彩票充值、国电南京南瑞集团公司、西安电力电子研究所、西安高压电器研究院责任宝乐彩票充值等权威部门的认可。产品已经成功用于高速火车上,电力电子晶闸管阻尼回路中已批量使用。我们将来还要加大推广的力度,比如应用于高速电力机车上,潜力是非常巨大的。由于电感小,耐高压,能量密度大,性能稳定,将来在世界范围内大规模应用于直流输电、风电、激光、高压开关等电力电子领域。我们会从结构设计的灵活性,满足不同用户的功率/能量设计要求。相信不久的将来,公司的产品还将大规模在高电压方面使用,甚至在超高压方面使用。对产品将来在高压领域的应用前景我们充满信心。

由于基本技术原理和性能独特,及项目技术独立性的优势,目前,在国内外还没有太强的竞争对手。我们会密切关注国内外最新技术发展动态,及时调整研发方向和发展战略,确保产品在行业中始终处于领先和导向地位,为推动中国电力电子技术的应用发展做出自己的贡献。

 

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