黄露超 黄庆明 谷 荀
（威凯检测技术有限公司 广州 510663）
随着我国经济水平的提高，电冰箱作为最常用的家电产品步入千家万户，在日常生活中使用广泛。压缩机是电冰箱最核心的部件，而PTC型启动器是压缩机最常使用的一个元件。当PTC型启动器受到异常高电压时，会冲击内部的热敏元件，造成PTC芯片的损坏，同时会产生强大的电能，聚集的能量瞬间产生电弧，进而引起附近可燃性材料起火并可能造成火灾。针对以上可能出现的情况，本文从PTC型启动器特性和PTC型启动器（PTCR）高电压测试出发，给出了产品的测试结果数据，验证了PTC型启动器在高电压下进行测试的重要性。
PTC（Positive Temperature Coefficient）即正温度系数，也可泛指具有正温度系数的半导体或元器件。PTC热敏电阻是电阻值随温度上升而发生显著变化的一类半导体电阻，按照制造材料主要分为陶瓷PTC热敏电阻和有机聚合物PTC热敏电阻两类。其中有机聚合物PTC热敏电阻是将碳粉与高分子聚合物进行混合压制形成，在常温状态下碳粉构成可导电的碳链，电阻值较低；
温度升高，聚合物膨胀使碳链断裂，电阻值迅速增大。陶瓷PTC热敏电阻是具有正温度系数的无机材料（如钛酸钡）经过高温烧制工艺制成。高分子PTC热敏电阻的热容较小，电阻值突变速度快，因而在冲击后恢复时间更短。但其内部结构造易受冲击影响，每次冲击后电阻值增大，无法恢复成原始值。陶瓷PTC相对制造工艺简单，造价便宜，且经受多次冲击电阻值变化不大。但在高温下易出现负阻效应。
PTC热敏电阻的特性主要有电阻-温度特性（阻温特性）和电压-电流特性（伏安特性）。阻温特性是指在某电压下，PTC热敏电阻零功率电阻值与温度间的依赖关系[1]。如图1所示，在一定温度范围内，电阻值变化不大；
而超过居里温度点后，阻值随温度显著增大，直到达到最大电阻。阻温特性曲线的陡峭程度由温度系数α表示，α越大，意味着PTC热敏电阻对于温度变化的反应越灵敏，PTC效应越显著，即热敏电阻性能越好。温度系数定义为温度变化导致的电阻值变化，公式为：
图1 PTC热敏电阻阻温特性曲线
一般情况下，T1取Tc+15 ℃，T2取Tc+25 ℃计算。
PTC热敏电阻的伏安特性指在25 ℃静止空气中，达到热平衡状态下的电阻两端电压与电流之间的依赖关系。如图2所示，在0～VK范围内，电压与电流近似呈线性关系，此时电阻值几乎不变，称为不动作区；
在VK～Vmax区域，由于温度升高，电阻值迅速增大发生跃变，此时电流随电压增大而减小，该区域称为动作区。当电压增大到VD后，PTC热敏电阻被击穿。VD称为击穿电压。
图2 PTC热敏电阻伏安特性曲线
PTC型启动器在压缩机回路中的连接方式如图3所示。启动器直接与压缩机次绕组（启动绕组）串联，再与电机主绕组（运行绕组）并联。电压加到压缩机两个绕组上，由于分相作用，两绕组间产生相位差，从而形成椭圆旋转磁场，产生启动转矩，带动压缩机正常运转。此时启动器上电阻很小，一般为几十欧。启动过程中的电流比正常运行电流高4～6倍，大电流使得PTC型启动器上温度迅速升高，超过居里温度点后，电阻值跃变，可达到数万欧[2]。这时电流极小，可忽略不计，启动绕组回路近似为开路。之后运行绕组带动压缩机正常运行。
图3 PTC型启动器在压缩机回路的连接示意图
PTC型启动器（PTCR）在受到异常高电压冲击时芯片会被击穿、炸裂，引起PTC型启动器局部高温；
此外，PTC芯片炸裂后有可能出现电路短路，在异常高电压冲击下存在火灾隐患。综上所述，对PTC型启动器进行高电压测试，验证其是否符合UL 60335-2-34[3]标准要求。
第一步，使用高电压损坏PTC芯片。首先用毫欧计测量PTC型启动器的电阻值并记录，PTC型启动器组件应安装在电动压缩机上，PTC型启动器连接到压缩机玻璃端子上，连接电源线并且装配好压缩机的接线盒，接线盒外表面应用一块纱布覆盖，纱布的选择要求需要满足UL 60335-2-34[3]标准5.104的条款。纱布应与接线盒外壳的外表面及压缩机壳体的邻近表面密切接触，缝隙处应包裹严实。纱布是否起燃是判断PTC型启动器是否满足UL 60335-2-34标准的依据。
在额定电压下，PTC型启动器组件的电压匀速每2 min增加50 V，直到启动器从低电阻状态转变为高电阻状态。当小于PTC型启动器额定电压的三倍，则电压均以匀速每2 min增加50 V施加，直到达到启动器额定电压的三倍，则该电压应保持不少于6 min。当等于或超过PTC型启动器额定电压（整机额定电压）的三倍，则该电压保持不少于6 min。
然后以同样的速率（匀速每2 min增加50 V）增加PTC型启动器两端的电压，直到PTC型启动器出现以下状态：开路或短路，或者PTC型启动器进入负温度系数区，产生热失控。当其中一种情况发生时，在最后施加的电压应额外保持2 min，在试验过程中均不能引燃纱布。
第二步，在第一步测试后，PTC型启动器没有开路的情况下，则需要进行第二步的测试。启动器应与电阻性负载串联，在施加额定电压时允许最大持续电流通过启动器。额定电压应施加到电路开路，或直到纱布起燃，或至少持续8 h为止。如果纱布着火，应尽快将火扑灭。在试验期间可以使用自复位热电动机保护器。在测试过程中，压缩机绕组从电路中移除，取而代之的是使用电阻性负载，以确保最大持续电流值。
图4 第一步测试参考电路
图5 第二步测试参考电路
对PTC型启动器分40个进行了上述测试，共出现两种测试结果：
1）PTC型启动器碎裂造成开路，纱布未引燃。此时不造成高温风险，因此判定为合格。合格率为75 %。如图6所示。
图6 PTC型启动器碎裂造成开路
2）PTC型启动器短路，造成纱布燃烧。此时启动器迅速达到高温，温度足以引燃纱布，在现实使用场景中会造成巨大的安全风险，因此认定为不合格。产品的不合格率达到25 %。其测试现场如图7所示。
图7 PTC型启动器短路造成纱布燃烧
由以上数据可得，在短路时，PTC型启动器迅速到达高温，多数情况下温度足以引燃纱布。在实际应用场景中，这一现象将造成巨大的安全风险。因此，对PTC型启动器进行高电压测试是安全测试中不可忽视的一个环节。
目前，PTC型启动器应用在冰箱压缩机中数量较大，因此，对PTC型启动器的安全测试也备受关注。本文从PTC型启动器特性方面进行分析研究，对部分产品进行了高电压测试，在40个检测样品中检测出不合格率高达25 %。在实际应用场景中，不合格的PTC型启动器很可能导致短路高温，造成安全事故。因此，对PTC型启动器进行高电压测试是有必要的。本文验证了PTC型启动器高电压测试的重要性，致力于为压缩机PTC型启动器的测试提供参考依据，并推动制冷行业在可靠性方面的发展。
猜你喜欢热敏电阻电阻值纱布微安表内阻值对热敏电阻温度计设计的影响物理与工程(2020年1期)2020-06-07复合NTC热敏电阻材料的制备与电性能研究青年生活(2019年27期)2019-10-21探讨惠斯通电桥的灵敏度与几种因素有关考试周刊(2017年77期)2018-01-30香樟黄化病对其生长及生理特性的影响农家科技中旬版(2017年6期)2017-08-15生孩子，为什么要塞纱布?妈妈宝宝(2017年2期)2017-02-21长输管道接地电阻解析中小企业管理与科技·上旬刊(2016年12期)2017-01-05防水的纱布作文周刊·小学一年级版(2016年15期)2016-05-10是雾，不是纱布小猕猴学习画刊(2015年11期)2015-11-26热敏电阻特性的线性化方法船电技术(2015年12期)2015-10-24基于神经网络的高分子PTC热敏电阻测温准确性的研究自动化与仪表(2014年10期)2014-02-26