Nadprúdová ochrana PTC termistor

Nadprúdová ochrana PTC termistor

Prehľad produktov
Nadprúdová ochrana Termistory PTC sú ochranné komponenty, ktoré automaticky chránia pred abnormálnymi teplotami a prúdmi, a sú všeobecne známe ako “resetovateľné poistky” alebo “10,000-časové poistky.” Nahrádzajú tradičné poistky a sú široko používané na ochranu motorov nad prúdom a prehriatím, transformátory, spínacie zdroje, elektronické obvody, a ďalšie aplikácie. Nadprúdová ochrana PTC termistory znižujú zvyškový prúd obmedzením straty energie v celom obvode prostredníctvom náhlej zmeny odporu. Zatiaľ čo tradičné poistky sa nemôžu automaticky resetovať po prerušení obvodu, nadprúdová ochrana PTC termistory sa po odstránení poruchy vrátia do stavu predbežnej ochrany. Ak sa chyba zopakuje, môžu obnoviť svoju funkciu ochrany proti nadprúdu a prehriatiu.

Pri výbere nadprúdovej ochrany PTC termistora ako komponentu nadprúdovej a prehriatej ochrany, najprv určte maximálny normálny prevádzkový prúd obvodu (nepracovný prúd termistora PTC) a maximálnu teplotu okolia v mieste inštalácie PTC termistora (počas bežnej prevádzky). Ďalej, zvážte ochranný prúd (T.j., vypínací prúd nadprúdového ochranného PTC termistora), maximálne prevádzkové napätie, a menovitý odpor pri nulovom výkone. Mali by sa zvážiť aj faktory, ako sú rozmery komponentov. Nasledujúci obrázok ukazuje vzťah medzi prevádzkovou teplotou okolia, nevypínací prúd, a vypínací prúd.

PTC termistor pre nadprúdovú ochranu

PTC termistorový nadprúdový ochranný disk 0R30 24V 1,8A 120C nahrádza Siemens

1000V PTC termistor MZ8, 100 200R 75 Stupne, 1KV, Nadprúdová ochrana, Odolná keramika

Princíp aplikácie
Keď obvod funguje normálne, prúd tečúci cez termistor PTC nadprúdovej ochrany je menší ako menovitý prúd. PTC termistor udržuje nízky odpor a neovplyvňuje normálnu činnosť chráneného obvodu. Keď dôjde k poruche obvodu a prúd výrazne prekročí menovitý prúd, termistor PTC sa náhle zahreje, za predpokladu stavu vysokého odporu, umiestnenie okruhu v relatívne “vypnuté” stavu a tým ho chráni pred poškodením. Akonáhle je porucha vyriešená, termistor PTC sa automaticky vráti do stavu s nízkym odporom, a okruh obnoví normálnu prevádzku.

Obrázok 2 ukazuje voltampérovú charakteristiku a krivku zaťaženia pre obvod počas normálnej prevádzky. Z bodu A do bodu B, napätie aplikované na PTC termistor sa postupne zvyšuje, a prúd, ktorý ňou preteká, sa tiež lineárne zvyšuje, čo naznačuje, že odpor PTC termistora zostáva v podstate nezmenený, zostávajúce v stave s nízkym odporom. Z bodu B do bodu E, napätie sa postupne zvyšuje, a odpor PTC termistora sa rýchlo zvyšuje v dôsledku vytvárania tepla. Rýchlo klesá aj prúd, ktorý ním preteká, čo znamená, že termistor PTC vstúpil do stavu ochrany. Ak je normálna krivka zaťaženia pod bodom B, termistor PTC neprejde do stavu ochrany.

Vo všeobecnosti, existujú tri typy nadprúdovej a prehriatej ochrany:

1. Súčasný nadprúd (Obrázok 3): RL1 je krivka zaťaženia počas normálnej prevádzky. Keď odpor záťaže klesá, ako napríklad pri skrate vedenia transformátora, krivka zaťaženia sa mení z RL1 na RL2, prekročenie bodu B, a termistor PTC prejde do stavu ochrany.

2. Nadprúd napätia (Obrázok 4): Keď sa zvýši napätie napájacieho zdroja, ako keď 220V elektrické vedenie náhle stúpne na 380V, krivka zaťaženia sa mení z RL1 na RL2, prekročenie bodu B, a termistor PTC prejde do stavu ochrany.

3. Prehriatie (Obrázok 5): Keď teplota okolia stúpne nad určitú hranicu, voltampérová charakteristika termistora PTC sa mení z A-B-E na A-B1-F. Keď krivka zaťaženia RL prekročí bod B1, termistor PTC prejde do ochranného režimu.

Schéma nadprúdového ochranného obvodu

Parametre modelu

Univerzálny PTC termistor pre nadprúdovú ochranu

Schéma obvodu nadprúdovej ochrany PTC

Sprievodca výberom termistorov PTC pre nadprúdovú ochranu

Modelové parametre nadprúdového ochranného termistora PTC

1. Maximálne prevádzkové napätie
Keď je PTC termistor zapojený do série v obvode, počas normálnej prevádzky na ňom zostáva len malá časť napätia. Keď sa termistor PTC aktivuje a prevezme stav vysokého odporu, musí vydržať takmer celé napájacie napätie. Preto, pri výbere PTC termistora, uistite sa, že má dostatočne vysoké maximálne prevádzkové napätie, pričom sa berie do úvahy aj potenciálne kolísanie napätia napájacieho zdroja.

2. Neprevádzkový prúd a prevádzkový prúd
Na zabezpečenie spoľahlivého spínania, vypínací prúd musí byť aspoň dvojnásobkom neprevádzkového prúdu.
Pretože okolitá teplota výrazne ovplyvňuje neprevádzkové aj prevádzkové prúdy (pozri obrázok nižšie), treba zvážiť najhoršie možné scenáre. Neprevádzkový prúd by sa mal zvoliť pri maximálnej povolenej teplote okolia, zatiaľ čo prevádzkový prúd by mal byť zvolený pri nižšej teplote okolia.

3. Maximálny povolený prúd pri maximálnom prevádzkovom napätí
Keď je na vykonávanie ochrannej funkcie potrebný PTC termistor, skontrolujte, či v obvode nie sú podmienky, ktoré by mohli generovať prúdy prekračujúce maximálnu povolenú hodnotu. Vo všeobecnosti sa to týka situácií, keď existuje riziko skratu. Technický list špecifikuje maximálnu hodnotu prúdu. Prekročenie tejto hodnoty môže poškodiť alebo predčasne zlyhať PTC termistor.

4. Spínacia teplota (Curieova teplota)
Ponúkame nadprúdové ochranné prvky s Curieovými teplotami 80°C, 100° C, 120° C, a 140 °C. Neprevádzkový prúd závisí od Curieho teploty a priemeru čipu PTC termistora. Na zníženie nákladov, mali by sa zvoliť komponenty s vysokými Curieho teplotami a malými rozmermi. Ďalej, treba zvážiť, či vysoká povrchová teplota takéhoto PTC termistora môže spôsobiť nežiaduce vedľajšie účinky v obvode. Vo všeobecnosti, Curieova teplota by mala prekročiť maximálnu okolitú prevádzkovú teplotu o 20 do 40 °C.

5. Vplyv na životné prostredie

Pri vystavení chemikáliám alebo pri použití zalievacích zmesí alebo plnív, treba postupovať mimoriadne opatrne. To môže znížiť účinnosť PTC termistora v dôsledku redukcie keramiky titaničitanu bárnatého. Zmeny tepelnej vodivosti spôsobené zalievaním môžu tiež viesť k lokálnemu prehriatiu a poškodeniu.

Dodatok: Príklad výberu PTC termistora pre nadprúdovú ochranu výkonového transformátora

Výkonový transformátor má primárne napätie 220V, sekundárne napätie 16V, a sekundárny prúd 1,5A. Počas sekundárneho nadprúdového stavu, primárny prúd je približne 350 mA, a ochrana by mala byť aktivovaná v rámci 10 minúta. Prevádzková teplota transformátora sa pohybuje od -10°C do 40°C, s nárastom teploty o 15°C až 20°C počas bežnej prevádzky. PTC termistor je inštalovaný v blízkosti transformátora. Vyberte PTC termistor pre primárnu ochranu.

1. Určite maximálne prevádzkové napätie

Prevádzkové napätie transformátora je 220V. Berúc do úvahy kolísanie napájania, maximálne prevádzkové napätie by malo byť 220V x (1 + 20%) = 264 V.

Maximálne prevádzkové napätie PTC termistora je 265V.

2. Určite neprevádzkový prúd

Výpočty a merania ukazujú, že primárny prúd transformátora je pri bežnej prevádzke 125 mA. Vzhľadom na to, že teplota okolia v mieste inštalácie termistora PTC môže dosiahnuť až 60 °C, neprevádzkový prúd pri 60°C by mal byť 130-140mA.

3. Stanovenie prevádzkového prúdu

Vzhľadom na to, že teplota okolia v mieste inštalácie termistora PTC môže dosiahnuť až -10 °C alebo 25 °C, prevádzkový prúd by mal byť 340-350mA pri -10°C alebo 25°C, s prevádzkovou dobou približne 5 minúta.

4. Určenie menovitého odporu s nulovým výkonom R25

Keď je PTC termistor zapojený do série s primárnym, generovaný pokles napätia by mal byť minimalizovaný. Vlastná tvorba tepla termistora PTC by sa mala tiež minimalizovať. Vo všeobecnosti, úbytok napätia PTC termistora by mal byť menší ako 1% z celkového napájania. R25 sa vypočíta nasledovne:

220V × 1% ÷ 0,125A = 17,6Ω

5. Určenie maximálneho prúdu

Podľa skutočných meraní, keď je sekundárny transformátor skratovaný, primárny prúd môže dosiahnuť 500 mA. Berúc do úvahy zvýšený prúd pretekajúci primárnou cievkou, keď dôjde k čiastočnému skratu, maximálny prúd PTC termistora by mal byť nad 1A.

6. Určite Curieho teplotu a rozmery
Vzhľadom na to, že teplota okolia v mieste inštalácie termistora PTC môže dosiahnuť až 60 °C, pri voľbe Curieovej teploty pridajte k tejto hodnote 40 °C, čo má za následok Curieho teplotu 100 °C. Však, vzhľadom na náklady a skutočnosť, že termistor PTC nie je inštalovaný vo vinutí transformátora, jeho vyššia povrchová teplota nebude mať nepriaznivý vplyv na transformátor, takže je možné zvoliť Curieho teplotu 120 °C. To umožňuje zmenšiť priemer PTC termistora, zníženie nákladov.

7. Určite model PTC termistora
Na základe vyššie uvedených požiadaviek, po konzultácii so špecifikáciami našej spoločnosti, vybrali sme MZ11-10P15RH265. Teda: maximálne prevádzkové napätie 265V, menovitý odpor pri nulovom výkone 15Ω ± 25%, neprevádzkový prúd 140 mA, prevádzkový prúd 350 mA, maximálny prúd 1,2A, Curieova teplota 120°C, a maximálna veľkosť ø11,0 mm.

Režimy zlyhania PTC
Existujú dva hlavné ukazovatele na meranie spoľahlivosti PTC termistorov:

A. Odolná kapacita napätia: Prekročenie špecifikovaného napätia môže spôsobiť skrat a poruchu PTC termistora. Použitie vysokého napätia eliminuje produkty s odolnosťou voči nízkemu napätiu, zabezpečenie, že PTC termistory sú bezpečné pod maximálnym prevádzkovým napätím (Vmax).
B. Aktuálna výdrž: Prekročenie špecifikovaného prúdu alebo počtu spínacích cyklov môže spôsobiť, že PTC termistor vykáže nezvratný stav vysokého odporu a zlyhá. Cyklické testovanie zapnutia a vypnutia nemôže úplne eliminovať predčasné zlyhania.

Za stanovených prevádzkových podmienok, termistor PTC vykazuje po poruche stav vysokého odporu. Dlhodobá aplikácia napätia na PTC termistor (vo všeobecnosti väčšia ako 1000 hodiny) má za následok minimálne zvýšenie jeho odporu pri izbovej teplote. Tento nárast je výraznejší u vykurovacích telies PTC s Curieho teplotou presahujúcou 200 °C. Okrem PTC vykurovacích telies, primárnou príčinou zlyhania PTC je praskanie napätím v strede keramiky počas prepínania. Počas prevádzky PTC termistora, nerovnomerné rozloženie teploty, rezistivita, elektrické pole, a hustota výkonu v PTC keramike vedú k vysokému namáhaniu v strede, čo má za následok delamináciu a praskanie.