Варистор что это такое: принцип работы, типы и применение

Содержание

варистор — это… Что такое варистор?

[от англ. vari(able) — переменный и (resi)stor — резистор], полупроводниковый резистор, сопротивление которого изменяется при изменении приложенного напряжения. Используется в умножителях частоты, модуляторах, устройствах электрозащиты и поглощения перенапряжений и др.

ВАРИ́СТОР (от англ. vari(able) — переменный и (resi)stor — резистор), полупроводниковый резистор (см. РЕЗИСТОР), электрическое сопротивление которого изменяется при изменении приложенного напряжения. Варистор представляет собой электротехническое изделие, изготовленное из многофазных полупроводниковых материалов (см. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ).
Основной материал для изготовления варисторов — полупроводниковый карбид кремния (см. КРЕМНИЯ КАРБИД) SiC. Кристаллы SiC размалывают до размера 40—300 мкм, и этот порошок используют в качестве основы варистора. Электропроводность порошка имеет нелинейный характер, однако она нестабильна, зависит от степени сжатия, крупности помола, меняется при тряске и т. п., поэтому порошок скрепляют связующим веществом. Порошкообразный карбид кремния и связующее вещество запрессовывают в форму и спекают. Если в качестве связующего вещества используют глину, то полученный материал называют тирит. Для изготовления тирита смесь 74% мелкоизмельченного карбида кремния и глины прессуется и обжигается при температуре 1270°С. Если используют жидкое стекло (75% SiO
2
+ 24% Na2O + вода, то есть силикатный клей), то полученный материал, состоящий из 84% SiC и 16% связующего, называют вилит. Смесь для изготовления вилита прессуется и обжигается при температуре 380°С. При использовании в качестве связующего ультрафарфоровой связки получают лэтин, а прессованный углерод с кристаллическим кремнием называется силит.
Поверхность прессованного образца металлизируют и припаивают к ней выводы. Изменение электропроводности варистора с нарастанием напряжения на его выводах связано со сложными явлениями на контактах или на поверхности кристаллов. Например, уменьшение сопротивления с ростом напряжения в варисторах, изготовленных на основе карбида кремния, связано с падением сопротивления контактов между зернами SiC. Это происходит вследствие нелинейного роста тока через p-n- переходы, образующиеся на этих контактах, в результате автоэлектронной эмиссии на острых участках зерен и т. д.
Варисторы на основе карбида кремния имеют невысокий коэффициент нелинейности, порядка 5—7, поэтому в настоящее время для изготовления варисторов применяется оксид цинка с добавками оксидов висмута, кобальта, марганца, сурьмы и хрома. Технология его приготовления сложна, она включает раздельный размол компонентов, смешение со связкой, прессование, спекание с выжиганием связки, размол, вторичное спекание, вжигание электродов. В результате получается высококачественная керамика с высокой нелинейностью, величина которой составляет 50—70. Нелинейность варисторов на основе оксидных полупроводников связана не со свойствами кристаллитов, а со свойствами межкристаллитных прослоек и потенциальных барьеров на поверхности кристаллитов. Однако варисторы на основе оксида цинка менее стабильны при работе и хранении, чем варисторы из карбида кремния.
Нелинейные резисторы — варисторы — широко применяются в производстве вентильных разрядников, предназначенных для защиты электрооборудования от грозовых и коммутационных перенапряжений. Вентильные разрядники подразделяют на низковольтные и высоковольтные. Варисторы используется также в умножителях частоты, модуляторах, устройствах поглощения перенапряжений и др.

Варистор. Что это такое? Принцип работы

Резистор можно охарактеризовать как пассивный элемент электрической цепи. Резисторы используются в основном для контроля электрических параметров (напряжения и тока) в электроцепи, используя физическое свойство резистора, называемое сопротивлением.

Цифровой мультиметр AN8009

Большой ЖК-дисплей с подсветкой, 9999 отсчетов, измерение TrueRMS…

Существуют различные типы резисторов:

  • резисторы с постоянным сопротивлением (углеродные, пленочные, металлопленочные, проволочные)
  • резисторы с переменным сопротивлением (проволочные переменные резисторы, потенциометры, металлокерамические переменные резисторы, реостаты)
  • особый тип резисторов, например, фоторезистор, варистор и так далее.

В этой статье подробно обсудим принцип работы варистора, схема подключения  и применение варистора на практике. Но, в первую очередь мы должны знать, что же такое варистор.

Варистор. Что это такое?

Варистор — это особый тип резистора, сопротивление которого изменяется под действием приложенного к нему напряжения. Поэтому его еще называют вольта зависимый резистор (VDR).  Это нелинейный полупроводниковый элемент получил свое название от слова переменный резистор (VARiable resistor)

Эти варисторы используются в качестве защитного устройства для предотвращения кратковременных всплесков напряжения переходных процессов в электроцепи. По внешнему виду и размеру варистор схож с конденсатором, поэтому его часто путают с ним.

Принцип работы варистора

В обычном рабочем состоянии варистор имеет высокое сопротивление. Всякий раз, когда переходное напряжение резко возрастает, сопротивление варистора тут же уменьшаться. Таким образом, он начитает проводить через себя ток, снижая тем самым напряжение до безопасного уровня.

Существуют различные типы исполнения, однако варистор на основе окиси металла является наиболее часто используемым в электронных устройствах. Как было сказано выше, основное назначение варистора в электронных схемах — защита цепи от чрезмерного всплеска напряжения переходных процессов. Эти переходные процессы обычно происходят из-за разряда статического электричества и грозовых перенапряжений.

Принцип работы варистора можно легко понять, взглянув на кривую зависимости сопротивления от приложенного напряжения.

На графике  выше видно, что во время нормального рабочего напряжения (скажем низкого напряжения) сопротивление его очень высоко  и если напряжение превышает номинальное значение варистора, то его сопротивление начинает уменьшаться.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) варистора  показанная на рисунке выше. Из рисунка видно, небольшое изменение напряжения вызывает значительное изменение тока.

Уровень напряжения (классификационное напряжение), при котором ток, протекающий через варистор составляет 1 мА, является уровнем, при котором варистор переходит из непроводящего состояния в проводящее. Это происходит потому, что, всякий раз, когда приложенное напряжение превышает или равно номинальному напряжению, происходит лавинный эффект, переводящий варистор в состояние электропроводности в результате снижения сопротивления.

Таким образом, даже, несмотря на быстрый рост малого тока утечки, напряжение будет чуть выше номинального значения. Следовательно, варистор будет регулировать напряжение переходных процессов относительно приложенного напряжения.

Применение варистора

На рисунке выше показаны примеры применения варистора в различных системах защиты электроснабжения. Рассмотрим каждый случай по отдельности.

Данная схема представляет собой защиту однофазной линии питания. Если напряжение переходных процессов поступает из сети на клеммы питания устройства, то данный всплеск уменьшит сопротивление варистора и таким образом произойдет защита электрической цепи.

Следующая схема представляет собой защиту однофазной линии с заземлением. В этом случае варистор подключен аналогично предыдущей схеме с дополнительным включением варисторов по линии заземления.

Третья схема предназначена для защиты полупроводниковых переключателей (транзистор, тиристор, симистор), которые коммутируют индуктивную нагрузку.

И последняя схема предназначена для защиты переключателя (контактов) от искрения   при включении электродвигателя.

Справочник по варисторам — скачать

(10,0 MiB, скачано: 1 693)

HILDA — электрическая дрель

Многофункциональный электрический инструмент способн…

Замена и проверка варистора на плате + видео

Если при ремонте кондиционера вы обнаружили на плате сгоревший предохранитель не спешите его тут же менять, вначале выясните причину по которой он сгорел.

Скорее всего это произошло из-за скачков напряжения в сети.

При измерении в сети напряжение питания оно постоянно колеблется,причём не всегда в пределах безопасных для кондиционеров.

Плюс к этому в сети всегда присутствуют короткие импульсы напряжением в несколько киловольт. Происходит это из-за постоянного отключения и включения индуктивной и ёмкостной нагрузки (электродвигатели,трансформаторы и т. д.), а также из-за атмосферного электричества.

Кондиционеры, как и любую другую электронную технику защищают на этот случай варисторами. Точнее электронную начинку кондиционера-плату управления.


 

Стандартная схема подключения варистора

 

параллельно защищаемой нагрузке подключают варистор VA1, а перед ним ставят предохранитель F1:

 

Принцип действия варистора

 

По сути варистор представляет собой нелинейный полупроводниковый резистор, проводимость которого зависит от приложенного к нему напряжения. При нормальном напряжении варистор пропускает через себя пренебрежительно малый ток, а при определённом пороговом напряжении он открывается и пропускает через себя весь ток.
Таким образом он фильтрует короткие импульсы, если же импульс будет более длинным, и ток идущий через варистор превысит номинальный ток срабатывания предохранителя, то он попросту сгорит, обесточив и защитив нагрузку.

Маркировка варисторов

 

Существует огромное количество варисторов разных производителей, с разным пороговым напряжение срабатывания и рассчитанные на разный ток. Узнать какой стоял варистор можно по его маркировке.
Например маркировка варисторов CNR:

 

CNR-07D390K, где:

  • CNR-серия, полное название CeNtRa металлоксидные варисторы
  • 07- диаметр 7мм
  • D — дисковый
  • 390 — напряжение срабатывания, рассчитываются умножением первых двух цифр на 10 в степени равной третьей цифре, то есть 39 умножаем на 10 в нулевой степени получатся 39 В, 271-270 В и т. д.
  • K — допуск 10 %, то есть разброс напряжения может колебаться от номинального на 10 % в любую сторону.

 

Как же найти на плате варистор?

 

По схеме приведённой выше, видно что этот элемент находится рядом с предохранителем в месте прихода на плату проводов питания. Обычно это диск жёлтого или тёмно-зелёного цвета.


 

На фото варистор указан красной стрелкой. Можно было подумать что варистор это синяя деталь, покрытая чёрной копотью, но на увеличении видно трещины на корпусе варистора, от которого покрылись нагаром расположенные рядом детали.Хорошо это видно и с обратной стороны, где написаны условные обозначения. Даже если их не будет, распознать варистор можно, зная что он подсоединён параллельно нагрузке или по маркировке на его корпусе.

VA1- это варистор, а синяя деталь рядом это конденсатор-С70.

Не путайте их, по форме они одинаковые, так что ориентируйтесь на маркировку и условные обозначения на плате.

После того как вы нашли варистор, его нужно выпаять, чтобы потом на его место установить новый.Для выпаивания варисторов я обычно использую газовый паяльник, потому что не всегда в месте ремонта есть электропитание — на строящемся объекте, на крыше, например.Ещё очень удобно пользоваться оловоотсосом -разогреть место пайки и оловоотсосом удалить расплавившийся припой.

Но для этих целей вполне подойдёт пинцет или обычные плоскогубцы-нужно захватить ножку детали и вытянуть когда припой расплавится.Если у вас плохо плавится припой, то скорее всего он на плате высокотемпературный-так называемый бессвинцовый (может заметили на моей плате надпись PbF — плюмбум фри). В этом случае нужно или увеличить температуру жала паяльника или же капнуть сверху другого более низкотемпературного, место пайки расплавится и можно будет удалить деталь. После этого вставляем новый варистор и припаиваем его.

Для пайки очень удобно пользоваться припоем в виде проволоки у которого внутри уже есть флюс.

Ещё обратите внимание, что большинство плат — двусторонние, поэтому припаивать ножки детали нужно с обеих сторон платы, так как нередко бывает что ножка детали выполняет роль перемычки между дорожками с разных сторон платы.

После замены варистора остаётся только поставить новый предохранитель и установить плату на место.

 

Обычно в платах кондиционера стоят варисторы на напряжение 470 В, и предохранители номиналом от 0.5 А до 5 А. Поэтому рекомендую всегда иметь при себе небольшой запас этих деталей.

 

Для тех, кто хочет нагляднее увидеть процесс , выкладываю видео урок:

 

Для тех кому требуется отремонтировать плату, путём замены варистора, помогут наши сервисные специалисты, цены смотрите здесь.

новое предложение от компании Bourns

Для некоторых приложений нужен определенный подход к подавлению электромагнитных помех (ЭМП), при котором требуется как собственно подавление ЭМП, так и защита от скачков напряжения, а точнее — поглощение их энергии. Обычно эту проблему решает использование двух компонентов — конденсатора для подавления излучаемой ЭМП и металлооксидного варистора для поглощения энергии броска напряжения. В настоящее время в портфеле предложений компании Bourns, широко известной на рынке дискретных компонентов для защиты цепей и решения проблем электромагнитной совместимости (ЭМС), появились уникальные компоненты — вариконы, в которых сочетаются преимущества варисторов (вари-) и конденсаторов (-кон). Эти компоненты типа «2 в 1» защищают приложения от скачков напряжения (варистор), решая вопросы ЭМС (конденсатор) и делая их отвечающими требованиям стандарта CISPR, при этом сокращаются габариты печатной платы. Статья знакомит читателей с двумя сериями вариконов: автомобильного (серия OV) и общего (серия MV) назначения.

Введение

Задача защиты — предотвращать или сводить к минимуму ущерб, вызванный скачком напряжения, при этом сама система защиты или защитный элемент должны срабатывать безопасным способом, а после снятия воздействия защищаемое оборудование, в свою очередь, должно вернуться в штатное рабочее состояние с минимальным перерывом по времени. К тому же при отсутствии возмущающих воздействий защита или используемые для ее реализации элемент (элементы) не должна мешать нормальному функционированию оборудования — другими словами, должно сохраняться то, что мы называем «целостность сигнала». Это может быть электропитание или линии передачи/приема данных.

Для целей защиты могут использоваться различные компоненты или их совокупности. До недавнего времени компания Bourns предлагала и предлагает [1]:

  • Семейства газовых разрядников (Gas Discharge Tubes, GDT), которые создают квазикороткое замыкание, когда при перенапряжении достигается ионизация наполняющего их газа, потом они опять возвращаются к состоянию высокого импеданса.
  • Семейство устройств защиты на основе тиристоров TISP, которые сначала ограничивают напряжение в линии, а затем переключаются в проводящее состояние при низком напряжении. После скачка напряжения, когда ток падает ниже тока удержания, устройство возвращается в исходное состояние высокого импеданса.
  • Семейство диодов подавления переходных напряжений (Transient Voltage Suppressor, TVS), которые работают за счет быстрого перехода от высокого импеданса к нелинейной характеристике сопротивления, ограничивающей скачки напряжения.
  • Семейство защитных устройств в виде многослойных варисторов (multilayer varistor, MLV). Эту серию отличают низкие токи утечки, которые делают устройства незаметными при нормальной работе.
  • Объемные силовые металлооксидные (Metal Oxide Varistor MOV) варисторы.

Основные характеристики защитных устройств можно оценить по таблице 1.

Таблица 1. Сравнительный анализ защитных ограничителей напряжения

Параметр Газовые разрядники Защитные тиристоры Варисторы объемные Обычные TVS-диоды Специальные TVS-диоды
Уровень пиковых токов высокий средний высокий средний средний
Минимальное напряжение включения, В 75 8 6 6 ~3
Точность напряжения включения низкая высокая низкая высокая высокая
Эффективность ограничения выбросов напряжения средняя высокая средняя высокая высокая
Типовая емкость, пФ ~1,5 ~30 ~1400 ~100 0,2
Соотношение «пиковый ток/габариты» низкое среднее высокое среднее высокое
Время срабатывания большое среднее большое малое сверхмалое

Рис. 1. Типовой металлооксидный варистор и его вольтамперная характеристика

Как можно видеть из таблицы 1, наиболее простым и экономически эффективным решением, если дело не касается высокоскоростных линий передачи данных, требующих минимальной емкости, здесь являются варисторы.

Что такое варистор? Название «варистор» (от англ. Varistor) составлено из двух частей VARI-able и resi-STOR (буквально: резистор с изменяемым сопротивлением, или, что более правильно, нелинейный резистор). Варисторы могут быть выполнены на основе карбида кремния (красные) и металлооксидные (синие), которые более распространены, конструкция типового варистора в общем виде и его вольтамперная характеристика показаны на рис. 1.

Металлооксидные варисторы (Metal Oxide Varistor, MOV) выполнены на основе оксида цинка (ZnO) с небольшим содержанием висмута, кобальта, магния и других элементов, образующих микрогранулы. В местах соприкосновения микрогранул варистора возникает эффект проводимости. Так как количество гранул в объеме варистора очень велико, абсорбируемая варистором энергия значительно превышает энергию, которая может пройти через единичный p-n-переход в диодах. В процессе протекания тока через варистор весь проходящий заряд равномерно распределяется по всему объему. Таким образом, количество энергии, которую может абсорбировать варистор, напрямую зависит от его объема и может достигать больших величин.

Кроме единичных, скажем так — самодостаточных устройств защиты, компания Bourns имеет в своем портфеле и комбинированные устройства. Инженерам Bourns удалось соединить в одном устройстве положительные свойства газового разрядника и объемного варистора. Это проприетарное решение было представлено в апреле 2019 года в виде инновационной линейки гибридных двунаправленных компонентов защиты от перенапряжения под торговым названием GMOV. В данном продукте инженеры компании объединили инновационную и компактную газоразрядную трубку (GDT) Bourns с технологией FLAT с MOV [2]. Не так давно портфель компании Bourns пополнился еще одними интересными гибридными устройствами — вариконами.

Вариконы — симбиоз варистора и конденсатора

Вариконы — это наследие от приобретенной компанией Bourns компании KEKO-Varicon d.o.o. Zuzemberk (Словения). За счет данного приобретения Bourns существенно расширил свое портфолио в сегменте металлооксидных и многослойных варисторов (MOV, MLV) и укрепил позиции в качестве одного из крупнейших производителей защитных компонентов.

Компания KEKO-Varicon — один из ведущих мировых производителей компонентов защиты от перенапряжения и подавления электромагнитных помех. Продукция компании разработана для широкого спектра применений в низковольтных приложениях, телекоммуникации, автомобильной электронике, линиях переменного тока и промышленного оборудования. Сочетание обширных технических знаний и современного оборудования позволяет KEKO-Varicon производить продукцию с высочайшим уровнем и почти 100%-ным выходом готовой продукции. Примеры продукции компании KEKO-Varicon, которые теперь доступны в портфеле заказов компании Bourns можно увидеть на рис. 2.

Компания KEKO-Varicon выпускала как стандартные радиальные дисковые варисто-ры общего применения, так и их специализированные серии [3]: многослойные SMD-варисторы для низковольтных применений, варисторы для автомобильной промышленности и медицинской техники, силовые ва-ристоры с высоким уровнем рассеиваемой энергии, а также интересующие нас в рамках данной статьи вариконы.

В технике иногда недостаток может оказаться или использоваться как несомненное достоинство. Если посмотреть на сравнительные данные, приведенные в таблице 1, то можно видеть, что варисторы имеют самою большую поглощаемую мощность импульса напряжения, но и самую большую собственную емкость, которая ограничивает их применение. Инженеры тогда еще самостоятельной компании KEKO-Varicon посмотрели на это под другим углом — а что если эту емкость увеличить и нормировать? В таком случае мы получим новый двухфункциональный элемент, который будет решать проблемы защиты от импульсов напряжения и подавления ЭМП. Так получился варикон (Varicon, VARI (stor) — варистор + COND (enser) — конденсатор), давший наименование компании. Для этого им потребовалось ни много ни мало соединить в одном корпусе варистор и многослойный керамический конденсатор, на первый взгляд — это просто, однако по факту — сложно. Кроме того, здесь необходимо уточнение: варикон не надо путать с созвучным ему варикон-дом — сегнетоэлектрическим конденсатором, емкость которого изменяется нелинейно в зависимости от приложенного напряжения, это совершенно разные компоненты и для разных целей.

Рис. 2. Внешний вид отдельных серий варисторов KEKO-Varicon, доступных ныне от компании Bourns

Рис. 3. Примеры типового использования вариконов серии MV компании Bourns: а) недопущение дуги при замыкании и размыкании контактов реле; б) защита полупроводниковых компонентов схемы — транзисторов и диодов; в) устранение помех от электродвигателей; г) подавление переходных процессов при выключении тиристора; д) стабилизация напряжения и поглощение бросков напряжения; е) защита транзисторов от подачи недопустимо высокого напряжения; ж) предотвращение акустического удара и защита пьезоизлучателя; з) защита от накопления статического электричества

Комбинированные варисторы со встроенным конденсатором применяются не только для поглощения энергии всплесков напряжения, но и для подавления сопутствующих им высокочастотных шумов и помех, как следствие, переходных процессов. Кроме того, они в определенной мере решают и вопросы электромагнитной совместимости (ЭМС), подавляя электромагнитные помехи (ЭМП) непосредственно самого приложения, например, коллекторного двигателя. Схемы включения вариконов, на примере использования вари-кона серии MV, общего назначения, показаны на рис. 3 [4] (кстати, обращаю ваше внимание, что в оригинале допущены ошибки!), а пример практического применения на рис. 4.

Рис. 4. Пример практического применения вариконов серии OV на щеточной плате двигателя постоянного тока и схема для управления привода сиденья автомобиля

Серии MV/OV

Вариконы серий MV и OV представляют собой защитные устройства двойного действия, которые защищают от бросков напряжения и от высокочастотного шума, заменяя два компонента — варистор низкого напряжения и конденсатор. Вариконы серии MV предназначены для широкого применения, работают в диапазоне постоянного напряжения 3-125 В (до 170 В по запросу) и как высокочастотные шунтирующие конденсаторы выполнены на основе диэлектрика X7R, имея диапазон емкостей 10 нФ — 1 мкФ. Также доступны более низкие значения емкости. Они предназначены для защиты самой различной радиоэлектронной аппаратуры электронных устройств, чувствительной к броскам напряжения и высокочастотным шумам, производимых электромеханическими устройствами, такими как зуммеры, реле, щеточные электродвигатели и т. п. (примеры на рис. 3).

Вариконы серии OV предназначены в первую очередь для применения в автомобильном оборудовании (пример на рис. 4).

Вариконы серии OV включают варистор, предназначенный для работы на автомобильных шинах напряжения постоянного тока 12, 24 и 42 В и имеют диапазон напряжений 16, 20, 26, 38 и 56 В. Встроенный в ва-риконды серии OV конденсатор фильтрации радиочастотных помех с емкостью на основе диэлектрика X7R имеет емкость в диапазоне 0,47-1,5 мкФ (более высокие значения емкости доступны по запросу), что делает их оптимальными для защиты и обеспечения требований в части ЭМС в целом ряде приложений автомобильной электроники.

Серии MV и OV представляет собой компоненты квадратной формы. Для серии MV доступны компоненты размером 6×8 мм с линейными выводами для монтажа в отверстия. Для серии OV доступны два стандартных размера 7,5×9 мм и 8×12 мм (меньшие размеры доступны по запросу). Они требуют очень небольшого пространства для установки, как правило, занимая площадь на 30% меньше, чем два отдельных компонента. По запросу вариконы этих серий также доступны в SMD-исполнении для поверхностного монтажа (рис. 5). Обе серии могут поставляться с классификацией согласно AEC-Q200 Grade 1 (-40___+ 125 °C) для использования в автомобильной индустрии, а серия OV способна выдерживать мощные импульсы при сбросе нагрузки в соответствии с требованиями SAE J1113. Основные технические характеристики вариконов серий MV и OV компании Bourns приведены в таблице 2. Полные технических характеристики вариконов серий MV и OV компании Bourns доступны в спецификациях [4, 5].

Полная номенклатура защитных компонентов, которой владела компания KEKO-Varicon и которая перешла к Bourns, приведена в каталоге [6]. К сожалению, каталог не обновлялся с 2015 года и в нем допущены ошибки, поэтому для уточнения следует обращаться либо напрямую к службе поддержки компании Bourns, либо к ее авторизованному дилеру. В любом случае отказываться от использования таких компонентов, как вариконы, не стоит, а объединение компаний KEKO-Varicon и Bourns несомненно даст новый толчок к развитию этого перспективного направления защитных элементов. Полная номенклатура защитных компонентов компании доступна по ссылке [7].

Рис. 5. Варианты исполнения вариконов серий MV и OV компании Bourns и их графический символ

Таблица 2. Основные технические характеристики коммерчески доступных вариконов серий MV и OV

Параметр Серия MV Серия OV
Непрерывный режим Приложенное установившееся напряжение
Диапазон напряжения постоянного тока (Vdc), В 3-170 16-56
Диапазон переменного напряжения (Vrms), В 2-130* 14-40
Импульсный режим Энергия сброса нагрузки (WLD), Дж - 6-12
Возможность запуска от внешнего источника — 5 мин (Vjump). В - 24-65
Непериодический импульсный ток, форма волны 8/20 мкс (Imax), А 150 800-1200
Энергия неповторяющихся всплесков напряжения, форма волны 10/1000 мкс (Wmax), Дж 0,1-2,5 2,4-10,5
Номинальная емкость конденсатора, нФ 10-1000 470-4700
ТКЕ конденсатора X7R
Рабочая температура окружающей среды, °С -40…+125
Температур хранения, °С -40…+150
Температурный коэффициент порогового напряжения, не более, %/°С +0,5
Сопротивление изоляции, не менее, ГОм 1
Допустимое напряжение изоляции, кВ, не менее 1,25
Время отклика, не более нс 25
Климатическая категория 40/125/56

Примечание. * Вариконы с номинальным напряжением 2—8 В являются нестандартными и доступны только по запросу.

Литература

1. Рентюк В. Элементы BOURNS для защиты от статического электричества и переходных процессов. В сб. «Электромагнитная совместимость в электронике». 2019.

2. Рентюк В. Комбинированный варистор компании BOURNS — эффективное решение проблемы защиты оборудования. В сб. «Электромагнитная совместимость в электронике». 2019.

3. Верхулевский К. Варисторы и конденсаторы Keko Varicon для автомобильных и промышленных применений // Компоненты и технологии. 2015. № 7.

4. MV Series — Low Voltage Dual Function Varicons. REV. A 01/20. https://www.bourns.com/docs/product-datasheets/mv_series.pdf?sfvrsn=22ed46f6_6

5. OV Series — Automotive Grade Dual Function Varicons. REV. A 01/20. https://www.bourns.com/docs/product-datasheets/ov_series.pdf?sfvrsn=eed46f6_6

6. Catalogue PROTECTIVE DEVICES. Edition 2015. http://www.keko-varicon.si/application/keko/upload/files/KEKO_OV.pdf 

7. www.bourns.com/products/circuit-protection/varistor-products

Опубликовано в сборнике «Электромагнитная совместимость в электронике» 2020 г. http://emc-e.ru


что это такое? Варисторы: принцип действия, типы и применение

Варистор – что это такое, где он применяется, и зачем необходим? Данный элемент электронных схем довольно редко используется, поэтому название его не на слуху. Давайте исправим это и ознакомимся с его работой и принципом устройства.

Общая информация

Электроустановки обладают изоляцией, которая соответствует номинальному напряжению. Реальный показатель может отличаться от теоретического значения. Но работа будет обеспечиваться в случае, если отклонение невелико и находится в рамках разрешенного диапазона. И всё же электрооборудование часто выходит из строя из-за импульса напряжения. Так называют резкое изменение характеристики в определённой точке, когда следует восстановление до первоначального уровня за небольшой промежуток времени. Импульсы могут быть грозовые и коммутационные. Чтобы защититься от таких перепадов, используют различные устройства, среди которых вентильные разрядники, фильтры, цепочки и много других разработок. Но наиболее успешным оказался варистор. Что это такое? Так называют эффективное и дешевое средство защиты от импульсов, которое базируется на нелинейных полупроводниковых резисторах. Принцип их действия прост: варистор включается параллельно к защищаемому оборудованию и в нормальном режиме на него влияет рабочее напряжение защищаемого устройства. Когда наступает экстренная ситуация, то он начинает функционировать как изолятор. Их отличительной чертой является симметричная и хорошо выраженная нелинейная вольт-амперная характеристика.

Действия варистора

Когда возникает импульс, то устройство в силу нелинейности характеристики быстро уменьшает свое сопротивление (до долей Ома) и шунтирует нагрузку. Таким образом она защищается, а поглощенная энергия рассеивается в виде тепла. Во время таких процессов в варисторах может протекать ток величиной в несколько тысяч ампер. Учитывая практически безынерционность устройства, после того как импульс погашен, он опять становится прибором с большим сопротивлением. Таким образом, в нормальных условиях он не влияет на работу электрооборудования. Но есть будут импульсы опасного напряжения, то будьте уверены – они срежутся. Это обеспечивает сохранность даже слабой изоляции.

Самые популярные образцы

Говоря про варистор, что это такое, нельзя обойти стороной материалы, из которых он изготавливается. Наибольшее распространение получили те устройства, которые сделаны с использованием оксида цинка. Это обусловлено несколькими причинами:

  1. Простота изготовления.
  2. Цинк имеет хорошую способность к поглощению высокоэнергетических импульсов напряжения.

Создаются они по «керамической» технологии, которая включает в себя прессование, обжиг, нанесение электродов и электроизоляции, пайку выводов и монтаж влагозащитных покрытий. Благодаря простоте изготовления они могут создаваться даже под индивидуальные заказы.

Маркировка

Мы уже достаточно внимания уделили изучению того, чем является варистор. Маркировка этого прибора сложна, и поэтому при приобретении устройства о нём нельзя судить по данным, размещенным на корпусе. Рассмотрим на вот таком примере: есть CNR-06D400K. CNR – это название типа, в данном случае перед нами металлооксидный варистор. 06 – он имеет диаметр в 6 миллиметров. D – перед нами дисковый варистор. 400 – напряжение срабатывания. K – эта буква говорит о том, что допуск возможного отклонения имеет погрешность в 10%. Если говорить о компьютерной технике, то у них варисторы рассчитаны на 470В. Согласитесь, немало. Но ведь существует не один варистор! Маркировка этих деталей проводится каждым крупным производителем по-своему, поэтому универсальных и стандартизированных правил распознавания нет. Поэтому нужно пользоваться или помощью продавцов, или прибегать к услугам справочников.

Изображение

Если мы не хотим, чтобы техника сгорела, то нам важен варистор. Обозначение на схеме выглядит как у обычного резистора, только есть ещё косая линия и буква U. Она говорит о том, что рабочие характеристики напрямую зависят от величины напряжения. Но может и по-другому выглядеть варистор. Обозначение на схеме для него задаётся как RU, после чего указываются цифры. Число является порядковым номером, а вот буквы обозначают название устройства: резистор-варистор. Также могут быть информационные обозначения. Это можно отнести к популярной отечественной продукции, которая изготавливается на заводе «Прогресс» в Ухте. Их варистор на схеме может быть промаркирован буквами от А до Г.

Проверка работоспособности элемента

Вот у нас в руках есть варистор. Как проверить его работоспособность? Начинать всегда необходимо с внешнего осмотра устройства. Необходимо внимательно поискать на корпусе сколы, трещины, почернения или следы нагара. Если есть внешние дефекты, то уже одно это говорит о том, что элемент необходимо заменить или не использовать вообще. Если при осмотре не было выявлено проблем, то можно приступать к проверке мультиметром. В этом случае тестер необходимо переключить на режим замера максимального сопротивления. Вот самый простой способ узнать, рабочий ли варистор. Как проверить его работоспособность, мы уже рассмотрели, теперь давайте обсудим, как же подбирать необходимые элементы.

Оптимальный рабочий режим

В силу высокой линейности устройства найти наилучшие параметры для схемы – задача не из легких. Для этого применяются довольно сложные и многочисленные расчеты. Большую важность в этом случае играет рабочий ток, значение которого должно быть минимальным и не вести к перегреву устройства. Но здесь приходится балансировать. Ведь если использовать слишком малой рабочий ток, то увеличится ограничение напряжения, и устройство не будет выполнять свою основную функцию. В качестве «ленивого» варианта можно взять на вооружение такой принцип: рабочее постоянное напряжение не должно превышать 0,85 от порога варистора. Но этот простой подход на практике является малоприменимым. Ведь работа варистора специфическая, и желаемый результат, а также рамки ограничения должны подбираться под каждый конкретный случай.

Выбор и установка

Про то, что варисторы должны размещаться параллельно защищаемому электрооборудованию, мы уже говорили. Наиболее предпочтительным местом монтажа варисторов считается место после коммутационного аппарата (если смотреть со стороны нагрузки, которую необходимо защитить). В качестве примера уже готового решения можно привести продукцию ранее упомянутого завода «Прогресс» с названием «Импульс-1». Такой варистор предназначен для того, чтобы его закрепляли на электрощите. Благодаря ему можно просто реализовать схему защиты трехфазных нагрузок с соединением «звезда» или «треугольник». Или в качестве альтернативы выбрать защиту 3 электроустановок, которые питаются от трехфазной сети.

Параметры

Говоря про варистор, что это такое, нельзя обойти вниманием его характеристики, которые важны в работе:

  1. Классификационное напряжение. Так называют величину, при которой ток в 1 мА протекает через устройство.
  2. Максимальное допустимое переменное напряжение. Под этим понимается величина, при которой варистор срабатывает и начинает выполнять возложенные на него защитные функции.
  3. Максимальное допустимое постоянное напряжение. То же, что и с предыдущим вариантом. Но в данном случае этот параметр касается работы с постоянным током.
  4. Максимальное напряжение ограничения. Это величина, при которой варистор может работать без повреждений. Как правило, указывается отдельно для разных значений тока. Если превысить эту величину, то варистор треснет надвое или даже разлетится на куски.
  5. Максимальная поглощаемая энергия. Указывается в джоулях. Является величиной максимальной энергии импульса, которая может быть рассеяна варистором в виде тепла без угрозы разрушить само устройство.
  6. Время срабатывания. Это промежуток, за который устройство переходит из одного состояния в другое, если было превышено максимальное допустимое напряжение. Как правило, измеряется в десятках наносекунд.
  7. Допустимое отклонение. Это величина, изменение на которую квалификационного напряжения варистора считается нормой. Всегда указывается в процентах. Как можно было понять из статьи ранее, данный параметр обозначается буквой в конце маркировки.

Использование

Давайте рассмотрим, к примеру, сеть на 220 Вольт. Для неё оптимальными будут устройства, у которых напряжение срабатывания находится в диапазоне 275-420В (но здесь есть некоторые технические нюансы, которые мы трогать не будем). В качестве сетевого фильтра используется три варистора. Они блокируют проникновение импульсов по цепи фазы и нуля. А почему их три? Бывает иногда такое, что в новостях проскакивают сообщения о проблемах, вследствие которых электроники лишились тысячи людей. Такое бывает, когда вместо нуля и фазы по проводам идёт только последняя. Для аппаратуры это почти всегда верная смерть. Но наличие варистора на нуле позволяет успешно защищать от таких ситуаций. В качестве показательного примера можно привести мобильные телефоны. Чтобы они не перегорели, используют миниатюрные многослойные варисторы. Кроме этого, их можно встретить в телекоммуникационном оборудовании и автомобильной электронике.

Что такое варистор? | Музей энергетики

 

Варистор — это резистор, зависящий от напряжения (VDR). Сопротивление варистора является переменным и зависит от приложенного напряжения. Их сопротивление уменьшается при увеличении напряжения. В случае чрезмерного повышения напряжения их сопротивление резко падает. Такое поведение делает их подходящими для защиты цепей во время скачков напряжения. Причины всплеска могут включать удары молнии и электростатические разряды. Наиболее распространенным типом VDR является металлооксидный варистор или MOV. Купить варистор можно тут https://radiodetali.com.ua/catalog/varistory-varikapy

Характеристики

Зависимый от напряжения резистор имеет нелинейно изменяющееся сопротивление, зависящее от приложенного напряжения. Сопротивление высокое в условиях номинальной нагрузки, но резко снижается при превышении порога напряжения, напряжения пробоя. Они часто используются для защиты цепей от чрезмерных переходных напряжений. Когда цепь подвергается воздействию переходного процесса высокого напряжения, варистор начинает проводить и зажимает переходное напряжение до безопасного уровня. Энергия входящего всплеска частично проводится и частично поглощается, защищая цепь.

Наиболее распространенным типом является MOV, или металлический оксидный варистор. Они построены из спеченной матрицы зерен оксида цинка (ZnO). Границы зерен обеспечивают характеристики полупроводника PN-перехода, аналогичные диодному переходу. Матрицу случайно ориентированных зерен можно сравнить с большой сетью диодов, соединенных последовательно и параллельно. Когда подается низкое напряжение, протекает очень мало тока, вызванного обратной утечкой через соединения. Однако при подаче высокого напряжения, которое превышает напряжение пробоя, соединения испытывают лавинный пробой и может протекать большой ток. Такое поведение приводит к нелинейным вольт-амперным характеристикам.

Соотношение между током (I) и напряжением (V) на клеммах обычно описывается как:

 

Вольт-амперные характеристики варистора

Важными параметрами выбора являются напряжение срабатывании, пиковый ток, максимальная энергия импульса, номинальное напряжение переменного / постоянного тока и ток в режиме ожидания. При использовании в линиях связи емкость также является важным параметром. Высокая емкость может действовать как фильтр для высокочастотных сигналов или вызывать перекрестные помехи, ограничивая доступную полосу пропускания линии связи.

Варисторы полезны для кратковременной защиты в случае больших скачков напряжения переходного процесса порядка 1-1000 микросекунд. Однако они не подходят для устойчивых всплесков напряжения. Если энергия переходного импульса в джоулях (Дж) слишком высока и значительно превышает абсолютные максимальные значения, они могут плавиться, гореть или взрываться.

Характеристики варисторы ухудшаются, когда подвергаются повторным скачкам. После каждого всплеска напряжение зажима MOV перемещается немного ниже, насколько это зависит от джоулевого значения MOV относительно импульса. Поскольку напряжение зажима падает все ниже и ниже, возможный режим отказа — это частичное или полное короткое замыкание. Такая ситуация может привести к пожару. Чтобы предотвратить опасность пожара, они часто соединяются последовательно с тепловым предохранителем, который отключает MOV в случае перегрева. Чтобы ограничить ухудшение, рекомендуется использовать настолько высокое напряжение, насколько позволяет защищенная цепь, чтобы ограничить степень воздействия скачков напряжения.

Использование

Нелинейные характеристики варистора делают их идеальными для использования в качестве устройств защиты от перенапряжений. Источниками переходных напряжений высокого напряжения могут быть, например, удары молнии, электростатические разряды или индуктивный разряд от двигателей или трансформаторов. Например, они часто используются в удлинителях сетевого фильтра. Специальные типы с низкой емкостью защищают линии связи. Эти VDR полезны для широкого спектра приложений, которые могут включать:

  • Защита телефонных и других линий связи
  • Радиосвязное оборудование подавление переходных процессов
  • Сетевые фильтры
  • Сетевые фильтры для кабельного телевидения
  • Защита источника питания
  • Микропроцессорная защита
  • Электронное оборудование защиты
  • Защита уровня платы низкого напряжения
  • Подавитель скачков напряжения (TVSS)
  • Защита автомобильной электроники
  • Промышленная защита переменного тока высокой энергии

Наиболее важные типы:

Металлооксидный варистор. Описанный выше MOV представляет собой нелинейный варистор, состоящий из оксида цинка (ZnO).

Карбидокремниевый варистор — когда-то это был самый распространенный тип, прежде чем MOV появился на рынке. Эти компоненты используют карбид кремния (SiC). Они интенсивно используются в приложениях высокой мощности и высокого напряжения. Недостаток этих устройств заключается в том, что они потребляют значительный ток в режиме ожидания, поэтому для ограничения энергопотребления в режиме ожидания необходим последовательный разрыв.

Варисторы Epcos

Epcos AG — когда-то один из крупнейших европейских производителей пассивных комплектующих («дитя» Siemens и Matsushita), в наши дни входящий в состав корпорации TDK под названием TDK-Electronics. В ассортимент продукции Epcos входят конденсаторы, резисторы, сердечники для индуктивных приборов, фильтры и другие широко применяемые электронные компоненты — к примеру, варисторы. 

Варистор — это электронный прибор, сопротивление которого нелинейно зависит от подаваемого на него напряжения. Общий вид вольт-амперной характеристики варистора представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 — ВАХ идеального  варистора

Варистор применяется в основном для защиты электрических цепей от скачков напряжения. По первому закону коммутации ток в индуктивной цепи не может изменяться скачкообразно — чего нельзя сказать о напряжении на катушке. Запасённая электромагнитная энергия в цепи без защиты может пробить конденсаторы, диоды, транзисторы, моментально сжечь резисторы — но с добавлением в схему подходящего варистора этот вопрос можно легко решить.

Наиболее распространённым форм-фактором варисторов является диск с радиальными выводами, подобный тому, который виден на иллюстрации к статье. Герметизация низковольтных приборов производится обычно при помощи залития их компаундом, а варисторов высокой мощности — корпусировкой. Так, варистор B72240B0231K001 имеет корпус с креплением на болты и винтовыми выводами, но внутри всё тот же диск с радиальными выводами (рисунок 2).

Рисунок 2 — Варистор B72240B0231K001 (40000A, 360V)

Так как работает варистор? При скачке напряжения сопротивление прибора резко уменьшается, и напряжение в цепи снижается, а сам варистор рассеивает значительную часть энергии этого скачка.

Когда в цепях защиты появляются импульсные помехи, сопротивление варистора уменьшается во множество раз: от почти непроводящего состояния до высокопроводящего, уменьшая импульс напряжения до безопасного для цепи значения. Таким образом, потенциально опасная для элементов цепи энергия входного импульса напряжения абсорбируется варистором и защищает компоненты, чувствительные к скачкам напряжения. Это происходит за счёт того, что сам варистор состоит из материалов по типу спрессованного порошка (как правило, используется оксид цинка ZnO либо карбид кремния SiC). При подаче большого напряжения каждая пара микрогранул (кристаллитов) превращается в своего рода диод — электронам хватает энергии на переход между кристаллитами. Как раз это явление и вызывает падение электрического сопротивления прибора.

Варисторы Epcos являются одними из лучших на рынке по многочисленным тестам.

Новое поступление варисторов Epcos вы можете увидеть в таблице ниже. Все варисторы Epcos в нашем каталоге доступны по ссылке.

Металлооксидный варистор MOV

Металлооксидный варистор или MOV — это нелинейное устройство, зависящее от напряжения, которое обеспечивает превосходное подавление переходных напряжений. Металлооксидный варистор предназначен для защиты различных типов электронных устройств и полупроводниковых элементов от коммутации и индуцированных грозовых перенапряжений.

При воздействии высокого переходного напряжения MOV фиксирует напряжение до безопасного уровня. Металлооксидный варистор поглощает потенциально разрушительную энергию и рассеивает ее в виде тепла, таким образом защищая уязвимые компоненты схемы и предотвращая повреждение системы. Варисторы могут поглощать часть скачков напряжения.

О MOV — Металлооксидные варисторы

A MOV содержит керамическую массу зерен оксида цинка в матрице оксидов других металлов (например, небольшое количество висмута, кобальта, марганца), зажатую между двумя металлическими пластинами (электродами).

Сопутствующие товары: Защита цепей Разное | Блокирующие устройства переходного режима | Варистор | TVS | Ограничители перенапряжения

Их можно подключать параллельно для повышения энергоэффективности.MOV
также могут быть подключены последовательно, чтобы обеспечить более высокое номинальное напряжение или номинальное напряжение между стандартными приращениями.

Металлооксидный варистор остается непроводящим в качестве устройства шунтирующего режима во время нормальной работы, когда напряжение остается значительно ниже своего «напряжения ограничения». Если кратковременный импульс (часто измеряемый в джоулях) слишком высок, устройство может расплавиться, сгореть, испаряться или иным образом быть повреждено или разрушено.

Варисторы в любом случае должны быть подключены параллельно защищаемым электронным цепям.

Как сказал Сивананд в одной из статей: «СЛЕДУЕТ использовать металлооксидный варистор для защиты схемы от скачков высокого напряжения… Это стало обязательным, и его можно увидеть во всех источниках питания, которые работают напрямую от сети».

Металлооксидный варистор (MOV), основы, работа, технические характеристики, рабочие характеристики, характеристики

Металлооксидный варистор (MOV)

Основы варистора

Варистор / резистор, зависящий от напряжения (VDR) — это компонент, который имеет вольт-амперные характеристики, которые очень похожи на характеристики диода.Этот компонент используется для защиты электрических устройств от высоких переходных напряжений. Они вставлены в устройства таким образом, чтобы они замыкались при возникновении большого тока из-за высокого напряжения. Таким образом, компоненты устройства, зависящие от тока, будут защищены от внезапного скачка напряжения.

Я уже подробно объяснил работу и применение переменного резистора [варистора]. Чтобы узнать больше об этом, перейдите по ссылке ниже.

СМОТРЕТЬ: ПЕРЕМЕННЫЕ РЕЗИСТОРЫ — РАБОТА И ПРИМЕНЕНИЕ

Следует также отметить, что VDR в основном представляют собой неомические переменные резисторы.В случае омических переменных резисторов обычно используются потенциометры и реостат.

Чтобы узнать больше, пройдите по ссылке ниже.

ПОСМОТРЕТЬ: ПОТЕНЦИОМЕТР И РЕОСТАТ — РАБОТА И СРАВНЕНИЕ

Металлооксидный варистор — основные сведения

MOV — наиболее часто используемый тип варистора. Он называется так, потому что компонент изготовлен из смеси оксида цинка и оксидов других металлов, таких как кобальт, марганец и т. Д., И остается неповрежденным между двумя электродами, которые в основном представляют собой металлические пластины.MOV — это наиболее часто используемый компонент для защиты тяжелых устройств от переходных напряжений. Между каждой границей зерна и его ближайшим соседом образуется диодный переход. Таким образом, MOV — это, по сути, огромное количество диодов, подключенных параллельно друг другу. Они предназначены для работы в параллельном режиме, так как он будет лучше справляться с энергопотреблением. Но если компонент предназначен для обеспечения лучшего номинального напряжения, лучше соединить их последовательно.

Обратный ток утечки появляется через диодные переходы каждой границы, когда к электродам прикладывается внешнее крошечное напряжение.Производимый ток также будет очень небольшим. Но когда на электроды подается большое напряжение, пограничный переход диода выходит из строя в результате сочетания туннелирования электронов и лавинного пробоя. Таким образом, устройство демонстрирует высокий уровень нелинейных вольт-амперных характеристик. Из характеристик следует также отметить, что компонент будет иметь низкое сопротивление при высоких напряжениях и высокое сопротивление при низких напряжениях.

Единственная проблема с этим компонентом заключается в том, что они не могут выдерживать переходное напряжение, превышающее превышенное номинальное.Они имеют тенденцию к ухудшению после определенного уровня. В таком случае их придется время от времени заменять. Когда они поглощают переходное напряжение, они склонны рассеивать его в виде тепла. Когда этот процесс повторяется в течение некоторого времени, устройство начинает изнашиваться из-за чрезмерного нагрева.

Их можно подключать параллельно для повышения энергоэффективности. MOV также могут быть подключены последовательно, чтобы обеспечить более высокое номинальное напряжение или номинальное напряжение между стандартными приращениями.

MOV Технические характеристики
  • Максимальное рабочее напряжение — максимальное установившееся постоянное напряжение. В этом случае значение типичного тока утечки будет меньше заданного значения.
  • Варистор напряжения
  • Максимальное напряжение зажима получается, когда к компоненту прикладывается определенный импульсный ток для получения максимального пикового напряжения.
  • Импульсный ток
  • Импульсный сдвиг относится к изменению напряжения после подачи импульсного тока.
  • Поглощение энергии означает максимальную энергию, которая рассеивается для определенной формы сигнала без особых проблем.
  • Емкость
  • Ток утечки
  • Время ответа
  • Максимальное среднеквадратичное напряжение переменного тока означает максимальное значение среднеквадратичного напряжения, которое может подаваться на компонент.

Работа металлооксидного варистора (MOV)
Работа металлооксидного варистора (MOV)

Работа MOV показана на рисунке выше.

Сопротивление MOV очень высокое. Во-первых, давайте рассмотрим, что компонент имеет разомкнутую цепь, как показано на рисунке 1 (а). Компонент начинает проводить ток, как только напряжение на нем достигает порогового значения. Когда оно превышает пороговое напряжение, сопротивление в MOV сильно падает и достигает нуля. Это показано на рисунке 1 (b). Поскольку в это время устройство имеет очень маленький импеданс из-за высокого напряжения на нем, весь ток будет проходить через сам металлооксидный варистор.Компонент должен быть подключен параллельно нагрузке. Максимальное напряжение, которое будет проходить через нагрузку, будет суммой напряжения, которое появляется на проводке и отключении, заданном для устройства. Также будет добавлено напряжение фиксации на MOV. После того, как переходное напряжение пройдет через компонент, MOV снова будет ждать следующего переходного напряжения. Это показано на рисунке 1 (c).

MOV Производительность

Варистор в основном используется в качестве ограничителя скачков напряжения в сети.Устройство не проводит ток, когда напряжение на нем ниже напряжения ограничения. Но, если через него проходит сильный выброс (молния), который более высок, чем может выдержать варистор, компонент не будет работать. Результирующий ток будет настолько высоким, что повредит MOV.

Производительность варистора со временем снижается, даже если через него проходят небольшие скачки напряжения. Срок службы MOV будет объяснен в таблице производителей. Диаграмма будет иметь графики и показания между током, временем, а также количеством переходных импульсов, которые проходят через варистор.

Другая основная причина, которая влияет на производительность MOV, — это класс энергопотребления. При увеличении номинального энергопотребления срок службы варистора изменяется в геометрической прогрессии. Таким образом, произойдет изменение переходных импульсов, которыми может управлять устройство. Это увеличивает фиксирующее напряжение при выходе из строя каждого переходного процесса.

Производительность можно увеличить, подключив несколько варисторов параллельно. Поможет и повышение рейтинга.

Одна из лучших особенностей MOV — время отклика.Шипы закорачиваются через устройство за наносекунды. Но время отклика может зависеть от способа монтажа и индуктивности выводов компонентов.

Что такое варистор? (с иллюстрациями)

Варистор, также иногда называемый «резистором, зависящим от напряжения», является частью электрической схемы, которая помогает направлять и отводить напряжение, чтобы поддерживать постоянный уровень энергии, проходящей через него. Понимание специфики того, что он делает и как работает, может быть сложным.Однако на самом общем уровне эти компоненты работают как внутренние устройства защиты от перенапряжения и помогают удерживать электрические токи внутри данного устройства. Как правило, они сделаны из металлических композитов, которые были специально разработаны для поглощения и проведения электричества на определенных уровнях, хотя обычно они не считаются настоящими проводниками. Почти все современные электроприборы содержат их, и они, пожалуй, наиболее очевидны и важны в таких вещах, как генераторы и трансформаторы, которые получают регулярные скачки тока высокого напряжения.

Что он делает

Слово «варистор» — это комбинация слов «переменный» и «резистор», и, говоря простым языком, именно это и делает этот компонент: он сопротивляется электричеству в зависимости от того, сколько энергии проходит мимо, и этой энергии.Его основная роль — действовать как более или менее как искровой разрядник, защищающий печатные платы от неконтролируемого напряжения. Без них электрические токи могли бы свободно проходить через систему на высоких уровнях. Это может быть опасно для людей, а также может привести к «поджариванию» или повреждению самой печатной платы.

Эти компоненты часто бывают очень маленькими, хотя их размер обычно зависит от типа устройства или устройства, с которым возникает проблема.В небольших устройствах, таких как персональные компьютеры или домашняя электроника, они обычно не более 0,4 дюйма (1 см) в поперечнике, но в генераторах и трансформаторах они могут быть намного больше. Большинство из них имеют круглую форму и обычно имеют два штифта или стержня, которые выходят из них и входят в печатную плату того, над чем они работают, чтобы защитить. Многие из самых маленьких экземпляров имеют круглую форму и, как часто говорят, напоминают маленькие монеты или крошечные батарейки, хотя также распространены модели квадратной формы.Когда дело доходит до внешнего вида, существует много различий, и во многом это связано со спецификой использования. Маленькие персональные устройства обязательно имеют другие потребности, чем более крупные и мощные устройства, такие как телекоммуникационные узлы и компьютерные серверы.

Наиболее частое использование

Большинство устройств, использующих электричество, нуждаются в подавлении напряжения, что означает, что почти каждое электронное устройство, от будильников до промышленного оборудования, нуждается в переменном резисторе.В небольших приборах этот компонент часто не очень заметен и часто работает вместе с другими мерами по проверке напряжения, чтобы обеспечить базовую защиту от перенапряжения. Устройства защиты от перенапряжения — длинные полоски розеток, которые подключаются к настенным розеткам — являются одними из наиболее распространенных мест, где можно найти эти резисторы в доме. Однако более крупные машины, как правило, больше от них зависят.

Такие вещи, как трансформаторы, телефонные коммутаторы и крупномасштабные механические устройства, часто зависят от мощных резисторов, чтобы предотвратить полное расплавление и опасные условия работы.Варисторы в этих настройках имеют тенденцию быть немного более мощными и часто могут вызвать отключение всего устройства в случае обнаружения слишком высокого напряжения. Обычно это требует немедленного ремонта и возможной замены чувствительного устройства, но в большинстве случаев может спасти устройство в целом.

Как это работает

На общем уровне эти компоненты функционируют путем шунтирования токов через серию заряженных ионами частиц, зажатых между двумя противоположными металлическими пластинами, чтобы создавать барьеры и переходы, эффективно направляя токи в определенные места.Наиболее распространенный тип известен как металлооксидный варистор или MOV. Примеры в этой категории используют зерна оксида цинка для поглощения и более или менее улавливания протекающих токов и заставляют эти токи течь только в одном направлении. Когда токи удваиваются сами по себе, возникает повышенный риск возникновения проблем.

Зерна обычно несут электрический заряд сами по себе, что помогает, когда дело доходит до поглощения и направления токов.В большинстве случаев это также приводит к повышенной приспособляемости. Небольшие токи с низким или умеренным напряжением проходят по пластинам и обычно не требуют значительных действий. Однако токи высокого напряжения могут перегружать обычные диодные переходы, что приводит в действие резисторы. В результате можно сказать, что MOV имеет высокое сопротивление при низких напряжениях, но низкое сопротивление при высоких напряжениях. Другими словами, он гибок в различных настройках.

Важность сдерживания энергии

Основная роль этого типа устройства — направлять и шунтировать энергию, но это не является отказоустойчивым.Слишком мощные всплески энергии могут повредить или даже уничтожить его. Например, удары молнии часто разрушают такие резисторы или вызывают их плавление.

Тем не менее, большинство проблем можно предвидеть, и в большинстве случаев резисторы могут устранить серьезные проблемы.Двумя наиболее важными параметрами являются время отклика, то есть время, необходимое устройству для выхода из строя, а также максимальный ток и заданное напряжение пробоя, которые устанавливают ограничения на приемлемые уровни энергии. Различные варианты использования имеют разные потребности в емкости и характеристики.

Что такое варистор? — Двигатель Kinmore

Варистор — это электронный компонент, электрическое сопротивление которого зависит от приложенного напряжения.Также известный как резистор, зависящий от напряжения (VDR), он имеет нелинейную неомическую вольт-амперную характеристику, аналогичную характеристике диода. Однако, в отличие от диода, он имеет одинаковый характер для обоих направлений проходящего тока.

Традиционно варистор состоит из двух выпрямителей, таких как выпрямитель из оксида меди или выпрямитель из оксида германия, в антипараллельной конфигурации. При низком напряжении варистор имеет высокое электрическое сопротивление, которое уменьшается при повышении напряжения.Современные варисторы в основном основаны на спеченных керамических металлооксидных материалах, которые демонстрируют направленное поведение только в микроскопическом масштабе. Этот тип широко известен как металлооксидный варистор (MOV).

варистор

Рабочие характеристики и характеристики:

а. Поглощение искр, вызванных угольной щеткой и выпрямителем коллектора

b. Уменьшить электрический шум

c. Продлить срок службы двигателя

d. Нажмите E1 / E10 /, чтобы выбрать напряжение варистора

e.Хорошее сварочное сопротивление, небольшая скорость изменения E10 после сварки

Примечание. Значение E10 — это значение напряжения, когда между двумя полюсами варистора подается ток 10 мА.

Роль варистора в цепи
1. защита от перенапряжения

Функция защиты от напряжения варистора в цепи обычно может быть объединена с предохранителем или другой защитой от перенапряжения. Обычно используется для молниезащиты; когда происходит перенапряжение, варистор выходит из строя, показывая состояние короткого замыкания, тем самым ограничивая напряжение на обоих его концах на более низком уровне, а сверхток, вызванный коротким замыканием, сожжет передний предохранитель или заставит Воздух Сработал выключатель, тем самым отключив подачу электроэнергии.

Вообще говоря, он мало влияет на другие компоненты после повреждения. Проверяйте только подключенные к нему компоненты схемы. Если это поломка, то этот предохранитель перегорит. Варистор играет в цепи роль защиты от «рабочего перенапряжения».

варистор
2.
Требования к молниестойкости

Варистор устойчив к ударам молнии; когда варистор выходит из строя и закорачивается большим током, предохранитель немедленно сгорает, чтобы защитить цепь.

3.
Требуется проверка безопасности

Требуется проверка безопасности варистора. С развитием технологий и повышением уровня жизни людей в нашу жизнь вошло большое количество электронных продуктов, в том числе наша широко используемая бытовая техника, поэтому к характеристикам безопасности бытовой техники предъявляются более высокие требования. Варистор как электронный компонент также включен в список требований сертификации по безопасности.

В целях защиты безопасности потребителей и защиты интересов потребителей в стране был последовательно сформулирован ряд законов, регулирующих эти условия на рынке с целью устранения дефектных продуктов.Если электронные продукты, не прошедшие контроль безопасности, не могут быть проданы на рынке, это основано на безопасности клиентов и должно быть реализовано. В случае обнаружения несоблюдения будут наложены правовые санкции или даже уголовная ответственность.

Варистор Применения

Варистор в микромоторе используется в основном для поглощения обратной электродвижущей силы двигателя в момент коммутации. Предотвратить полюс коммутатора в момент искр короткого замыкания коммутатора, поверхность коммутатора и щетки из-за высокотемпературных ожогов, повлиять на срок службы двигателя и генерировать электромагнитные волны, мешающие использованию других электронных продуктов.

Варисторы имеют множество преимуществ и могут использоваться во многих различных приложениях для подавления переходных процессов в электросети от бытовых приборов и освещения к промышленному оборудованию в линиях питания переменного или постоянного тока. Варисторы можно подключать напрямую через источники питания и полупроводниковые переключатели для защиты транзисторов, полевых МОП-транзисторов и тиристорных мостов.

Определение варистора по Merriam-Webster

ва · рис · тор | \ va-ˈri-stər , ve- \

: электрический резистор, сопротивление которого зависит от приложенного напряжения.

Как и почему происходит отказ варистора, включая эффект многоимпульсных скачков

Был 2011 год, и в Китае проводился эксперимент по регистрации воздействия сработавшей вспышки молнии на воздушной линии электропередачи.Линия была оборудована для регистрации наведенных токов, а инструменты были защищены металлооксидным варистором (MOV). Варистор часто называют MOV (металлооксидный варистор). Зарегистрированная вспышка молнии состояла из нескольких обратных ударов, ни один из которых не превышал рейтинг Imax MOV. Но, к большому удивлению экспериментаторов, MOV был поврежден.

Как такое могло случиться? И что еще более важно, почему Imax не может быть хорошей основой для выбора MOV для защиты от молний, ​​и есть ли альтернативы? Чтобы помочь ответить на эти вопросы, мы обсудим в этой статье, что такое MOV и как способ его создания влияет на его поведение при скачках напряжения, как происходят отказы и как многоимпульсные скачки отличаются от одиночных скачков по их влиянию на свойства MOV.

Основы варистора

Чтобы понять неисправность, полезно обсудить, как делаются варисторы. В этой связи следует отметить три момента.

Во-первых, варисторы представляют собой керамический материал, состоящий в основном из оксида цинка (ZnO). В условиях окружающей среды ZnO кристаллизуется в гексагональную структуру вюрцита, как показано на Рисунке 1, где большие шары представляют Zn, а маленькие шары представляют кислород (O). Это сложная структура, которая, если бы она идеально кристаллизовалась, была бы изолятором.Но из-за несовершенства процесса кристаллизации образующиеся кислородные вакансии или межузельные частицы цинка превращают эту структуру в широкозонный полупроводник с относительно низким удельным сопротивлением 1-100 Ом-см при комнатной температуре.

Рисунок 1: Структура вюрцита. Большие шары представляют собой Zn, а меньшие шары представляют собой кислород.

Во-вторых, варистор — это не один однородный кристалл вюрцита, а множество, которые сливаются в зерна. Чтобы превратить ZnO в варистор, добавляется небольшое количество Bi 2 O 3 .Bi 2 O 3 проникает в границы зерен, как показано на рисунке 2. В дополнение к Bi 2 O 3 может быть добавлен MnO для улучшения нелинейных свойств; Sb2O3 для контроля роста зерен ZnO и небольшое количество Al 2 O 3 для увеличения проводимости зерен ZnO.

Рисунок 2: Типичная микрофотография варисторной структуры

Bi 2 O 3 между двумя зернами ZnO приводит к образованию обратных диодов Шоттки.Таким образом, по сути, варистор представляет собой последовательно-параллельную схему из материала n-типа, разделенного обратными диодами Шоттки, имеющими падение напряжения около 2–3 В на межзеренный переход (независимо от размера зерна). Согласно He [1], эта структура может быть электрически охарактеризована уравнением (1).

(1)

Где V — приложенное напряжение, а I — ток через варистор. Здесь E, A 1 , A 2 , V th и m — константы, связанные с электрическими характеристиками варистора, а α — обычный нелинейный коэффициент варистора.Уравнение (1) полезно для объяснения формы кривой V-I варистора. E — энергия возбуждения варистора, K постоянная Больцмана, A 1 , A 2 и m — константы, связанные с электрическими характеристиками варистора, V th — пороговое напряжение.

Первый член в уравнении (1) редко включается в описание варистора V-I. Это ток эмиссии Шоттки в слаботочной области варистора. Второй член — это обычный нелинейный ток в сильноточной области.

Константы в уравнении (1) регулируются путем изменения состава материала варистора и времени спекания в процессе производства. Пороговое напряжение V th также зависит от состава и условий спекания. Они контролируют количество границ зерен между двумя электродами. Поскольку V th пропорционален количеству границ зерен, большее количество границ приводит к более высокому V th .

В-третьих, это изменение в процессе изготовления варистора и сопровождающие его статистические флуктуации свойств, которые обычно происходят в поликристаллических материалах, приводят к тому, что получаемые варисторы имеют неоднородные электрические свойства.Это говорит о том, что:

  1. Константы в модели варистора, такой как уравнение (1), вероятно, будут разными для каждого варистора; и
  2. Не все варисторы одинаковых размеров обладают одинаковыми свойствами — важный фактор при выборе MOV для защиты.

Отказ варистора

Варисторы должны поглощать энергию, выделяемую при временном перенапряжении, коммутационных импульсах или грозовых импульсах. Эксперименты показывают, что различия в размерах зерен и характеристиках границ зерен вызывают неоднородную микроструктуру.Неоднородная микроструктура приводит к изменчивости возможностей управления током варистора и связанной с этим способности поглощения энергии. Это, в свою очередь, имеет прямое отношение к режимам отказа, которые включают электрический прокол, физическое растрескивание и тепловой разгон.

Способность к поглощению энергии можно разделить на способность поглощения тепловой энергии и способность поглощения энергии импульса. Способность к поглощению энергии импульса зависит от того, как импульс приложен:

  • Однократное импульсное напряжение
  • Многократное импульсное напряжение (без достаточного охлаждения между импульсами)
  • Повторяющееся импульсное напряжение (при достаточном охлаждении между напряжениями)

На способность поглощения тепловой энергии, с другой стороны, в основном влияет способность рассеивания тепла всей конструкции разрядника в дополнение к электрическим свойствам варисторов.

Рисунок 3: Типичная микрофотография горячих точек границ зерен

Давайте сначала рассмотрим отказ варистора, вызванный нагревом. При более низких токах нагрев локализуется в цепочках крошечных горячих точек, которые возникают на границах зерен, где потенциал падает через барьеры типа Шоттки (см. Рисунок 3). Теплопередача в этом случае слишком быстрая, чтобы допускать перепады температур, которые могут вызвать сбой.

Теперь рассмотрим более высокие токи. В небольших варисторах (например, <25 мм), где количество зерен ZnO между электродами может составлять всего около 40, изменение 3–4 зерен может привести к тому, что ток, протекающий по заданному пути, будет на порядок отличаться от окружающего пути.Пути с низким пробивным напряжением несут большую часть тока и становятся более горячими, что приводит к последствиям, отмеченным в исследовании Sargent и др. [4]. В этом исследовании анализ неисправных образцов MOV показал растрескивание и образование нового аморфного материала вблизи канала проводимости. Исследование этого аморфного материала показало, что локальные горячие точки (фактически горячие каналы) образовывались, когда энергия, возникающая в результате импульса тока, приложенного к MOV, поглощалась быстрее, чем могла рассеиваться.Аморфный материал в этих горячих точках, вероятно, возник в результате образования плазмы во время импульса тока. После этого горячие точки быстро охлаждались за счет теплопроводности к окружающим зернам ZnO.

При различных текущих условиях режимы отказа включают электрический пробой (см. Рисунок 4), физическое растрескивание (см. Рисунок 5) и тепловой разгон. Трещины возникают из-за того, что варисторы в основном представляют собой керамический материал, и удар по ним резким скачком большой амплитуды подобен удару молотка по обеденной тарелке.

Рисунок 4: Типичная микрофотография прокола

Рисунок 5: Типичное образование трещин

Прокол разрушения происходит в небольших варисторах, когда ток относительно низкий и длительный (например, см. Рисунок 6). В результате варистор нагревается. Анализ прокола в этих варисторах убедительно показывает, что формируется нить с достаточно высокими температурами, чтобы расплавить Bi 2 O 3 (817 o C). Когда это происходит, последовательно включенные диоды Шоттки разрушаются, что приводит к снижению сопротивления нити накала [1].Сниженное сопротивление нити обеспечивает более высокую плотность тока, иногда вызывая достаточно высокую температуру для плавления ZnO (2000 o C).

Рисунок 6: Пример комбинаций плотности тока и длительности импульса, которые вызывают отказ варисторов. Этот график предназначен для конкретного варистора. Для любого другого варистора шкалы могут отличаться от показанных.

Если ток будет продолжаться достаточно долго, энергия, вложенная в варистор, может повысить его температуру до точки теплового разгона из-за отрицательного температурного коэффициента удельного сопротивления материала [1].

Самые высокие импульсные токи с короткой продолжительностью могут вызвать отказ из-за растрескивания (см. Рисунок 5), который обычно возникает на краю варистора, поскольку температура увеличивается больше на краю микросхемы (белая область на рисунке 7). Причина в том, что рост зерен во время спекания часто происходит быстрее во внешней части блока, чем в центре блока, что приводит к меньшему количеству и большему количеству зерен между электродами и, следовательно, к более низкому напряжению пробоя.

Рисунок 7: Типичное тепловое сканирование варистора, работающего в импульсном режиме при сильном токе

На рисунке 6 показаны условия, при которых могут возникать трещины и проколы.Для данного варистора красной сплошной линией показаны случаи, при которых может произойти растрескивание, а черной пунктирной линией — случаи, когда может произойти прокол.

Отказы из-за многоимпульсной молнии

Почему мы говорим о многоимпульсной молнии? Что ж, наблюдения за молниями и данные об искусственно инициированных молниях, обобщенные в [6], показывают, что почти 70% ударов молний между облаками и землей включают от двух до 26 ударов. У этих ударов средний геометрический интервал между ударами составляет около 60 мс.Они также могут иметь продолжительный ток с интервалом между ударами до нескольких сотен миллисекунд. Типичная многоимпульсная последовательность показана на рисунке 8.

Рисунок 8: Пример многоимпульсной молнии

Многоимпульсная молния только что описанного типа важна, потому что она способна вызывать повышение температуры, которое приводит к только что обсужденным видам отказов, в то время как единичный импульсный разряд — нет. Например, в исследовании Sargent et al [4] половина набора 18-миллиметровых образцов MOV была подвергнута многоимпульсному импульсу 8/20 скачков при номинальном токе.Эти образцы показали признаки повреждения, тогда как другая половина образцов, испытанных при однократном скачке напряжения 8/20 при номинальном токе, повторяемом с интервалами 60 секунд или более, не показала никаких повреждений. В другом многоимпульсном тесте Руссо и др. [7] без сбоев подвергли MOV 60 импульсам 20 кА 8/20 с интервалом 60 секунд. Но когда такой же тип MOV подвергся всего лишь пяти скачкам напряжения 20 кА 8/20 с интервалом в 50 мс, произошел сбой. В этих случаях отказ варистора, вероятно, был вызван накоплением тепла из-за относительно большой тепловой постоянной времени варисторов (рисунок 9), что проиллюстрировано для одиночного выброса с использованием теплового моделирования, как показано на рисунке 10 (подробности см. В [8]).

Рисунок 9: Тепловая постоянная времени варистора

Рисунок 10: Пример повышения температуры в MOV 25 мм, подвергнутом одному скачку 10/63 6 кА

Как отмечалось ранее, в исследовании Sargent и др. анализ неисправных 18-миллиметровых образцов MOV, подвергнутых испытанию многоимпульсным взрывом, показал образование около канала проводимости нового аморфного материала, для которого, как считалось, требуется местная температура. около 1000 o C. Тепловое моделирование предполагает, что это повышение температуры произойдет, если мощность импульса будет сосредоточена примерно в 2% от объема MOV.Это важное наблюдение, потому что расчет энергии, поглощенной при испытании на многоимпульсные импульсы, показал, что повышение температуры MOV было бы только 231 ° C, если бы распределение температуры было однородным, что намного меньше, чем температура, которая, как считается, вызывала ущерб.

Результаты Sargent и др. предполагают, что критерием отказа MOV является локальное повышение температуры до 1000 ° C (или его окрестности). Итак, для рассматриваемого MOV нам нужно определить, может ли локализованная область достигать 1000 o C.На рисунке 11 показано дополнительное повышение температуры, которое происходит, когда импульс, использованный для создания рисунка 10, применяется к тому же MOV второй раз через 30 мс. Дополнительное повышение температуры происходит из-за относительно большой тепловой постоянной времени MOV, которая не позволяет MOV рассеивать большое количество тепловой энергии (и, следовательно, охлаждение) до того, как наступит второй скачок. Повышение температуры теперь находится в красной области выше 1000 o C, где ожидается отказ. Это пример того, как варистор может быть разрушен многоимпульсными скачками.

Рисунок 11: Пример повышения температуры для MOV 25 мм, подвергшегося двум скачкам напряжения 10/63 6 кА

В другом взгляде на эффекты многоимпульсной молнии, в исследовании Zhang и др. [5] изучалась прогрессия отказа варисторов при множественных ударах молнии, используя серию пятиимпульсных групп из 8/20 разрядов молнии, имеющих пульс. интервалы 50 мс и амплитуды импульсов, установленные при номинальном токе разряда 20 кА. Время между приложением одной группы импульсных токов к варистору и следующей группой импульсных токов составляло 30 минут, что позволяло вернуться к исходным условиям.

Варисторы были признаны вышедшими из строя при изменении исходного напряжения варистора более чем на ± 10% U 1 мА ; ток утечки I , т.е. превысил 20 мкА; или произошло прямое повреждение (обычно в результате растрескивания кромок). Среднее изменение уровня U 1 мА и I , т.е. для серии групп импульсов показано на Рисунке 12.

Рисунок 12: Напряжение варистора U 1 мА и ток утечки I , т. Е. Изменение варистора при множественном импульсном токе молнии (источник: Zhang et al [5])

Рисунок 12 показывает, что в отсутствие постоянного тока одиночный многоимпульсный импульс не доставил достаточно энергии на MOV, чтобы вызвать отказ.Многократное применение многоимпульсной пачки в конечном итоге приводило к отказу.

Таким образом, возможно, что единичный неразрушающий многоимпульсный импульс обусловливает отказ MOV от будущих многоимпульсных пакетов, о чем свидетельствует постоянно увеличивающийся ток утечки. Это кондиционирование можно рассматривать как своего рода ускоренный процесс износа.

Микроструктурное исследование вышедших из строя варисторов показало, что после нескольких ударов молнии размер зерна уменьшился, а доля Bi в межзеренно-пограничном слое значительно увеличилась.Эти эффекты были совокупным результатом множественных токов молнии и были вызваны тепловым повреждением и повреждением структуры границ зерен из-за температурного градиента термического напряжения. Это повреждение в конечном итоге привело к отказу MOV. Обратите внимание, что при однократном испытании на помпаж этот механизм износа будет пропущен.

Комментарии

Похоже, что повторяющиеся колебания MOV изменяют его микроструктуру, и понимание того, как это происходит, важно для понимания того, как MOV выходят из строя.Что вызывает некоторые вопросы. В частности, является ли деградация микроструктуры кумулятивной, как показано на текущем графике на предыдущем рисунке? Или эффекты деградации скрыты до тех пор, пока не достигнут критической точки, как показано на графике напряжения на предыдущем рисунке? Ответ, вероятно, будет зависеть от величины и расстояния между скачками, и может существовать порог величины скачка и интервал между скачками, ниже которого не происходит значительного ухудшения характеристик. Чтобы ответить на вопросы, необходимы дополнительные исследования.

Испытания короткими одиночными импульсами высокой амплитуды (например, 6 кВ, 3 кА 8/20) обычно используются для оценки отказа варистора. Этот тип испытания может вызвать режим отказа, отличный от режима отказа варистора, подверженного многоимпульсным ударам молнии с меньшей амплитудой (например, растрескивание или износ). Одноимпульсные тесты также могут пропустить сбои по накоплению тепла, которые могут вызвать многоимпульсные молнии, особенно многоимпульсные молнии, которые включают постоянный ток.

Дело в точке

Возвращаясь к отказу, описанному в начале, сработавшая вспышка молнии с множественными обратными ударами была зарегистрирована во время эксперимента с молниями.Эта вспышка повредила УЗИП, несмотря на то, что номинальное значение Imax для УЗИП (определенное с помощью одного импульсного теста) было намного выше, чем зарегистрированный пиковый ток освещения [9]. Почему?

Как указано в [10], причиной отказа была продолжающаяся текущая часть многоимпульсной последовательности, а продолжающийся ток не учитывается в рейтинге Imax. Продолжающийся ток накапливал достаточно энергии в MOV, чтобы вывести его из строя.

Другое соображение

Поскольку мы обычно живем в среде с многоимпульсной вспышкой молнии, типичный график снижения характеристик (созданный с помощью одиночных скачков), показанный на рисунке 13, необходимо изменить, если он будет использоваться для MOV, который был установлен для защиты от многоимпульсных молний. .В частности, линии на Рисунке 13, возникающие в результате (повторного) применения одиночных скачков, вероятно, необходимо будет уменьшить, чтобы учесть эффект разрушения микроструктуры, предложенный исследованиями Zhang et al [5].

График многоимпульсного снижения характеристик может быть создан путем повторения многоимпульсного группового теста Чжана таким же образом, как это использовалось для создания диаграммы снижения номинальных характеристик на рис. 13, но теперь с использованием многоимпульсных групп вместо одиночных выбросов. Так, например, для линии с одним попаданием группа скачков с относительно узкой формой волны будет применяться при токе, который вызовет сбой во втором приложении.Затем процесс будет повторяться с использованием групп скачков с более широкими формами волны. Результатом будет что-то вроде верхней строки на Рисунке 13.

Рисунок 13: Типичные кривые снижения мощности для MOV

Точно так же амплитуда тока будет уменьшена так, что a для линии с двумя ударами вторая группа скачков вызовет отказ в третьем приложении, и процесс будет повторяться с использованием групп скачков с более широкими формами волны. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока не будет создано достаточно линий для адекватной характеристики продукта.

Заключительное примечание

Для получения дополнительной информации о варисторах см. Стандарт IEEE PC62.33 ™ на методы испытаний и рабочие характеристики металлооксидных варисторных компонентов защиты от импульсных перенапряжений [11].

Резюме

Процесс изготовления варистора и статистические колебания свойств, которые обычно возникают в поликристаллических материалах, приводят к тому, что варисторы имеют неоднородные электрические свойства. В результате несколько токопроводящих дорожек с низким пробивным напряжением несут большую часть тока и становятся более горячими.Если температура этих путей достигает около 1000 o ° C, происходит плавление, и MOV разрушается. В случае 18-миллиметровых MOV это повышение температуры произойдет, если неоднородности в MOV вызывают концентрацию импульсной мощности примерно в 2% от объема MOV (2% могут отличаться в других размерах MOV). Это повышение температуры могло быть причиной отказа прокола, отмеченного в случае длительных скачков низкой амплитуды.

В случае кратковременных скачков большой амплитуды отказ MOV может произойти из-за растрескивания до того, как произойдет плавление.На линиях электропередачи могут возникать одиночные кратковременные скачки большой амплитуды, поэтому установленные таким образом параметры MOV могут быть подходящими для применений в линиях электропередач

Для защиты от молнии более важными могут быть характеристики, полученные при многоимпульсном испытании. Это связано с тем, что многоимпульсный удар молнии часто является движущей силой повышения температуры, поскольку он вызывает накопление энергии в MOV из-за его большой тепловой постоянной времени. Вот почему важно многоимпульсное тестирование, поскольку одно импульсное испытание может пропустить сбои, которые могут вызвать многоимпульсные молнии, в частности, износ, и особенно многоимпульсные молнии, которые включают постоянный ток.И чаще всего молнии многоимпульсного типа. При построении кривых ухудшения характеристик может потребоваться учитывать эффект деградации микроструктуры из-за повторяющихся многоимпульсных скачков.

Понимание механизма того, как помпаж MOV изменяет его микроструктуру, важно для понимания того, как MOV выходят из строя. Это тема, требующая дальнейшего изучения.

Список литературы
  1. Jinliang He, Металлооксидные варисторы: от микроструктуры к макрохарактеристикам , John Wiley and Sons, 2019
  2. М.Бартковяк, «Локализация тока, неравномерный нагрев и отказы варисторов ZnO», Осеннее собрание Общества исследования материалов, Бостон, Массачусетс, 1-5 декабря 1997 г.
  3. Гордон Пайк, «Пробой варисторов ZnO под действием мощных электрических импульсов», Sandia Report SAND2001-2160 , июль 2001.
  4. Р. А. Сарджент, Г. Л. Данлоп и М. Дарвениза. «Влияние многократных импульсных токов на микроструктуру и электрические свойства металлооксидных варисторов», IEEE Transactions по электрической изоляции Vol.27 No. 3, June 1992.
  5. Chunlong Zhang, Hongyan Xing, Pengfei Li, Chunying Li, Dongbo Lv и Shaojie Yang, «Экспериментальное исследование режима отказа варисторов ZnO при множественных ударах молнии», Electronics, , февраль 2019 г.
  6. CIGRE WG C4.407, «Параметры молнии TB549 для инженерных приложений», 2013 г.
  7. А. Руссо, Х. Чжан и М. Тао, «Множественные выстрелы по SPD — дополнительные испытания», Международная конференция по молниезащите (ICLP) , Шанхай, 2014 г.
  8. A.R. Мартин, «Влияние многократных вспышек молнии на устройства защиты от перенапряжения с использованием MOV», в журнале Compliance Magazine , ноябрь 2017 г., стр. 32–39.
  9. С. Дж. Ян, С. Д. Чен, Ю. Дж. Чжан, В. С. Донг, Дж.Г. Ван, М. Чжоу, Д. Чжэн и Х. И Хуэй, «Анализ срабатывания молнии дает новое представление о влиянии сверхтока на устройства защиты от перенапряжения», http://www.ten350.com/papers/icae- conghua.pdf, 2011.
  10. М. Мэйтум, «Технический бюллетень CIGRÉ (Совет по большим электрическим системам) (TB) 549 (2013) Параметры молний для инженерных приложений», Конференция группы инженеров по защите решений для телекоммуникационной отрасли , Литтлтон, Колорадо, 2014 г.
  11. Стандарт IEEE PC62.33 ™ на методы испытаний и значения характеристик для металлооксидных варисторных элементов защиты от импульсных перенапряжений

Работа, спецификации схем и их применение

Варистор, также известный как VDR (резистор, зависимый от напряжения), является одним из видов электронных компонентов. Его VI-характеристики такие же, как у диода. Основная функция этого компонента — защита устройств от высоких переходных напряжений. Устройство MOV может быть выполнено таким образом, чтобы оно закорачивалось при возникновении большого тока из-за высокого напряжения.Таким образом, компонент, который зависит от тока, останется защищенным от неожиданного скачка напряжения внутри устройства. Варисторы — это неомические переменные резисторы, а реостат и потенциометры — омические переменные резисторы. Существуют различные типы варисторов, из которых наиболее часто используется металлооксидный варистор. В этой статье обсуждается обзор MOV (металлооксидный варистор).


Что такое варистор из оксида металла?

Варистор, который сделан из комбинации оксида цинка и других видов оксидов металлов, таких как марганец, кобальт и т. Д., Известен как варистор из оксида металла.Материал расположен между двумя металлическими пластинами или электродами, чтобы взаимодействовать друг с другом. Эти типы варисторов защищают тяжелые устройства от переходных напряжений.

Металлооксидный варистор

MOV аналогичны резисторам, потому что они состоят из двух выводов, не имеющих полярности. Итак, они связаны в обоих направлениях. Эти компоненты не могут противостоять переходному напряжению выше превышенного номинального. .Как только эти компоненты поглощают переходное напряжение, они стремятся растворить его, как тепло.

Когда этот метод продолжается непрерывно в течение короткого времени, устройство начинает выдыхать воздух из-за сильной жары. Эти варисторы подключаются параллельно, чтобы обеспечить лучшую энергоемкость. Металлооксидные варисторы также подключаются последовательно для обеспечения высокого номинального напряжения.

Принцип работы

Термин MOV или металлооксидный варистор — это переменный резистор. Но в отличие от потенциометра, его сопротивление будет автоматически меняться в зависимости от его напряжения.Как только напряжение на варисторе увеличивается, сопротивление уменьшается. Это свойство очень полезно для схем для защиты от скачков высокого напряжения.

Характеристики MOV

Спецификации MOV включают следующее: при выборе металлооксидных варисторов следующие характеристики играют важную роль.


  • Максимальное рабочее напряжение
  • Напряжение варистора
  • Как только на варистор подается импульсный ток, он приобретает максимальное пиковое напряжение и может быть получено максимальное напряжение фиксации.
  • Ток утечки
  • Емкость
  • Максимальное рабочее напряжение.
  • Наивысшее напряжение переменного тока
  • Напряжение зажима
  • Импульсный ток
  • Сдвиг скачка
  • Время отклика
  • Поглощение энергии в основном относится к максимальной энергии, которая рассеивается для определенной формы сигнала без каких-либо проблем.
  • Поглощение энергии
  • Как только подаётся импульсный ток, импульсный сдвиг может относиться к изменению внутри напряжения.
Функции

Возможности MOV включают следующее.

  • Диапазон переменного напряжения составляет от 130 В до 1000 В
  • Диапазон постоянного напряжения составляет от 175 до 1200 В
  • Сопротивление изоляции составляет 1000 МОм
  • Диапазон рабочих температур от -55 до +85 ° C

Металл Цепь оксидного варистора

Металлооксидный варистор часто используется в различных цепях вместе с предохранителем. Эти два подключены параллельно к защищаемой цепи.Схема MOV показана ниже. Основными компонентами, используемыми для защиты схемы, являются предохранитель и варистор.

MOV Circuit

Когда напряжение находится в фиксированном диапазоне, сопротивление MOV будет чрезвычайно высоким. Следовательно, в цепи есть ток, но в MOV его нет. Но как только в пределах основного напряжения происходит скачок напряжения, он становится виден прямо на варисторе, потому что он расположен параллельно с сетью переменного тока.

Это огромное напряжение снизит значение сопротивления в MOV до чрезвычайно низкого уровня.Так что он заставляет ток течь в варисторе и предохранителе, чтобы отключить цепь от источника питания.

Во время скачков напряжения высокое напряжение, которое вышло из строя, немедленно возвращается к нормальным значениям. В этих случаях продолжительность протекания тока не будет высокой, чтобы повредить предохранитель, и цепь вернется в нормальное положение, как только напряжение станет нормальным. Но всякий раз, когда наблюдается скачок напряжения, варистор на мгновение разъединяет цепь, каждый раз повреждая себя огромным током.Если цепь сталкивается с большим количеством скачков напряжения, то варистор, используемый в цепи, выйдет из строя.

MOV Performance

Основная функция MOV — работать как ограничитель перенапряжения. Когда напряжение на варисторе ниже напряжения ограничения, варистор не будет проводить.

Производительность варистора со временем снижается, даже если по нему протекают крошечные скачки. Еще одна причина заключается в том, что на характеристики варистора влияет оценка энергии. Когда количество варисторов подключено параллельно, его производительность может быть увеличена.

Главной особенностью этого типа варистора является время отклика, поскольку скачки напряжения замыкаются устройством за наносекунды. Однако на время отклика влияет метод монтажа и индуктивность компонентов.

Металлооксидные варисторы

Приложения MOV включают следующие

  • Металлооксидные варисторы, используемые для защиты от скачков напряжения, перенапряжения, межфазного напряжения, дуги и переключения.
  • Эти варисторы могут использоваться для защиты различных устройств от неисправностей.
  • Они используются для однофазной защиты от L к L, цепи заземления в электрических цепях.
  • Они используются для защиты переключающих устройств, таких как транзисторы, тиристоры, полевые МОП-транзисторы и т. Д.
  • Они используются в схемах для защиты от скачков напряжения, а также скачков напряжения.
  • В большинстве случаев они используются в виде полос. , адаптеры и т. д.
  • Эти варисторы используются в обычных электронных устройствах, таких как цифровые фотоаппараты, сотовые телефоны, mp3-плееры и т. д.
  • MOV используются для защиты промышленных линий переменного тока, систем питания, систем данных и т. д.

Таким образом, это это все об обзоре металлооксидного варистора, работы, схемы, спецификаций и приложений.MOV — это компонент защиты, который можно использовать для защиты цепи питания от скачков напряжения, изменяя ее сопротивление.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

*