TZR1型鐵路機車熱風(fēng)機的研制

吳小亮

摘?；要：機車熱風(fēng)機的加熱元件采用電阻管，經(jīng)常出現(xiàn)短路和接地故障，致使行進中的機車保護跳閘，機車停運。為了解決上述問題，需要自主研發(fā)新型熱風(fēng)機，本文就TZR1型鐵路機車熱風(fēng)機的研制做一介紹。

關(guān)鍵詞：鐵路機車?；熱風(fēng)機?；PTC

一、TZR1型鐵路機車熱風(fēng)機的工作原理

TZR1型鐵路機車熱風(fēng)機是一種適用于各種軌道機車、客車的電取暖設(shè)備，具有體積小、電熱轉(zhuǎn)換率高、升溫迅速、溫度恒定、熱感強、無明火、無光熱、風(fēng)量大、安全可靠等特點。自2002年以來，該產(chǎn)品已應(yīng)用于南至昆明機務(wù)段，東至唐山機務(wù)段，西至蘭州、安康、勉西及寶雞機務(wù)段等各機務(wù)段的鐵路機車司機室內(nèi)，并且持久耐用、干凈衛(wèi)生，符合環(huán)保要求。

1.工作原理

TZR1型鐵路機車熱風(fēng)機的工作原理是：熱風(fēng)機通電后，風(fēng)機把空氣吹送到PTC發(fā)熱元件里，使空氣從發(fā)熱原件內(nèi)、外側(cè)均勻通過，發(fā)熱元件通電后產(chǎn)生的熱量與通過的冷空氣進行熱交換，使出風(fēng)口的風(fēng)溫升高，從而實現(xiàn)了加熱過程。

2.PTC的選用

PTC是Positive Temperature Coefficient的縮寫，意思是正的溫度系數(shù)， 泛指正溫度系數(shù)很大的半導(dǎo)體材料或元器件。是一種典型具有溫度敏感性的半導(dǎo)體熱敏電阻。

電阻-溫度特性通常簡稱阻溫特性，指在規(guī)定的電壓下，PTC熱敏電阻零功率電阻與電阻體溫度之間的依賴關(guān)系，如下圖所示。零功率電阻，是指在某一溫度下測量PTC熱敏電阻值時，加在PTC熱敏電阻上的功耗極低，低到因其功耗引起的PTC熱敏電阻的阻值變化可以忽略不計。額定零功率電阻指環(huán)境溫度25℃條件下測得的零功率電阻值 。

圖?；PTC電阻特性示意圖

Rmin：最小電阻 Tmin：Rmin時的溫度RTC：2倍RminTC：居里溫度

表征阻溫特性好壞的重要參數(shù)是溫度系數(shù)α，它反映的是阻溫特性曲線的陡峭程度。溫度系數(shù)α越大，PTC熱敏電阻對溫度變化的反應(yīng)就越靈敏，PTC效應(yīng)越顯著，相應(yīng)的PTC熱敏電阻的性能也就越好，使用壽命就越長。PTC熱敏電阻的溫度系數(shù)定義為溫度變化導(dǎo)致的電阻的相對變化。

α=（lgR2-lgR1）/（T2-T1）

一般情況下，T1取Tc+15℃、T2取Tc+25℃來計算溫度系數(shù)。

對于它的應(yīng)用來說，電阻值開始陡峭增高時的溫度是最重要的，我們將其定義為居里溫度Tc。PTC發(fā)熱元件具有恒溫發(fā)熱特性，其原理是：PTC元件通電時，因為室溫電阻較小，所以起始電流較大，能使PTC發(fā)熱元件很快發(fā)熱升溫，導(dǎo)致本身電阻值迅速增加進入躍變區(qū)。這時通過PTC發(fā)熱元件的電流非常小，其表面溫度將保持恒定。該溫度只與PTC發(fā)熱元件的居里溫度和外加電壓有關(guān)，而與環(huán)境溫度基本無關(guān)。

PTC發(fā)熱元件是利用PTC熱敏電阻恒溫發(fā)熱特性設(shè)計的發(fā)熱器件。其自動恒溫，不需要額外的溫度控制系統(tǒng)，安全可靠，成本低。在中、小功率加熱場合，PTC加熱元件具有恒溫發(fā)熱、無明火、熱轉(zhuǎn)換率高、受電源電壓影響極小、自然壽命長等與傳統(tǒng)發(fā)熱元件無法比擬的優(yōu)勢，得到廣泛的應(yīng)用。

另外，用PTC元件制造的熱風(fēng)機具有極高的安全性。因為當(dāng)PTC工作溫度達到居里點時，其阻值隨溫度升高而急劇增加，迫使輸出功率迅速下降，當(dāng)發(fā)生風(fēng)機停轉(zhuǎn)、無風(fēng)干燒等情況時，機內(nèi)部件最高溫度被限制在280℃左右，有效地避免了著火，保證了熱風(fēng)機的安全和可靠運行。

二、TZR1型鐵路機車熱風(fēng)機的技術(shù)參數(shù)

額定功率 7.5/3kW

額定電壓 380V

風(fēng)機電壓 220V

最高加熱溫度 280℃

質(zhì)量 45kg

外形尺寸（長×寬×高）550mm×400mm×760mm

三、小結(jié)

綜上所述，TZR1型鐵路機車熱風(fēng)機采用PTC加熱元件，其具有其他傳統(tǒng)發(fā)熱元件無法比擬的特點，既保證了可靠性和安全性，又節(jié)省了成本，在多年的推廣使用中，未發(fā)生一起事故，得到各大機務(wù)段的一致好評，是筆者學(xué)院產(chǎn)教結(jié)合的優(yōu)良產(chǎn)品之一。

參考文獻：

[1]王永年，朱盈權(quán).BaCO3和TiO2的物化特性對PTC熱敏電阻器性能的影響[J].電子元件與材料，1994（6）.

[2]周秀娟，劉心宇.PTC陶瓷材料的發(fā)展及應(yīng)用[J].電工材料，2005（3）.