ВВР_2. Курсовая работа Исполнил 2020г. Введение резистор, от английского
 Скачать 0.7 Mb.
|
|
Материалы и компоненты электронных систем ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ РЕЗИСТОРЫ (Материалы, основные конструктивные элементы, параметры, особенности, применение) Курсовая работа Исполнил: _______________________________ 2020г. ВВЕДЕНИЕРезистор, от английского Resistivity – сопротивление – один из трех пассивных классических элементов RLC – определяющих соотношения между токами и напряжениями в нагруженных цепях [1]. Основное назначение резистора можно определить как – ограничение тока в цепи, заданной источником напряжения. Без резисторов токи будут стремиться к величинам коротких замыканий, и цепи перестанут пропорционально реагировать на внешние воздействия. Важность резистора в повседневной практике может подтвердить хотя бы грустная история Умберто Нобиле - норвежского исследователя, экспедиция которого погибла во льдах Арктики именно из-за поломки одного лишь резистора в радиопередатчике, что не позволило, как известно, его радисту передать в эфир сигнал бедствия после катастрофы дирижабля [2]. Среди многих типов - высоковольтные (далее - ВВ) резисторы актуальны как устройства, специально предназначенные для работы в цепях с напряжениями от единиц до десятков киловольт, и поэтому имеют значительные номиналы от долей до сотен мегаом, чтобы удерживать мощность тепловыделений в разумных рамках до десятков ватт. Целью работы является исследование особенностей ВВ-резисторов как в области конструкции и технологии изготовления, так и в части их применения в различных областях техники. Обзор и анализ построены на обработке доступной информации, в ходе которой учитывались как отечественные, так и зарубежные аналоги. Результаты работы будут использованы как при выборе темы выпускной квалификационной работы. МАТЕРИАЛЫ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ (ВВ) РЕЗИСТОРОВ Резисторы, как элементы электрических устройств, можно классифицировать, как показано на рисунке 1 – по характеру на постоянные и переменные, по назначению на многие, в том числе и на ВВ-резисторы, рассматриваемые в данной работе, а также – по материалу – проволочные, непроволочные и фольговые из различных материалов, в том числе композитных [3].  Рис. 1. Классификация резисторов по существенным факторам. Классификация по мощности, номиналу и рабочему напряжению – несущественна, так как может достигаться на элементах одного вида. Высоковольтные резисторы, обладающие, по определению, величиной сопротивления до сотен Гом, имеют более высокую мощность, чем высокоомные резисторы, и делятся, согласно приведенной на рисунке классификации - на три вида по материалу резистивного элемента. В соответствии с действующей в РФ системой обозначения резисторов, можно выделить следующие подвиды, отличающиеся применяемым материалом и конструкцией активного резистивного слоя: С1 – углеродистые, либо бороуглеродистые резисторы; С2 - металлодиэлектрические и металлоокисные элементы; С3 - композиционные пленочные резисторы; С4 - композиционные объемные резисторы; С5 – проволочные резисторы (wirewound); С 6 – металлопленочные резисторы; С7 – полупроводниковые резисторы (редко применяются). Удельное сопротивление некоторых распространенных материалов, применяемых при изготовлении резисторов, приведено ниже в таблице. Удельное электрическое сопротивление некоторых материалов приведено в таблице.
Одним из наиболее продвинутых видов ВВ-резисторов на современном этапе являются изделия, выполненные по технологии металлооксидной плёнки, выпускаемые австрийской компанией EBG (Elektronische Bauelemente GmbH), основанная в 1977 году [4]. Данная технология занимает ведущие позиции на мировом рынке, и подтверждается непрерывными исследованиями и испытаниями новой продукции, которая удовлетворяет принятым мировым стандартам, и пользуется спросом потребителей. Рабочее напряжение ВВ-резисторов от EBG – достигает рекордной величины 96 кВ. Продукция представлена рядом серий SGT, SSP, OSX, MTX, FEX, FBX, FPX и FLX, доступных на сайте производителя. 2. ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ВВ РЕЗИСТОРОВВВ резисторы, начиная с некоторой величины мощности, предназначены, в основном, для навесного монтажа, так как размещенные на печатной плате, они вызовут её перегрев и деформацию. Элементы навесного монтажа оборудованы усиленными выводами «под пайку», которые удерживают в заданной позиции данный элемент, обладающий существенными весогабаритными параметрами, как показано на рисунке 2 на примере классического мощного ВВ резистора С5-35В [5].    Рис. 2. ВВ – резисторы С5-35В, ПЭ, ПЭВ. Другой тип конструктивного оформления ВВ-резисторов показан на рисунке 3, как винтовое крепление к заранее предусмотренным фланцам.   Рис. 3. ВВ-резисторы типа КЭМ и RoyaloHm (справа) [6], имеющие в конструкции винтовое крепление. Последователей достаточно традиционного навесного крепления пайкой достаточно как среди отечественных компонентов (С5-36В, С5-40, С5-43, С5-47, С3-14 и др.), так и среди зарубежных, например - резисторы мирового бренда RHV100, показанные на рисунке 4 слева. Существенно отличается от указанной выше конструкция других ВВ-резисторов GBR-250, показанных на рисунке 4 справа в виде «меандра» от компании TELPOD [7].   Рис. 4. ВВ-резисторы в различных конструктивных оформлениях. Меандр справа. ВВ-резисторы типа «меандр», например от производителя Vishay [15] выполнены в виде чип-резистора для монтажа на плату с размерами в единицы мм, номиналом до ГОм, и рабочим напряжением до 3 кВ, что позволяет создавать миниатюрные изделия из области техники высоких напряжений (ТВН). Концепция ВВ-резисторов, построенная на основе керамического цилиндра с высокорезистивным покрытием, достаточно распространена в мировой практике [8-10]. В то же время, достаточно популярны и традиционные ВВ – резисторы умеренной мощности с гибкими выводными концами, как показано на рисунке 5 на примере отечественного производителя SarelCom [11, 12], выпускающего резисторы на напряжение до (10-35) кВ мощность1 до 15 Вт и номиналом до 100 МОм.  Рис. 5. ВВ-резисторы с гибкими выводами от SarelCom. Непроволочные ВВ-резисторы такого же конструктивного исполнения с гибкими выводами типа Р1-135Н от того же отечественного производителя [12] для навесного монтажа – выполняются на напряжение до 40 кВ, мощностью до 5 Вт и номиналом до 100 Гом. Аналогичные по свойствам резисторы Р1-135П выпускаются и для поверхностного монтажа с максимальным размером на плоскости до 75 мм и общим весом, не более 5.5 граммов. Отдельного внимания заслуживают мощные ВВ-резистора до 3 кВт и напряжением до 2 кВ от компании MFG [13], показанные на рисунке 6, которые выполнены в теплоотводящем алюминиевом корпусе в связи с весьма существенной величиной отводимой тепловой мощности.  Рис. 6. Мощные ВВ-резистору в теплоотводящем корпусе. Таким образом, краткий обзор показал, что в мировой практике действует общепринятая классификация конструктивного оформления ВВ-резисторов на следующие классы по активному элементу: резисторы с проводящим элементом в виде пленки, нанесенной на поверхность изоляционного основания; ВВ-резисторы с объемным токопроводящим элементом; резисторы с проводящим элементом в виде проволоки. Весь спектр современных конструктивных и технологических решений по ВВ-резисторам представлен в продукции мирового бренда EBG [9, 12], среди которой находят применение безиндуктивные резисторы, элементы с эпоксидными и силиконовыми покрытиями для работы в условиях высокой влажности, высокостабильные резисторы с ТКС на уровне не более 25 ppm, для работы при высокой температуре на уровне 125С, резисторы с медными и золочёными выводами, винтовыми креплениями, и даже с жидкостным охлаждением. Конструкция проволочных резисторов приведена на рисунке 7.  Рис. 7. Конструкция проволочных резисторов. Здесь видны следующие компоненты: 1 - цилиндрическое основание; 2 - котактный узел; 3 – внешний проволочный вывод; 4 – проволока активного элемента – константановая или нихромовая; 5 – наружное изолирующее покрытие - эмаль; 6 - защитная оболочка. Основной недостаток - значительная индуктивность. Конструкция непроволочного, но также индуктивного резистора показана на рисунке 8.  Рис. 8. Непроволочный индуктивный резистор. Здесь: 1 - цилиндрическое изолированное основание; 2 - резистивный плёночный слой; 3 - воздушные промежутки – зазор между витками фольги; 4 - контактный узел; 5 - проволочный внешний вывод; 6 - защитное покрытие – эмаль, лак. Разница лишь в том, что обмотка выполнена не проволокой, а пленкой с нарезанной винтовой канавкой, исполняющей роль зазора между витками. Объемные безиндуктивные резисторы показаны на рисунке 9.  Рис. 9. Объемные резисторы. Здесь: 1 – цилиндрический резистивный базовый элемент, обладающий объемной проводимостью; 2 – внешний проволочный вывод; 3 - диэлектрический изолирующий слой; 4 – наружная защитная оболочка. В данном случае сопротивление образуется не поверхностными структурами, а объемной проводимостью материала базового цилиндра. Преобладает композиционная технология, при которой резистивный слой базового цилиндра является смесью нескольких компонентов - графит с фенольными смолами, наполнителем и отвердителем. Таким образом можно создавать материал с широким диапазоном удельных сопротивлений в диапазоне 10-2 – 1011 Ом·м. Описанные выше ВВ-резисторы типа «меандр» очевидно выполняются методами фотолитографии, принятыми, например, при изготовлении печатных плат, как показано на рисунке 10.  Рис. 10. ВВ-резистор типа «меандр». 3. ПАРАМЕТРЫ ВВ РЕЗИСТОРОВК основным параметрам ВВ-резисторов следует отнести следующие, описанные в данной работе: Номинальная величина сопротивление – достигает сотен Гом; Рабочее напряжение – достигает величины 96 кВ, как показано ниже [EBG]; ТКС – температурный коэффициент сопротивления – по спецзаказу может быть понижен до величины 25 ppm в рабочем диапазоне температур; Рабочий диапазон температур – для современных ВВ-термометров составляет – от (-45) до (+125)С; Весо – габаритные параметры – определяется, в основном, мощностью резистора, и находятся в диапазоне от размеров чип – элемента (миллиметры) до десятков сантиметров для максимальной мощности в единицы кВт. 4. ОСОБЕННОСТИ ВВ РЕЗИСТОРОВКонечно, ВВ-резистор компании Vishay на напряжение до 3 кВ, выполненный в виде чип-элемента, обладает уникальной и впечатляющей особенностью совмещения мощности, высоковольтной прочности и минимальных размеров [14]. Другой особенностью, которую нужно знать любому специалисту – разные обозначения резисторов в Американских и Европейских схемах, как показано на рисунке 11.  Рис. 11. Разные обозначения резисторов в разных странах. Одни и те же постоянные резисторы – в Америке обозначаются на схемах в виде «змейки», а в Европе (и в РФ) – прямоугольником. Если рассматривать особенности внешнего вида, то чаще всего резисторы от любого производителя выглядят как цилиндры с двумя выводами с противоположных сторон, как показано на рисунке 12, хотя есть и другие конструктивные оформления, рассмотренные в данной работе.  Рис. 12. Особенности внешнего вида современных резисторов, как правило, трудно различимы. Если говорить об особенностях применения ВВ-резисторов, то здесь существует широкий спектр областей техники, рассмотренных ниже, в которых данные изделия востребованы при любом уровне микроминиатюризации, так как высокое напряжение и большую мощность принципиально нельзя «спрятать» в миниатюрный корпус из-за высокого уровня энергии, запасаемой в данных энергоёмких процессах. Особенности назначения следуют из рисунка 13, где видно сугубо специальное назначение ВВ-резисторов, что лишний раз подтверждает слова, сказанные выше о их постоянной востребованности.  Рис. 13. Особенности назначения резисторов. 5. ПРИМЕНЕНИЕ ВВ РЕЗИСТОРОВМожно выделить следующие основные области применения высоковольтных резисторов с сопротивлением до 1011 Ом и напряжением до 96 кВ: делители напряжения в целях измерения высоких напряжений, не поддающихся прямому измерению в силу опасности поражения персонала электрическим током; устройства искрогашения при работе с индуктивными нагрузками, где цепь питания может разрываться; устройства разряда конденсаторов фильтров после выключения электропитания; устройства ограничения тока в высоковольтных цепях (например – цепь питания ускоряющего электрода электронно – лучевой трубки); высоковольтные блоки питания электрофизического оборудования (ускорители, томографы); рентгеновское оборудование, требующее высокого ускоряющего напряжения; электронные пушки сварочного и плавильного оборудования; и многое другое, где нельзя пренебречь высокой энергией, запасенной в электрическом поле или напряжении, и требуются специальные меры обеспечения безопасности и надежности, что требует определенного пространства и специальных материалов, стойких к указанному виду воздействий. ЗАКЛЮЧЕНИЕВ работе проведено исследование особенностей современных высоковольтных резисторов, как в части конструктивных и технологических решений, так и по основным областям применения. Полученные знания будут использованы как в ходе определения темы выпускной квалификационной работы. ЛИТЕРАТУРАhttps://www.wiki.org/Резистор Красная палатка (фильм) — Википедия (wikipedia.org) Резисторы: виды, устройство, маркировка и параметры резисторов (eti.su) Мощные и высоковольтные резисторы компании EBG (west-l.ru) Мощные резисторы высоковольтные, купить резисторы большой мощности | Оптовые цены на резисторы 10-100 Вт в Санкт-Петербурге (radioelementy.ru)]]; Резисторы С.С.О. ROYALOHM (amsi.ru) http://www.amsi.ru Glazed High Power Ceramic Tube Wirewound Resistor.pdf, http: www.componex-electronic.com, KN Wirewound Resistor.pdf https://www.hvcn.ru, www.erkon-nn.ru http://www.componex-electronic.com; crhv.pdf (platan.ru) http://Vishay.com |