限流装置制造方法及图纸

一种限流装置，这样地进行非线性选择，即选择其中至少一个薄层比其它层的电阻高。在垂直于被选薄层的方向上对混合材料施加压力。在短路期间，被选薄层的绝热性电阻加热引起迅速热膨胀，它导致在所选薄层处限流装置的局部或全部物理分离，这将对电流产生整个装置的高电阻。因此该限流装置限制了短路电流。当短路被排除时，该限流装置重返其低阻状态，以允许电流正常流过。对于这种短路状态本发明专利技术的限流装置可重复使用多次。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总地涉及包括电力分配及电动机控制应用之通用电路的保护装置，尤其是涉及能适合多种应用的、简单的、可再次使用的、有低成本潜力的装置，更具体地说，涉及使用导电合成材料及非均匀分布电阻结构及用于系统电压等于或大于100V、短路电流等于或大于100A的相对大功率应用的限流装置。已具有各种在发生短路时限制电路中电流的装置。目前使用的一种限流装置包括加填料的聚合物材料，该材料呈现通常称为PTCR正电阻温度系数)或PTC的效应。该PTCR或PTC效应的独特性能是在一定转换温度时，PTCR材料经历从非常导电材料到非常电阻性材料的变换。在某些这类现有的限流装置中，RTCR材料(典型为如有碳黑的聚乙烯)被放置在压力接触电极之间。在工作时，该现有的限流装置被设置在待被保护的电路中。在正常电路条件下，限流装置处于高导电状态。当短路发生时，PTCR材料通过电阻加热变热，直到温度超过一转换温度。在该点上，PTCR材料的电阻变成高阻状态并限制了短路电流。当短路被清除时，该限流装置将冷却到低于转换温度，并回到高导电状态。在高导电状态时，该限流装置能再次响应以后的短路事故进行转换。美国专利US 5,382,938描述了一种PTC元件，它包括一个具有正温度系数的导电聚合物合成主体，该主体限定了两个平行的端面及处于与这些端面相接触以使电流通过主体的两个电极。聚合物合成主体包括聚合物材料及分布在聚合物材料中的导电粉末材料。“PTC元件”的措词是被认可的表达，它用于如US专利5382938中附图说明图1所示的呈具有一转换温度的正电阻温度系数的元件。主体两平行面中至少有一个是自由地与一个电极或另一导电聚合物合成主体的一个平行表面相接触。一个压力装置将压力直接垂直地施加在该主体或几个主体和电极的平行表面上。该压力装置最好设有具有弹性性能的施压装置。在遭到短路电流后，并在由低阻变成高阻状态后，PTC元件回到初始电阻值并可再次使用。聚合物合成主体(或几个主体)的平行表面可以是同心的。PTC元件用在电路中作为过流保护。美国专利US 5313184描述了一种电阻，它具有设置在两接触端之间的电阻体。该电阻芯体包括一个具有PTC性能的元件它在低于材料特定温度时，形成流过两接触端之间的导电通路。该电阻可以简单构成并价廉，但仍可具有对局部或整体过电压进行保护的高定额载流能力。这是由于电阻芯体附加地包含具有压敏电阻特性的材料获得的。该压敏电阻材料至少与导电路径的一个局部相连接，形成至少一个压敏电阻并与形成至少一个局部的PTC材料部分形成紧密的电接触。具有PTC性能的元件与压敏电阻的并联可以通过显微结构及显微布置来实现。欧洲专利0640995 A1描述了一种电阻元件，它包含具有PTC性能并设置在两个受到压力的板状平行电极之间的电阻性材料，其中电阻性材料由聚合物基体及两种由导电粒子构成的填充成分组成，这两种填充成分被埋置在聚合物基体中。在有短路电流的情况下，在限定温度值以上时，在位于电极上并至少包含两种填充成分中的第一种填充成分的表面层中电阻性材料的电阻率以阶梯状方式发生变化。对两种填充成分中的第二种成分这样地选择，即包含至少一种聚合物基体及第二填充成分的混合材料显示出具有相对表面层高出至少一个数值等级的阶梯特性的PTC性能。与此同时，该混合材料具有电阻率比由聚合物基体与第一种填充成分构成的混合材料的电阻率低一个数值等级。尽管具有上述涉及PTC性能的限流装置的尝试，以便提供较简单的较耐久的限流装置，但仍存在着对更简单、更耐久，可再次使用的、低成本潜力的限流装置的需要，以用于能适合多种应用的在配电及电机控制应用方面的通用电路保护。这种装置应能保护至少多于一次短路的电路，并最好保护多次短路，它不需要呈现PTCR效应的材料并可用于100至500伏或更高的高电压。限流装置被用于许多应用场合来保护电路中的敏感元器件以免流过大故障电路。其应用范围包括从低电压/电流电路到高电压/电流的配电系统。本专利技术提供一种简单的、可再次使用的、低成本潜力的限流装置，该装置可适用于多路应用。本专利技术的一个实施例包括一种限流装置，它包括一个不具有PTC效应的并包括导电填充物的导电混合材料；至少两个相对混合材料可操作定位的电极；在外电极之间可操作定位的非均匀分布电阻；及在导电混合材料上施加压力的装置。因此本专利技术的目的是提供一种包括不呈现任何PTC效应的材料的限流器。本专利技术的另外目的及其优点在以下的说明，附图及附设权利要求书中将予以阐明。图1是表示根据本专利技术的限流装置的示意图；图2是表示用于仿真一短路状态的电压脉冲的波形图；图3是表示当图2中所示的电压脉冲施加于图1中的限流装置时流经该图示限流装置的电流及降落在该限流装置上的电压的波形图；图4是表示仿真的短路装置的早期区域的波形图；图5是表示图1中限流装置的电阻值作为时间函数的曲线图；图6是表示当仿真短路状态的约500V的电压脉冲施加在图1的限流装置上并且该装置是由填充镍的环氧材料作为导电混合材料时，流过及降落在限流装置上的电流及电压的波形图；图7是表示由图6中数据的电压波形除以电流波形所获得的图1中限流装置的电阻曲线；及图8是表示将幅值约370V延续时间为150毫秒的60HzAC电压施加于图1的限流装置所得到的电流及电压波形图。本专利技术包括的限流装置使用包含低热解或汽化温度的粘接剂及导电填充料并结合非均匀分布电阻结构的混合材料。对粘接剂应这样地选择，即在低的(＜800℃)温度下能析出大量的气体。典型地这样来选择非均匀分布结构，即，使得该限流装置的至少一个被选择的薄层具有比该限流装置的其余部分大得多的电阻。虽然不希望受理论的束搏，但相信，本专利技术有利后果的获得是因为在短路期间，被选择薄层的绝热性的电阻加热并接着快速的热膨胀及气体从粘接材料中析出，这导致在被选择薄层上该限流装置的局部或完全的物理隔离，它产生了对流过电流高的整体装置电阻。因此该限流装置限制了流过短路电流通路的电流。当短路被外部措施清除时，可以认为，由于在限流装置中建立的压缩力使限流装置再回到低电阻状态，并由此使电流正常流过。对于这样的短路状态，主要依赖于诸如每次短路的强度及持续时间，本专利技术的限流装置可再次使用若干次。本专利技术将通过对下面例子的考虑被进一步的阐明，它们意在作为纯粹使用本专利技术的例子。根据本专利技术的一个例子，限流装置是使用导电混合材料这样构成的，即通过整个装置具有非均匀的电阻分布。为了使该装置作为可再次使用的限流装置正确地工作，应这样地设置非均匀电阻分布，即至少限流装置中的一个薄层垂直于电流流经方向放置并具有比装置中相同尺寸及相同定向的平均层的平均电阻大得多的电阻值。此外，该限流装置必须在垂直于所选择薄的高电阻层的方向上接收压缩力。根据本专利技术的限流装置的一个例子包括具有低热解温度的粘接剂及导电填充物的高导电混合材料，该材料与电极压力的接触并在材料与一个或两个电极之间具有显著的接触电阻。在工作时，该装置与被保护电路形成串联。正常工作期间，该限流装置的电阻值为低(在该例中，该限流装置的电阻值等于高导电混合材料的电阻加电极电阻再加接触电阻)。当发生短路时，大电流密度开始流经该装置。在短路初始阶段，装置的电阻加热被认为是绝热的。因此，可以认为，所选择的限流装置的大电阻薄层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种限流装置，包括：一种具有非ＰＴＣ效应并包括导电填充料的导电混合材料；至少两个在工作上相对混合材料定位的电极；在工作上定位在两外电极之间的非均匀电阻分布；及在导电混合材料上施加压力的装置。２．根据权利要求１所述的装置，其中非均匀电阻分布这样设置，即使得至少垂直于电流方向定位的一个薄层具有比装置中相同尺寸及相同定向的平均层的平均电阻大得多的电阻值。

【技术特征摘要】
US 1995-8-11 5140761.一种限流装置，包括一种具有非PTC效应并包括导电填充料的导电混合材料；至少两个在工作上相对混合材料定位的电极；在工作上定位在两外电极之间的非均匀电阻分布；及在导电混合材料上施加压力的装置。2.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：AR杜加尔，LM莱文森，HJ帕兴，LN路易斯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]