電介質絕緣磁極螺旋抗弧MOA壓敏電阻器的製作方法

2023-06-07 20:36:36

本實用新型公開一種壓敏電阻器，特別是一種電介質絕緣磁極螺旋抗弧MOA壓敏電阻器。

背景技術：

MOV拉弧起火一直是壓敏製造行業頭疼的問題，其拉弧起火主要原因是：

壓敏電阻的啟動電流都是在毫安mA級別下就可以啟動工作/拉弧，而電器路中裡面所有的保險絲斷開熔斷器的斷開時的工作電流都是在安培A級別下才啟動斷開保護，故而在電路自身產生的操作過電壓(尤其電路中感性電路真空開斷的電路如變頻電路使其更容易產生)形成持續的諧振電壓，它就可以使壓敏電阻啟動工作後，電路的工頻電流持續加在壓敏電阻上，當超過壓敏電阻的工頻耐受的承受範圍，會引起毫安級別下壓敏電阻開始拉弧起火，其弧外溫度在1500-1600℃，弧中心溫度達2500-3500℃，電路中的其它保護器件根本來不及反應，從而帶來巨大的財產損失甚至危及生命，這種拉弧起火還不包括整體電器外部環境的電力系統裡的過電壓過電流(雷電直擊感應)的影響部分。

在浪湧脈衝下，由於趨膚效應的影響，普通壓敏的電流只在晶片外環狀區通過，晶片中心成為空白，整體晶片的電流通過量大大減少，從而使得晶片的電性能整體沒有得以充分發揮，同時也埋下了拉弧起火的弊端。

傳統MOV的金屬導線電極不合理的直線L式設計帶來的種種弊端陳列如下：

1)電路的電流不能平穩引出到晶片電極表面，在L電極拐彎處形成電流應力衝擊,L電極端頭，由於尖端電場效應，這個部位的電場強度較高.

2)工頻下晶片電極的塗銀層水平電流密度不均勻，引起晶片電極面溫度不一。中心部位電流密度高於周邊部位；通常熱擊穿便多發生在這個部位；

3)在通過電流時，直線L式金屬導體會產生熱脹變形，導體電極膨脹沿導線累積，拉扯晶片的塗銀層，造成破壞。

4)對晶片的散熱性也不好。

5)引線端頭呈開放性布置在晶片邊緣，很容易形成晶片在引線端頭附近拉弧穿孔。

技術實現要素：

針對上述提到的現有技術中的壓敏電阻器容易產生拉弧的問題，本實用新型提供一種電介質絕緣磁極螺旋抗弧MOA壓敏電阻器，其採用螺旋線形的電極，可有效解決拉弧的問題。

本實用新型解決其技術問題採用的技術方案是：一種電介質絕緣磁極螺旋抗弧MOA壓敏電阻器，壓敏電阻器的晶片本體上設有電極，電極採用螺旋線形電極。

本實用新型解決其技術問題採用的技術方案進一步還包括：

所述的晶片本體兩側設有塗銀層，螺旋線形電極固定設置在晶片本體兩側得塗銀層上。

所述的螺旋線形電極採用焊接的方式設置在塗銀層上。

所述的螺旋線形電極在晶片本體內埋置。

所述的螺旋線形電極的引出端頭設置在晶片本體邊沿位置處或晶片本體的中心位置處，或設置在螺旋線形電極中的任意位置。

所述的螺旋線形電極採用平面等角螺旋線、平面等速螺旋線或無斷開端頭的雙螺旋線。

所述的晶片本體兩側的螺旋線形電極朝向同一方向旋轉，或者朝向不同方向旋轉。

所述的螺旋線形電極採用空心金屬螺旋線或者採用扁平金屬螺旋引線。

本實用新型的有益效果是：累計衝擊電流實驗中，螺旋式晶片很少炸裂，螺旋式的失效溫度為:106C，工頻電壓耐受升壓實驗伏秒(U-t)特性熱擊穿與電化學擊穿試驗中，螺旋引線在升壓測試中能承受更高的工頻電壓，與直引線壓敏電阻相比高10V-20V，加壓比Rap(荷電率)最高可達1.33倍，螺旋式電極承受的最高溫度在112-174C範圍，且未見拉弧起火，只是引線掉晶片參數全無。螺旋式的晶片實驗在50～180℃區間的實驗中，沒有出現過明火、沒有出來一次的拉弧燃燒的現象發生，螺旋式MOV不僅有高3-4倍的能量吸收能力，而且能持續持久的MOV的抗拉弧燃燒的能力，持續抗過電壓時間是直線L式的1.7-2.0倍，在150℃～174℃，完全超出了業界壓敏電阻的承受溫度的範圍磁螺旋技術的有效性。

下面將結合附圖和具體實施方式對本實用新型做進一步說明。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例一立體結構示意圖。

圖2為本實用新型實施例二立體結構示意圖。

圖3為本實用新型導通時電子元器件體表電流分布示意圖。

圖4為現有技術中的壓敏電阻導通時晶片體表電流分布示意圖。

圖5為本實用新型導通時電子元器件體內電流分布示意圖。

圖6為現有技術中的壓敏電阻導通時晶片體內電流分布示意圖。

圖7為現有技術中的直線L式電子元器件電流導通路徑與長度比較圖。

圖8為本實用新型中的螺旋式電子元器件的電流導通路徑與長度比較圖。

圖中，1-電子元器件本體，2-塗銀層，3-螺旋線形電極，4-電子分布。

具體實施方式

本實施例為本實用新型優選實施方式，其他凡其原理和基本結構與本實施例相同或近似的，均在本實用新型保護範圍之內。

請參看附圖1，本實用新型中的電介質絕緣磁極螺旋抗弧MOA壓敏電阻器主要包括晶片本體1和螺旋線形電極3，螺旋線形電極3固定設置在晶片本體1兩側，本實施例中，在晶片本體1兩側設有塗銀層2，螺旋線形電極3固定設置在塗銀層2上，本實施例中，螺旋線形電極3採用焊接的方式設置在塗銀層2上，具體實施時，螺旋線形電極3也可以在晶片本體1內埋置。

本實施例中，螺旋線形電極3的引出端頭設置在晶片本體1的中心位置處。

螺旋線形電極3的設置方式包括但不限於如下幾種：

實施例一：本實施例中，螺旋線形電極3採用平面等角螺旋線；

實施例二：本實施例中，螺旋線形電極3採用平面等速螺旋線；

實施例三：本實施例中，螺旋線形電極3採用無斷開端頭的雙螺旋線。

本實用新型中，設置在晶片本體1兩側的螺旋線形電極3朝向同一方向旋轉，或者朝向不同方向旋轉。本實施例中，螺旋線形電極3採用空心金屬螺旋線或者採用扁平金屬螺旋引線。本實施例中，螺旋線形電極3的引出端設置在晶片本體1邊沿位置處，具體實施時，也可以將螺旋線形電極3的引出端設置在晶片本體1的中心位置，或者螺旋線形電極3中的任意位置。

請參看附圖2至附圖5，由圖中可以看到導通時晶片體表及體內的電流分布可克服集膚效應。請參看附圖6和附圖7，通過直線L式MOV與螺旋式MOV的電流導通路徑與長度比較可知，顯然螺旋式MOV路徑長度L』N>>直線L式MOV的路徑長度L』N的長度，在實際的組件尺寸中，半徑R>>厚度H，這也是螺旋式MOV在衝擊實驗8/20us和工頻升壓實驗中優異表現的原因之一。

在兩個金屬相互接觸時，真正接觸點只有少數的點在實際接觸電流，在接觸點上流動，這些實際的接觸的班點稱之為導電班點，當金屬做分開運動時，接觸面積減少，那麼另外還在接觸狀態的接觸點電流逐漸增多，即電力線開始在接觸點上收縮集中，必定產生附加電阻，引起接觸點金屬強烈發熱，金屬先是融化成液態金屬橋，然後一部分變成蒸汽進入觸頭間隙中，加劇了電子的熱發射，同時，觸頭間的電場強度會變得很高，陰極表面將產生高電場發射這兩種，發射形成的大量的電子在電場的作用下電離，更多的電子和正離子電子進入陽極與正電荷複合釋放能量，加熱陽極正離子走向陰極，一方面產生高的電場和轟擊陰極，另一方面從陰極取得電子進行複合釋放能量加熱陰極，以維持電子的熱發射，另外一部分正離子和電子在間隙弧中複合，放出的能量以光的形式進行輻射，增加氣體粒子的熱運動，結果，間隙中氣體溫度越來越高，電導率越來越大，因而弧隙兩端的電壓降(溼弧電壓)越來越小，直到間隙中產生的帶電粒子數和複合與擴散作用消失的帶電粒子數相等時，過程進入穩定狀態，此時電弧穩定燃燒。

1、壓敏電阻其主要功能是洩放浪湧衝擊，將過電壓降壓限制到被保護的元氣件範圍內，其本身也吸收能量，對MOV來講，能量吸收能力是其僅次於非線性參數的第二重要的性能，其以J·cm-3來度量吸收能量的大小，現在的壓敏電阻吸收能量的水平視脈衝持續的時間的不同大概在200～250J·cm-3內，該吸收能量的使壓敏電阻體的溫度不會超過100℃，具體溫度與壓敏電阻的能量密度有關，並以130℃(約為403K)作為壓敏電阻的極限溫度，就可以計算出壓敏電阻總的吸收能力，稱之為「焓」，若以常溫來計算起到130磁其·吸收能力為612J.cm-3，以絕對溫度來計算其吸收能力的絕對上線為1215J.cm-3。

2、吸量三倍以上的提升：從已測試的升壓結果數據來看，當MOV溫度為T＝165℃時，其對應吸收能量能力為700J·m-3，所以螺旋式MOV的能量吸收能力是傳統直線MOV的能量吸收能力：700J/250-200J＝2.8-3.5倍。

3、外施電壓作用前後的壓敏陶瓷的熱刺激電流(TSC)結果是離子遷移學說的有力證據，經直流電壓作用後，TSC曲線峰值溫度出現在160-170℃，隨著電場的增加，峰值溫度向高溫度方向移動，單位體積TSC積累最高溫度為177℃，其後電流密度和電場強度都呈現下降趨勢。

4、滅弧電壓是避雷器最重要的設計參數依據，例如：採用多少只單位間隙，多少個閥片均系根據滅弧電壓而不是根據其額度電壓選定的。

滅弧電壓應該大於避雷器安裝點可能出現的最大工頻電壓，在中性點有效接地電路中，可能出現的最大工頻電壓只等於電網額定(線)電壓的80％；而在電性點非有效接電電網中，發生一相接地故障時仍能繼續運行，但另外兩健全相的對地電壓會升為線電壓，如：這兩相上的避雷器此時因雷擊而動作，作用在它上面的最大工頻電壓將等於該電網額定(線)的電壓的100％～110％。

常理上講的加壓比Rap：

螺旋結構與直線L結構都是採用的都是隨機挑選同一生產廠家同類同一規格同批次的晶片製作的產品，在介質絕緣的固體電介質的擊穿問題(電化學擊穿)上，壓敏電阻到了壓敏電阻的工頻耐受1.12-1.13Um時，工頻穩定性一分鐘後能否發生拉弧起火？質量好一些的壓敏電阻的工頻耐受到：1.15—1.18Um(加壓比Rap:Um最大持續交流工作峰值電壓與壓敏電壓Un之比)。

按道理，不應該出現完全不同、差別之大、背道而馳的意外現象。而且是人們一直最頭疼的電流拉弧不見了，在電子電路中，金屬導體間開斷閉合時或接觸不良時，電流會拉弧瞬間引發的電弧溫度在1500℃～1600℃以上，弧中心溫度至少在2000℃～3000℃以上，因此而造成的各種災害與損失不少，而且嚴重危害到人們的生命安全。

螺旋式壓敏產品在升壓實驗的實際驗證中，MOV體表溫度都過了其極限溫度130℃線，都到了160～170℃都沒有出現拉弧明火燃燒的現象，而直線導體電極結構晶片，在到達55℃～60℃左右這條規律溫度線約10秒之後，都會100％拉弧起火發生劇烈燃燒。

5、經過工頻實驗的晶片(螺旋式)在經過150-170℃的實驗後，測試其電性能參數時，全無，那麼至少可證明晶片中的電介質成分結構已經發生了不可恢復的轉變，即電介質的絕緣強度向低絕緣強度的導體的發展，不可能是絕緣強度向好的轉變，這一點在能量守恆的角度是講不過去的，變差的都不拉弧，原本電介質絕緣好的直線式都拉弧，那麼肯定的可以講抗拉弧能力的出現肯定有另外的因素在起作用，排除沒變化的條件後只有螺旋電極的改動，即非它莫屬，最重要的發現工作實驗中意外收穫發現抗拉弧。

首先，金屬引線導體電極部分呈螺旋線式結構同晶片銀層面焊接在一起，該結構的金屬導體，當通過電流時，產生了垂直於晶片電極表面的軸向磁場以及徑向電場，軸向磁場產生的洛倫茲的作用力，使得晶片體內的電子得以螺旋旋轉前進並聚焦的方式運動，其旋轉半徑越小磁場越大，前進螺距、聚焦距離都分別受到電極中電流流動的大小產生的時變磁場和時變電場的影響。

在交流情況下，晶片體內的電子在軸向磁場作用下旋轉運動前進，電子整個運動途徑被延長，電流線變得更細更長，即使形成電流弧線，因其很細很容易被磁場吹斷。

而實際情況，在螺旋式金屬導體結構中流動電流形成的晶片軸向磁場，以及晶片上下電極面的電場，共同作用於晶片中運動傳導的電子，使其獲得能量，在晶片中做旋轉(半徑r)加速(v)前進(行程)。聚焦(焦距)時刻變化的動態運動，這一過程中，其運動半徑越小的電子，其能量越高，而這些具有高能量的運動電子，更高的能量的額外獲得，又是由來自於晶片導體中的磁場與電場，其磁場和電場的建立與大小，又取決於晶片電極的螺旋導體這一電極結構和這一結構中流動電流大小的變化，螺旋線具有電感式性質，天生對電流的大小變化很敏感起阻礙作用。

如果電流要拉弧成形，必須要從電流中獲得能量來改變其旋轉線路半徑的大小，另外，引線端頭在中心區域在對數曲線的涵義，其中心代表無限的可能接近能量的中心，那麼想要拉弧的電子也必須要有無限的能量來打通兩個金屬端頭的起弧通路，顯然，這在單一的能量角度看到了其不可能性與局限性。

再者，螺旋線式的引線端頭在中心區域布置端頭，無限地接近晶片中心點，那麼要在金屬引線端頭想拉弧的電子必須也要有無限小的旋轉半徑r，也就是說，該電子必須要具有無限的能量，顯然更多的能量額外獲得，在螺旋結構下要實現沒那麼容易。