CN206148198U - 电介质绝缘磁极螺旋抗弧moa压敏电阻器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电介质绝缘磁极螺旋抗弧MOA压敏电阻器，压敏电阻器的芯片本体上设有电极，电极采用螺旋线形电极。螺旋式的芯片实验在50～180℃区间的实验中，没有出现过明火、没有出来一次的拉弧燃烧的现象发生，螺旋式MOV不仅有高3‑4倍的能量吸收能力，而且能持续持久的MOV的抗拉弧燃烧的能力，持续抗过电压时间是直线L式的1.7‑2.0倍，在150℃～174℃，超出了业界通常认为的压敏电阻可承受的温度范围。

Description

电介质绝缘磁极螺旋抗弧MOA压敏电阻器

技术领域

本实用新型公开一种压敏电阻器，特别是一种电介质绝缘磁极螺旋抗弧MOA压敏电阻器。

背景技术

MOV拉弧起火一直是压敏制造行业头疼的问题，其拉弧起火主要原因是：

压敏电阻的启动电流都是在毫安mA级别下就可以启动工作/拉弧，而电器路中里面所有的保险丝断开熔断器的断开时的工作电流都是在安培A级别下才启动断开保护，故而在电路自身产生的操作过电压(尤其电路中感性电路真空开断的电路如变频电路使其更容易产生)形成持续的谐振电压，它就可以使压敏电阻启动工作后，电路的工频电流持续加在压敏电阻上，当超过压敏电阻的工频耐受的承受范围，会引起毫安级别下压敏电阻开始拉弧起火，其弧外温度在1500-1600℃，弧中心温度达2500-3500℃，电路中的其它保护器件根本来不及反应，从而带来巨大的财产损失甚至危及生命，这种拉弧起火还不包括整体电器外部环境的电力系统里的过电压过电流(雷电直击感应)的影响部分。

在浪涌脉冲下，由于趋肤效应的影响，普通压敏的电流只在芯片外环状区通过，芯片中心成为空白，整体芯片的电流通过量大大减少，从而使得芯片的电性能整体没有得以充分发挥，同时也埋下了拉弧起火的弊端。

传统MOV的金属导线电极不合理的直线L式设计带来的种种弊端陈列如下：

1)电路的电流不能平稳引出到芯片电极表面，在L电极拐弯处形成电流应力冲击,L电极端头，由于尖端电场效应，这个部位的电场强度较高.

2)工频下芯片电极的涂银层水平电流密度不均匀，引起芯片电极面温度不一。中心部位电流密度高于周边部位；通常热击穿便多发生在这个部位；

3)在通过电流时，直线L式金属导体会产生热胀变形，导体电极膨胀沿导线累积，拉扯芯片的涂银层，造成破坏。

4)对芯片的散热性也不好。

5)引线端头呈开放性布置在芯片边缘，很容易形成芯片在引线端头附近拉弧穿孔。

实用新型内容

针对上述提到的现有技术中的压敏电阻器容易产生拉弧的问题，本实用新型提供一种电介质绝缘磁极螺旋抗弧MOA压敏电阻器，其采用螺旋线形的电极，可有效解决拉弧的问题。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：一种电介质绝缘磁极螺旋抗弧MOA压敏电阻器，压敏电阻器的芯片本体上设有电极，电极采用螺旋线形电极。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：

所述的芯片本体两侧设有涂银层，螺旋线形电极固定设置在芯片本体两侧得涂银层上。

所述的螺旋线形电极采用焊接的方式设置在涂银层上。

所述的螺旋线形电极在芯片本体内埋置。

所述的螺旋线形电极的引出端头设置在芯片本体边沿位置处或芯片本体的中心位置处，或设置在螺旋线形电极中的任意位置。

所述的螺旋线形电极采用平面等角螺旋线、平面等速螺旋线或无断开端头的双螺旋线。

所述的芯片本体两侧的螺旋线形电极朝向同一方向旋转，或者朝向不同方向旋转。

所述的螺旋线形电极采用空心金属螺旋线或者采用扁平金属螺旋引线。

本实用新型的有益效果是：累计冲击电流实验中，螺旋式芯片很少炸裂，螺旋式的失效温度为:106C，工频电压耐受升压实验伏秒(U-t)特性热击穿与电化学击穿试验中，螺旋引线在升压测试中能承受更高的工频电压，与直引线压敏电阻相比高10V-20V，加压比Rap(荷电率)最高可达1.33倍，螺旋式电极承受的最高温度在112-174C范围，且未见拉弧起火，只是引线掉芯片参数全无。螺旋式的芯片实验在50～180℃区间的实验中，没有出现过明火、没有出来一次的拉弧燃烧的现象发生，螺旋式MOV不仅有高3-4倍的能量吸收能力，而且能持续持久的MOV的抗拉弧燃烧的能力，持续抗过电压时间是直线L式的1.7-2.0倍，在150℃～174℃，完全超出了业界压敏电阻的承受温度的范围磁螺旋技术的有效性。

下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型实施例一立体结构示意图。

图2为本实用新型实施例二立体结构示意图。

图3为本实用新型导通时电子元器件体表电流分布示意图。

图4为现有技术中的压敏电阻导通时芯片体表电流分布示意图。

图5为本实用新型导通时电子元器件体内电流分布示意图。

图6为现有技术中的压敏电阻导通时芯片体内电流分布示意图。

图7为现有技术中的直线L式电子元器件电流导通路径与长度比较图。

图8为本实用新型中的螺旋式电子元器件的电流导通路径与长度比较图。

图中，1-电子元器件本体，2-涂银层，3-螺旋线形电极，4-电子分布。

具体实施方式

本实施例为本实用新型优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本实用新型保护范围之内。

请参看附图1，本实用新型中的电介质绝缘磁极螺旋抗弧MOA压敏电阻器主要包括芯片本体1和螺旋线形电极3，螺旋线形电极3固定设置在芯片本体1两侧，本实施例中，在芯片本体1两侧设有涂银层2，螺旋线形电极3固定设置在涂银层2上，本实施例中，螺旋线形电极3采用焊接的方式设置在涂银层2上，具体实施时，螺旋线形电极3也可以在芯片本体1内埋置。

本实施例中，螺旋线形电极3的引出端头设置在芯片本体1的中心位置处。

螺旋线形电极3的设置方式包括但不限于如下几种：

实施例一：本实施例中，螺旋线形电极3采用平面等角螺旋线；

实施例二：本实施例中，螺旋线形电极3采用平面等速螺旋线；

实施例三：本实施例中，螺旋线形电极3采用无断开端头的双螺旋线。

本实用新型中，设置在芯片本体1两侧的螺旋线形电极3朝向同一方向旋转，或者朝向不同方向旋转。本实施例中，螺旋线形电极3采用空心金属螺旋线或者采用扁平金属螺旋引线。本实施例中，螺旋线形电极3的引出端设置在芯片本体1边沿位置处，具体实施时，也可以将螺旋线形电极3的引出端设置在芯片本体1的中心位置，或者螺旋线形电极3中的任意位置。

请参看附图2至附图5，由图中可以看到导通时芯片体表及体内的电流分布可克服集肤效应。请参看附图6和附图7，通过直线L式MOV与螺旋式MOV的电流导通路径与长度比较可知，显然螺旋式MOV路径长度L’N>>直线L式MOV的路径长度L’N的长度，在实际的组件尺寸中，半径R>>厚度H，这也是螺旋式MOV在冲击实验8/20us和工频升压实验中优异表现的原因之一。

在两个金属相互接触时，真正接触点只有少数的点在实际接触电流，在接触点上流动，这些实际的接触的班点称之为导电班点，当金属做分开运动时，接触面积减少，那么另外还在接触状态的接触点电流逐渐增多，即电力线开始在接触点上收缩集中，必定产生附加电阻，引起接触点金属强烈发热，金属先是融化成液态金属桥，然后一部分变成蒸汽进入触头间隙中，加剧了电子的热发射，同时，触头间的电场强度会变得很高，阴极表面将产生高电场发射这两种，发射形成的大量的电子在电场的作用下电离，更多的电子和正离子电子进入阳极与正电荷复合释放能量，加热阳极正离子走向阴极，一方面产生高的电场和轰击阴极，另一方面从阴极取得电子进行复合释放能量加热阴极，以维持电子的热发射，另外一部分正离子和电子在间隙弧中复合，放出的能量以光的形式进行辐射，增加气体粒子的热运动，结果，间隙中气体温度越来越高，电导率越来越大，因而弧隙两端的电压降(湿弧电压)越来越小，直到间隙中产生的带电粒子数和复合与扩散作用消失的带电粒子数相等时，过程进入稳定状态，此时电弧稳定燃烧。

1、压敏电阻其主要功能是泄放浪涌冲击，将过电压降压限制到被保护的元气件范围内，其本身也吸收能量，对MOV来讲，能量吸收能力是其仅次于非线性参数的第二重要的性能，其以J·cm-3来度量吸收能量的大小，现在的压敏电阻吸收能量的水平视脉冲持续的时间的不同大概在200～250J·cm-3内，该吸收能量的使压敏电阻体的温度不会超过100℃，具体温度与压敏电阻的能量密度有关，并以130℃(约为403K)作为压敏电阻的极限温度，就可以计算出压敏电阻总的吸收能力，称之为“焓”，若以常温来计算起到130磁其·吸收能力为612J.cm-3，以绝对温度来计算其吸收能力的绝对上线为1215J.cm-3。

2、吸量三倍以上的提升：从已测试的升压结果数据来看，当MOV温度为T＝165℃时，其对应吸收能量能力为700J·m-3，所以螺旋式MOV的能量吸收能力是传统直线MOV的能量吸收能力：700J/250-200J＝2.8-3.5倍。

3、外施电压作用前后的压敏陶瓷的热刺激电流(TSC)结果是离子迁移学说的有力证据，经直流电压作用后，TSC曲线峰值温度出现在160-170℃，随着电场的增加，峰值温度向高温度方向移动，单位体积TSC积累最高温度为177℃，其后电流密度和电场强度都呈现下降趋势。

4、灭弧电压是避雷器最重要的设计参数依据，例如：采用多少只单位间隙，多少个阀片均系根据灭弧电压而不是根据其额度电压选定的。

灭弧电压应该大于避雷器安装点可能出现的最大工频电压，在中性点有效接地电路中，可能出现的最大工频电压只等于电网额定(线)电压的80％；而在电性点非有效接电电网中，发生一相接地故障时仍能继续运行，但另外两健全相的对地电压会升为线电压，如：这两相上的避雷器此时因雷击而动作，作用在它上面的最大工频电压将等于该电网额定(线)的电压的100％～110％。

常理上讲的加压比Rap：

螺旋结构与直线L结构都是采用的都是随机挑选同一生产厂家同类同一规格同批次的芯片制作的产品，在介质绝缘的固体电介质的击穿问题(电化学击穿)上，压敏电阻到了压敏电阻的工频耐受1.12-1.13Um时，工频稳定性一分钟后能否发生拉弧起火？质量好一些的压敏电阻的工频耐受到：1.15—1.18Um(加压比Rap:Um最大持续交流工作峰值电压与压敏电压Un之比)。

按道理，不应该出现完全不同、差别之大、背道而驰的意外现象。而且是人们一直最头疼的电流拉弧不见了，在电子电路中，金属导体间开断闭合时或接触不良时，电流会拉弧瞬间引发的电弧温度在1500℃～1600℃以上，弧中心温度至少在2000℃～3000℃以上，因此而造成的各种灾害与损失不少，而且严重危害到人们的生命安全。

螺旋式压敏产品在升压实验的实际验证中，MOV体表温度都过了其极限温度130℃线，都到了160～170℃都没有出现拉弧明火燃烧的现象，而直线导体电极结构芯片，在到达55℃～60℃左右这条规律温度线约10秒之后，都会100％拉弧起火发生剧烈燃烧。

5、经过工频实验的芯片(螺旋式)在经过150-170℃的实验后，测试其电性能参数时，全无，那么至少可证明芯片中的电介质成分结构已经发生了不可恢复的转变，即电介质的绝缘强度向低绝缘强度的导体的发展，不可能是绝缘强度向好的转变，这一点在能量守恒的角度是讲不过去的，变差的都不拉弧，原本电介质绝缘好的直线式都拉弧，那么肯定的可以讲抗拉弧能力的出现肯定有另外的因素在起作用，排除没变化的条件后只有螺旋电极的改动，即非它莫属，最重要的发现工作实验中意外收获发现抗拉弧。

首先，金属引线导体电极部分呈螺旋线式结构同芯片银层面焊接在一起，该结构的金属导体，当通过电流时，产生了垂直于芯片电极表面的轴向磁场以及径向电场，轴向磁场产生的洛伦兹的作用力，使得芯片体内的电子得以螺旋旋转前进并聚焦的方式运动，其旋转半径越小磁场越大，前进螺距、聚焦距离都分别受到电极中电流流动的大小产生的时变磁场和时变电场的影响。

在交流情况下，芯片体内的电子在轴向磁场作用下旋转运动前进，电子整个运动途径被延长，电流线变得更细更长，即使形成电流弧线，因其很细很容易被磁场吹断。

而实际情况，在螺旋式金属导体结构中流动电流形成的芯片轴向磁场，以及芯片上下电极面的电场，共同作用于芯片中运动传导的电子，使其获得能量，在芯片中做旋转(半径r)加速(v)前进(行程)。聚焦(焦距)时刻变化的动态运动，这一过程中，其运动半径越小的电子，其能量越高，而这些具有高能量的运动电子，更高的能量的额外获得，又是由来自于芯片导体中的磁场与电场，其磁场和电场的建立与大小，又取决于芯片电极的螺旋导体这一电极结构和这一结构中流动电流大小的变化，螺旋线具有电感式性质，天生对电流的大小变化很敏感起阻碍作用。

如果电流要拉弧成形，必须要从电流中获得能量来改变其旋转线路半径的大小，另外，引线端头在中心区域在对数曲线的涵义，其中心代表无限的可能接近能量的中心，那么想要拉弧的电子也必须要有无限的能量来打通两个金属端头的起弧通路，显然，这在单一的能量角度看到了其不可能性与局限性。

再者，螺旋线式的引线端头在中心区域布置端头，无限地接近芯片中心点，那么要在金属引线端头想拉弧的电子必须也要有无限小的旋转半径r，也就是说，该电子必须要具有无限的能量，显然更多的能量额外获得，在螺旋结构下要实现没那么容易。

Claims (8)

1.一种电介质绝缘磁极螺旋抗弧MOA压敏电阻器，其特征是：所述的压敏电阻器的芯片本体上设有电极，电极采用螺旋线形电极。

2.根据权利要求1所述的电介质绝缘磁极螺旋抗弧MOA压敏电阻器，其特征是：所述的芯片本体两侧设有涂银层，螺旋线形电极固定设置在芯片本体两侧得涂银层上。

3.根据权利要求2所述的电介质绝缘磁极螺旋抗弧MOA压敏电阻器，其特征是：所述的螺旋线形电极采用焊接的方式设置在涂银层上。

4.根据权利要求1所述的电介质绝缘磁极螺旋抗弧MOA压敏电阻器，其特征是：所述的螺旋线形电极在芯片本体内埋置。

5.根据权利要求1所述的电介质绝缘磁极螺旋抗弧MOA压敏电阻器，其特征是：所述的螺旋线形电极的引出端头设置在芯片本体边沿位置处或芯片本体的中心位置处，或设置在螺旋线形电极中的任意位置。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的电介质绝缘磁极螺旋抗弧MOA压敏电阻器，其特征是：所述的螺旋线形电极采用平面等角螺旋线、平面等速螺旋线或无断开端头的双螺旋线。

7.根据权利要求1至5中任意一项所述的电介质绝缘磁极螺旋抗弧MOA压敏电阻器，其特征是：所述的芯片本体两侧的螺旋线形电极朝向同一方向旋转，或者朝向不同方向旋转。

8.根据权利要求1至5中任意一项所述的电介质绝缘磁极螺旋抗弧MOA压敏电阻器，其特征是：所述的螺旋线形电极采用空心金属螺旋线或者采用扁平金属螺旋引线。