1、Silicon Carbide600-A系列系列SiC碳化硅灭磁电阻性能介绍碳化硅灭磁电阻性能介绍 目目 录录l 集集 团团 简简 介介l 地地 理理 位位 置置l 工工 厂厂 环环 境境l 主主 要要 产产 品品l 服服 务务 支支 持持l 性性 能能 特特 征征l 技技 术术 规规 范范l 参参 数数 选选 择择l 应应 用用 实实 例例l 业绩国外部分用户业绩国外部分用户l 业绩国内部分用户业绩国内部分用户M&I Materials 集团简介集团简介 在我国和世界著名的三峡水电厂左岸及右岸在我国和世界著名的三峡水电厂左岸及右岸26台台700MW水轮发电机组励磁系统中均采用水轮发电机组励磁
2、系统中均采用了了M&I Materials 公司的公司的SiC非线性灭磁电阻。非线性灭磁电阻。M&I Materials 公司位于公司位于英国英国Trafford Trafford 工业园工业园,是是一家一流的工业和科研特殊原料供应商有着悠久的历史。一家一流的工业和科研特殊原料供应商有着悠久的历史。为世界许多知名大中型企业（如为世界许多知名大中型企业（如ABBABB，西门子等）提供西门子等）提供多种高科技材料及高性能工业用产品。其中多种高科技材料及高性能工业用产品。其中，对碳化硅，对碳化硅产品产品已有着已有着6060年的生产经验。年的生产经验。在产品销售方面，特别是对于其主流产品之一在产品销售
3、方面，特别是对于其主流产品之一SiC碳碳化硅灭磁电阻，产品应用遍及世界各地，客户有：化硅灭磁电阻，产品应用遍及世界各地，客户有：ABB、Alstom、Siemens、Areva以及以及VA TECH SAT等国际等国际制造商。制造商。M&I Materials 地理位置地理位置位于曼特斯顿国际机场附近位于曼特斯顿国际机场附近位于利物浦港口附近位于利物浦港口附近,通往通往赫尔港口非常方便赫尔港口非常方便接近国际高速公路网接近国际高速公路网M&I Materials 工厂环境工厂环境M&I 公司于公司于2003年新建的年新建的占地面积占地面积12000m2现代化厂房现代化厂房M&I Materia
4、ls 主要产品主要产品 1 1、粉末冶金粉末冶金WOLFMET钨合金钨合金;METROSIL浪涌过电浪涌过电 压保护压敏电阻及压保护压敏电阻及SiC碳化硅非线性灭磁电阻碳化硅非线性灭磁电阻。其中其中SiC碳化碳化硅非线性灭磁电阻为硅非线性灭磁电阻为M&I 公司主要产品之一公司主要产品之一，因其性能穩定因其性能穩定，不易老化不易老化，使用寿命长使用寿命长，体积小及吸收能能量大等特点体积小及吸收能能量大等特点，为此为此在大中型水在大中型水、火电发电机组励磁系统中获得了广泛的应用火电发电机组励磁系统中获得了广泛的应用。2 2、绝缘油绝缘油 /绝缘油脂绝缘油脂MIDEL7131适用于具有环保与消适用于
5、具有环保与消防要求的合成酯变压器用绝缘油防要求的合成酯变压器用绝缘油；APIEZON真空绝缘油及各真空绝缘油及各类真空处理用蜡类真空处理用蜡。M&I Materials 服务支持服务支持 M&I 公司每种产品均有专业的销售公司每种产品均有专业的销售、生产与技术支生产与技术支持持，以便为客户提供优质服务以便为客户提供优质服务。其产品销往全球五十多其产品销往全球五十多个国家个国家，强大的专家团队与遍布全球的销售网络强大的专家团队与遍布全球的销售网络，公司公司凭借雄厚的资金实力凭借雄厚的资金实力，充足的资源充足的资源，可为不同地域的客可为不同地域的客户提供本地化的服务与支持户提供本地化的服务与支持。
6、SiC碳化硅碳化硅灭磁灭磁电阻电阻V-IV-I特性特性：在评价非线性灭磁电阻特性时在评价非线性灭磁电阻特性时，通常以非线性电阻系数予以表述通常以非线性电阻系数予以表述，相应相应表达式为表达式为：V K I （1）I HV （2）式中式中 V 非线性电阻两端的电压非线性电阻两端的电压；I 流过非线性电阻的电流流过非线性电阻的电流；K,H 非线性电阻位形系数非线性电阻位形系数，与非线性电阻的体积形状与非线性电阻的体积形状，电电 阻片的串阻片的串、并联组合以及材质有关并联组合以及材质有关；,电阻非线性系数电阻非线性系数（=1/）。M&I METROSIL 性能特征性能特征 对于对于SiC非线性电阻非
7、线性电阻，由于在较大的电流变化范围内由于在较大的电流变化范围内，其电压变其电压变化范围相对的较小化范围相对的较小，不便于查对不便于查对，为此在实用中多将式为此在实用中多将式（1）及式及式（2）以对数坐标形式来表示以对数坐标形式来表示。对于式对于式（1）其对数表达式为其对数表达式为：log V log K+log I （3）在以在以VI表示的双对数坐标系中表示的双对数坐标系中，此时非线性电阻的伏安特性此时非线性电阻的伏安特性近似为一条直线近似为一条直线，如图如图1所示所示。M&I METROSIL 性能特征性能特征M&I METROSIL 性能特征性能特征图图 1M&I METROSIL 性能特
8、征性能特征 在式在式（3），当当 I=1A时可得出：时可得出：log V log K 或或 V K （4）式式（4）说明，在说明，在VI双对数坐标系中，系数双对数坐标系中，系数K等于等于I=1A时，时，VI特特 性曲线与性曲线与V轴相交的电压值。轴相交的电压值。同理由式同理由式（2）可得：可得：log Ilog H+logV （5）当当V1 时，在时，在VI特性曲线中，与其对应的电流值特性曲线中，与其对应的电流值I=H 下面讨论一下式下面讨论一下式（1），式，式（2）中各系数中各系数K，H，及及之间的关系式，由之间的关系式，由式式（2）可求得：可求得：M&I METROSIL 性能特征性能特征
9、 令式令式（1）等于式等于式（6），可求得：，可求得：整理得：整理得：（6）（7）11IHHIV1HK11 HKM&I METROSIL 性能特征性能特征 对于应用于发电机灭磁回路中的对于应用于发电机灭磁回路中的Metrosil SiC非线性电阻，非线性电阻，当其当其VI特性以特性以 VK I 表示时，其典型表示时，其典型K及及值如表值如表1所示：所示：表表1阀片厚度阀片厚度K（对于单片阀片）对于单片阀片）（对于单片阀片）对于单片阀片）20mm（0.8”）40 to 250*0.5 to 0.3*0.6”1060.40.45”750.40.3”5304 对于对于20mm厚阀片，根据生产工艺及组
10、成的不同，可使厚阀片，根据生产工艺及组成的不同，可使K和和值不同，值不同，从而从而满足不同灭磁情况要求。满足不同灭磁情况要求。M&I METROSIL 性能特征性能特征 SiC非线性电阻组合特性表达式非线性电阻组合特性表达式 作为灭磁电阻用途的作为灭磁电阻用途的SiC非线性电阻，在实际应用中为了满足灭磁总容非线性电阻，在实际应用中为了满足灭磁总容量的要求，通常须将电阻片连接为多路串联、并联接线。其量的要求，通常须将电阻片连接为多路串联、并联接线。其VI 特性表达特性表达式将不同于单片的式将不同于单片的VI 表达式。表达式。a.串联表达式串联表达式 假定单片非线性电阻的假定单片非线性电阻的V-I
11、特性表达式为特性表达式为：如果如果Ns片串联连接，其片串联连接，其V-I 特性表达式可写为：特性表达式可写为：（8）KIV SKINV M&I METROSIL 产品性能产品性能 b.并联表达式并联表达式 假定单片非线性电阻假定单片非线性电阻V-I 特性表达式为特性表达式为：当当N片非线性电阻并联时片非线性电阻并联时，其其V-I 特性表达式为特性表达式为：（9）c.串、串、并联表达式并联表达式 假定非线性电阻假定非线性电阻Np片并联，片并联，Ns串联，其组合串联，其组合V-I 特性特性表达式为表达式为：（10）KIV P)N1K(V PS)N1(KNV SiC非线性电阻的温度系数非线性电阻的温
12、度系数 M&I METROSIL 性能特征性能特征 b.作为灭磁电阻使用时，只在灭磁回路动作时即接入发电作为灭磁电阻使用时，只在灭磁回路动作时即接入发电 机励磁回路，而且在灭磁过程中对机励磁回路，而且在灭磁过程中对SiC电阻而言，不会承受一电阻而言，不会承受一 个连续作用的恒定电压。为此负电阻温度系数在灭磁回路投入个连续作用的恒定电压。为此负电阻温度系数在灭磁回路投入 前是无影响的，在灭磁过程中，灭磁作用在短暂的几秒钟时间前是无影响的，在灭磁过程中，灭磁作用在短暂的几秒钟时间 中已经完成，而且灭磁电源是一个衰减的电压源，即灭磁电压中已经完成，而且灭磁电源是一个衰减的电压源，即灭磁电压 非恒定电
13、压，灭磁电流也非恒定电流，因此负电阻温度系数的非恒定电压，灭磁电流也非恒定电流，因此负电阻温度系数的 影响是极小的，可到忽略的程度。影响是极小的，可到忽略的程度。此外，在设计用于灭磁回路的此外，在设计用于灭磁回路的SiC电阻容量时，正确的设计电阻容量时，正确的设计 会确保会确保SiC电阻吸收灭磁能量与元件自然散热达到相互平衡，电阻吸收灭磁能量与元件自然散热达到相互平衡，使元件温度保持在安全运行的水平。使元件温度保持在安全运行的水平。M&I METROSIL 性能特征性能特征M&I METROSIL 性能特征性能特征温升计算温升计算METROSIL SiC灭磁电阻的比热系数约为灭磁电阻的比热系数
14、约为0.84J/gk，元件密元件密度约为度约为2.35g/cm3。依此基本参数可估算在灭磁过程中依此基本参数可估算在灭磁过程中SiC灭磁灭磁电阻的温升。电阻的温升。例如，对于例如，对于600A/US16/P，spec6298组件，每个组件组件，每个组件16片并联，片并联，整组灭磁电阻由整组灭磁电阻由6组件并联后再与另外组件并联后再与另外6组件并联体串联，整组组件并联体串联，整组组件片数为组件片数为1662为为192片。元件直径片。元件直径150mm，厚度厚度15mm，元件中心孔尺寸为元件中心孔尺寸为15mm。依此可。依此可求得整组元件的总体积为：求得整组元件的总体积为：V=192(7.5-0.
15、75)21.5=41223.97cm3总重量为：总重量为：W=41223cm32.35g/cm3=96876g=96.876kg M&I METROSIL 性能特征性能特征根据比热根据比热=0.84J/gk，表明表明SiC灭磁电阻每克每升高灭磁电阻每克每升高1K所需能所需能量为量为0.84J。对于上述对于上述SiC灭磁电阻组件总重为灭磁电阻组件总重为96.876kg，使其使其每升高每升高1K所需的能量为：所需的能量为：WE=0.8496876J/K=81376J/K=81.376KJ/K如果根据灭磁系统计算，在发电机发生突然三相短路时的灭磁如果根据灭磁系统计算，在发电机发生突然三相短路时的灭磁
16、容量为容量为6554KJ，此时灭磁电阻的最终温升等于：此时灭磁电阻的最终温升等于：T=6554KJ/81.376KJ/K=80.5K室温取室温取25C，此时灭磁电阻的温升为此时灭磁电阻的温升为105.K。应强调指出的是，上述温升系指稳定温升，根据应强调指出的是，上述温升系指稳定温升，根据METROSIL SiC灭磁电阻的温升试验表明，由于现设计元件的热时间常数较灭磁电阻的温升试验表明，由于现设计元件的热时间常数较长，以小时计，为此在几秒内的灭磁过程中，长，以小时计，为此在几秒内的灭磁过程中，SiC灭磁电阻的实灭磁电阻的实际温升是较小的。际温升是较小的。M&I METROSIL 性能特征性能特征
17、SiC非非线性电阻的灭磁时间线性电阻的灭磁时间对于采用对于采用Metrosil SiC非非线性灭磁电阻，其灭磁时间线性灭磁电阻，其灭磁时间Tm可以用可以用下式来表示：下式来表示：(11)式中：式中：Tm当发电机转子电流为零时，完成灭磁全过程的时当发电机转子电流为零时，完成灭磁全过程的时间（间（s）L发电机励磁绕组的电感值（发电机励磁绕组的电感值（H）I0灭磁开始时的初始电流值（灭磁开始时的初始电流值（A）V0灭磁开始，非线性电阻流过初始电流灭磁开始，非线性电阻流过初始电流I0时在其两端所产时在其两端所产生的电压值生的电压值 非非线性电阻系数线性电阻系数)(1V)I(LT00mM&I METRO
18、SIL 600A 系列系列SIC灭磁电阻技术规范灭磁电阻技术规范 对于对于M&I公司所生产的公司所生产的Metrosil 600-A系列系列Sic碳化硅压敏电阻产碳化硅压敏电阻产品依用途不同其规格亦各有差异品依用途不同其规格亦各有差异：例如作为设备浪涌过电压保护装置，：例如作为设备浪涌过电压保护装置，属于长期通电工作状态，其功耗包括有正常通电工耗及浪涌过电压时属于长期通电工作状态，其功耗包括有正常通电工耗及浪涌过电压时的浪涌功耗。对于作为灭磁电阻用途的非线性压敏电阻，在正常工作的浪涌功耗。对于作为灭磁电阻用途的非线性压敏电阻，在正常工作情况下处于与灭磁回路断开状态，无功耗发生，在灭磁状态下，短
19、时情况下处于与灭磁回路断开状态，无功耗发生，在灭磁状态下，短时间（通常不超过间（通常不超过5s）注入最大灭磁能量。灭磁过程结束后有足够的冷注入最大灭磁能量。灭磁过程结束后有足够的冷却时间，很少有连续发生相继灭磁的情况。却时间，很少有连续发生相继灭磁的情况。另外视灭磁容量的不同，另外视灭磁容量的不同，SiC压敏电阻的尺寸，直径大小及厚度亦压敏电阻的尺寸，直径大小及厚度亦有所差异。有鉴于此，在本文中仅以应用在大中容量水、火电机组中有所差异。有鉴于此，在本文中仅以应用在大中容量水、火电机组中使用的大容量使用的大容量SiC非线性灭磁电阻非线性灭磁电阻600A系列作为述的重点。系列作为述的重点。技术规范
20、 Metrosil 600A系列系列Sic非线性灭磁电阻技术规范，如表非线性灭磁电阻技术规范，如表2所示，外形所示，外形图如图图如图2所示。所示。M&I METROSIL 600A 系列系列SIC灭磁电阻技术规范灭磁电阻技术规范额额 定定 能能 量量SkM 941124外型尺寸图外型尺寸图VI I 特性曲线特性曲线V=K IM&I型型 号号元元 件件并并 联联 数数元元 件件厚厚 度度额额 定定电电 流流额定电流时额定电流时最大电压最大电压重复使用情况，重复使用情况，每次灭磁后，每次灭磁后，应保证有足够冷应保证有足够冷却时间间隔。却时间间隔。（灭磁时的温升）（灭磁时的温升）偶尔发生情况偶尔发生
21、情况（灭磁时的温升）（灭磁时的温升）“A”“B”K600A/US14/P Spec 66721420mm3500A1400V1000kJ(105C rise)1250kJ(130C rise)500mm425mm 10mm650.37600A/US16/P Spec 62981615mm40001100V880kJ(105C rise)1050kJ(125C rise)500mm405mm20mm350.40600A/US16/P Spec 63211611mm4000800V650kJ(105C rise)820kJ(128C rise)440mm345mm15mm250.40表表 2M&I
22、 METROSIL 600A 系列系列SIC灭磁电阻技术规范灭磁电阻技术规范图图 2SKM941124外型尺寸图外型尺寸图例如型号：例如型号：600-A/US14/P/Spec.6672.1400V.3500A.1000KJ M&I METROSIL 600A 系列系列SIC灭磁电阻技术规范灭磁电阻技术规范 其中：其中：600 代表灭磁电阻每片元件的直径为代表灭磁电阻每片元件的直径为6或或152;A 表示元件的形状为环形表示元件的形状为环形;US14 表示每一单个组件由表示每一单个组件由14片片电阻片组成电阻片组成;US 表示无各电阻片之间无大的缝隙；表示无各电阻片之间无大的缝隙；P 表示单个
23、组件中，表示单个组件中，14片片电阻为并联连接电阻为并联连接 Spec.6361 单个组件的订货代号单个组件的订货代号 1400V 最大灭磁电压；最大灭磁电压；3500A 额定灭磁电流；额定灭磁电流；1000KJ 额定灭磁容量额定灭磁容量 如果实际灭磁系统的最大灭磁电压、额定灭磁电流、最大灭磁容量与上如果实际灭磁系统的最大灭磁电压、额定灭磁电流、最大灭磁容量与上述规格数据不同时，可按串、并联方式选择不同型号的组件予以满足。述规格数据不同时，可按串、并联方式选择不同型号的组件予以满足。M&I METROSIL 600A 系列系列SIC灭磁电阻技术规范灭磁电阻技术规范图图 3 600-A/US14
24、-P Spec.6672,600-A/US16/P Spec.6298,600-A/US/P Spec.6321VI 特性特性用户在选择用户在选择Sic灭磁电阻，需提供下列基本参数：灭磁电阻，需提供下列基本参数：最大灭磁电流，当发电机发生突然三相短路时引起的转子非周期分最大灭磁电流，当发电机发生突然三相短路时引起的转子非周期分量幅值电流，可作为最大灭磁电流。通常此电流近似等于量幅值电流，可作为最大灭磁电流。通常此电流近似等于3倍发电机倍发电机额定励磁电流。额定励磁电流。最大灭磁电压，此电压等于最大灭磁电流通过灭磁电阻时，所产生最大灭磁电压，此电压等于最大灭磁电流通过灭磁电阻时，所产生的残压。的
25、残压。最大灭磁容量，通常等于当发电机发生突然三相短路时，发电机转最大灭磁容量，通常等于当发电机发生突然三相短路时，发电机转子励磁绕组中所产生的磁场能量。子励磁绕组中所产生的磁场能量。M&I METROSIL 参数选择参数选择 M&I METROSIL 应用实例应用实例三峡水电厂（左岸）三峡水电厂（左岸）70MW14台水轮发电机组台水轮发电机组Thyripol励磁装置外型图励磁装置外型图M&I METROSIL 应用实例应用实例 18 off 600A/US14/7P/2s.spec.6361 Metrosil.1700V,12474A,18.896KJ三峡水电厂（左岸）三峡水电厂（左岸）700
26、MW14台水轮发电机组台水轮发电机组Thyripol励磁装置灭磁电阻外型图励磁装置灭磁电阻外型图M&I METROSIL 应用实例应用实例三峡水电厂（左岸）三峡水电厂（左岸）700MW14台水轮发电机组台水轮发电机组Thyripol励磁装置磁场断路器外型图励磁装置磁场断路器外型图M&I METROSIL 应用实例应用实例M&I Materials SIC非线性电阻元件组装图非线性电阻元件组装图M&I METROSIL 业绩国外部分用户业绩国外部分用户M&I METROSIL 业绩业绩国内部分用户国内部分用户l中国广州电器科学研究院中国广州电器科学研究院:青海拉西瓦水电厂青海拉西瓦水电厂700MW5台台 龙滩水电站龙滩水电站700MW7台台 瀑布沟水电站瀑布沟水电站600MW6台台 贵州构皮滩水电站贵州构皮滩水电站600MW5台台 四川二滩水电站四川二滩水电站550MW6台台l南京南瑞电力自动化研究院南京南瑞电力自动化研究院:长江三峡水电站右岸长江三峡水电站右岸700MWR12台台l云南景洪水电站云南景洪水电站350MW5台台lVA TECH SAT北京公司北京公司l哈尔滨电机厂哈尔滨电机厂l能达通用电气股份合作公司能达通用电气股份合作公司l洪山电工科技有限公司洪山电工科技有限公司l长沙新瑞机电技术有限公司长沙新瑞机电技术有限公司
