Варистор для чего нужен: устройство, принцип действия и назначение – принцип работы, основные характеристики, обозначение на схеме

Содержание

устройство, принцип действия и назначение

В электронике можно выделить группу компонентов, задача которых ограничение всплесков напряжения. Один из таких элементов — варистор. Чаще всего данный аппарат можно встретить в большинстве хороших блоков питания. В этой статье мы поговорим о том, как работают и где применяются варисторы.

Принцип действия

Варистор — это полупроводниковый прибор с симметричной нелинейной вольтамперной характеристикой. По ее форме можно сделать вывод о том, что варистор работает и в переменном и в постоянном токе. Рассмотрим её подробнее.

Вольтамперная характеристика

В нормальном состоянии ток через варистор предельно мал, его называют током утечки. Его можно рассматривать как диэлектрический компонент с определенной электрической емкостью и можно говорить, что он не пропускает ток. Но, при определенном напряжении (на картинке это + — 60 Вольт) он начинает пропускать ток.

Другими словами, принцип работы варистора в защитных цепях напоминает разрядник, только в полупроводниковом приборе не возникает дугового разряда, а изменяется его внутреннее сопротивление. При уменьшении сопротивления, ток с единиц микроампер возрастает до сотен или тысяч Ампер.

Условное графическое изображение варистора в схемах:

Варистор на схеме

Обозначение элемента на схемах напоминает обычный резистор, но перечеркнутый по диагонали линией, на которой может быть нанесена буква U. Чтобы найти на плате или в схеме этот элемент – обращайте внимание на подписи, чаще всего они обозначаются, как RU или VA.

Внешний вид варистора:

Варисторы

Варистор устанавливают параллельно цепи для ее защиты. Поэтому при импульсе напряжения защищаемой цепи — энергия поступает не в устройство, а рассеивается в виде тепла на варисторе. Если энергия импульса слишком велика — варистор сгорит. Но понятие сгорит размазано, варианта развития два. Либо варистор просто разорвет на части, либо его кристалл разрушится, а электроды замкнутся накоротко. Это приведет к тому, что выгорят дорожки и проводники, или произойдет возгорание элементов корпуса и других деталей.

Схема защиты

Чтобы этого избежать перед варистором, последовательно со всей цепью на сигнальный или питающий провод устанавливают предохранитель. Тогда в случае сильного импульса напряжения и долговременного срабатывания или перегорания варистора сгорит и предохранитель, разорвав цепь.

Если сказать вкратце, для чего нужен такой компонент — его свойства позволяют защитить электрическую цепь от губительных всплесков напряжения, которые могут возникать как на информационных линиях, так и на электрических линиях, например, при коммутации мощных электроприборов. Мы обсудим этот вопрос немного ниже.

Устройство

Варисторы устроены достаточно просто — внутри есть кристалл полупроводникового материала, чаще всего это Оксид Цинка (ZiO) или Карбид Кремния (SiC). Прессованный порошок этих материалов подвергают высокотемпературной обработке (запекают) и покрывают диэлектрической оболочкой. Встречаются либо в исполнении с аксиальными выводами, для монтажа в отверстия на печатной плате, а также в SMD-корпусе.

Защитные аппараты

На рисунке ниже наглядно изображено внутреннее устройство варистора:

Конструкция

Основные параметры

Чтобы правильно подобрать варистор, нужно знать его основные технические характеристики:

  1. Классификационное напряжение, может обозначаться как Un. Это такое напряжение, при котором через варистор начинает протекать ток силой в 1 мА, при дальнейшем превышении ток лавинообразно увеличивается. Именно этот параметр указывают в маркировке варистора.
  2. Номинальная рассеиваемая мощность P. Определяет, сколько может рассеять элемент с сохранением своих характеристик.
  3. Максимальная энергия одиночного импульса W. Измеряется в Джоулях.
  4. Максимальный ток Ipp импульса. При том что фронт нарастает в течении 8 мкс, а общая его длительность — 20 мкс.
  5. Емкость в закрытом состоянии — Co. Так как в закрытом состоянии варистор представляет собой подобие конденсатора, ведь его электроды разделены непроводящим материалом, то у него есть определенная емкость. Это важно, когда устройство применяется в высокочастотных цепях.

Также выделяют и два вида напряжений:

  • Um~ — максимальное действующее или среднеквадратичное переменное;
  • Um= — максимальное постоянное.

Маркировка и выбор варистора

На практике, например, при ремонте электронного устройства приходится работать с маркировкой варистора, обычно она выполнена в виде:

20D 471K

Что это такое и как понять? Первые символы 20D — это диаметр. Чем он больше и чем толще — тем большую энергию может рассеять варистор. Далее 471 — это классификационное напряжение.

25D 471K

Могут присутствовать и другие дополнительные символы, обычно указывают на производителя или особенность компонента.

Теперь давайте разберемся как правильно выбрать варистор, чтобы он верно выполнял свою функцию. Чтобы подобрать компонент, нужно знать в цепи с каким напряжением и родом тока он будет работать. Например, можно предположить, что для защиты устройств, работающих в цепи 220В нужно применять варистор с классификационным напряжением немного выше (чтобы срабатывал при значительных превышениях номинала), то есть 250-260В. Это в корне не верно.

Дело в том, что в цепях переменного тока 220В — это действующее значение. Если не углубляться в подробности, то амплитуда синусоидального сигнала в корень из 2 раз больше чем действующее значение, то есть в 1,41 раза. В результате амплитудное напряжение в наших розетках равняется 300-310 В.

240*1,1*1,41=372 В.

Где 1,1 – коэффициент запаса.

При таких расчетах элемент начнет срабатывание при скачке действующего напряжения больше 240 Вольт, значит его классификационное напряжение должно быть не менее 370 Вольт.

Ниже приведены типовые номиналы варисторов для сетей переменного тока с напряжением в:

  • 100В (100~120)– 271k;
  • 200В (180~220) – 431k;
  • 240В (210~250) – 471k;
  • 240В (240~265) – 511k.

Применение в быту

Назначение варисторов — защита цепи при импульсах и перенапряжениях на линии. Это свойство позволило рассматриваемым элементам найти свое применение в качестве защиты:

  • линий связи;
  • информационных входов электронных устройств;
  • силовых цепей.

В большинстве дешевых блоков питания не устанавливают никаких защит. А вот в хороших моделях по входу устанавливают варисторы.

Защита в блоке питания

Кроме того, все знают, что компьютер нужно подключать к питанию через специальный удлинитель с кнопкой — сетевой фильтр. Он не только фильтрует помехи, в схемах нормальных фильтров также устанавливают варисторы.

Защита в сетевом фильтре

Часто электрики рекомендуют защитить китайские светодиодные лампы, установив варистор параллельно патрону. Также защищают и другие устройства, некоторые монтируют варистор в розетку или в вилку, чтобы обезопасить подключаемую технику.

Чтобы защитить всю квартиру — вы можете установить варистор на дин-рейку, в хороших устройствах в корпусе расположены настоящие мощные варисторы диаметром с кулак. Примером такого устройства является ОИН-1, который изображен на фото ниже:

ОИН-1

В заключение хотелось бы отметить, что назначение варистора – защитить какую-либо электрическую цепь. Принцип работы основан на изменении сопротивления полупроводниковой структуры под воздействием высокого напряжения. Напряжение, при котором через элемент начинает течь ток силой 1 мА называют классификационным. Это и диаметр элемента есть основными параметрами при выборе. Пожалуй, мы доступно объяснили, что такое варистор и для чего он нужен, задавайте вопросы в комментариях, если вам что-то непонятно.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезные видео по теме статьи:

Наверняка вы не знаете:

Варистор — что это такое?

В статье изучим что такое варистор, узнаем принцип его действия, рассмотрим основные характеристики и параметры, которыми обладает данное полупроводниковое устройство.

Варистор – это полупроводниковый резистор, сопротивление которого зависит от подаваемого на него напряжения. Имеет нелинейную симметричную вольт-амперную характеристику. Изготавливается прессованием из таких полупроводников как оксид цинка(ZnO) или карбид кремния (SiC). Из-за своего ВАХ, варистор может применяться в цепях переменного и постоянного тока.

 

Фотография варисторов

Свое название варистор получил от английского словосочетания Variable Resistor, что дословно переводиться как переменный резистор. От слова Variable взяли начало, а от Resistor – конец. В отличии от переменного резистора в привычном понимании, варистор обладает немного другими свойствами и путать их не стоит.

 

Корпус варистора обычно выполняется в виде дисков и таблеток. Но так же существуют корпуса стержнем и с подвижные контактом (подстроечные варисторы).

Условно графическое обозначение(УГО) варистора.

Варистор имеет условно графическое обозначение (УГО) как у резистора, но с наклонной чертой и буквой U. Буква U на УГО указывает на то, что сопротивление этого элемента цепи зависит от напряжения. На схемах и платах обозначается двумя буквами RU и цифрой (порядковый номер на схеме). А вот так выглядит нелинейная симметричная вольт-амперная характеристика варистора.

Вольт-амперная характеристика(ВАХ) варистора.

Нужны варисторы для защиты цепей от перенапряжения. В электронике и низковольтных сетях они служат для защиты от статического электричества. Варисторы можно найти почти во всех электронных устройствах – от блоков питания до электронного пускорегулирующего аппарата светильника люминесцентных ламп. Есть варисторы и в smd варианте, они очень похожи на диоды и сложно отличаемы в схемах.

Как работает варистор?

Фотография варистора на плате.

Принцип работы варистора достаточно прост. Рассмотрим ситуацию, когда варистор защищает от перенапряжения. В схему он включается параллельно защищаемой цепи. При нормальном режиме работы он имеет высокое сопротивление и протекающий через него ток очень мал. Он имеется свойства диэлектрика и не оказывает никакого влияния на работу схемы. При возникновении перенапряжения, варистор моментально меняет свое сопротивление с очень высокого, до очень низкого и шунтирует нагрузку. Известно, что ток идет по пути наименьшего сопротивления, поэтому варистор поглощает это перенапряжение и рассеивает эту энергию в атмосферу, в виде тепла. После того, как напряжение стабилизируется, сопротивление снова возрастает и варистор “запирается”. Надеюсь даже чайник понял принцип работы. Если что-то не ясно, рекомендуется ознакомиться с видео.

Если напряжение будет выше того, которое может выдержать и рассеять варистор, то он выйдет из строя. Корпус его треснет либо развалиться на части. В некоторых случаях он может взорваться. Поэтому, в целях защиты основной схемы, рекомендуется ограждать его от основных компонентов защитным экраном либо монтировать его вне корпуса, особенно для высоковольтных схем. Как проверить варистор мультиметром – узнаете тут.

Как говорилось выше, варистор подключается параллельно нагрузке:

  • В цепях переменного тока – фаза – фаза, фаза – ноль;
  • В цепях постоянного тока – плюс и минус.

Так как варистор закорачивает цепь питания, перед ним всегда монтируется плавкий предохранитель. Несколько примеров схем включения варистора:

Схема сетевого фильтра с 3мя варисторами.
Простые схемы с использованием варистора

Характеристики и параметры варисторов

  • Классификационное напряжение (Varistor Voltage) – это величина напряжения, при котором ток в 1 мА протекает через варистор;
  • Максимально допустимое переменное напряжение (Maximum Allowable Voltage – ACrms) – Это среднеквадратичное значение переменного напряжения (rms) в вольтах. Это та величина, при которой варистор “открывается” и понижается его сопротивление, тем самым он начинает выполнять свою задачу;
  • Максимально допустимое постоянное напряжение (Maximum Allowable Voltage – DC) – Варистор можно использовать в цепях постоянного тока, этот параметр показывает напряжение “открытия”, но уже для постоянного напряжения. Указывается в вольтах. Обычно выше, чем величина для переменных цепей;
  • Максимальное напряжение ограничения (Maximum Clamping Voltage) – максимальное напряжение в вольтах, которое может выдержать корпус варистора без выхода из строя. Обычно указывается для конкретной величины тока;
  • Максимальная поглощаемая энергия – указывается в джоулях (Дж). Величина импульса, которую может рассеять варистор, не выходя из строя;
  • Время срабатывания – обычны указывается в наносекундах (нс). Это время, которое требуется варистору для изменения величины сопротивления от очень высокого, до очень низкого;
  • Допустимое отклонение (Varistor Voltage Tolerance) – это допустимое отклонение квалификационного напряжения варистора, указывается оно в процентах (%). Это фиксированные величины ±5%, ±10%, ±20% и т.д. В импортных варисторах величина отклонения, зашифрованна в определенную букву и указывается в маркировке варистора, каждая фирма может использовать свои маркировки. К примеру, для варисторов фирмы Joyin принято такое обозначение: K – ±10%, L – ±15%, M – ±20%, P – ±25%.

Подбор варисторов осуществляется по специальным справочникам на основе вышеописанных параметров. Узнаем значения своей цепи и защищаемого оборудования. На основе этого выбираем варистор, который нужно ставить.

Маркировка варисторов

Маркировка варисторов.

Обычно на корпусе варистора написана очень длинна маркировка, сейчас на примере 20D471K расшифруем маркировку и узнаем его характеристики.

  1. 20D – это диаметр варистора, в данном случае 20мм. Чем больше диаметр – тем больше энергии может рассеять варистор. По данному параметру можно косвенно судить о максимальной энергии, которую он может поглотить. Чем больше – тем лучше.
  2. 47 – Классификационное напряжение варистора, 470 вольт.
  3. 1K – допустимое отклонение квалификационного напряжения варистора, как было указано выше, K – это ±10%.

Обычно у производителей маркировки отличаются друг от друга, но незначительно. Примеры маркировки этого варистора, но от разных производителей: Epcos – S20K300, Fenghua – FNR-20K471, TVR -TVR20D471, CNR – CNR20D471, JVR – JVR-20N471K.

Как видим, у фирмы Epcos маркировка показывает на число 300, это уже не классификационное напряжение, а максимально допустимое переменное напряжение. В любом случае не рекомендуется гадать самому с маркировкой, если есть возможность, то лучше воспользоваться поисковиками либо справочником и получить всю подробнейшую информацию о нужном вам варисторе.

Заключение

Варистор – это достаточно надежный и дешевый компонент, такой себе простак и универсал. Может работать в разных условиях (переменные и постоянные цепи, высокие частоты), выдерживать большие перегрузки. Он нашел применение во всех нишах связанных с электричеством и не только как защитник от перенапряжения. Варистор используют как: регуляторы и стабилизаторы, в качестве ограничителей перенапряжения. Из недостатков: высокий шум на низких частотах, так же из-за внешних условий и старения, он может изменять свои параметры.

Предыдущая

РадиодеталиДиодный мост – что это такое?

Следующая

РадиодеталиЧто такое подстроечный резистор: описание устройства и область его применения

что это такое? Варисторы: принцип работы, 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

варистор что это такое

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

варистор маркировкаКогда 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

варистор как проверить

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

варистор обозначение на схемаЕсли 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

работа варистораВ 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

варистор обозначениеГоворя 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

варистор на схемеДавайте 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.

Как работают варисторы? Характеристики, параметры, схемы подключения

Варистором называется нелинейный резистор, который применяется в радиоэлектронных цепях и обеспечивает защиту включенных в сеть приборов от перенапряжения. Его отличительной чертой является нелинейная вольт-амперная характеристика. В зависимости от величины воздействующего на деталь напряжения ее сопротивление может колебаться в значительных пределах – от нескольких десятков до сотен миллионов Ом. В этой статье мы поговорим о том, для чего нужен варистор, каков его принцип действия и как производится его подключение и проверка детали на исправность.

Как работает варистор?

На схеме варистор обозначается значком резистора, перечеркнутого по диагонали, что указывает на его нелинейность.


Когда нелинейный резистор функционирует в обычном режиме, его сопротивление велико. Однако оно сильно снижается при возрастании напряжения выше номинальной величины, что приводит к значительному повышению тока. Таким образом, разность потенциалов удерживается на уровне, несколько превышающем номинал. Варистор, работающий в этом режиме, выполняет функцию стабилизации напряжения.

Нелинейный резистор, будучи подключенным на входе электроцепи, добавляет к ее емкости собственную. Для устойчивой работы защищаемых приборов это необходимо учесть при проектировании линии.

На рисунке представлена стандартная схема подключения варистора.

Для правильного подбора защитного элемента важно знать мощность импульсов, имеющих место при переходных процессах, а также величину выходного сопротивления источника.

От максимальной силы тока, которую нелинейный резистор способен пропустить через себя, зависит частота повторений выбросов напряжения, а также их длительность. Если она слишком мала для конкретной цепи, защитный элемент быстро придет в негодность из-за перегрева. Поэтому, чтобы варистор работал безотказно в течение длительного времени, он должен обеспечивать эффективное рассеивание импульсной энергии при переходном процессе. Затем деталь должна быстро возвращаться в исходное состояние.

Преимущества и недостатки варисторов

Основными преимуществами нелинейного резистора является:

·         возможность работы под значительными нагрузками, а также на высокой частоте;

·         большой спектр применения;

·         простота использования;

·         надежность;

·         доступная стоимость.

Недостатком элемента является низкочастотный шум, создаваемый им при работе. Кроме того, его вольт-амперная характеристика в высокой степени зависит от температуры.

Варисторы: характеристики и параметры

Нелинейные резисторы, как и любые другие радиотехнические детали, обладают рядом отличительных характеристик. Основные параметры варисторов таковы:

·         классификационное номинальное напряжение. Это рабочее напряжение элемента, при котором он пропускает ток величиной 1 мА;

·         максимальное напряжение ограничения. Так называется напряжение, которое деталь способна выдержать без вреда для себя. Если этот показатель будет превышен, защитный элемент выйдет из строя;

·         максимальное постоянное напряжение. Это показатель постоянного напряжения, при достижении которого происходит резкое возрастание проходящего через деталь тока, и она выполняет стабилизирующую функцию;

·         максимальное переменное напряжение. Так называется показатель переменного напряжения, по достижении которого включается защитный режим нелинейного резистора;

·         допустимое отклонение. Этим термином обозначается выраженное в процентах отклонение разности потенциалов от величины классификационного напряжения.

·         время срабатывания. Это время, которое требуется находящемуся в высокоомном состоянии на переход в низкоомное;

·         максимальная поглощаемая энергия. Так обозначается максимальная величина импульсной энергии, которая может быть преобразована в тепловую без вреда для варистора.

Разобравшись с принципом работы нелинейного резистора и его основными параметрами, перейдем к заключительному вопросу – как можно проверить его исправность?

Как проверить варистор?

Существует 2 способа проверки работоспособности этого элемента:

·         визуальный осмотр корпуса;

·         измерение сопротивления специальным прибором.

При внешнем осмотре корпусной части можно увидеть потемнения, трещины или следы подгорания, по которым можно сделать вывод о том, что деталь непригодна к эксплуатации. Если визуально недостатков не заметно, но исправность элемента вызывает сомнения, придется воспользоваться тестером (мультиметром) или омметром. Разберемся, как проверить варистор мультиметром. Главным критерием здесь является сопротивление детали – чем оно больше, тем лучше. Элемент с низким сопротивлением подлежит замене. Стоит отметить, что пробитый варистор, как правило, легко определить путем визуального осмотра, даже не пользуясь тестером. Кроме того, когда поврежденная радиодеталь находится в цепи, предохранитель постоянно выбивает.

Для проверки необходимо:

·         отпаять один из выводов проверяемой детали. В противном случае прозвонка, скорее всего, не даст достоверного результата, так как пойдет по другим участкам цепи;

·         поставить переключатель тестера в режим замера сопротивления на максимум;

·         прикоснуться щупами прибора к выводам проверяемой детали;

·         снять показания индикатора (шкалы).

Измерять сопротивление нужно два раза, меняя полярность подключения тестера.

Проверка мультиметром позволяет точно определить, когда варистор находится в обрыве – в ходе измерения прибор будет показывать бесконечное сопротивление.

В интернет-магазине DIP8.RU можно приобрести по доступной цене различные радиодетали и элементы высокого качества, в том числе и варисторы. Весь товар сертифицирован. По всем вопросам, касающимся характеристик деталей и оформления заказа, вы можете обратиться по телефону, указанному в разделе «Контакты».


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.

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: 1 466)

ВАРИСТОРЫ

Цель данной работы определение зависимости сопротивления варисторов от приложенного напряжения. Приборы и принадлежности: варистор, миллиамперметр, вольтметр, источник питания ВУП-2.

Краткая теория о варисторах

Варистор – это разновидность нелинейного полупроводникового резистора, сопротивление которого зависит от приложенного напряжения. Его вольтамперная характеристика носит сильно нелинейный характер. Сопротивление варистора сильно уменьшается при достижении порогового напряжения. Благодаря этому варисторы широко используются для защиты от импульсных перенапряжений. Обычно варистор включается параллельно защищаемой нагрузке, при этом он должен быть рассчитан на номинальное напряжение питания данной нагрузки.

Если пороговое напряжение на варисторе не превышено он фактически является изолятором. Если порогового значения напряжения превышено, то сопротивление варистора резко падает. При этом варистор шунтирует нагрузку защищая ее от воздействия недопустимо высокого напряжения питания.

Как правило, в качестве порогового напряжения варистора указывается напряжение, при котором через него протекает ток в 1 мА. Когда пороговое напряжение превышено через варистор может протекать очень большой ток. Если перенапряжение в защищаемой цепи будет носить длительный характер, то варистор выйдет из строя. При длительном падении сопротивления варистора в цепи возникает короткое замыкание, что должно вызвать срабатывание предохранителя.

Описание экспериментальной установки

Измерительная цепь питается от источника постоянного регулируемого напряжения ВУП-2. Ток через терморезистор измеряется микроамперметром.

Электрическая принципиальная схема установки проверки варистора

Рис.1. Электрическая принципиальная схема установки

Порядок выполнения работы

  1. Собрать экспериментальную установку по рисунку 1. При выполнении, данном лабораторной работы используется лабораторный блок питания ВУП-2 (ВУП-1, ВУП-2М). Этот блок питания предназначен для питания ламповых электронных схем. На выходных клеммах блока питания ВУП-2 присутствует опасное для жизни постоянное напряжение до 350 В. Следует неукоснительно соблюдать правила техники безопасности. Все изменения в электрической схеме следует производить только при полностью обесточенной установке. Прикасаться к неизолированным токоведущим проводникам запрещается. При обесточивании установки не следует довольствоваться только отключением тумблера на передней панели блока питания. Следует извлечь штепсельную вилку блока питания из электрической розетки.
  2. Снять зависимость сопротивления варистора от приложенного напряжения. Пороговое напряжение для используемого в лабораторной работе варистора составляет 120 В. Во избежание перегрузки блока питания и выхода из строя исследуемого варистора превышать это напряжение запрещается.
  3. По результатам измерений построить вольтамперную характеристику варистора.

Практическая работа

Данная лабораторная работа посвящена варистору. В ней используется варистор на номинальное напряжение 120 В. Проще всего в продаже найти варисторы, рассчитанные на напряжение близкое к 220 В. В данном случае по соображениям безопасности использован варистор на минимальное напряжение (из тех, что удалось найти в продаже). 

Варистор

Варистор закреплен на панели из оргстекла, затрудняющей случайное прикосновение к токоведущим частям.

 Изучение свойств варисторов

Изменение сопротивления варистора отслеживается при помощи амперметра и вольтметра. В качестве источника высокого напряжения использован блок питания ВУП-2М, предназначенный для питания схем на электронных лампах.

 Изучение свойств варисторов

Видно, что при напряжении около 100 В ток через варистор равен нулю.

 Изучение свойств варисторов 2

Но уже при 115 В сопротивление варистора начинает снижаться.

 Изучение свойств варисторов 3

Варистор плохо переносит длительную работу при напряжении близком к номинальному. После нескольких лабораторных работ подряд прибор явно деградировал. При этом варистор стал заметно проводить ток уже при напряжении 60-80 В. Материал предоставил Denev.

   Форум по теории

   Обсудить статью ВАРИСТОРЫ


Как варистор защитит бытовую технику от молнии? SW19.ru

Удар молнии в соседнюю опору электропередач или просто рядом с вашим домом событие не очень приятное. Для мастера-электронщика работа в этом случае часто неблагодарная. Не рядовой случай, когда после всех объяснений и рассказов о целесообразности ремонта слышим в конце недовольное: «А почему так дорого?», «А я у другого мастера спросил и мне сказали, что сгореть должно было меньше» и всякий подобный бред жадины-профана, который не ценит чужой труд. Вариант, когда после вскрытия пациента наблюдаем пробитый «трансик» или обугленный варистор много приятнее для обеих сторон.dsc_0001.jpg

Современные полупроводники крайне чувствительны к превышениям допустимого напряжения и причина этого не только природные явления. Список причин можно продолжать — от доморощенного сварщика-соседа, до перекомутаций на линии. Нас больше интересует не сами причины, а как с ними бороться. Коротко об этом.

Начнём с исходных данных. Какой ток в розетке?

Смешной ответ: «220 вольт», — кому-то не режет слух. Вариант: «Переменный», — тоже не много лучше, потому как без нагрузки тока нет. А какое напряжение? Может быть уже и не 220 вольт – стандарт однако изменился.

Когда мы говорим о напряжении бытовой сети, то речь идёт о действующем значение переменного напряжения – 220 (230) В. Амплитудное значение будет больше приблизительно в 1.4 раза – 311 (325) В. Учитывая допуск в 10 процентов, получим допустимый разброс амплитуды — от 280 до 342 (292 — 358) вольт. Вот эти 358 В – законно допустимая амплитуда переменного напряжения в нашей розетке. Но и это не всё. Может меняться частота, а синусоида не всегда имеет правильную форму. Перенапряжения различной природы суровая реальность и их допустимые параметры тоже регламентируют.

И наша бытовая техника проектируется с учётом возможности эти перепады выдерживать (хотелось бы верить что это так).

Для этого в цепи питания ставят входные фильтры, разрядники, супрессоры и варисторы (первый эшелон защиты на входе радиоаппаратуры).

Входной LC-фильтр неотъемлемая часть любого импульсного БП (его отсутствие говорит о «качестве» изделия). Основное назначение – не пропускать высокочастотные помехи от работы самого БП в сеть.

Разрядник – устройство с искровым промежутком, может быть как элементом печатного монтажа так и отдельным устройством (газонаполненный, с элементами гашения дуги). Разрядники имеют относительно большое время срабатывания (несколько миллисекунд), при срабатывании искровой промежуток со временем увеличивается из-за обгорания контактов, имеют большой разброс параметров, которые к тому же сильно зависят от внешней среды.

dsc_0002.jpg

Супрессор (он же защитный диод (стабилитрон), диодный предохранитель, TVS-диод, трансил). В цепи переменного тока используются симметричные супрессоры. При превышении порогового напряжения, внутреннее сопротивление супрессора резко падает. Результат зависит от мощности вредного импульса – нагреется и остынет или сгорит вместе с предохранителем.

Варистор Вольтамперная характеристика (ВАХ) очень похожа на ВАХ супрессора. Соответственно и принцип работы схож. Сопротивление варистора зависит от приложенного к нему напряжения. На участке малых токов (несколько миллиампер) варистор практически не влияет на работу защищаемого устройства. Защитные свойства он проявляет на участке больших токов – когда приложенное к нему напряжение превысит определённый порог.

При превышении этого порога, варистор резко уменьшает собственное сопротивление до десятков ом. Высокочастотные импульсы перенапряжения не проникают на вход устройства, а преобразуются в тепловую энергию нагрева самого варистора. Если энергия этих импульсов больше допустимой, то варистор закорачивает входную цепь и сгорает вместе с плавким предохранителем.

При возникновении высоковольтного импульса сопротивление варистора резко уменьшается до долей Ома и шунтирует нагрузку, защищая ее и рассеивая поглощенную энергию в виде тепла. При этом через варистор может протекать импульсный ток, достигающий нескольких тысяч ампер. Так как варистор практически безынерционен, то после исчезновения помехи его сопротивление вновь становится большим. Таким образом, включение варистора параллельно защищаемому устройству не влияет на работу последнего в нормальных условиях, но гасит импульсы опасного напряжения

Знания схемотехники входных цепей питания радиоаппаратуры и принципов работы элементов этих цепей несомненно нужны. Но обычному ремонтёру важнее знать как это проверить и чем заменить. Обугленный варистор потерял свою маркировку и вопрос что ставить взамен возникает не только у новичков (ведь цепи защиты бывают разные). Просто выпаять и забыть – не наш вариант!

Самый распространённый вариант – варистор на 470 вольт. Вспоминаем цифру сверху – 358 вольт в предполагаемом максимуме. Запас 112 вольт? Не совсем так. Варисторы имеют класс точности, и 10 процентов это лучший вариант. Считаем 20 процентов. Получаем возможный нижний предел напряжения срабатывания – 376 вольт. Теперь понятна логика производителя. Но и это не всё. Вариант ставим что есть на складе никто не отменял, главное, чтобы не было ложных срабатываний. Здесь необходимо понимание основного назначения варистора – защита от высоковольтных импульсных перенапряжений. Отвал нулевого провода в вашем доме и в результате неисправная аппаратура, а варистор целый — не редкость. Высоковольтные перенапряжения случайны и результат их воздействия непредсказуем. И если штатно варистор рассеивает высоковольтные импульсы, но когда-то наступает случай, что он не выдерживает мощности паразитного импульса и сгорает. Горит с переходом в проводящее состояние. По этой причине обязательна защита плавким предохранителем. Такая вот обязательная защита защиты.

На практике (особенно для себя любимого) лучше использовать варисторы на 390В или 430В постоянного напряжения. Воздействие высоковольтных импульсов очень не полезно для электролитов (а они чаще всего на 400В, а в дешевом ширпотребе даже на 350В).

Варисторы имеют достаточно большую емкость (до 50 нф), что ограничивает их применение на высоких частотах.

Как проверить варистор? Сразу напрашивается вариант собрать простейшую цепь из резистора для ограничения тока, варистора, нагрузки и повышающего трансформатора с возможностью регулирования напряжения. Важно выяснить точно напряжение перехода в проводящее состояние. Вариант проще – подключаем нашу цепочку к мегоометру с напряжением 500 вольт, и убеждаемся в срабатывании варистора. Косвенная проверка – измерить ёмкость варистора. Я не ошибся, именно ёмкость.

Маркировка на варисторе — это не всегда напряжение (иногда это условный код), а если и напряжение то не всегда одно и то же. Разные производители маркируют варисторы по-разному. Используются как максимальное значение рабочего действующего синусоидального напряжения (EPCOS), иногда действующее значение синусоидального напряжения при котором происходит отпирание варистора, а китайцы ставят постоянное напряжение отпирания. Надо обязательно читать документацию конкретного производителя.

Для примера: варистор EPCOS/TDK с маркировкой 241 это фактически аналог 431 у китайского TKS с маркировкой TVR оба отпираются постоянным напряжением около 430В.

dsc_0003.jpg

Напряжение отпирания варистора величина не точная. Классический разброс составляет -15%…+20%. А у лучших производителей — не менее 10%. И зависимость от температуры никто не отменял.

Отличия варисторов от супрессоров.

Супрессор проигрывает варистору в поглощаемой энергии. Варистор тем и хорош, что тепло в нем выделяется по всей толщине материала и отсутствуют локальные перегревы. Супрессор обладает отличным быстродействием, но легко перегревается и выходит из строя при миллисекундных импульсах. Энергию варистор при коротких перенапряжениях, не рассеивает (не успевает), а поглощает.

Крутизна характеристики варистора довольно большая (но меньше чем у супрессоров).

Варисторы применяются в схемах с большой мощностью импульса, но относительно низким значением скорости его нарастания (крутизна фронта). К примеру, тиристорные преобразователи.

Супрессоры — в схемах с большей крутизной, но меньшей длительностью. Это преобразователи на основе IGBT или MOSFET-транзисторов. Работа транзисторов в ключевом режиме характеризуется малой длительностью выбросов напряжения (не более сотен нс; очень редко мкс), но при этом крутым фронтом импульса.

Стабилитроны тоже можно применять, то только в низковольтных транзисторных схемах с малыми скоростями изменения напряжения.

Короткие выводы:

1. Варисторы хорошо защищают сети питания радиоаппататуры от коротких высоковольтных выбросов напряжения, которые физически не поглощаются входными фильтрующими конденсаторами. Но не являются защитой от перенапряжений ниже напряжения открывания самого варистора.

2. Супрессоры хорошо использовать для защиты силовых ключей от переходных процессов и пиковых перенапряжений короткими импульсами.

3. При выборе варистора в качестве замены ориентируемся на напряжение открывания варистора. Обращать внимание на производителя, смотреть документацию по конкретному прибору.

4. Для защиты от перенапряжений в сети (не высоковольтных импульсных) хорошее решение применять ограничители напряжения и ограничители тока короткого замыкания (это для себя, а клиенту как совет).

P.S Всё, что выше никак не учебник и не претендует на полноту. Целенаправленно не перечислены все параметры рассмотренных элементов. Замечания на рассмотренную тему будут полезны не только автору.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о