Варисторы схема включения: Страница не найдена — 1000 полезных советов

Содержание

Варисторы TMOV со встроенной тепловой защитой в цепях переменного напряжения

24 октября 2019

Быстрое срабатывание встроенного терморазмыкателя TMOV-варистора производства Littelfuse позволяет отключать его при более низких температурах, что уменьшает вероятность обугливания и задымления по сравнению со стандартным варистором MOV-типа. В схемах, где критично знать, сработал ли терморазмыкатель, можно применять варисторы iTMOV со светодиодной индикацией состояния.

Металл-оксидные варисторы (MOV-варисторы) используются для подавления выбросов напряжения во многих устройствах, например, в модулях защиты от перенапряжений и сетевых фильтрах (SPD-устройствах), источниках бесперебойного питания (ИБП), в тройниках и удлинителях, в электросчетчиках и так далее. Источниками выбросов напряжения могут стать молнии, коммутации индуктивной нагрузки или переключения конденсаторных батарей. При работе в штатном режиме напряжение в сети не должно превышать максимальное рабочее напряжение MOV-варистора. Однако при возникновении помехи напряжение на MOV-варисторе может превысить напряжение срабатывания. В таких случаях прибор включается и ограничивает выброс напряжения при условии, что мощность помехи не превышает мощность, которую способен рассеять MOV-варистор.

Иногда возможна ситуация, когда перенапряжение имеет не импульсный, а долговременный или постоянный характер. Если варистор будет долгое время находиться под таким напряжением при условии ограничения тока (как требует стандарт безопасности UL 1449), то он начнет разогреваться. Неограниченный разогрев может вызвать тепловой пробой и, как следствие, задымление и даже пожар. Чтобы устройство защиты соответствовало требованиям UL 1449, MOV-варистор должен иметь дополнительную защиту от таких катастрофических перегревов. До сих пор данная задача традиционно решалась с помощью термопредохранителей (TCO).

UL1449: Перенапряжения с ограничением тока

Для устройств, работающих в сетях переменного напряжения, обрыв соединения «ноль-земля» является опасной аварийной ситуацией.

В таких случаях MOV-варистор может оказаться под напряжением, которое существенно превышает номинальное рабочее значение. Если ток в цепи будет неограниченным, то варистор сначала перейдет в низкоомное состояние (сопротивление упадет до нескольких Ом), а потом из-за мгновенного перегрева попросту сгорит, разорвав цепь. Однако если в цепи будет нагрузка, которая ограничит ток, то нагрев MOV-варистора окажется не таким стремительным, из-за чего нагреваться будет все устройство, возникнет задымление, а при неблагоприятном развитии ситуации возможен пожар.

В США используется сетевое напряжение 120 В AC. Силовые линии 120 В AC работают с фазовым сдвигом напряжения 180° и обычно подключены к трансформатору со средней точкой (рисунок 1). Предположим, что в верхней цепи 120 В присутствует MOV-варистор с номинальным рабочим напряжением 150 В, а в нижней цепи 120 В имеется некоторая нагрузка. И MOV, и нагрузка подключены к средней точке трансформатора (цепь «ноль-заземление»). Если на центральном отводе трансформатора (X-X) произойдет разрыв, то нагрузка в нижней фазе будет ограничивать ток, и сетевой предохранитель может не сработать.

В этом сценарии MOV-варистор, рассчитанный на 150 В, окажется под повышенным напряжением (вплоть до 240 В) при ограниченном токе, что может привести к его тепловому разрушению.

Рис. 1. Вариант аварийной ситуации, в которой MOV-варистор испытывает перенапряжение при одновременном ограничении тока

Рассмотренный вариант аварийной ситуации определен в стандарте UL 1449 (таблица 1). По этой причине во многих приложениях требуется, чтобы MOV-варисторы имели дополнительную тепловую защиту.

В таблице 1 представлены уровни испытательных напряжений для SPD-устройств с различным рейтингом напряжения. Испытательное напряжение последовательно прикладывается к каждой паре проводников, после чего подаются кратковременные импульсы тока 10 А для устройств Type 1 и Type 2, и 5 А, 2,5 А, 0,5 А и 0,125 А для устройств Type 3. Поскольку этот тест приводит к необратимым разрушениям, то для проверки устойчивости к каждому из пяти токов короткого замыкания потребуется пять устройств. Устройства должны находиться под напряжением в течение 7 часов либо до тех пор, пока ток или температура в устройстве не достигнут равновесия или пока SPD не отключится.

Таблица 1. Испытательные напряжения для различных устройств

Рейтинг устройства* Подключение фаз Тестовое
напряжение**
Рейтинг напряжения проводящих линий, В
110…120 В Однофазное 240 Все
110…120 В/220…240 В Трансформатор со средней точкой 240 110…120
120 В/208 В «Звезда» 208 120
220…240 В Однофазное 415 Все
220…240 В/380…415 В «Звезда» 415 220…240
240 В «Треугольник» 240 120
254…277 В Однофазное 480 Все
254…277 В/440…480 В «Звезда» 480 254…277
480 В «Треугольник» 480 254-277
347 В Однофазное 600 Все
347 В/600 В «Звезда» 600 347
Примечания:
* – Под устройством понимается конечный продукт: источник бесперебойного питания, сетевой фильтр и так далее.
** – Для устройств, рейтинг которых не указан в данной таблице, в качестве тестового напряжения должно использоваться максимальное фазное напряжение или удвоенное напряжение между проводниками, при условии, что оно не превышает 1000 В.

Как показано на рисунке 1, при испытании устройств, работающих в стандартной сети 120 В AC, необходимо подавать испытательное напряжение 240 В AC на все пары проводников. В данном случае есть три пары: «фаза-ноль» (L-N), «фаза-заземление» (L-G) и «ноль-заземление» (N-G). Здесь стоит еще раз отметить, что испытательное напряжение 240 В AC выбрано потому что в США линии сети 120 В AC обычно подключены к центральному трансформатору 240 В со средней точкой. В таких случаях MOV-варисторы, как правило, выбираются исходя из номинального рабочего напряжения 130…150 В. При возникновении аварии они могут перегреваться с катастрофическими последствиями в виде задымления или пожара.

MOV-варисторы с тепловой защитой

На рисунке 2 представлена простейшая схема защиты от выбросов напряжения, обеспечивающая требования UL 1449 при возникновении постоянных перенапряжений в условиях ограничения тока. В данной схеме между всеми линиями включены MOV-варисторы (или несколько параллельных MOV-варисторов): L-N, L-G и N-G. Это обеспечивает максимальную защиту от помех, возникающих во время переходных процессов в сети. Обычный последовательный плавкий предохранитель используется для защиты от перегрузки по току. Как правило, номинальный ток этого предохранителя выше, чем амплитуда испытательного тока, согласно UL 1449. Таким образом, при проведении испытаний на соответствие стандарту UL 1449 предохранитель не будет разрывать цепь. По этой причине MOV-варисторы должны быть дополнительно защищены от термического разрушения. Для этого последовательно с каждым варистором включается термопредохранитель TCO. В большинстве случаев для защиты от перенапряжений используют дисковые варисторы с диаметром 14 или 20 мм.

Рис. 2. Типовая схема защиты от перенапряжений с дополнительными TCO

На рынке присутствуют термопредохранители TCO с различной температурой срабатывания. Важно понимать, что положение и ориентация TCO имеет огромное значение для обеспечения тепловой защиты MOV-варистора.

Под действием постоянного перенапряжения MOV-варистор может быть пробит в случайной точке на диске, после чего начнет быстро нагреваться, если ток в цепи ограничен. Тепло передается от MOV-варистора к TCO с помощью излучения, конвекции и тепловой проводимости. Однако, как показывает практика, именно теплопроводность имеет решающее значение. Таким образом, расстояние и взаимное расположение источника тепла и TCO определяют скорость срабатывания терморазмыкателя. Считается, что наиболее эффективная тепловая связь присутствует между выводом варистора и изолированным выводом TCO. Механизмы передачи тепла с помощью конвекции и излучения оказываются эффективными только в том случае, если источник тепла находится в непосредственной близости от TCO. Несмотря на то, что проводимость является наиболее эффективным средством передачи тепла, в большинстве случаев MOV-варистор и TCO не находятся в непосредственном контакте. Выводы компонентов мешают размещению TCO достаточно близко от MOV, что ограничивает передачу тепла.
Кроме того, эффективность передачи тепла в каждом случае оказывается различной.

Пример взаимного расположения MOV и TCO показан на рисунке 3. Обратите внимание, что TCO не касается варистора.

Рис. 3. Взаимное расположение TCO и MOV (один из варисторов был удален, чтобы не мешать обзору)

Время срабатывания тепловой защиты может оказаться достаточно большим, если TCO размещен слишком далеко от MOV. В таких случаях при возникновении аварийной ситуации вполне вероятно обугливание варистора и реальная возможность пожара. Использование термоусадочных трубок или других теплопроводящих материалов позволяет увеличить эффективность тепловой связи, но с другой стороны, эти изделия сами достаточно горючи и могут только ухудшить ситуацию.

Несмотря на описанные недостатки, терморазмыкатели позволяют эффективно отключать MOV-варисторы от сети, тем самым предотвращая их тепловое разрушение. В то же время TCO оказываются не очень удобными компонентами с точки зрения монтажа на печатную плату. Из-за низких температур срабатывания пайка TCO должна выполняться крайне аккуратно. При ручной пайке жало паяльника не должно находиться в долгом контакте с выводами TCO. Иногда для отвода тепла от терморазмыкателя используют клипсы и плоскогубцы.

Так как TCO, используемые для защиты MOV-варисторов, обычно имеют невысокую температуру срабатывания, то их автоматизированный монтаж затруднен. При попытке пайки волной TCO срабатывают из-за перегрева в ванне с припоем. В большинстве случаев монтаж TCO оказывается преимущественно ручным процессом.

Компанией Littlefuse была разработана новая технология, которая, с одной стороны, позволяет обеспечить требования UL 1449, в том числе при испытаниях устойчивости к постоянным перенапряжениям в условиях ограничения тока, а с другой – лишена большинства недостатков, характерных для традиционных комбинированных схем MOV/TCO. Новые защитные компоненты TMOV представляют собой комбинацию из терморазмыкателя и MOV-варистора, объединенных в одном корпусе. В TMOV используется запатентованная технология, которая позволяет встраивать тепловой элемент непосредственно в MOV. В результате терморазмыкатель находится в прямом контакте с диском варистора, тем самым обеспечивая оптимальную теплопередачу. Так как эффективность передачи тепла оказывается высокой, то для защиты варистора может быть использован терморазмыкатель с более высокой температурой срабатывания. Это делает возможным использование автоматизированных технологий для монтажа TMOV, что существенно упрощает процесс сборки. Благодаря конструктивным особенностям, TMOV не уступают традиционным варисторам по основным параметрам: амплитуде пиковых токов, уровню рассеиваемой мощности, значениям напряжений ограничения и прочему, и при этом имеют встроенную тепловую защиту. Суть предлагаемого решения поясняется на рисунке 4.

Рис. 4. Схема защиты от перенапряжений, использующая новые варисторы TMOV со встроенной тепловой защитой

Сравнение методов тепловой защиты MOV-варисторов

TMOV-варисторы со встроенной тепловой защитой решают большую часть проблем, характерных для комбинации MOV/TCO. Использование встроенного терморазмыкателя, размещенного в центре диска MOV-варистора, обеспечивает несколько преимуществ:

  • оптимизирует передачу тепла между диском MOV и терморазмыкателем, так как терморазмыкатель оказывается максимально близко к точке нагрева. Это значительно уменьшает время срабатывания;
  • позволяет использовать терморазмыкатели с более высокой температурой срабатывания, чем у большинства TCO, притом, что сам терморазмыкатель оказывается защищен от внешних источников тепла.

Благодаря этому для монтажа TMOV-варисторов может использоваться пайка волной (подробнее об этом рассказывается в следующем разделе).

Чтобы сравнить время срабатывания TMOV-варисторов и комбинации MOV/TCO, были проведены испытания с привлечением стандартных MOV (серия UltraMOV 20 мм, 130 Vacrms), работающих в связке с TCO с различными температурами срабатывания (Tf), и TMOV со встроенной тепловой защитой (TMOV20R130, 20 мм, 130 Vacrms).

Все схемы подвергались одинаковому испытанию: к ним прикладывалось постоянное перенапряжение 240 В при ограничении тока 5 А. Как и ожидалось, у TCO с более высокой температурой Tf время срабатывания было выше (таблица 2). С другой стороны, при пайке TCO с температурой срабатывания 73°C было сложно избежать включения, несмотря на использование соответствующего радиатора. В таблице 3 представлены значения времени срабатывания для TMOV со встроенной тепловой защитой. Очевидно, что по этому показателю TMOV превзошли все комбинации MOV/TCO, принявшие участие в испытаниях.

Таблица 2. Время срабатывания тепловой защиты для различных комбинаций MOV/TCO при ограничении тока на уровне 5 А

TCO Tf, °C Время отключения, с
Среднее значение Диапазон
73 30 11…52
94 34 20…46
121 36 16…56

Таблица 3. Время срабатывания тепловой защиты варисторов TMOV при ограничении тока на уровне 5 А

TCO Tf, °C Время отключения, с
Среднее значение Диапазон
TMOV-варистор 13 2…25

На рисунке 5 представлены временные диаграммы нагрева варисторов при проведении испытаний на устойчивость к постоянным перенапряжениям с ограничением тока UL 1449 (240 В rms, 5 А) для трех схем защиты:

  • одиночный MOV – модель V20E130, 20 мм, 130 В ср.кв.;
  • комбинация MOV/TCO – модель V20E130, 20 мм, 130 В ср.кв. и TCO с Tf = 94°C;
  • варистор TMOV – модель TMOV20R130, 20 мм, 130 В ср.кв.

Рис. 5. Температура поверхности варисторов для различных схем защиты

На диаграммах показан характер изменения температуры поверхности варистора с течением времени для всех трех схем. Как видно из диаграммы, температура корпуса стандартного MOV-варистора без тепловой защиты будет расти до тех пор, пока варистор не загорится. В комбинации MOV/TCO варистор быстро нагревается до температуры 220°C, после чего срабатывает TCO. Варисторы TMOV со встроенной тепловой защитой отключаются значительно быстрее – срабатывание терморазмыкателя происходит при температуре около 150°C менее чем за 20 с. Обратите внимание, что температура варистора продолжает повышаться даже после срабатывания терморазмыкателей. Это связано с тем, что тепло передается от диска варистора наружу к эпоксидной заливке не мгновенно. Для того чтобы температура диска и заливки выровнялась, требуется некоторое время.

На рисунках 6а-6в показаны последствия перегрева варисторов для каждой из испытываемых схем защиты. На рисунке 6а показан результат перегрева стандартного MOV-варистора, на 6б изображено последствие перегрева MOV-варистора при использовании термопредохранителя TCO, рисунок 6в демонстрирует перегрев TMOV-варистора. Не сложно заметить, что в случае TMOV степень обугливания оказывается существенно ниже, чем при использовании одиночных варисторов или комбинации MOV / TCO.

Рис. 6. Результаты перегрева различных типов варисторов

Поскольку при производстве MOV- и TMOV-варисторов используются диски оксида цинка одинакового размера, то TMOV обеспечивают такой же уровень защиты от перенапряжений, что и MOV аналогичного размера, и соответствуют требованиям стандарта IEC 60950-1 (Приложение Q). Так как варисторы TMOV имеют встроенную защиту от перегрева, то при их использовании не требуется каких-либо внешних терморазмыкателей, которые необходимы при работе с обычными MOV-варисторами, согласно требованию пункта 1.5.9.2, МЭК 60950-1.

Использование пайки волной при монтаже TMOV

На рисунке 7 показан температурный профиль пайки волной, который можно использовать при монтаже TMOV-варисторов. Температурные показатели этого профиля являются типовыми для данного способа автоматизированного монтажа. В то же время допустимый температурный профиль для монтажа TCO оказывается существенно ниже. Фактически профиль, представленный для TCO, соответствует предельному варианту, при котором TCO выходит из строя (срабатывает). Это говорит о том, что для монтажа TCO (даже с высоким значением Tf, например, 142°C) не может использоваться пайка волной.

Уход от ручной пайки TCO позволяет обеспечить существенное снижение стоимости изделия.

Рис. 7. Температурные профили пайки волной для варистора TMOV и TCO (Tf = 142°C)

Надежное размыкание тепловой защиты

Срабатывание терморазмыкателя происходит из-за пробоя и дальнейшего нагрева диска варистора. После того как встроенный терморазмыкатель в TMOV сработает, важно, чтобы он оставался разомкнутым, а его повторные коммутации были исключены.

Чтобы проверить надежность размыкания цепи при срабатывании терморазмыкателя, было проведено испытание, состоящее из нескольких этапов. На первом этапе TMOV-варисторы подвергались воздействию перенапряжения с ограничением тока, в результате чего срабатывала тепловая защита. На втором этапе на выводы варисторов подавались импульсы 6 кВ, 3 кА (8×20 мкс). На третьем этапе на выводы TMOV-варисторов подавалось постоянное напряжение смещения, и при этом выполнялось измерение токов утечки. Наличие высокого тока утечки сигнализировало бы о ненадежном срабатывании терморазмыкателя или о его возвращении в замкнутое состояние. В ходе испытаний значительных токов утечки обнаружено не было. На заключительном, четвертом этапе TMOV-варисторы несколько часов выдерживались под напряжением 1000 В (ср.кв.) с параллельным контролем тока утечки. И на этот раз значительных токов утечки обнаружено не было, что свидетельствует о надежной работе терморазмыкателя.

Индикация срабатывания тепловой защиты: iTMOV-варисторы

Мы тщательно проанализировали преимущества TMOV-варисторов, но остается один вопрос: как узнать, что терморазмыкатель сработал?

При работе в диапазоне рабочих напряжений сопротивление ТMOV-варистора остается чрезвычайно высоким. Таким образом, сложно понять обусловлено ли высокое сопротивление собственным сопротивлением варистора или высокое сопротивление является следствием срабатывания тепловой защиты. Если данный вопрос является критичным, следует обратить свое внимание на серию варисторов iTMOV с дополнительным выводом индикации.

Варистор iTMOV имеет дополнительный, третий индикаторный вывод, который подключен к точке соединения терморазмыкателя и варистора. Доступ к этой точке существенно упрощает индикацию состояния терморазмыкателя. На рисунке 8 показана типовая схема включения iTMOV.

На рисунке 8 показано, как варистор iTMOV используется для защиты устройства, питающегося от бытовой сети 120 В AC в США. Светодиод включен между индикаторным выводом и нулем. Последовательный резистор R1 используется для задания тока через светодиод. В данном случае был выбран резистор с сопротивлением 47 кОм и предельной мощностью 0,5 Вт. Расчет параметров резистора должен производиться с учетом характеристик используемого светодиода и параметров сети.

Рис. 8. Схема индикации состояния iTMOV (светодиод нормально включен)

Как правило, светодиоды не допускают подачи обратного напряжения, поэтому для обрезания отрицательной полуволны обычно используется дополнительный выпрямительный диод D1. Кроме того, для защиты от перегрузки по току необходим предохранитель. В данном случае это Littelfuse 3AG, 10 A (313010). Выбор номинала предохранителя должен производиться, исходя из характеристик нагрузки.

В нормальных условиях светодиод находится в нормально включенном состоянии (светит). Ток течет от фазы к нулю через терморазмыкатель и индикаторную цепь. Если терморазмыкатель срабатывает, цепь размыкается, а светодиод выключается. Также светодиод выключится, если сгорит предохранитель.

Варистор iTMOV можно использовать для индикации состояния нескольких параллельно включенных TMOV-варисторов. Это связано с тем, что после отключения одного варистора, как правило, происходит отключение и остальных.

Заключение

Стандарт UL 1449 был создан для обеспечения защиты конечных устройств и пользователей от аварийных ситуаций, связанных с обрывом нуля. В таких случаях MOV-варисторы оказываются под постоянным перенапряжением в условиях ограничения тока. Перенапряжение может привести к неконтролируемому разогреву варистора и его тепловому пробою.

Существует несколько способов защиты MOV-варисторов от теплового разрушения. Чаще всего для этих целей используют термопредохранители TCO. Несмотря на то, что TCO в большинстве случаев справляются с поставленной задачей и предотвращают катастрофический перегрев варистора, у них есть значительные ограничения. При выполнении испытаний даже при срабатывании термопредохранителя MOV-варистор перегревается, из-за чего наблюдается задымление и обугливание. Еще одним недостатком TCO является сложность автоматизированного монтажа, так как в большинстве случаев пайка волной оказывается невозможна.

Новые TMOV-варисторы со встроенной тепловой защитой позволяют сократить количество компонентов, сэкономить место на плате и при этом обеспечить выполнение требований UL 1449. TMOV-варисторы обеспечивают повышенную эффективность по сравнению с другими методами защиты при воздействии постоянных перенапряжений с ограничением тока. Быстрое срабатывание встроенного терморазмыкателя TMOV позволяет отключать варистор при более низких температурах, что уменьшает вероятность обугливания и задымления. Остальные характеристики TMOV-варисторов оказываются такими же, как и у стандартных MOV-варисторов, включая пиковый импульсный ток, номинальную мощность и напряжение ограничения. В отличие от TCO, при монтаже TMOV-варисторов можно избежать ручных операций и использовать пайку волной. Это приводит к снижению стоимости производства и упрощению процесса сборки.

Важные примечания

Стоит отметить, что все представленные данные были получены при испытании ограниченной выборки компонентов. Результаты могут отличаться из-за разброса электрических и механических параметров. При выполнении проектирования разработчики должны учитывать разброс характеристик компонентов и закладывать соответствующие допуски.

В некоторых случаях TMOV-варисторы могут существенно нагреваться перед срабатыванием тепловой защиты. Конструкция конечного устройства должна учитывать эту особенность.

Перед выпуском на рынок рекомендуется выполнять тщательное тестирование устройств.

Литература

  1. Surge Protective Devices – UL1449, April 19, 2010
  2. Littelfuse Datasheet, Thermally Protected Metal Oxide Varistor (TMOV Varistor), March 2001
  3. TMOV®25S Varistor Series
  4. TMOV®34S Varistor Series
  5. Paul Traynham and Pat Bellew, Using Thermally Protected MOVs in TVSS or Power Supply Applications, Power Systems World, Intertec Exhibition Proceedings, September 2001
  6. Information Technology Equipment – Safety, IEC60950-1, Amendment 1, December 2009

Дополнительные материалы

Оригинал статьи

Перевел Вячеслав Гавриков по заказу АО КОМПЭЛ

•••

Наши информационные каналы

Варистор принцип работы и устройство, проверить варистор

Как работает варистор?

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:

Назначение и характеристики

Варистор — это электронный прибор, имеющий два контакта и обладающий нелинейно-симметричной вольт-амперной характеристикой. Термин «варистор» произошёл от латинских слов variable — «изменяемый» и resisto — «резистор». По своей сути он является полупроводниковым резистором, способным изменять своё сопротивление в зависимости от приложенного к его выводам напряжения.

Изготавливаются такого типа резисторы путём спекания при высокой температуре полупроводника и связующего материала. В качестве полупроводника используется карбид кремния, находящийся в порошкообразном состоянии, или оксид цинка, а связующего вещества — стекло, лак, смола. Полученный после спекания элемент подвергается металлизации с дальнейшим формированием выводов. По своей конструкции приборы выполняются в форме, похожей на диск, таблетку, цилиндр, или плёночного вида.

Обладая свойством резко уменьшать своё сопротивление при возникновении на его выводах определённого напряжения, варистор применяется в электронных схемах в качестве защитного элемента. При возникновении броска напряжения определённой величины полупроводниковый прибор мгновенно снижает своё внутреннее сопротивление до десятков Ом, тем самым практически закорачивая цепь, не давая импульсу повредить остальные элементы схемы. Поэтому важным параметром варистора является значение напряжения, при котором наступает пробой устройства.

Основные параметры

Перед тем как проверить варистор на исправность, необходимо понимать не только принцип его действия, но и знать, какими характеристиками он обладает. Как и любой электронный элемент, варистор имеет ряд характеристик, которые позволяют его использовать в различных схемах. Основным параметром является вольт-амперная характеристика (ВАХ). Она наглядно показывает, как меняется ток при той или иной величине напряжения. Изучая ВАХ, можно увидеть что варистор, обладая симметрично-двунаправленной характеристикой, работает как в прямой, так и обратной зоне синусоиды, напоминая стабилитрон.

Кроме ВАХ, при исследовании варистора отмечаются следующие характеристики:

  • Um — наибольшее допустимое рабочее напряжение для тока переменной или постоянной величины.
  • P — мощность, которую может рассеять на себе элемент без ухудшения своих параметров.
  • W — допустимая энергия в джоулях, которую может поглотить радиоэлемент при воздействии одиночного импульса.
  • Ipp — наибольшее значение импульсного тока, для которого определена форма импульса.
  • Co — ёмкость, значение которой измеряется у варистора в нормальном состоянии.

Виды устройств

Разнообразие встречаемых видов варисторов обусловлено тем, что производители стремятся в первую очередь повысить их быстродействие. Поэтому и используются SMD технологии безвыводного монтажа, что позволяет добиваться малого времени срабатывания при скачке входного напряжения. Типовое время срабатывания элементов с выводами находится в пределе 15−25 наносекунд, а SMD — 0,5 наносекунд.

Существует класс низковольтных варисторов и высоковольтных. Первые выпускаются с рабочим напряжением до двухсот вольт и силой тока до одного ампера. Вторые же имеют рабочее напряжение до двадцати киловольт. Маломощные элементы используются в качестве защиты от скачка напряжения, возникающего в бытовой сети, а мощные применяются на трансформаторных подстанциях и в системах защиты от грозы.

Маркировка элементов

Независимо от производителя существует стандарт маркировки варисторов. На сам элемент принято наносить цифробуквенный код, в котором зашифровываются основные параметры. Например, для дискового типа это обозначение выглядит как S6K210, где:

  • S — материал, из которого изготовлен варистор;
  • 6 — диаметр корпуса элемента, указывается в миллиметрах;
  • K — величина допуска отклонения;
  • 210 — значение рабочего напряжения, выраженное в вольтах.

На схемах радиоэлемент графически обозначается как перечёркнутый прямоугольник. На перечёркивающей палочке делается полочка, над которой ставится буква U. Подписывается на схемах элемент латинскими буквами RU.

NTC

Терморезисторы NTC — изделия, имеющие отрицательный температурный коэффициент. Их особенность — повышенная чувствительность, высокий температурный коэффициент (на один или два порядка выше, чем у металла), небольшие габариты и широкий температурный диапазон.

Полупроводники NTC удобны в применении, стабильны в работе и способны выдерживать большую перегрузку.

Особенность NTC в том, что их сопротивление увеличивается при снижении температуры. И наоборот, если t снижается, параметр R растет. При изготовлении таких деталей применяются полупроводники.

Принцип действия прост. При повышении температуры число носителей заряда резко растет, и электроны направляются в зону проводимости. При изготовлении детали, кроме полупроводников, могут применяться и переходные металлы.

При анализе NTC нужно учесть бета-коэффициент. Он важен в случае, если изделие применяется при измерении температуры, для усреднения графика и вычислений с помощью микроконтроллеров.

Как правило, термисторы NTC применяются в температурном диапазоне от 25 до 200 градусов. Следовательно, их можно использовать для измерений в указанном пределе.

Отдельного нужно рассмотреть сфера их использования. Такие детали имеют небольшую цену и полезны для ограничения пусковых токов при старте электрических двигателей, для защиты Li аккумуляторов, снижения зарядных токов блока питания.

Терморезистор NTC также используется в автомобиле — датчик, применяемый для определения точки отключения и включения климат-контроля в машине.

Еще один способ применения — контроль температуры двигателя. В случае превышения безопасного предела, подается команда на реле, а дальше двигатель глушится.

Не менее важный элемент — датчик пожара, определяющий рост температуры и запускающий сигнализацию.

Терморезисторы NTC обозначаются буквами или имеют цветную маркировку в виде полос, колец или других обозначений. Варианты маркировки зависят от производителя, типа изделия и других параметров.

Пример обозначения 5D-20, где первая цифра показывает сопротивление терморезистора при 25 градусах Цельсия, а расположенная рядом с ней цифра (20) — диаметр.

Чем выше этот параметр, тем большую мощность рассеивания имеет изделие. Чтобы не ошибиться в маркировке, рекомендуется использовать официальную документацию.

Что такое варистор и где применяется

Варистор –  это выполненный из полупроводникового материала переменный резистор, который способен изменять свое электрическое сопротивление в зависимости от приложенного к нему напряжения.

Принцип действия у такого электронного компонента отличается от обычного резистора и потенциометра. Стандартный резистор имеет постоянное во величине сопротивление в любой промежуток времени вне зависимости от напряжения в цепи, потенциометр позволяет менять сопротивление вручную, поворачивая ручку управления. А вот варистор обладает нелинейной симметричной вольтамперной характеристикой и его сопротивление полностью зависит от напряжения в цепи.

Благодаря этому свойству, варисторы широко и эффективно применяют для защиты электрических сетей, машин и оборудования, а также радиоэлектронных компонентов, плат и микросхем вне зависимости от вида напряжения. Они имеют невысокую цену изготовления, надежны в использовании и способны выдерживать высокие нагрузки.

Варисторы применяются, как в высоковольтных установках до 20 кВ, так и в низковольтных от 3 до 200 В в качестве ограничителя напряжения. При этом они могут работать, как в сетях с переменным, так и с постоянным током. Их используют для регулировки и стабилизации тока и напряжения, а также в защитных устройствах от перенапряжения. Используются в конструкции сетевых фильтров, блоков питания, мобильных телефонов, УЗИП и других ОИН.

Отрицательные стороны

Вместе с таким большим количеством преимуществ перед другими приборами, есть также и существенные недостатки, среди которых можно выделить такие.

  1. Варисторы имеют огромной размер собственной емкости, что сказывается на работе электрической сети. Такой показатель может находиться в пределах от 80 до 3000 пФ. Он зависит от многих моментов: конструкция и вид варистора, а также максимальное значение уровня напряжения. Стоит отметить, что в некоторых случаях такой существенный недостаток может превратиться в главное достоинство. Но такое возможно довольно редко, например, если использовать варистор в фильтрах. В такой ситуации большая емкость будет служить в качестве ограничителя напряжения в сети.
  2. По сравнению с разрядниками, варисторы не способны рассеивать мощность при максимальных показателях напряжения.

Чтобы увеличить показатель рассеянности необходимо увеличивать размер элементов, чем и занимаются многие производители.

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.

Справочник и маркировка варисторов

Если необходима замена, на помощь придет справочник варисторов. Для начала нам потребуется маркировка варистора, она находится на самом корпусе в виде латинских букв и цифр. Хотя этот элемент производится во многих странах, маркировка не имеет принципиальных отличий.

Разные изготовители и маркировка разная 14d471k и znr v14471u. Однако параметры одни и те же. Первые цифры «14» это диаметр в мм., второе число 471 — напряжение при котором происходит срабатывание (открытие). Отдельно про маркировку. Первые две цифры (47) это напряжение, следующая — коэффициент (1). Он показывает сколько нулей нужно ставить после числа 47, в этом случае 1. Получается что испытуемый прибор будет срабатывать при 470 В, плюс — минус погрешность, которая ставится рядом с этим числом. В нашем случае это буква «к» находится после и обозначает 10% т. е. 47 В.

Другая маркировка s10k275. Показатель погрешности стоит перед напряжением, само напряжение показано без коэффициента — 275 В. Из рассмотренных примеров видим, как можно определить маркировку: измеряем диаметр прибора, находим эти размеры на варисторе, другие цифры покажут напряжение. Если определить маркировку не удается, например, kl472m, нужно будет посмотреть в интернете.

Диаметр. Импортные tvr 10471 можно заменить на 10d471k, но быть осторожным с 7d471k, у последнего размер меньше. Чем больше значение, тем, грубо говоря, больше рассеиваемая мощность. Поставив прибор меньшего диаметра, рискуем его спалить. К примеру, серия 10d имеет рабочий ток 25А, а k1472m 50А.

Чтобы правильно выбрать нужный элемент необходимо учитывать не только напряжение питания. Производят множество расчетов, например, выходя из нужного быстродействия (срабатывания), или малое рабочее напряжение. В этом случае используют так называемые защитные диоды. К ним можно отнести bzw04

При его применении важно соблюдать полярность

Помехоустойчивость. Одним из недостатков является создание помех. Для борьбы с ними используют конденсаторы, например, ac472m Подключают параллельно варистору.

На схеме варистор обозначается как резистор, пустой прямоугольник с перечеркивающей под 45 градусов линией и имеет букву u.

Варисторы: применение

Такие приборы играют важную роль в жизни человека. Из всего вышеперечисленного можно сказать, что варистор, принцип работы которого заключается в защите электроники от высокого напряжения в сети, помогает предотвратить поломку многих электрических приборов и сохранить проводку в целостности. Основным местом являются электрические цепи в различном оборудовании. Например, они встречаются в пусковых элементах освещения, которые еще называются балластами. Также устанавливаются в электрических схемах специальные варисторы, применение которых необходимо для стабилизации напряжения и тока. Такие устройства используются еще в линиях электропередач. Но там они называются разрядниками, рабочее напряжение которых составляет более двадцати тысяч вольт.

Варисторы могут работать в большом диапазоне напряжения, который начинается с совсем маленького значения в 3 В, и заканчивается 200 В. Что касается силы тока элемента, то здесь диапазон составляет от 0,1 до 1 А. Такие показатели тока действительны только для низковольтного технического оборудования.

Урок 1. Назначение и принцип действия ОПН

Ограничители перенапряжений нелинейные (ОПН)-электрические аппараты, предназначенные для защиты оборудования систем электроснабжения от коммутационных и грозовых перенапряжений. Основным элементом ОПН является нелинейный резистор – варистор ( varistor, от англ. Vari(able) (Resi)stor – переменное, изменяющееся сопротивление).

Основное отличие материала нелинейных резисторов ограничителей от материала резисторов вентильных разрядников состоит в резко нелинейной вольт-амперной характеристики (ВАХ) и повышенной пропускной способности. Применение в ОПН высоконелинейных резисторов позволило исключить из конструкции аппарата искровые промежутки, что устраняет целый ряд недостатков, присущих вентильным разрядникам.

Основной компонент материала резисторов ОПН – оксид (окись) цинка ZnO. Оксид цинка смешивают с оксидами других металлов – закисью и окисью кобальта, окисью висмута и др. Технология изготовления оксидно-цинковых резисторов весьма сложна и трудоёмка и близка к требованиям при производстве полупроводников – применение химически чистого исходного материала, выполнение требований по чистоте и т. д. Основные операции при изготовлении – перемешивание и измельчение компонентов, формовка ( прессование) и обжиг. Микроструктура варисторов включает в себя кристаллы оксида цинка (полупроводник n – типа) и междукристаллической прослойки ( полупроводник p – типа). Таким образом, варисторы на основе оксида цинка ZnO являются системой последовательно – параллельно включённых p – n переходов. Эти p – n переходы и определяют нелинейные свойства варисторов, то есть нелинейную зависимость величины тока, протекающего через варистор, от приложенного к нему напряжения.

В настоящее время варисторы для ограничителей изготовляются как цилиндрические диски диаметром 28 – 150 мм, высотой 5 – 60 мм (рис 1). На торцевой части дисков методом металлизации наносятся алюминиевые электроды толщиной 0.05-0.30 мм. Боковые поверхности диска покрывают глифталевой эмалью, что повышает пропускную способность при импульсах тока с крутым фронтом.

Рис. 1. Нелинейный резистор – варистор

Диаметр варистора ( точнее — площадь поперечного сечения ) определяет пропускную способность варистора по току, а его высота — параметры по напряжению.

При изготовлении ОПН то или иное количество варисторов соединяют последовательно в так называемую колонку. В зависимости от требуемых характеристик ОПН и его конструкции и имеющихся на предприятии варисторов ограничитель может состоять из одной колонки (состоящей даже из одного варистора) или из ряда колонок, соединённых между собой последовательно/ параллельно.

Для защиты электрооборудования от грозовых или коммутационных перенапряжений ОПН включается параллельно оборудованию (рис. 2 ).

Рис.2

Защитные свойства ОПН объясняются вольт–амперная характеристикой варистора.

Вольт – амперная характеристика конкретного варистора зависит от многих факторов, в том числе от технологии изготовления, рода напряжения — постоянного или переменного, частоты переменного напряжения, параметров импульсов тока, температуры и др.

Типовая вольт- амперная характеристика варистора с наибольшим длительно допустимым напряжением 0.4 кВ в линейном масштабе приведена на рис. 3.

Рис. 3. Вольт – амперная характеристика варистора

На вольт – амперной характеристике варистора можно выделить три характерных участка: 1) область малых токов; 2) средних токов и 3) больших токов. Область малых токов – это работа варистора под рабочим напряжением, не превышающим наибольшее допустимое рабочее напряжение. В данной области сопротивление варистора весьма значительно. В силу неидеальности варистора сопротивление хотя и велико, но не бесконечно. поэтому через варистор протекает ток, называемый током проводимости. Этот ток мал — десятые доли миллиамперметра.

При возникновении грозовых или коммутационных импульсов перенапряжений в сети варистор переходит в режим средних токов. На границе первой и второй областей происходит перегиб вольт – амперной характеристики, при этом сопротивление варистора резко уменьшается (до долей Ома). Через варистор кратковременно протекает импульс тока, который может достигать десятков тысяч ампер. Варистор поглощает энергию импульса перенапряжения, выделяя затем её в виде тепла, рассеивая в окружающее пространство. Импульс перенапряжения сети “ срезается” (рис. 4).

Рис. 4

В третьей области ( больших токов) сопротивление варистора снова резко увеличивается. Эта область для варистора является аварийной.

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.

Теперь, когда мы разобрались с основами, можно перейти к проверке варистора

Определяем работоспособность элемента (пошаговая инструкция)

Для данной операции нам потребуются следующие инструменты:

  • Отвертка (как правило, крестовая). Чтобы добраться до платы блока питания, потребуется разобрать корпус электронного устройства, тут без отвертки не обойтись.
  • Щетка, для очистки печатной платы. Как показывает практика, в БП накапливается много пыли. Особенно это характерно для устройств с принудительным охлаждением, типичный пример, – блок питания компьютера.
  • Паяльник. В силовой части БП на плате большие дорожки и нет мелких элементов, поэтому допустимо использовать устройства мощностью до 75 Вт.
  • Канифоль и припой.
  • Мультиметр или другой прибор, позволяющий измерить сопротивление.

Когда все инструменты готовы, можно приступать к процедуре. Действуем по следующему алгоритму:

  1. Разбираем корпус устройства. В данном случае дать детальную инструкцию как это сделать затруднительно, поскольку конструкции приборов существенно отличаются друг от друга. Эту информацию можно найти в инструкции к оборудованию или на сайте производителя, также поможет поиск на тематических форумах и блогах.
  2. Добравшись до печатной платы БП, следует очистить ее от пыли. Делать это нужно аккуратно, чтобы не повредить радиодетали. Бывали случаи, когда от чрезмерного усилия, в процессе чистки, щетка повреждала транзистор, тиристор или другой компанент.
  3. Когда пыль удалена, находим варистор, он имеет характерный вид, поэтому спутать его можно разве что с конденсатором, но последний отличается маркировкой.

    Варистор в силовой части БП

  4. Найдя элемент, тщательно осматриваем его на предмет повреждений. Это могут быть трещины, сколы и другие нарушения целостности корпуса. В большинстве случаев, определить неисправность можно на этом этапе. При обнаружении повреждений элемент выпаиваем и меняем на такой же или аналог. Подобрать его можно самостоятельно (расшифровка маркировки приводилась выше) или посоветовавшись с продавцом радиодеталей.

    Варистор со следами повреждений

  5. Если визуальный осмотр не дал результатов, следует проверить варистор мультиметром, для этого выпаиваем деталь.
  6. Для проведения измерения подключаем щупы к мультиметру (на рисунке 7 гнезда показаны зеленым цветом) и переводим его в режим измерения максимального сопротивления (красный круг на рис. 7). Если у вас мультиметр другого типа, воспользуйтесь инструкцией к прибору.

    Рисунок 7. Установка режима отмечена красным, гнезда для щупов – зеленым

  7. Касаемся щупами выводов и измеряем сопротивление варистора. Оно должно быть бесконечно большим. Иное значение указывает на неисправность варистора, следовательно, его необходимо заменить.

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.

Сопротивление — варистор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3

Сопротивление — варистор

Cтраница 3

Сопротивление варистора, включенного параллельно обмотке реле при номинальном напряжении источника питания, обычно достаточно велико, но после размыкания цепи сопротивление варистора автоматически уменьшается по мере нарастания напряжения на его зажимах, ограничивая величину перенапряжения на контактах. Поэтому варистор потребляет в статическом режиме очень малую мощность и значительно меньше замедляет время работы реле, чем линейное искрогасящее сопротивление.  [31]

В схеме рис. 3 — 41, а на варистор Rr, через конденсатор Се с обмотки ТВС подаются импульсы обратного хода положительной полярности. Сопротивление варистора СН1 — 1 — 1300 уменьшается при большом приложенном напряжении, поэтому конденсатор С6 заряжается вершинами импульсов обратного хода.  [32]

Ва-ристоры — это полупроводниковые приборы с симметричными нелинейными вольт-амперными характеристиками, применяющиеся в качестве малоинерционных нелинейных сопротивлений. Сопротивление варистора в диапазоне низких частот чисто активное и изменяется под действием приложенного к нему напряжения. С увеличением напряжения оно уменьшается. Варисторы применяются для стабилизации напряжения, защиты от перенапряжений, в стабилизаторах тока, функциональных преобразователях и других устройствах автоматики и радиоэлектроники.  [33]

При использовании варистора в цепи компенсации ( рис. 49) эффективность ключевой системы АРУ значительно увеличивается. Сопротивление варистора R &, включенного между источником напряжения ив и анодной цепью ключевой лампы, велико для того небольшого напряжения, которое действует во время переходного процесса включения строчной развертки. Поэтому компенсации запирающего напряжения не происходит и канал УПЧ звука находится в запертом состоянии. Когда напряжение it / B достигает своего номинального значения, сопротивление варистора резко уменьшается и канал УПЧ звука отпирается практически одновременно с появлением изображения. Варистор Rs включен для стабилизации напряжения в точке А. Такая стабилизация исключает влияние случайных колебаний напряжения UB на усиление каскада УПЧ.  [35]

Включение параллельно обмотке варистора, сопротивление которого автоматически уменьшается по мере нарастания напряжения а его зажимах ( рис. 5.296), влияет на / отп в меньшей степени, чем линейное сопротивление. В статическом режиме сопротивление варистора велико, и поэтому дополнительный расход энергии незначителен.  [36]

Таким образом, отрицательная полуволна напряжения, показанная на рис. 3 — 17 6, не приведет к появлению большого тока через варистор, а положительные импульсы зарядят конденсатор С. В промежутке между импульсами сопротивление варистора очень велико и конденсатор Ci будет ( через резистор Rz) заряжать конденсатор Cz. Одновременно цепь ЛгС2 выполняет роль сглаживающего фильтра, благодаря чему напряжение на выходе схемы постоянно и пропорционально амплитуде входных импульсов.  [37]

Схема включения варистора приведена на рис. 5.11, а. С увеличением приложенного напряжения сопротивление варистора уменьшается, а ток, протекающий в цепи, нарастает. Основной особенностью варистора является нелинейность его вольтамперной характеристики ( рис. 5.11, б), которая объясняется явлениями, происходящими на контактах и на поверхности кристаллов карбида кремния.  [39]

Схема, показанная на рис. 10 — 28, а, не позволяет отключить цепь от питающего напряжения при разомкнутых контактах. При возрастании напряжения на обмотке сопротивление варистора уменьшается и он ограничивает дальнейшее увеличение напряжения на контактах.  [41]

Стабилизация размера строк производится с помощью вари-стора R3, включенного последовательно с конденсатором Ст. При увеличении тока и напряжения импульсов сопротивление варистора уменьшается и увеличивается заряд конденсатора С7, отрицательное смещение на сетке Л2 возрастает, анодный ток лампы и ток в катушках уменьшаются.  [42]

Величина отрицательного напряжения на первой сетке оказывается связанной с размахом импульсов обратного хода. Резистор 3R16 позволяет в известных пределах регулировать сопротивление варистора в проводящем направлении и используется для подбора величины напряжения на втором аноде кинескопа.  [43]

Это свойство варисторов связано а уменьшением контактного сопротивления между зернами карбида кремния под действием электрического поля. Таким образом, по мере повышения напряжения сопротивление варистора уменьшается.  [45]

Страницы:      1    2    3    4    5

Варисторная защита, искрогасящие цепи, назначение, технические характеристики, схемы применения.

Назначение. Для защиты электрической сети от перенапряжения существуют различные приборы, выпускаемые промышленностью в разных странах. А для защиты от кратковременных бросков элементов схем, которые происходят в сети по различным причинам, применяют так называемые варисторы, у которых вольт-амперная характеристика резко меняется при прикладывании к нему величины напряжения, свыше определенного значения на которой рассчитан прибор.

 В повседневной жизни обычно мы не обращаем внимания, какие проблемы испытывает наше современное электронное оборудование, включенное в электрическую сеть. Для нормального функционирования приборов необходимо качественное напряжение, как по величине, частоте, так и по форме напряжения. Наше современная электронное оборудование стоит достаточно дорого, оно не всегда может противостоять скачкам напряжения, помехам возникающим в сети, поэтому вопросу защиты оборудование от подобного рода воздействий необходимо уделять внимание. Для защиты электронной техники применяются, ограничители перенапряжения, сетевые фильтры, стабилизаторы напряжения.

Из статьи авторы: Трегубов С.В., к.т.н.Пантелеев В.А., к.т.н.Фрезе О.Г

Применение варисторной защиты, искрогасящие цепи

..Причиной возникновения грозовых импульсов напряжения являются удары молнии в электроустановку или вблизи нее.
По данным материалов полученных в США значения напряжения коммутационных импульсов даже в бытовых сетях могут достигать 20 кВ. Примерно такие же данные приводят японские, французские и другие исследователи. Исследования, проведенные нами по эксплуатации промышленного электрооборудования в сетях 0.4 кВ, позволяют утверждать, что, например, при тяжелых условиях коммутации силовых электродвигателей значение напряжения коммутационных импульсов может превышать 70 кВ. Нет необходимости говорить о последствиях такого воздействия на электрооборудование. Положение часто осложняется тем, что во многих случаях эксплуатация электрических машин производится в тяжелых условиях (загрязнение, увлажнение изоляции, частые пуски и остановки агрегатов), что обуславливает особую уязвимость изоляции электрооборудования из-за ее ускоренного износа и уменьшения электрической прочности.
Для защиты оборудования от импульсных напряжений в разных странах применяются вентильные разрядники, RC-цепочки, LC-фильтры и т.д. Однако в последние десятилетия во всем мире наиболее эффективным (и дешевым) средством защиты от импульсных напряжений любого вида признано использование нелинейных полупроводниковых резисторов, называемых варисторами. Отличительной чертой варистора является симметричная и резко выраженная нелинейная вольтамперная характеристика (ВАХ — см. рис.1).

За счет этого варисторы позволяют просто и эффективно решать задачи защиты различных устройств от импульсных напряжений. Основной принцип действия варистора весьма прост. Варистор включается параллельно защищаемому оборудованию, т.е. при нормальной эксплуатации он находится под действием рабочего напряжения защищаемого устройства. В рабочем режиме (при отсутствии импульсных напряжений) ток через варистор пренебрежимо мал, и поэтому варистор в этих условиях представляет собой изолятор.
При возникновении импульса напряжения варистор в силу нелинейности своей характеристики резко уменьшает свое сопротивление до долей Ома и шунтирует нагрузку, защищая ее, и рассеивая поглощенную энергию в виде тепла. В этом случае через варистор кратковременно может протекать ток, достигающий нескольких тысяч ампер. Так как варистор практически безынерционен, то после гашения импульса напряжения он вновь приобретает очень большое сопротивление. Таким образом, включение варистора параллельно электрооборудованию не влияет на его работу в нормальных условиях, но «срезает» импульсы опасного напряжения, что полностью обеспечивает сохранность даже ослабленной изоляции (см. рис 2).

Наиболее широкое применение находят варисторы на основе оксида цинка, что обусловлено, во-первых, относительной простотой их изготовления и, во-вторых, хорошей способностью оксида цинка поглощать высокоэнергетические импульсы напряжения. Варисторы изготавливают по обычной «керамической» технологии, включающей в себя прессование варисторов (чаще всего имеющих форму диска или шайбы), их обжиг, нанесение электродов, пайку выводов и нанесение электроизоляционных и влагозащитных покрытий. Такая технология в ряде случаев позволяет предприятиям-изготовителям выпускать варисторы по индивидуальным заказам…

Технические характеристики

Для получения информации о характеристиках используемых варисторных защит, приводим данные выпускаемых изделий промышленностью.
Устройством защиты от импульсного перенапряжения АЛЬБАТРОС-220/500 АС обеспечивается:

  • Защита от импульсного, быстротекущего перенапряжения амплитудой до 10 кВ без перегорания предохранителя;
  • Защита от импульсного аварийного значительного превышения напряжения, в этом случае происходит перегорание одного или обоих предохранителей.
Номинальное напряжение питания нагрузки, В 220 (+10/-15%)
Номинальная мощность нагрузки, Вт 500
Наибольший импульсный разрядный ток (импульс 8/20 мкс)*, кА 10
Скорость срабатывания защиты, нс, не более 25
Температурный диапазон эксплуатации, °C -40… +40
Габаритные размеры, мм, не более 50х44х30
Масса, кг, не более 0,02

* 8 мкс — длительность нарастания импульса; 20 мкс — длительность спада импульса.

По теме полезное. Схема подключения варистора в сетевом фильтре. Советы: Схемы подключения

Варисторы для защиты от перенапряжений схема подключения

В данной статье мы подробно разберем что такое варистор. Опишем принцип его работы и конструкцию, области применения, характеристики, а так же типы.

Описание и принцип работы

В отличие от плавкого предохранителя или автоматического выключателя, который обеспечивает защиту от перегрузки по току, варистор обеспечивает защиту от перенапряжения посредством фиксации напряжения аналогично стабилитрону.

Слово «варистор» представляет собой сочетание слов VARI-able resi-STOR, используемыми для описания их режима работы еще в первые дни развития, который является немного неверным, так как варистор не может вручную изменять как, например потенциометр или реостат.

Но в отличие от переменного резистора, значение сопротивления которого можно вручную изменять между его минимальным и максимальным значениями, варистор автоматически изменяет значение своего сопротивления при изменении напряжения на нем, что делает его нелинейным резистором, зависящим от напряжения, или сокращенно VDR.

В настоящее время резистивный корпус варистора изготовлен из полупроводникового материала, что делает его типом полупроводникового резистора с неомическими симметричными характеристиками напряжения и тока, подходящими как для переменного, так и для постоянного напряжения.

Во многих отношениях варистор по размеру и конструкции похож на конденсатор, и его часто путают с ним. Однако конденсатор не может подавить скачки напряжения так же, как варистор. Когда к цепи прикладывается скачок высокого напряжения, результат обычно катастрофичен для цепи, поэтому варистор играет важную роль в защите чувствительных электронных схем от пиков переключения и перенапряжений.

Переходные скачки происходят из множества электрических цепей и источников независимо от того, работают ли они от источника переменного или постоянного тока, поскольку они часто генерируются в самой цепи или передаются в цепь от внешних источников. Переходные процессы в цепи могут быстро возрастать, увеличивая напряжение до нескольких тысяч вольт, и именно эти скачки напряжения должны быть предотвращены в чувствительных электронных схемах и компонентах.

Одним из наиболее распространенных источников переходных напряжений является эффект L (di / dt), вызываемый переключением индуктивных катушек и намагничивающими токами трансформатора, приложениями переключения двигателей постоянного тока и скачками напряжения при включении цепей флуоресцентного освещения или других скачков напряжения питания.

Переходные формы волны переменного тока

Варисторы подключены в цепях через сеть питания либо между фазой и нейтралью, либо между фазами для работы от переменного тока, либо с положительного на отрицательный для работы от постоянного тока, и имеют номинальное напряжение, соответствующее их применению. Варистор также можно использовать для стабилизации напряжения постоянного тока и особенно для защиты электронных цепей от импульсов перенапряжения.

Варистор статического сопротивления

При нормальной работе варистор имеет очень высокое сопротивление, отсюда и его название, и работает аналогично стабилитрону, позволяя более низким пороговым напряжениям проходить без изменений.

Однако, когда напряжение на варисторе (любой полярности) превышает номинальное значение варисторов, его эффективное сопротивление сильно уменьшается с ростом напряжения, как показано выше.

Из закона Ома мы знаем, что вольт-амперные характеристики (IV) фиксированного резистора являются прямой линией при условии, что R поддерживается постоянным. Тогда ток прямо пропорционален разности потенциалов на концах резистора.

Но кривые IV варистора не являются прямой линией, так как небольшое изменение напряжения вызывает значительное изменение тока. Типичная нормализованная кривая зависимости напряжения от тока для стандартного варистора приведена ниже.

Кривая характеристик варистора

Из вышесказанного видно, что варистор обладает симметричными двунаправленными характеристиками, то есть варистор работает в обоих направлениях (квадрант Ι и ΙΙΙ) синусоидальной формы волны, действуя аналогично двум стабилитронам, подключенным вплотную. Если не проводящая, кривая IV показывает линейную зависимость, так как ток, протекающий через варистор, остается постоянным и низким только при нескольких микроамперах тока утечки. Это связано с его высоким сопротивлением, действующим в качестве разомкнутой цепи, и остается постоянным до тех пор, пока напряжение на варисторе (любой полярности) не достигнет определенного «номинального напряжения».

Это номинальное или зажимное напряжение — это напряжение на варисторе, измеренное с указанным постоянным током 1 мА. То есть уровень постоянного напряжения, приложенного к его клеммам, который позволяет току 1 мА течь через резистивный корпус варисторов, который сам зависит от материалов, используемых в его конструкции. На этом уровне напряжения варистор начинает переходить из своего изоляционного состояния в проводящее состояние.

Когда переходное напряжение на варисторе равно или превышает номинальное значение, сопротивление устройства внезапно становится очень малым, превращая варистор в проводник из-за лавинного эффекта его полупроводникового материала. Ток небольшой утечки, протекающий через варистор, быстро возрастает, но напряжение на нем ограничено уровнем чуть выше напряжения варистора.

Другими словами, варистор саморегулирует переходное напряжение через него, позволяя большему току течь через него, и из-за его крутой нелинейной кривой IV он может пропускать широко варьирующиеся токи в узком диапазоне напряжений, срезая любые скачки напряжения.

Значения емкостного сопротивления

Поскольку основная проводящая область варистора между двумя его выводами ведет себя как диэлектрик, ниже его напряжения зажима варистор действует как конденсатор, а не как резистор. Каждый полупроводниковый варистор имеет значение емкости, которое напрямую зависит от его площади и обратно пропорционально его толщине.

При использовании в цепях постоянного тока емкость варистора остается более или менее постоянной при условии, что приложенное напряжение не увеличивается выше уровня напряжения зажима и резко падает вблизи своего максимального номинального постоянного напряжения постоянного тока.

Однако в цепях переменного тока эта емкость может влиять на сопротивление корпуса устройства в области непроводящей утечки его характеристик IV. Поскольку они обычно соединены параллельно с электрическим устройством для защиты от перенапряжения, сопротивление утечки варисторов быстро падает с увеличением частоты.

Это соотношение приблизительно линейно с частотой, и полученное в результате параллельное сопротивление, его реактивное сопротивление переменного тока Xc может быть рассчитано с использованием обычного 1 / (2πƒC), как для обычного конденсатора. Затем, когда частота увеличивается, увеличивается и ток утечки.

Но наряду с варисторами на основе кремниевых полупроводников были разработаны варисторы на основе оксидов металлов, чтобы преодолеть некоторые ограничения, связанные с их кузенами из карбида кремния.

Металлооксидный варистор

Металл — оксид варистор или MOV для краткости, это резистор, зависящий от напряжения, в котором материал сопротивления представляет собой оксид металла, в первую очередь оксид цинка (ZnO), прессуют в керамики подобного материала. Металлооксидные варисторы состоят из приблизительно 90% оксида цинка в качестве керамического основного материала плюс другие наполнители для образования соединений между зернами оксида цинка.

Металлооксидные варисторы в настоящее время являются наиболее распространенным типом устройства ограничения напряжения и доступны для использования в широком диапазоне напряжений и токов. Использование металлического оксида в их конструкции означает, что MOV чрезвычайно эффективны в поглощении кратковременных переходных напряжений и имеют более высокие возможности обработки энергии.

Как и в случае обычного варистора, металлооксидный варистор запускает проводимость при определенном напряжении и прекращает проводимость, когда напряжение падает ниже порогового напряжения. Основное различие между стандартным варистором из карбида кремния (SiC) и варистором типа MOV состоит в том, что ток утечки через материал из оксида цинка MOV очень мал, а при нормальных условиях эксплуатации его скорость срабатывания при переходных процессах зажима намного выше.

MOV обычно имеют радиальные выводы и твердое внешнее синее или черное эпоксидное покрытие, которое очень похоже на дисковые керамические конденсаторы и может быть физически установлено на печатных платах. Конструкция типичного металлооксидного варистора имеет вид:

Конструкция металлического оксидного варистора

Чтобы выбрать правильное значение MOV для конкретного применения, желательно иметь некоторые знания об импедансе источника и возможной импульсной мощности переходных процессов. Для переходных процессов на входящей линии или фазе выбор правильного MOV немного сложнее, так как обычно характеристики источника питания неизвестны. В общем, выбор MOV для электрической защиты цепей от переходных процессов и скачков напряжения в сети часто не более чем обоснованное предположение.

Тем не менее, металлооксидные варисторы доступны в широком диапазоне напряжений варистора, от около 10 В до более 1000 В переменного или постоянного тока, поэтому выбор может быть полезен при знании напряжения питания. Например, при выборе MOV или кремниевого варистора в этом отношении его максимальное номинальное постоянное среднеквадратичное напряжение должно быть чуть выше максимального ожидаемого напряжения питания, скажем, 130 вольт среднеквадратичного значения для источника питания 120 вольт, и 260 вольт среднеквадратичного значения для напряжения 230 вольт.

Максимальное значение импульсного тока, которое будет принимать варистор, зависит от длительности переходного импульса и количества повторений импульсов. Можно предположить ширину переходного импульса, которая обычно составляет от 20 до 50 микросекунд (мкс). Если пиковый импульсный ток недостаточен, варистор может перегреться и повредиться. Таким образом, чтобы варистор работал без сбоев или ухудшений, он должен иметь возможность быстро рассеивать поглощенную энергию переходного импульса и безопасно вернуться в свое предимпульсное состояние.

Применение варистора на схеме

Варисторы имеют много преимуществ и могут использоваться во многих различных типах устройств для подавления переходных процессов в сети от бытовых приборов и освещения до промышленного оборудования на линиях электропередач переменного или постоянного тока. Варисторы могут быть подключены непосредственно к электросети и к полупроводниковым переключателям для защиты транзисторов, полевых МОП-транзисторов и тиристорных мостов.

Резюме варистора

В этой статье мы увидели, что основная функция резистора, зависимого от напряжения, или варистора, заключается в защите электронных устройств и электрических цепей от скачков напряжения, например, вызванных переходными процессами индуктивного переключения.

Поскольку такие варисторы используются в чувствительных электронных схемах, чтобы гарантировать, что, если напряжение внезапно превысит заранее определенное значение, варистор фактически станет коротким замыканием, чтобы защитить цепь, которую он шунтирует от чрезмерного напряжения, поскольку они способны выдерживать пиковые токи в сотни ампер.

Варисторы относятся к типу резисторов с нелинейной неомической характеристикой напряжения тока и являются надежным и экономичным средством защиты от переходных переключений и перенапряжений.

Они достигают этого, выступая в качестве блокирующего устройства с высоким сопротивлением при более низких напряжениях и как хорошее проводящее устройство с низким сопротивлением при более высоких напряжениях. Эффективность варистора в защите электрической или электронной схемы зависит от правильного выбора варистора в отношении рассеяния напряжения, тока и энергии.

Металлооксидные варисторы, или MOV, как правило, изготавливаются из материала металлического оксида цинка в форме небольшого диска. Они доступны во многих значениях для определенных диапазонов напряжения. Номинальное напряжение MOV, называемое «напряжение варистора», представляет собой напряжение на варисторе, когда через устройство пропускается ток 1 мА. Этот уровень напряжения варистора, по существу, является точкой на характеристической кривой IV, когда устройство начинает проводить. Металлооксидные варисторы также могут быть подключены последовательно для повышения номинального напряжения зажима.

В то время как металлооксидные варисторы широко используются во многих цепях силовой электроники переменного тока для защиты от переходных перенапряжений, существуют также другие типы полупроводниковых устройств подавления напряжения, таких как диоды, стабилитроны и ограничители, которые все могут использоваться при некотором напряжении переменного или постоянного тока.

Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

Текст вебинара. Страница 4

Быстрая навигация по слайдам:

Полупроводниковые элементы защиты от перенапряжений

— Давайте сейчас перейдём к следующим элементам, которые исторически появились после разрядников – это полупроводниковые элементы защиты от перенапряжений. И здесь, как я уже раньше упоминал – это поликристаллические полупроводники (варисторы) и монокристаллические полупроводники (диоды и тиристоры).

— Поликристаллические – это название дается от того, что просто варистор – это полупроводник, состоящий из печенных зернышек определенного материала. Если мы посмотрим на выпущенную такую схему срабатывания этого элемента, мы можем договориться, что это просто нелинейный по отношению к напряжению элемент, которого свойства похожи на два параллельно включенных и противоположно включенных диода Зенера. Испеченные из порошков такие приборы проявляли сильную нелинейную зависимость тока от величины приложенного напряжения и они появились уже в Соединенных Штатах уже в 1920 году, они назывались Thyrite. Первоначально такой варистор использовался в производстве элементной базы высоковольтных молниевых разрядников, потому что там сразу же появились проблемы в сети электропитания. А сегодня такой элемент широко применяется в ограничении перенапряжений низковольтных систем электроснабжения и сигнальных линий, причем такой элемент имеет свои определенные недостатки, о которых мы должны помнить, когда его используем.

Характеристика варистора U-I

— В действительности в технике появились два материала, которые я указываю на этом рисунке для варисторов. То есть сначала это был карбид кремния, еще сегодня его встречаем в линиях электропитания высоковольтных и окись цинка, которая вошла в жизнь порядка 20 – 25 лет тому назад и она используется сегодня очень широко. Из этой варисторной характеристики мы видим, что для окиси цинка эта характеристика более полезная для нас, она более имеет побольше крутизну, и поэтому и этот материал сегодня в основном и применяется.

Структура ZnO — варистора

— Если посмотрим на структуру такого варистора, мы видим, что он состоит из зернышек окиси цинка. Они разделены между собой специальным порошком, состоящим из разного ввода окисей и разных металлов, они являются секретом производителей. На практике у нас появляются такие диодики в виде звездочек.

Размеры ZnO — варистора

— Так как это испеченный порошок, так он имеет свои определенные проблемы. Посмотрите, по размерам этот элемент намного больше миниатюрного разрядника, и если мы на практике рассматриваем и покупаем такие элементы, можно спокойно определить, что если такой наш элемент имеет размеры, указанные здесь, это означает, что он ни в коем случае не будет отводить 20 кА, 8/20 мкс, о которых говорится в основном у хороших производителей.

— То есть структура такого элемента, где найти керамику полупроводниковую монокристаллическую. Наносится два электрода, специальных электрода и большая площадь этого электрода позволяет уменьшить площадь тока до такого значения, что этот элемент много лет работает, не выходя из строя. Если бы мы его установили правильно в определенной среде, то есть там, где токи номинальные не будут превышены.

Три области вольт-амперной характеристики

— Если посмотрим на вольт-амперную характеристику, мы видим, что она обладает очень сильной нелинейностью и тут различаем как бы три области. Область тока утечки, где маленькие токи, если мы посмотрим – это меньше, чем миллиампер. Потом где-то одного миллиампера, где характерно номинальное напряжение, оно указывается в каталогах. Параметр срабатывает в элементах. Здесь видим такую полочку, которая находится в рабочем режиме до нескольких сот ампер. Область номинального ограничения напряжения для этого варистора. И потом область насыщения для этого случая, область, в которой ток начинает превышать номинальные параметры, которые могут привести к сгоранию элемента. Если посмотрим на сопротивление изоляции в этой области тока утечки. В этой области, где просто элемент ждет побольше напряжения. Это порядка 1 Г Ом, а когда уже проходим в высокопроводящее состояние, у нас порядка 0,01 Ом. То есть на много порядков меняется это сопротивление. Но и это означает, что уже в таких величинах слишком большая энергия будет накопляться в нашем варисторе и он может просто перегореть.

Преимущества и недостатки варисторов ZnO

— Преимущества варисторов – это способность поглощать большие ударные токи по отношению к небольшим геометрическим размерам. Большая скорость срабатывания, производитель показывает порядка 200 нс. Я измерял этот параметр во время моей диссертации, кандидатской, я не видел такого времени, у меня это время было намного короче. И я здесь показал просто время, которое в этот период характеризовался мной, это было меньше, чем 0,5 нс. Эти элементы характеризуются широким диапазоном рабочего напряжения. Он характеризуется, как я говорил толщиной, и здесь можно встретить элементы, которые имеют напряжение срабатывания несколько вольт до нескольких сот вольт, но в действительности элементы ниже 60 – 100 В пока еще нестабильны, вы должны об этом помнить, если мы смотрим на варисторы из окиси цинка. Симметричная вольт-амперная характеристика дает нам тоже положительный результат, так как мы применяем один элемент на двуполярности импульсов перенапряжения.

Параметры варисторов. Часть 1

— Параметров много, я не буду над ними задерживаться, но проектировщик должен на них посмотреть.

Параметры варисторов. Часть 2

— Пожалуйста, ознакомьтесь с ними, потому что я думаю, для вас во многих местах появится хорошая подсказка, какой элемент из них выбрать для работы.

Как правильно выбрать варистор?

— В практике, когда выбираем варистор хорошо рекомендоваться указанными здесь пунктами, когда мы используем защиту от перенапряжений. И если мы, например, зная значение номинальное, которое определяется для тока номинального 1 мА, так мы должны принимать, как минимум напряжение рабочее в 2 раза больше, чем рабочее напряжение защищенной цепи. То есть это номинальное напряжение должно быть в 2 раза больше – это означает, что при включении такого элемента в сеть электропитания через этот элемент будет протекать небольшой ток утечки. Это недостаток нашего элемента. Учтите, пожалуйста, что из-за этого варисторы нельзя включать перед счетчиком электроэнергии, потому что электрики не соглашаются на это, чтобы кто-то таким способом воровал им ток. И это имеет определенный смысл. В таком случае перед счетчиком можем устанавливать только элементы, которые идут в разрыв, то есть разрядники, которые такой утечкой не характеризуются. Следующий пункт – это необходимость определения ожидаемого значения максимального значения неопределенных состояний, то есть перенапряжений, которые могут появиться на выводах варистора. Так мы должны знать стойкость охраняемого прибора или изоляции, мы должны знать: устанавливаем этот элемент в зоне, в которой ожидается воздействие непосредственных токов молнии или просто токов индуцированных. Еще раз подчеркиваю, что варистор для ограничения токов молнии не используется, потому что он просто их не выдерживает. Мы должны определить величину энергии перенапряжений, отводимую варистором. Мы должны рассчитать максимальное значение тока неопределенного состояния, которое может протекать через объем варистора. Мы должны определить требования по отношению к мощности, рассеиваемой варистором, то есть она непосредственно связана с пиковым значением ударного тока, но и частотой повторения этих импульсов.

Защитные диоды. Виды

— Последний элемент, о котором мы сегодня будем говорить, потому что у нас всего их четыре. Они редко используются и времени у нас не хватит, но очень широко используются защитные диоды. Я к этому элементу отношусь очень хорошо, потому что, когда я испытывал этот элемент в лаборатории. Если я работал в номинальных параметрах, то этот элемент работал, срабатывал тысячи раз без заметного ухудшения своих характеристик. Но мы должны понимать, что в отличии от монокристаллического полупроводника у нас здесь имеем дело с монокристаллом. С монокристаллом в основном кремния сегодня. Монокристалл намного стабильнее, чем поликристалл, который представляет сегодня собой какой-то испеченный порошок. Но для того, чтобы использовать такой полупроводник для защиты от перенапряжений, вы должны провести специальные конструкции диодов, защиты от перенапряжений, которые работают исключительно для такого назначения. Но в действительности мы встречаем также и другие диоды, используемые для той цели, но это уже могут делать специалисты. Там используются импульсные диоды, диоды с барьером Шоттки, pin-диоды, диоды Zenera, диоды с низкорезистивной базой и диоды на основе арсенида галлия, но тут мы должны учитывать, что арсенид галлия – это немного лучший материал, чем кремний по отношению к большим токам. Это тоже хорошо знать, в будущем он должен победить кремний, мне так кажется.

Защитный диод на примере конструкции прибора TRANSIL

— Если посмотрим на конструкцию такого диода, я здесь указал пример элемента TRANSIL фирмы THOMSON-CSF. Мы видим, что элемент специально разработан для отвода большой импульсной энергии. И если так хорошо посмотрим на этот элемент, я использую стрелку, чтобы помочь увидеть вам здесь p-n переход, который имеет большую поверхность, большой объем по отношению к полупроводнику, используемому диоду для других случаев. Два радиатора из серебра большой емкости отводят большие энергии тепла, которые выделяются при протекании ударного тока. Дальше видим специально сделанные медные выводы специально, подключенные. Пропускаем через корпус, внутри которого находится азот. Азот тоже характеризуется хорошими тепловыми свойствами. Он хорошо отводит тепло, которое выделяется у нас в этом переходе. Если посмотрим на материал, который расположен между электродами. Это специальный материал, который защищает от пробоя поверхностного внутри через азот, увеличивает напряжение пробоя. И на практике все эти элементы создают для того, чтобы, как можно больше они отводили тепловую энергию.

— Так как такой элемент – диод – это элемент, который не сможет ни в коем случае проводить частичные токи молнии, это элементы небольшие и самое важное для нас, что эти элементы характеризуются очень низким напряжением ограничения. Регулируя очень хорошо, мы можем подобрать любое напряжение, которое нам желается от нескольких вольт до нескольких сот вольт и включить нашу схему. Мы видим, что эти элементы по размерам небольшие, поэтому и понятно нам, что энергия не может быть большой.

— Недостатком этих элементов является несимметричная характеристика срабатывания. В связи с тем, мы должны использовать два элемента для защиты от перенапряжений, что дорожает схему, но выхода здесь нет. Ток утечки намного меньше, чем у варистора, но они тоже характеризуют наш элемент. Если посмотрим на такой параметр, который более нужен. Я вижу, не указал его. Это емкость тоже достаточно высокая.

Назначение. Для защиты электрической сети от перенапряжения существуют различные приборы, выпускаемые промышленностью в разных странах. А для защиты от кратковременных бросков элементов схем, которые происходят в сети по различным причинам, применяют так называемые варисторы, у которых вольт-амперная характеристика резко меняется при прикладывании к нему величины напряжения, свыше определенного значения на которой рассчитан прибор.

Из статьи авторы: Трегубов С.В., к.т.н.Пантелеев В.А., к.т.н.Фрезе О.Г

Применение варисторной защиты, искрогасящие цепи

Технические характеристики

Для получения информации о характеристиках используемых варисторных защит, приводим данные выпускаемых изделий промышленностью.
Устройством защиты от импульсного перенапряжения АЛЬБАТРОС-220/500 АС обеспечивается:

  • Защита от импульсного, быстротекущего перенапряжения амплитудой до 10 кВ без перегорания предохранителя;
  • Защита от импульсного аварийного значительного превышения напряжения, в этом случае происходит перегорание одного или обоих предохранителей.
Номинальное напряжение питания нагрузки, В220 (+10/-15%)
Номинальная мощность нагрузки, Вт500
Наибольший импульсный разрядный ток (импульс 8/20 мкс)*, кА10
Скорость срабатывания защиты, нс, не более25
Температурный диапазон эксплуатации, °C-40. +40
Габаритные размеры, мм, не более50х44х30
Масса, кг, не более0,02

* 8 мкс — длительность нарастания импульса; 20 мкс — длительность спада импульса.

По теме полезное. Схема подключения варистора в сетевом фильтре. Советы : Схемы подключения

Варисторы для защиты от перенапряжений схема подключения

В каждом доме есть дорогостоящая электронная техника. Любые приборы на полупроводниковых элементах имеют слабую изоляцию. Так что небольшое повышение напряжение может сжечь электронику. Часто изменение напряжения в бытовых сетях происходит импульсно, то есть напряжение резко повышается на доли секунды, а потом возвращается до нормального уровня.

Импульсы напряжения бывают грозовые и коммутационные.

Грозовые скачки напряжения появляются при ударах молний прямо в электроустановку или линию передачи, или же близко возле них. Грозовые разряды могут причинить вред бытовым сетям, даже если удар в электросеть произойдет на удалении до 20 км.

Коммутационные скачки напряжения создаются при коммутации электрооборудования с реактивными элементами. То есть при включении оборудования, которое построено с использованием большого количества конденсаторов, а также имеет мощные катушки индуктивности и трансформаторы.

Самые высокие коммутационные скачки напряжения создают электродвигатели и конденсаторные батареи.

Для обеспечения надежной защиты от импульсных напряжений должны быть обеспечены три ступени защиты в сетях до 1000 В. В каждой ступени защиты применяются разные по конструкции и по параметрам устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП).

Первая ступень защиты должна быть установлена на понижающей подстанции или непосредственно у входа в здание. В качестве УЗИП применяются чаще всего разрядники иногда и мощные варисторы.

Режимы работы УЗИП первой ступени самые тяжелые – величины импульсных токов 25-100 кА, крутизна фронта волны 10/350 мкс, длительность фронта волны 350 мкс. Быстросъемные УЗИП с ножевыми контактами здесь практически не применяются. Потому что импульсные токи величиной 25-50 кА, при разряде молний, создают огромные электродинамические силы, которые легко вырывают съемные части устройства. Кроме того, при разрывании соединения, через воздушный зазор зажигается плазменная дуга, разрушающая ножевые контакты.

Наиболее предпочтительно на первом участке применять воздушные разрядники. Тем более что серийно варисторы для импульсных токов свыше 20 кА не выпускаются. Так как мощные варисторы делаються с большими выводами, которые выполняют роль радиаторов, рассеивая чрезмерное тепло.

Вторая ступень защиты необходима для удаления остаточных, меньших по амплитуде, импульсов после первой ступени. Каждый хозяин дома сам определяет, нужна эта ступень защиты или нет. Устанавливается защита на вводе электричества в дом, в отдельном электрощите.

В качестве УЗИП для второй ступени используются защитные элементы с ножевыми контактами. Внешне защитные элементы с ножевыми контактами представляют собой две отдельные части. Одна часть – гнездо с ножевыми контактами, которое закрепляется на DIN-рейку в электрощите. Другая часть – съемный модуль, который является непосредственно варистором. Защитный варистор должен выдерживать импульсные токи в границе 15-20 кА, с крутизной волны 8/20 мкс. Съемные модули могут быть оснащены индикатором срабатывания, по которому можно определить исправность устройства. Более дорогие модели имеют терморасцепители в своей конструкции, защищающие от перегрева варистор, при длительном протекании импульсных токов.

Третья ступень защиты устанавливается внутри всех электронных бытовых приборов. В качестве УЗИП для бытовых электроприборов применяются только небольшие варисторы, рассчитанные на крутизну волны 1,2/50 мкс, 8/20 мкс и на импульсные токи до 15 кА. Варисторы с монтажными выводами припаиваются внутри прибора на плату или закрепляется отдельно и подключаются отдельными проводами.

Схема включения.

Все варисторы подключаются параллельно нагрузке, правильнее их будет включать между фазовым проводом и проводом заземления.

В трехфазной сети, при подключении нагрузки «звездой», варисторы включаются между каждой фазой и проводом заземления. А при подключении нагрузки «треугольником», варисторы устанавливаются между фазами.

Варисторы, как нелинейные элементы, при повышенном напряжении резко уменьшают свое сопротивление практически до нуля, и поэтому не могут длительно выдерживать повышенные импульсные токи. Поэтому рекомендуется защитить УЗИП второй ступени защиты плавкими предохранителями, которые нужно подключить последовательно с устройством защиты в разрыв фазового провода.

Правильно выбирать варисторы по напряжению срабатывания. При этом напряжении элемент снижает свое сопротивление и гасит опасное импульсное напряжение. Информация о напряжении срабатывания и о крутизне волны импульса наноситься на поверхность варистора или указывается в техническом паспорте к нему.

В тандеме с данной статьей полезно ознакомиться с видео-дополнением:

В каждом доме есть дорогостоящая электронная техника. Любые приборы на полупроводниковых элементах имеют слабую изоляцию. Так что небольшое повышение напряжение может сжечь электронику. Часто изменение напряжения в бытовых сетях происходит импульсно, то есть напряжение резко повышается на доли секунды, а потом возвращается до нормального уровня.

Импульсы напряжения бывают грозовые и коммутационные.

Грозовые скачки напряжения появляются при ударах молний прямо в электроустановку или линию передачи, или же близко возле них. Грозовые разряды могут причинить вред бытовым сетям, даже если удар в электросеть произойдет на удалении до 20 км.

Коммутационные скачки напряжения создаются при коммутации электрооборудования с реактивными элементами. То есть при включении оборудования, которое построено с использованием большого количества конденсаторов, а также имеет мощные катушки индуктивности и трансформаторы.

Самые высокие коммутационные скачки напряжения создают электродвигатели и конденсаторные батареи.

Для обеспечения надежной защиты от импульсных напряжений должны быть обеспечены три ступени защиты в сетях до 1000 В. В каждой ступени защиты применяются разные по конструкции и по параметрам устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП).

Первая ступень защиты должна быть установлена на понижающей подстанции или непосредственно у входа в здание. В качестве УЗИП применяются чаще всего разрядники иногда и мощные варисторы.

Режимы работы УЗИП первой ступени самые тяжелые – величины импульсных токов 25-100 кА, крутизна фронта волны 10/350 мкс, длительность фронта волны 350 мкс. Быстросъемные УЗИП с ножевыми контактами здесь практически не применяются. Потому что импульсные токи величиной 25-50 кА, при разряде молний, создают огромные электродинамические силы, которые легко вырывают съемные части устройства. Кроме того, при разрывании соединения, через воздушный зазор зажигается плазменная дуга, разрушающая ножевые контакты.

Наиболее предпочтительно на первом участке применять воздушные разрядники. Тем более что серийно варисторы для импульсных токов свыше 20 кА не выпускаются. Так как мощные варисторы делаються с большими выводами, которые выполняют роль радиаторов, рассеивая чрезмерное тепло.

Вторая ступень защиты необходима для удаления остаточных, меньших по амплитуде, импульсов после первой ступени. Каждый хозяин дома сам определяет, нужна эта ступень защиты или нет. Устанавливается защита на вводе электричества в дом, в отдельном электрощите.

В качестве УЗИП для второй ступени используются защитные элементы с ножевыми контактами. Внешне защитные элементы с ножевыми контактами представляют собой две отдельные части. Одна часть – гнездо с ножевыми контактами, которое закрепляется на DIN-рейку в электрощите. Другая часть – съемный модуль, который является непосредственно варистором. Защитный варистор должен выдерживать импульсные токи в границе 15-20 кА, с крутизной волны 8/20 мкс. Съемные модули могут быть оснащены индикатором срабатывания, по которому можно определить исправность устройства. Более дорогие модели имеют терморасцепители в своей конструкции, защищающие от перегрева варистор, при длительном протекании импульсных токов.

Третья ступень защиты устанавливается внутри всех электронных бытовых приборов. В качестве УЗИП для бытовых электроприборов применяются только небольшие варисторы, рассчитанные на крутизну волны 1,2/50 мкс, 8/20 мкс и на импульсные токи до 15 кА. Варисторы с монтажными выводами припаиваются внутри прибора на плату или закрепляется отдельно и подключаются отдельными проводами.

Схема включения.

Все варисторы подключаются параллельно нагрузке, правильнее их будет включать между фазовым проводом и проводом заземления.

В трехфазной сети, при подключении нагрузки «звездой», варисторы включаются между каждой фазой и проводом заземления. А при подключении нагрузки «треугольником», варисторы устанавливаются между фазами.

Варисторы, как нелинейные элементы, при повышенном напряжении резко уменьшают свое сопротивление практически до нуля, и поэтому не могут длительно выдерживать повышенные импульсные токи. Поэтому рекомендуется защитить УЗИП второй ступени защиты плавкими предохранителями, которые нужно подключить последовательно с устройством защиты в разрыв фазового провода.

Правильно выбирать варисторы по напряжению срабатывания. При этом напряжении элемент снижает свое сопротивление и гасит опасное импульсное напряжение. Информация о напряжении срабатывания и о крутизне волны импульса наноситься на поверхность варистора или указывается в техническом паспорте к нему.

В тандеме с данной статьей полезно ознакомиться с видео-дополнением:

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

ПРИМЕНЕНИЕ ВАРИСТОРОВ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО КЛЮЧА ГИБРИДНЫХ КОНТАКТОРОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ОТ КОММУТАЦИОННЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

Научно-технический сборник 76

УДК 61.16 Н.О.РАК Харьковская национальная академия городского хозяйства Научно-технический сборник 76 ТОКОВАЯ НАГРУЗКА НА СИЛОВЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ ГИБРИДНЫХ КОММУТАЦИОННЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ АППАРАТОВ

Подробнее

Лекция 2 ЦЕПИ С ДИОДАМИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

109 Лекция ЦЕПИ С ДИОДАМИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ План 1. Анализ цепей с диодами.. Источники вторичного электропитания. 3. Выпрямители. 4. Сглаживающие фильтры. 5. Стабилизаторы напряжения. 6. Выводы. 1. Анализ

Подробнее

Количество теплоты. Катушка

И. В. Яковлев Материалы по физике MathUs.ru Количество теплоты. Катушка В данном листке рассматриваются задачи на расчёт количества теплоты, которое выделяется в цепях, состоящих из резисторов и катушек

Подробнее

1. Основные положения теории

. Основные положения теории…. Предварительная подготовка… 6 3. Задание на проведение эксперимента… 6 4. Обработка результатов экспериментов… 5. Вопросы для самопроверки и подготовке к защите работы…

Подробнее

15. Электрические колебания

5. Электрические колебания Вопросы. Дифференциальное уравнение, описывающее свободные колебания заряда конденсатора в колебательном контуре, имеет вид Aq + Bq = 0, где A и B известные положительные постоянные.

Подробнее

ИНВАРИАНТНЫЙ К НАГРУЗКЕ ИНВЕРТОР

Соловьев И.Н., Гранков И.Е. ИНВАРИАНТНЫЙ К НАГРУЗКЕ ИНВЕРТОР Актуальной, сегодня, является задача обеспечения работы инвертора с нагрузками различных типов. Работа инвертора с линейными нагрузками достаточно

Подробнее

Тема 1. Линейные цепи постоянного тока.

МЕТОДИЧЕСКОЕ УКАЗАНИЕ 2 системы и технологии» Тема 1. Линейные цепи постоянного тока. 1. Основные понятия: электрическая цепь, элементы электрической цепи, участок электрической цепи. 2. Классификация

Подробнее

Исследование режимов работы ГИТ

Исследование режимов работы ГИТ Общие сведения Емкостные накопители энергии (ЕНЭ) используются в физических экспериментах благодаря ряду достоинств: — малое внутреннее сопротивление(1010-3 Ом), — малая

Подробнее

Лекция 5 АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

4 Лекция 5 АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ План Уравнения состояния электрических цепей Алгоритм формирования уравнений состояния 3 Примеры составления уравнений состояния 4 Выводы Уравнения состояния электрических

Подробнее

С.А. Иванская ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ ГОУ СПО «Минераловодский колледж железнодорожного транспорта» С.А. Иванская ЭЛЕКТРОТЕХНИКА Методические рекомендации по освоению теоретического материала и

Подробнее

ЭЛЕКТРУМ АВ. Паспорт

ЭЛЕКТРУМ АВ Паспорт Элементы защитные По вопросам продаж и поддержки обращайтесь: Архангельск (8182)63-90-72 Астана +7(7172)727-132 Белгород (4722)40-23-64 Брянск (4832)59-03-52 Владивосток (423)249-28-31

Подробнее

Основы электротехники

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Учреждение образования «Брестский государственный технический университет» Кафедра автоматизации технологических процессов и производств УТВЕРЖДАЮ Ректор университета

Подробнее

АНАЛИЗ ЛИНЕЙНЫЙ ЦЕПЕЙ ПО ПОСТОЯННОМУ ТОКУ

Вопросы для подготовки к экзамену по курсу «Основы теории цепей» 1 АНАЛИЗ ЛИНЕЙНЫЙ ЦЕПЕЙ ПО ПОСТОЯННОМУ ТОКУ 1. Понятие напряжения, тока, мощности, энергии. 2. Модели элементов цепи, вольт-амперная характеристика

Подробнее

TVS-диоды (TRANSIL и др.) По материалам:

TVS-диоды (TRANSIL и др.) По материалам: http://kazus.ru/articles/369.html Наиболее эффективным средством защиты оборудования от электрических перегрузок (перенапряжений) является активная защита. Основным

Подробнее

Включение RL цепи под постоянное напряжение

Классический метод анализа переходных процессов в линейных электрических цепях Классический метод анализа переходных процессов в общем случае основан на составлении и решении системы линейных дифференциальных

Подробнее

1. Назначение и устройство выпрямителей

Тема 16. Выпрямители 1. Назначение и устройство выпрямителей Выпрямители это устройства, служащие для преобразования переменного тока в постоянный. На рис. 1 представлена структурная схема выпрямителя,

Подробнее

C ЕКЦИЯ III ЭНЕРГЕТИКА

ЕКЦИЯ III ЭНЕРГЕТИКА РАСЧЕТ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В НЕЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЯХ МЕТОДОМ ПЕРЕМЕННЫХ СОСТОЯНИЯ К. В. Юранов Учреждение образования «Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого»,

Подробнее

С.А. Иванская ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ ГОУ СПО «Минераловодский колледж железнодорожного транспорта» С.А. Иванская ЭЛЕКТРОТЕХНИКА Методические рекомендации по освоению теоретического материала и

Подробнее

, (1) K коэффи- L L U 2 L 2 L 1

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 6 Исследование воздушного трансформатора. Задание на работу.. При подготовке к работе изучить: [5, с. 48-5], [6, с. 7-9]… Построение схемы замещения воздушного трансформатора..3.

Подробнее

3.4. Электромагнитные колебания

3.4. Электромагнитные колебания Основные законы и формулы Собственные электромагнитные колебания возникают в электрической цепи, которая называется колебательным контуром. Закрытый колебательный контур

Подробнее

А.С. КАЛИНИН ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский технологический университет» МИРЭА Филиал МИРЭА в г. Фрязино Кафедра общенаучных дисциплин

Подробнее

ИЛТ1-1-12, ИЛТ модули управления тиристорами

ИЛТ, ИЛТ модули управления тиристорами Схемы преобразователей на тиристорах требуют управления мощным сигналом, изолированным от схемы управления. Модули ИЛТ и ИЛТ с выходом на высоковольтном транзисторе

Подробнее

Лекция 12 ИНВЕРТОРЫ. План

5 Лекция 2 ИНВЕРТОРЫ План. Введение 2. Двухтактный инвертор 3. Мостовой инвертор 4. Способы формирования напряжения синусоидальной формы 5. Трехфазные инверторы 6. Выводы. Введение Инверторы устройства,

Подробнее

U m. 2) π. 1) 1, Дж 2) 5, Дж 3) 1, Дж 4) Дж

Колебательный контур состоит из катушки индуктивности и конденсатора. В нём наблюдаются гармонические электромагнитные колебания с периодом Т = 5 мс. В начальный момент времени заряд конденсатора максимален

Подробнее

, где I m амплитуда силы тока

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 8. ИНДУКТИВНОСТЬ И ЕМКОСТЬ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Цель работы: определение зависимости индуктивного и емкостного сопротивлений от частоты, а также определение угла сдвига фаз тока

Подробнее

Электрические колебания

Электрические колебания Примеры решения задач Пример В схеме изображенной на рисунке ключ первоначально находившийся в положении в момент времени t переводят в положение Пренебрегая сопротивлением катушки

Подробнее

Защита от перенапряжения для переключения постоянного тока с помощью MOV (металлооксидного варистора)

Добавление защиты от перенапряжения для переключения постоянного тока в вашем приложении защитит уязвимые компоненты цепи, такие как электромагнитный тормоз и выпрямители муфты, от переходных напряжений. Без этой защиты вы рискуете преждевременно износить контакты выпрямителя. Один из способов защиты от этих скачков — установка MOV.

MOV, установленный в приложении для проверки защиты от перенапряжения при коммутации постоянного тока

Что такое MOV?

Металлооксидный варистор (MOV) — это резистор, зависящий от напряжения.Другими словами, это электрический компонент, сопротивление которого зависит от напряжения. Они используются для защиты уязвимых компонентов схемы от коротких скачков электрической энергии

Что происходит, когда на тормоз отключается питание?

Когда на электромагнит подается питание, часть этой энергии накапливается в катушке магнита. Затем, когда электромагнит отключается, эта энергия должна куда-то уходить и может стать так называемым переходным напряжением или коротким скачком электрической энергии, который может повредить компоненты схемы.

Зачем нужно беспокоиться о переходных напряжениях?

В случае электромагнитного тормоза это переходное напряжение, вызванное переключением тормоза, может вызвать повреждение и преждевременный износ контактов выпрямителя до точки отказа. В больших катушках с более высоким напряжением это результирующее переходное напряжение может потенциально повлиять на другие части вашей цепи. Двигатели, частотно-регулируемые приводы, контроллеры и другие уязвимые компоненты цепи должны быть защищены от этих скачков напряжения.

Как предотвратить эти скачки напряжения

MOV — это экономичный способ защиты электрических компонентов от потенциально опасных и разрушительных переходных напряжений. Как резистор, зависящий от напряжения, MOV не проводит, когда напряжение на нем меньше порогового напряжения. По сути, он имеет бесконечное сопротивление. Это означает, что в нормальных ситуациях MOV не влияет на вашу схему. Но при превышении порогового напряжения сопротивление падает до нуля.Это заставляет весь ток проходить через MOV, где он перемещается в виде тепла и защищает вашу схему.

Пример съезда с трапа грузовика для объяснения роли MOV в обеспечении защиты от перенапряжения для коммутационных устройств постоянного тока

Хороший способ объяснить это — MOV действует как съезжающий грузовик с трапа. В нормальных условиях грузовики могут оставаться на дороге и им ничего не угрожает. Если что-то происходит, когда скорость увеличивается и ее невозможно контролировать, они направляются к съезду с трамплина, чтобы безопасно сместить эту избыточную скорость.

Как настроить MOV для обработки переходных напряжений

Теперь мы рассмотрим типичную установку электромагнитного тормоза и проверим переходное напряжение с MOV

и без него.
  • Экспериментальная установка
  • Следы прицела
  • Продемонстрировать экспериментально, почему MOV является полезным компонентом
Испытательная установка защиты от перенапряжения MOV.

Компоненты на изображении выше следующие:

  • 1.KEB 205VDC магнитная катушка
  • 2. Изолирующий зонд
  • 3. Контакты цепи датчика изоляции
  • 4. Подводящий провод тормозной катушки
  • 5. Металлооксидный варистор (MOV)
  • 6. Однополупериодный выпрямитель KEB Combitron 91
  • 7. Контактор для переключения на стороне постоянного тока, питание от сети переменного тока 120 В
  • 8. 3 фазы 480 В перем. Тока

На изображении выше показано, насколько большим может быть переходное напряжение во время операций переключения постоянного тока. В этом тесте пик переходного напряжения был равен 3.54кВ. Испытанная тормозная катушка рассчитана на 2,3 кВ, и переключение без какой-либо защиты не было бы идеальным для любого применения. Со временем переходные напряжения во время переключения могут разрушить тормозную катушку, что приведет к преждевременному выходу из строя.

На изображении выше показан сигнал переключения постоянного тока, когда установлен MOV. Как вы можете видеть, MOV ограничил переходное напряжение до 1,29 кВ, что значительно ниже номинального значения катушки. Установка MOV гарантирует, что переключение постоянного тока не вызовет преждевременного износа тормозной катушки или других компонентов цепи.

Заключение

Как видите, добавление защиты от перенапряжения в приложение защищает уязвимые компоненты схемы от переходного напряжения. Без этой защиты вы рискуете преждевременно износить контакты выпрямителя. Если вы хотите обсудить конкретное приложение, свяжитесь с инженером KEB, используя форму ниже.

Как использовать устройства защиты от электростатического разряда / перенапряжения: дисковые варисторы | Примечание по применению

Преимущества различных типов варисторов

Варисторы

могут использоваться в качестве подавителей для защиты устройств и цепей от переходных аномальных напряжений, включая электростатический разряд (электростатический разряд) и удар молнии.
Для защиты от относительно большого импульсного тока (от 100А до 25кА) подходят дисковые варисторы с выводами и дисковые варисторы SMD. Для защиты от повышенного импульсного тока (примерно 25 кА и более) подходят блочные варисторы и ленточные варисторы.

Ниже приведены подробные приложения.



Пример применения: защита от перенапряжения для входной части импульсного источника питания

Различные типы небольших, легких и высокоэффективных импульсных источников питания часто используются в качестве источников питания электронных устройств.В импульсном источнике питания перед силовой цепью размещается ЭМС-фильтр для предотвращения шума проводимости, который проникает через силовую линию. Однако, поскольку грозовые перенапряжения и коммутационные перенапряжения нельзя предотвратить только с помощью фильтра ЭМС, схема защиты от перенапряжения с использованием дисковых варисторов размещается перед фильтром ЭМС. Комбинации с ограничителями перенапряжения и другими устройствами, а также их схемные конфигурации различаются. Подобные схемы защиты встроены в адаптеры переменного тока, которые используются для портативных компьютеров и т.п.Варисторы также используются для удлинителей и розеток с молниезащитой.

Рис.1 Пример схемы защиты от импульсных перенапряжений для импульсного блока питания

Пример приложения: Защита от перенапряжения для светодиодной системы освещения

Светодиодная система освещения состоит из светодиодных матриц с несколькими подключенными светодиодами, драйвера (схемы управления), схемы управления и источника питания светодиодов, а также подсистем, включая источник питания для связи.Многие варисторы микросхемы используются для защиты от электростатических разрядов и защиты от перенапряжения для интерфейсной части, а варисторы необходимы для защиты от электростатических разрядов. Светодиод — это устройство, в котором используется полупроводник, и без защиты он может быть разрушен электростатическим разрядом или скачком напряжения. По этой причине параллельно светодиодному устройству устанавливается варистор.

Рис.2 Защита светодиодного устройства в системе светодиодного освещения

Пример применения: защита от перенапряжения для индуктивных нагрузок, таких как двигатели

В момент отключения питания устройств с индуктивными нагрузками, использующих катушки, такие как двигатели, соленоиды и электромагнитные клапаны, устройства разряжают магнитную энергию, которая была накоплена в качестве противодействующей электродвижущей силы, и генерируют большое импульсное напряжение.Для защиты устройств от скачков напряжения параллельно нагрузке подключают варистор.

Рис. Защита от перенапряжения для индуктивных нагрузок, таких как двигатели

Пример приложения: Защита от перенапряжения для двигателя с электромагнитным тормозом и защита контакта его выключателя

Двигатели переменного тока

, которые используются в промышленных устройствах, включают двигатель с тормозом.Электромагнитный тормоз с использованием электромагнита, якоря (подвижной стальной пластины) и пружины может остановить вращение двигателя сразу после выключения переключателя. Однако, поскольку электромагнит представляет собой индуктивную нагрузку, использующую катушку, в момент отключения тока катушка создает противодействующую электродвижущую силу, и возникает большое импульсное напряжение, которое повреждает контакт переключателя. Для поглощения перенапряжения и защиты контакта переключателя подключен варистор.

Рис.4 Защита контакта выключателя двигателя с электромагнитным тормозом

Пример приложения: защита от перенапряжения для твердотельного реле (SSR) и защита его выходной клеммы

SSR (твердотельное реле), использующее полупроводниковый элемент (например, тиристор), используется во многих промышленных устройствах с большим током. Это реле, электрически изолированное оптопарой, и, как преимущество, оно может безопасно управлять включением и выключением устройства с помощью сигналов включения и выключения очень небольшого электрического тока источника питания постоянного тока.Однако из-за того, что включается и выключается большой ток, выходной терминал легко повреждается из-за импульсного перенапряжения. Чтобы подавить это, на выходной стороне параллельно подключают варистор (некоторые твердотельные реле имеют встроенные варисторы).

Рис.5 Защита выходной клеммы твердотельного реле (SSR)

Пример применения: защита от перенапряжения от сброса нагрузки и спада поля

Когда ток, протекающий через индуктивную нагрузку, использующую катушку, такую ​​как двигатель и генератор переменного тока (электрогенератор), отключается, генерируется большое импульсное напряжение из-за создания противодействующей электродвижущей силы.

Сброс нагрузки — это проблема перенапряжения, которая возникает, когда линия аккумуляторной батареи отключена по такой причине, как отключение клеммы аккумуляторной батареи во время подачи питания от генератора переменного тока на аккумулятор. Спад поля — это проблема с отрицательным импульсным напряжением, которое возникает при ошибочной смене полярности батареи.
Поскольку оба они могут достичь ЭБУ и вызвать неисправность, ЭБУ должны пройти испытание на сброс нагрузки и испытание на спад в поле. Дисковый варистор используется для защиты от перенапряжения.

Рис.6 Защита от сброса нагрузки и перенапряжения варистором

Когда питание от генератора переменного тока подается на аккумулятор, отключение аккумуляторной линии приводит к возникновению большого скачка напряжения. Варистор обходит импульсное напряжение для защиты ЭБУ и других устройств.
Испытание на невосприимчивость и испытание на выбросы для ЭБУ (ISO10605)

Оценочные тесты ЭМС для ЭБУ включают в себя тест на невосприимчивость для подтверждения того, что ЭБУ не неисправен, и тест на выбросы для подтверждения того, что ЭБУ спроектирован так, чтобы не генерировать шум, превышающий установленный предел.

Тест на невосприимчивость Стандартный Описание
Тест ESD ISO10605 Оценивает допуск, применяя ESD
Тест на устойчивость к радиочастотам ISO11452-2, -3, -4 Оценивает переносимость с помощью сильной радиоволны
Испытание на самосвал ISO7637-2 Оценивает допуск путем подачи положительного импульсного напряжения
Тест на распад поля Оценивает допуск путем подачи отрицательного импульсного напряжения
Испытание на выбросы Стандартный Описание
Испытание на излучение CISPR25 Оценивает радиационный шум от ЭБУ
Испытание на кондуктивные выбросы Оценивает шум проводимости от ЭБУ

Пример приложения: Защита от перенапряжения для распределительных коробок и стабилизаторов мощности солнечных систем выработки энергии

Электроэнергия постоянного тока, генерируемая солнечной панелью, отправляется в стабилизатор питания через соединительную коробку, усиливается преобразователем постоянного тока в постоянный, преобразуется в электричество переменного тока с помощью инвертора, а затем отправляется в коммерческую энергосистему.Чтобы защитить его цепь от индуктивного удара молнии и т.п., схемы защиты по напряжению с использованием варисторов вставляются во входную и выходную части соединительной коробки и стабилизатора мощности. Сочетание с ограничителем перенапряжения увеличивает его надежность.

Рис.7 Защита от перенапряжения для распределительных коробок и стабилизаторов мощности солнечных энергосистем

Пример применения: Защита от перенапряжения для важных устройств с помощью грозового трансформатора

Устройство, называемое трансформатором молнии, используется для защиты важных устройств, таких как серверы в центрах обработки данных и телефонные коммутаторы, от грозового перенапряжения.Это комбинация SPD (устройства защиты от перенапряжения или молниезащиты) и специального трансформатора, первичная обмотка и вторичная обмотка которого защищены электростатическим экраном, а перенапряжение, которое не может быть устранено с помощью SPD, проходит через заземленные материалы электростатического экрана и разряжается на земля. Он отлично справляется с синфазным индуктивным разрядом молнии.

Рис.8 Пример защиты от грозовых перенапряжений с грозовым трансформатором

Пример применения: Защита от скачков большой энергии в промышленных устройствах

Блочные варисторы и ленточные варисторы — это высокоэнергетические изделия, используемые для источников питания промышленных устройств и устройств связи, силовых распределительных устройств на электростанциях и подстанциях, железнодорожных сигнальных систем и др., И их преимуществом является чрезвычайно высокая стойкость к импульсным токам.Блочный варистор содержится в корпусе и имеет винтовые клеммы, а ременной варистор имеет плоские (плоские) клеммы с отверстиями, которые фиксируются винтами (или припаяны). Также используется разрядник для защиты линии переменного тока.

Рис. 9 Пример защиты от скачков напряжения в промышленном устройстве

Связанные страницы

  • ■ Карта продуктов устройств защиты от напряжения

    Широкий модельный ряд устройств защиты от напряжения

    TDK включает как варисторы (оксид цинка), так и разрядники (разрядные трубки).Их можно использовать в различных приложениях от малых до больших токов.

■ Порталы по дисковым варисторам

Символ варистора

и его применение | Варистор из оксида металла

Введение

Варистор представляет собой комплект переменного резистора.Это пассивный нелинейный полупроводниковый прибор с двумя выводами.

Варистор обеспечивает защиту от перенапряжения для электрических и электронных цепей в отличие от автоматических выключателей или предохранителей, которые обеспечивают защиту цепей от перегрузки по току. Варистор обеспечивает защиту с помощью метода фиксации напряжения, который аналогичен стабилитрону.

Несмотря на то, что название «варистор» происходит от терминов «переменный резистор», сопротивление варистора нельзя изменять вручную, в отличие от потенциометра или реостата, где сопротивление можно изменять вручную между максимальным и минимальным значениями.

Варистор

Сопротивление варистора изменяется в зависимости от приложенного к нему напряжения. Изменение напряжения на варисторе приведет к изменению его сопротивления, что сделает его устройством, зависящим от напряжения. Следовательно, варистор также называется резистор, зависимый от напряжения (VDR) .

Два стандартных символа варистора показаны ниже.

Стандартный символ IEEE для варистора

Стандартный символ IEC для варистора

Обычно варисторы изготавливаются из полупроводниковых материалов.Вольт-амперные и токовые характеристики варистора имеют нелинейный характер. Также характеристики напряжения и тока варистора подходят как для постоянного, так и для переменного тока.

Физически варистор во многом похож на конденсатор. Из-за сходства варистор часто путают с конденсатором. Однако с точки зрения применения конденсатор не может предотвратить скачки напряжения, которые могут быть у варистора.

Последствия случайного скачка высокого напряжения в любой цепи могут быть катастрофическими.Следовательно, использование варистора для защиты чувствительных и чувствительных электрических или электронных цепей от скачков высокого напряжения и всплесков переключения очень важно.

Сопротивление варистора

Несмотря на то, что целью варистора является обеспечение сопротивления, работа варистора отличается от работы потенциометра или реостата. В нормальных условиях эксплуатации сопротивление варистора очень велико.

Функциональность варистора аналогична функциональности стабилитрона, где он позволяет без изменений проходить напряжения с более низким порогом.

Функциональность варистора изменяет t высокое рабочее напряжение . Когда напряжение, приложенное к варистору больше, чем его номинальное значение, эффективное сопротивление варистора резко падает до и продолжает уменьшаться с увеличением напряжения. применяется к нему увеличивается.

Кривая, показывающая статическое сопротивление варистора по отношению к его приложенному напряжению, показана ниже.

Характеристики V-I

В соответствии с законом Ома кривая вольт-амперной характеристики резистора представляет собой прямую линию, если значение резистора остается постоянным.В этом случае ток, протекающий через резистор, прямо пропорционален напряжению, приложенному к концам резистора.

В случае варистора кривая вольт-амперной характеристики не является прямой линией. Это связано с необычным поведением сопротивления варистора. В случае варистора небольшое изменение приложенного к нему напряжения вызовет достаточно большое изменение тока, протекающего через него.

Кривая вольт-амперной характеристики варистора показана ниже.

Из приведенной выше кривой вольт-амперной характеристики ясно, что варистор имеет двунаправленные симметричные характеристики. Это означает, что варистор может работать или работать в любом направлении или полярности синусоидальной волны. Функциональность варистора аналогична функциональности стабилитронов, соединенных встречно.

Кривая вольт-амперной характеристики варистора показывает линейную зависимость между током и напряжением, когда варистор не проводит .Это связано с тем, что ток, протекающий через варистор, останется постоянным, а его значение будет очень низким.

Это ток утечки в варисторе, величина которого составляет порядка нескольких миллиампер. Причина тому — высокое сопротивление варистора. Этот небольшой ток будет оставаться постоянным, пока напряжение, приложенное к варистору, не достигнет номинального напряжения варистора.

Номинальное напряжение варистора также называется напряжением ограничения.Номинальное напряжение варистора — это напряжение на нем, которое измеряется с заданным постоянным током в 1 мА. Это далее можно объяснить как постоянное напряжение, приложенное к клеммам варистора, которое позволяет току в 1 миллиампер протекать через него. .

Ток, протекающий через корпус варистора, зависит от материала, из которого изготовлен варистор. При этом номинальном уровне напряжения функциональные возможности варистора начинают меняться.

До достижения номинального напряжения варистор действует как изолятор.Если приложенное напряжение варистора достигает своего номинального напряжения, поведение варистора изменяется от изолирующего состояния до проводящего состояния.

Сопротивление варистора становится очень маленьким, когда переходное напряжение, приложенное к варистору, больше или равно номинальному напряжению варистора. Это происходит из-за явления, называемого лавинным пробоем в полупроводниковых материалах.

Лавинный пробой — это форма умножения тока, которая допускает большие токи в материалах, которые раньше действовали как изоляторы.Из-за этой ситуации небольшой ток, протекающий через варистор, который является током утечки, быстро возрастет.

Даже если ток, протекающий через варистор, увеличивается, напряжение на нем ограничивается значением, близким к номинальному напряжению варистора. Это означает, что варистор действует как саморегулятор переходных напряжений, приложенных к нему, пропуская или позволяя протекать большему току через варистор.

Следовательно, после выхода за номинальное напряжение варистора кривая вольт-амперной характеристики становится крутой нелинейной кривой.Благодаря этой особенности варистор может пропускать сильно изменяющиеся токи в очень узком диапазоне напряжений, отсекая любые всплески напряжения.

Емкость варистора

Когда приложенное к варистору напряжение меньше номинального или ограничивающего напряжения, варистор действует как конденсатор, а не как резистор. Причина этого вывода заключается в том, что поведение основной проводящей области варистора как диэлектрика между двумя выводами варистора.

Две клеммы и диэлектрик образуют конденсатор.Это действительно до тех пор, пока напряжение не достигнет предельного напряжения. Каждый варистор, сделанный из полупроводникового материала, будет иметь значение емкости. Это значение зависит от площади варистора и обратно пропорционально его толщине.

Конденсатор варистора работает по-разному в цепях постоянного и переменного тока. В цепях постоянного тока емкость варистора существует, когда приложенное напряжение ниже номинального напряжения варистора, и резко уменьшается при приложении напряжения, близкого к номинальному.

Когда варистор используется в цепях переменного тока, частота играет важную роль. В цепях переменного тока, когда варистор работает в области непроводящей утечки, емкость варистора влияет на сопротивление его тела.

Варисторы обычно подключаются параллельно к электрическим или электронным устройствам, чтобы защитить их от перенапряжения.

Из-за этого сопротивление утечки варистора падает с увеличением частоты. Связь между частотой и результирующим параллельным сопротивлением приблизительно линейна.Реактивное сопротивление переменного тока XC можно рассчитать по формуле

XC = 1 / (2 × π × f × C) = 1 / (2 πfC)

Здесь C — емкость, а f — частота.

Следовательно, с увеличением частоты увеличивается и ток утечки.

Варистор из оксида металла (MOV)

Чтобы преодолеть ограничения варисторов на основе полупроводников, таких как варисторы из карбида кремния, были разработаны варисторы из оксида металла (MOV). Металлооксидный варистор — это резистор, зависящий от напряжения.Это также нелинейное устройство, обеспечивающее очень хорошую защиту от импульсных перенапряжений.

Материал сопротивления в варисторе из оксида металла в основном состоит из зерен оксида цинка, спрессованных в керамическую массу. Смесь состоит на 90% из зерен оксида цинка, а остальные 10% состоят из оксидов других металлов, таких как кобальт, висмут и марганец.

Эта смесь зажата между двумя электродами (металлическими пластинами). Наполнитель действует как связующий агент для зерен оксида цинка, так что компонент остается неповрежденным между двумя металлическими пластинами.Соединительные провода металлооксидного варистора являются радиальными выводами.

Варистор из оксида металла

Варистор из оксида металла — это наиболее часто используемые компоненты, которые используются в качестве устройств ограничения напряжения для защиты небольших или тяжелых устройств от переходных скачков напряжения. Поскольку в его конструкции используется оксид металла, способность поглощать короткие переходные напряжения и способность управлять энергией чрезвычайно высоки.

Работа варистора из оксида металла и варистора из карбида кремния очень похожа.Металлооксидный варистор начинает проводить ток при номинальном напряжении и прекращает проводимость, если приложенное напряжение ниже порогового значения.

Основное различие между варистором из карбида кремния и варистором из оксида металла заключается в величине тока утечки. Ток утечки в MOV очень мал при нормальных условиях эксплуатации.

Причину меньших токов утечки можно объяснить следующим образом. В варисторе из оксида металла два ближайших соседних зерна цинка образуют диодный переход между своими границами.

Следовательно, металлооксидный варистор можно рассматривать как совокупность огромного количества диодов, соединенных параллельно. Из-за этого, когда между электродами подается крошечное напряжение, обратный ток утечки, который появляется через диодный переход, очень мал.

Когда приложенное напряжение увеличивается и достигает напряжения зажима, диодный переход разрывается из-за лавинообразного пробоя и туннелирования электронов и пропускает через него большой ток. Металлооксидные варисторы имеют высокий уровень нелинейных вольт-амперных характеристик.

Максимальный импульсный ток, который может выдержать варистор, будет зависеть от длительности переходного импульса и количества повторений импульсов. Типичная длительность переходного импульса находится в диапазоне от 20 микросекунд до 50 микросекунд.

Существует вероятность перегрева, если номинальный пиковый импульсный ток недостаточен. Следовательно, чтобы избежать перегрева схемы, важно быстро рассеивать энергию, поглощаемую переходным импульсом.

Защита от перенапряжения высокого напряжения

Независимо от источника питания переменного или постоянного тока, переходные скачки напряжения возникают из-за множества источников и цепей, независимо от источника питания.Это связано с тем, что переходные процессы генерируются в цепи или передаются от внешних источников в схему.

Переходные процессы, которые генерируются в цепи, могут быстро увеличиваться и могут вызвать повышение напряжения до значения в несколько тысяч вольт. Эти скачки напряжения могут вызвать серьезные проблемы с чувствительными электрическими или электронными устройствами и, следовательно, не должны появляться на них.

Вот некоторые из распространенных источников переходных процессов напряжения:

  • Влияние напряжения L di / dt (Ldi / dt) в индуктивных цепях.Этот эффект возникает из-за переключения индуктивных катушек и токов намагничивания в трансформаторах.
  • Скачки в электросети.
  • Переключение двигателя постоянного тока.

Варистор подключен к сети, чтобы избежать скачков напряжения. Это соединение может быть либо между фазой и нейтралью, либо между фазой и фазой в случае питания переменного тока.

В случае питания постоянного тока варистор подключается к источнику питания между положительной и отрицательной клеммами. В электронных схемах постоянного тока варистор может использоваться для стабилизации напряжения для защиты от импульсов перенапряжения.

Технические характеристики варистора

Ниже приведены технические характеристики типичного варистора.

Максимальное рабочее напряжение: Это пиковое установившееся постоянное напряжение или синусоидальное среднеквадратичное напряжение, которое может непрерывно применяться при заданной температуре.

Напряжение варистора: Это напряжение между выводами варистора с заданным измеряемым постоянным током.

Напряжение зажима: Это напряжение между выводами варистора с заданным импульсным током, приложенным для получения пикового напряжения.

Импульсный ток: Максимальный ток, протекающий через варистор.

Максимальная энергия: Максимальная энергия, рассеиваемая при подаче импульса переходного процесса.

Сдвиг импульсного тока: Изменение напряжения после подачи импульсного тока.

Емкость : измеряется, когда напряжение меньше напряжения варистора.

Ток утечки: Ток, протекающий через варистор, когда он находится в непроводящем состоянии.

Время отклика: Время между приложением номинального напряжения и переходом из непроводящего состояния в проводящее состояние.

Варисторы

Варисторы используются почти во всех тяжелых электрических цепях и небольших электронных устройствах. Варисторы обеспечивают защиту от перенапряжения как для цепей переменного, так и постоянного тока.

Некоторые из приложений:

  1. Для защиты электрических цепей от перенапряжения. На следующей схеме показано подключение металлооксидного варистора для обеспечения защиты однофазной линии от линии.

Следующая схема аналогична, за исключением того, что она также обеспечивает защиту линии от земли.

2. В электронных схемах устройства очень чувствительны к изменениям напряжения. Следовательно, используется варистор. Следующая схема показывает типичный варистор, защищающий транзистор.

3. Для защиты от перенапряжения двигателей переменного или постоянного тока.

Ограничения варистора

Когда варистор используется в ограничителе импульсных перенапряжений, он может не обеспечивать защиту устройства по питанию.Это связано с тем, что наличие варистора в этой ситуации вызовет проблемы для оборудования и самого устройства.

Варистор не может обеспечить защиту от следующих

  1. Скачки тока при запуске устройства
  2. Ток от короткого замыкания.
  3. От провалов или падений напряжения.

Каковы функции и применение варистора?


Введение

Варистор, резистивное устройство с нелинейными вольт-амперными характеристиками, которое в основном используется для ограничения напряжения и поглощения избыточного тока для защиты чувствительных устройств, когда цепь находится под повышенным напряжением.Его английское название — «резистор, зависящий от напряжения», сокращенно «VDR». Материал резистора — полупроводник, так что это своего рода полупроводниковый резистор.

Варистор — это устройство защиты с ограничением напряжения. Используя нелинейные характеристики варистора, когда между двумя полюсами варистора возникает перенапряжение, варистор может ограничивать напряжение до относительно фиксированного значения напряжения, тем самым реализуя защиту более поздней схемы.

В этой статье мы подробно расскажем о варисторе, его функциях, применении, параметрах и так далее.


Каталог

2 II Базовые характеристики

II 9015

2.2 Ударопрочность

5,1 В

Номинальный ток разряда 9000 6,2

Введение

I Структурные характеристики варистора

2.3 Срок службы

III Параметры варистора

IV Типы варистора

4.1 Классификация по компоновке

4.2 Классификация по материалам применения

4.3 Классификация по вольт-амперным характеристикам

В Выбор варисторов

Напряжение

5.2 Выбор расхода

5.3 Выбор напряжения зажима

5.4 Выбор CP

5.5 Сопоставление сопротивлений

VI Расчет напряжения варистора

6.1 Обычно рассчитывается с U1mA = KUac

6.3 Параллельное соединение варисторов

VII Функции варистора

VIII Основные области применения варисторов

8.1 Молниезащита

8.2 Защита цепи

8.3 Защита переключателя

8.4 Защита устройств


Irac9 Structural В арристор

В отличие от обычных резисторов варисторы изготавливаются на основе нелинейных характеристик полупроводниковых материалов.

Рисунок 1. Форма варистора, а его внутренняя структура показана на рисунке 2.

Рисунок 1.

Рисунок 2.

Обычные резисторы подчиняются закону Ома, в то время как напряжение и ток Варисторы имеют особую нелинейную зависимость. Когда напряжение на обоих концах варистора ниже номинального номинального напряжения, значение сопротивления варистора близко к бесконечному, и через внутреннюю часть варистора почти не протекает ток.Когда напряжение на обоих концах варистора немного выше номинального номинального напряжения, варистор выйдет из строя и быстро включится, а рабочий ток резко возрастет от состояния с высоким импедансом к состоянию с низким импедансом. Когда напряжение на обоих концах ниже номинального номинального напряжения, варистор может вернуться в состояние высокого импеданса. Когда напряжение на обоих концах варистора превышает максимальное предельное напряжение, варистор полностью выходит из строя и не восстанавливается.

На рисунке ниже показана типовая схема применения варистора.

Типовая схема применения варистора


II Basic C Характеристики В aristor

2,1 Защита Crac

Когда интенсивность удара (или импульсный ток Isp = Usp / Zs) источника удара не превышает заданного значения, ограничивающее напряжение варистора не должно превышать импульсное выдерживаемое напряжение (Urp) защищаемого объекта.

2,2 Удар R esistance

Сам варистор должен выдерживать указанный ток удара, энергию удара и среднюю мощность, когда несколько ударов происходят одно за другим.

2,3 Срок службы C Характеристики

Первый — это срок службы при непрерывном рабочем напряжении, то есть варистор должен надежно работать в течение определенного времени (часов) при указанной температуре окружающей среды и напряжении системы. условия; другой — срок службы при ударе, то есть количество раз, которое может быть надежно выдержано указанное воздействие.

2,4 После включения варистора в систему, помимо выполнения защитной роли «предохранительного клапана», он будет вызывать некоторые дополнительные эффекты, которые называются «вторичным эффектом». Это не должно снижать нормальную работу системы. В настоящее время необходимо учитывать три основных фактора. Первый — это емкость самого варистора (от десятков до десятков тысяч PF), второй — ток утечки при системном напряжении, а третий — влияние нелинейного тока варистора на другие цепи через связь сопротивление источника.


III P Параметры варистора

Основными параметрами варистора являются номинальное напряжение, коэффициент напряжения, максимальное управляющее напряжение, коэффициент остаточного напряжения, ток разряда, ток утечки, температурный коэффициент напряжения, текущий температурный коэффициент, коэффициент нелинейности напряжения, сопротивление изоляции, статическая емкость и т. д.

3.1 Номинал A резистор В Напряжение

MYG05K предусматривает, что проходящий ток равен 0.1 мА, MYG07K, MYG10K, MYG14K и MYG20, а номинальное напряжение относится к напряжению на обоих концах варистора при прохождении через постоянный ток 1 мА.

3,2 Максимум P Допустимое В Напряжение

Это напряжение делится на переменное и постоянное. Если это переменный ток, это относится к действующему значению переменного напряжения, разрешенному варистором, которое выражается в ACrms. Поэтому варистор с максимально допустимым напряжением следует выбирать под действующее значение переменного напряжения.В цепях переменного тока должно быть: min (U1mA) ≥ (2,2 ~ 2,5) Uac, а «Uac» — это эффективное значение рабочего напряжения переменного тока в цепи. В цепях постоянного тока должно быть: min (U1mA) ≥ (1,6) Udc, а «Udc» — это номинальное рабочее напряжение постоянного тока в цепи. Вышеупомянутые принципы в основном предназначены для обеспечения соответствующего запаса прочности варистора при его включении в цепь источника питания.

3,3 D заряд C ток C емкость

Это относится к максимальному значению импульсного (пикового) тока, разрешенному для прохождения через варистор при определенных условиях (наложение стандартного импульсного тока заданные временные интервалы и количество раз).Обычно перенапряжение — это импульс или серия импульсов. В экспериментальном варисторе используются два вида ударных волн: одна — волна 8/20 мкс, то есть импульсная волна с напором волны 8 мкс и временем хвоста волны 20 мкс, а другая — прямоугольная волна длительностью 2 мс, как показано ниже. рисунок:


3,4 Максимум L имитация В Напряжение

Это относится к максимальному напряжению, которое может выдерживаться на обоих концах варистора и представляет напряжение, генерируемое на обоих заканчивается, когда заданный импульсный ток Ip проходит через варистор.

3,5 Максимум E Энергия (допустимое отклонение энергии)

Энергия, потребляемая варисторами, обычно рассчитывается по следующей формуле

W = kIVT (Дж)

I —— Пиковое значение текучести через варистор

В—— Напряжение на обоих концах варистора при протекании тока I через варистор

Т —— Длительность тока

к —— Коэффициент формы сигнала тока I

2 мс, прямоугольная волна k = 1

8/20 мкс волна k = 1.4

Волна 10/1000 мкс k = 1,4

При прямоугольной форме волны 2 мс варистор поглощает энергию до 330 Дж на квадратный сантиметр; когда волна 8/20 мкс, плотность тока может достигать 2000 А на кубический сантиметр, что указывает на то, что его пропускная способность и устойчивость к энергии очень велики.

Как правило, чем больше диаметр кристалла варистора, тем больше его допуск по энергии и больше выдерживаемый ток. При использовании варисторов мы также должны учитывать перенапряжение, которое часто имеет меньшую энергию, но более высокую частоту, например, перенапряжение в течение нескольких десятков секунд, одной или двух минут.В это время мы должны учитывать среднюю мощность, которую могут поглотить варисторы.

3,6 В Напряжение R atio

Это отношение значения напряжения, генерируемого при токе варистора 1 мА, к значению напряжения, генерируемому при токе варистора 0,1 мА.

3,7 Номинальное значение P ower

Максимальная мощность, которая может потребляться при указанной температуре окружающей среды.

3.8 Максимальный пиковый ток

Один раз: максимальное значение тока со стандартной формой волны 8/20 мкс и скоростью изменения напряжения варистора все еще в пределах ± 10%. 2 раза: Максимальное значение тока двойного удара с током стандартной формы волны 8/20 мкс. Интервал времени между двумя ударами составляет 5 минут, при этом скорость изменения напряжения варистора все еще находится в пределах ± 10%.

3.9 Коэффициент остаточного напряжения

Когда ток, протекающий через варистор, имеет определенное значение, напряжение, генерируемое на обоих концах варистора, называется остаточным напряжением. Коэффициент остаточного напряжения относится к отношению остаточного напряжения к номинальному напряжению.

3.10 Ток утечки

Ток утечки, также известный как ток ожидания, относится к току, протекающему через варистор при заданной температуре и максимальном постоянном напряжении.

3.11 Температурный коэффициент напряжения

Температурный коэффициент напряжения относится к скорости изменения номинального напряжения варистора в указанном диапазоне температур (20 ~ 70 ℃). То есть относительное изменение двух концов варистора, когда ток через варистор остается постоянным, а температура изменяется на 1 ℃.

3.12 Текущий температурный коэффициент

Он относится к относительному изменению тока, протекающего через варистор, когда напряжение на обоих концах варистора остается постоянным, а температура изменяется на 1 ℃.

3.13 Коэффициент нелинейности напряжения

Это отношение значения статического сопротивления к значению динамического сопротивления варистора при заданном приложенном напряжении.

3.14 Сопротивление изоляции

Это значение сопротивления между выводным проводом (выводом) варистора и изолирующей поверхностью резистора.

3,15 Статическая емкость

Это относится к внутренней емкости самого варистора.


IV Тип s из V aristor

Варисторы можно классифицировать по компоновке, производственному процессу, применяемым материалам и вольт-амперным характеристикам.

4.1 Классификация по схеме

Его можно разделить на варистор перехода, варистор объемного слоя, варистор одночастичного слоя, варистор тонкой пленки и так далее.

4.2 Классификация по материалам применения

Его можно разделить на варистор из оксида цинка, варистор из карбида кремния, варистор из оксида металла, варистор из германия (кремния), варистор из феррита бария и т. Д.

4.3 Классификация по вольтамперным характеристикам

Его можно разделить на симметричный варистор (без полярности) и несимметричный варистор (с полярностью).


В Выбор с варисторов

При выборе варистора необходимо учитывать особые условия цепи. Как правило, следует соблюдать следующие принципы.

5.1 Выбор напряжения варистора V1mA

В зависимости от напряжения источника питания, напряжение источника питания, непрерывно подаваемое на варистор, не может превышать значение «максимального непрерывного рабочего напряжения», указанное в спецификации.То есть максимальное рабочее напряжение постоянного тока варистора должно быть больше, чем рабочее напряжение постоянного тока VIN линии питания (сигнальной линии), которое составляет VDC ≥ VIN; Для выбора варистора источника питания 220 В переменного тока необходимо полностью учитывать диапазон колебаний рабочего напряжения электросети, а для выбора значения напряжения варистора варистора должно быть достаточно допуска для выбора. варистора. Общее колебание внутренней электросети составляет 25%.Следует выбрать варистор с напряжением от 470 В до 620 В. Выбор варистора с более высоким напряжением может снизить частоту отказов и продлить срок службы, но остаточное напряжение немного увеличивается.

5.2 Выбор расхода

Номинальный разрядный ток варистора должен быть больше, чем импульсный ток, необходимый для выдерживания, или максимальный импульсный ток, который может возникнуть во время работы оборудования. Номинальный ток разряда должен быть рассчитан в соответствии со значением более 10 ударов на кривой долговечности варистора, что составляет около 30% (0.3IP) максимальной скорости импульсного потока.

5.3 Выбор напряжения фиксации

Напряжение фиксации варистора должно быть меньше максимального напряжения (безопасного напряжения), которое может выдержать защищаемый компонент или устройство.

5.4 Выбор CP

Для высокочастотных сигналов передачи Cp должно быть меньше, и наоборот.

5.5 Сопоставление сопротивлений

Соотношение между внутренним сопротивлением R (R≥2Ω) защищаемого компонента (цепи) и переходным внутренним сопротивлением Rv варистора: R≥5R.Для защищаемых компонентов с малым внутренним сопротивлением по возможности используйте варистор с большой емкостью, не влияя на скорость передачи сигнала.


VI Расчет В Арстор В Напряжение

6,1 Обычно C рассчитано с U1mA 9 = KUac 900 U1mA 9 = KUac 900 мА — коэффициент, связанный с качеством электроэнергии. Как правило, K = (2 ~ 3), города с лучшим качеством электроэнергии могут принимать меньшие, а сельские районы с низким качеством электроэнергии (особенно в горных районах) должны занимать более крупные; Uac — среднеквадратичное значение напряжения источника питания переменного тока.Для молниеотвода 220–240 В переменного тока подходит варистор на напряжение 470–620 В. Выбор варистора с более высоким напряжением может снизить частоту отказов и продлить срок службы, но остаточное напряжение немного увеличивается.

Общий расчет напряжения варистора

6,2 Расчет номинального тока разряда

Номинальный ток разряда варистора должен быть больше, чем импульсный ток, необходимый для выдерживания, или максимальный импульсный ток, который может возникнуть во время работы оборудования.Номинальный ток разряда должен быть рассчитан в соответствии со значением более 10 ударов на кривой долговечности варистора, что составляет около 30% (0,3IP) от максимальной скорости импульсного потока.

Расчет номинального тока разряда

6,3 Параллельный C Подключение В резисторов

Когда варистор не соответствует требованиям по току, кратный номинальный разряд варистора следует использовать параллельно.Иногда, чтобы снизить предельное напряжение и обеспечить соответствие номинального тока разряда требованиям, несколько варисторов также используются параллельно. Важно отметить, что при параллельном использовании варисторов необходимо строго выбирать параметры (например, ΔU1mA≤3V , Δα≤3) для согласования, чтобы обеспечить равномерное распределение тока.

Параллельное соединение варисторов


VII Функции варистора

Самая большая характеристика варистора заключается в том, что когда приложенное к нему напряжение ниже его порогового значения «UN», ток, протекающий через него, чрезвычайно мал , что эквивалентно закрытому клапану.Когда напряжение превышает UN, его значение сопротивления уменьшается, что вызывает скачок тока, протекающего через него, и мало влияет на другие цепи, тем самым уменьшая влияние перенапряжения на последующие чувствительные цепи. С помощью этой функции можно подавить аномальные перенапряжения, которые часто возникают в цепях, и защитить цепи от перенапряжений.

Функция защиты варистора получила широкое распространение. Например, в силовой цепи домашних телевизоров используется варистор для выполнения функции защиты от перенапряжения.Когда напряжение превышает пороговое значение, варистор отражает свою фиксирующую характеристику, снижает чрезмерно высокое напряжение и заставляет пост-каскадную схему работать в безопасном диапазоне напряжений.

Варисторы в основном используются для защиты от переходных перенапряжений в схемах, но из-за их аналогичных вольт-амперных характеристик полупроводниковым регуляторам они также выполняют множество функций компонентов схемы. Например, варистор представляет собой своего рода стабилизатор постоянного тока высокого напряжения и небольшого тока, а стабильное напряжение может достигать тысяч вольт, что недостижимо для кремниевого регулятора; варистор может использоваться как компонент обнаружения флуктуации напряжения; может использоваться как элемент сдвига уровня постоянного тока; может использоваться как флюоресцентный стартовый элемент; может использоваться как элемент выравнивания напряжения.


VIII Основные области применения варисторов

8.1 Lightning P rotection

Удары молнии могут вызвать атмосферные перенапряжения, которые в основном относятся к индуктивным перенапряжениям. Перенапряжение, возникающее в результате удара молнии в линии передачи, называется прямым перенапряжением молнии, и его значение напряжения особенно велико, что может нанести большой вред при напряжении 102 ~ 104 В.Поэтому для наружных систем электроснабжения и электрооборудования необходимо принимать меры по предотвращению перенапряжения. Использование варисторных разрядников из ZnO очень эффективно для устранения атмосферных перенапряжений. Обычно он подключается параллельно к электрическому оборудованию. Если электрическое оборудование требует низкого остаточного напряжения, можно использовать многоуровневую защиту.

Ниже приведены несколько распространенных схем защиты, в которых используются разрядники из ZnO для устранения атмосферных перенапряжений: рис. (а) — способ подключения разрядника из ZnO для трехфазного электрооборудования, рис.(b) — способ подключения разрядника из ZnO для системы управления электромагнитным клапаном, а на рис. (c) — способ подключения разрядника из ZnO между источником питания и нагрузкой.

Молниезащита

8.3 Защита переключателя

Когда цепь с индуктивной нагрузкой внезапно отключается, ее перенапряжение может в несколько раз превышать напряжение источника питания. Перенапряжение может вызвать дугу и искровой разряд между контактами, что может повредить контакты, такие как контакторы, реле и электромагнитные муфты, и сократить срок службы устройства.Варистор имеет шунт для высоких напряжений, поэтому его можно использовать для защиты контактов, предотвращая искровые разряды в момент разрыва контакта. Способ подключения варисторного защитного выключателя или контакта показан на рисунке ниже. Когда варистор подключен параллельно катушке индуктивности, сухое напряжение переключателя и сухое напряжение варистора являются суммой остаточного напряжения варистора. Энергия, поглощаемая варистором, — это энергия, запасенная катушкой индуктивности. Когда варистор подключен параллельно переключателю, перенапряжение на переключателе равно остаточному напряжению варистора, а энергия, поглощаемая варистором, немного больше, чем энергия, запасенная в катушке индуктивности.

Защита переключателя

8.4 Защита устройства

Чтобы предотвратить возгорание полупроводниковых устройств из-за перенапряжения, возникающего по каким-либо причинам, для их защиты часто используются варисторы. На рисунке ниже показана схема применения транзистора защиты варистора. Повреждение транзистора из-за перенапряжения может быть эффективно подавлено между коллектором и эмиттером транзистора или варистором первичного шунта трансформатора.При нормальном напряжении варистор находится в состоянии высокого импеданса с минимальным током утечки. Под воздействием перенапряжения варистор быстро переходит в состояние с низким импедансом, и энергия перенапряжения поглощается варистором в виде тока разряда. После прохождения скачка напряжения, когда схема или компонент подвергается действию нормального напряжения, варистор возвращается в состояние высокого импеданса.

Защита устройства


Вам также может понравиться:

Как проверить различные типы резисторов с помощью указательного мультиметра?

Как проверить сопротивление заземления?

Что такое гигантское магнитосопротивление (ГМС)?

Подтягивающий резистор и понижающий резистор

Символ, рабочий, типы и приложения

Варистор — обозначение, работа, типы и применение

Компактный резистор, резистор используется во многих схемах и во многих формах, так что это почти вездесущий электрический компонент.От самых простых постоянных резисторов, у которых сопротивление остается неизменным, до различных типов переменных резисторов, сопротивление которых изменяется в зависимости от различных факторов. Переменные резисторы бывают разных типов; есть такие, в которых эффективная длина резистивной полосы играет роль в изменении резисторов, таких как потенциометры и реостаты, а есть другие наборы переменных резисторов, где ручное изменение сопротивления невозможно, скорее они чувствительны к физическим факторам, таким как как температура, напряжение, магнитное поле и т. д.

В предыдущих статьях мы уже обсуждали переменный резистор, сопротивление которого можно изменять вручную (например, потенциометр и реостаты).

Эта статья познакомит вас с миром резисторов, зависящих от напряжения, известных как варисторы.

Что такое варистор?

Варистор — это переменный резистор, сопротивление которого зависит от приложенного напряжения. Название было придумано лингвистической смесью слов; «Варьирующий» и «резисторный».Они также известны под названием VDR [резисторы, зависимые от напряжения] и имеют неомические характеристики. Поэтому они относятся к резисторам нелинейного типа.

В отличие от потенциометров и реостатов, где сопротивление изменяется от минимального до максимального значения, здесь, в Варисторе, сопротивление изменяется автоматически при изменении приложенного напряжения. Этот варистор имеет два полупроводниковых элемента и обеспечивает защиту от перенапряжения в цепи, аналогичной стабилитрону.

Так как же изменение приложенного напряжения влияет на его сопротивление? Что ж, ответ кроется в его составе.Поскольку он изготовлен из полупроводникового материала, его сопротивление падает с увеличением напряжения на нем. Когда происходит чрезмерное увеличение напряжения, сопротивление на нем многократно уменьшается. Такое поведение делает их хорошим выбором для защиты от перенапряжения в чувствительных цепях.

Варисторы

Кредит изображения

Реальный варистор показан на рисунке выше. Вы можете спутать их с конденсаторами. Однако между варисторами и конденсаторами нет ничего общего, кроме их размера и конструкции.

Варистор используется для подавления напряжения, в то время как конденсатор не может выполнять такие функции.

Символ варистора

Вначале варистор был представлен как два диода, размещенных противопараллельно друг другу, как показано на рисунке, из-за его диодно-подобного поведения в обоих направлениях протекания тока. Однако теперь этот символ используется для DIAC. В современных схемах ниже показан символ варистора.

Варистор — обозначение цепи

Варистор — стандартное обозначение

Вы можете задаться вопросом, как варистор помогает в подавлении переходных процессов напряжения в цепи? Чтобы понять это, давайте сначала разберемся, что является источником переходного напряжения.Происхождение напряжения Переходные процессы в электрических цепях и источниках не зависят от того, работают ли они от источника переменного или постоянного тока, поскольку они происходят из самой цепи или передаются от любых внешних источников. Эти переходные процессы приводят к увеличению напряжения до нескольких тысяч вольт, что может оказаться катастрофическим для схемы.

Следовательно, эти переходные процессы напряжения необходимо подавлять.

Эффект L (di / dt), который вызывается переключением индуктивных катушек, токами намагничивания трансформатора и другими приложениями переключения двигателей постоянного тока, является наиболее распространенным источником переходных процессов напряжения.

На рисунке ниже показана форма волны переходного процесса переменного тока.

Переходная форма волны переменного тока варистора

Подключить варистор в цепь можно следующим образом:

  • В цепях переменного тока: фаза-нейтраль или фаза-фаза
  • В цепях постоянного тока: положительный полюс на отрицательный.

А как насчет сопротивления варистора? Следующий раздел посвящен этому.

СТАТИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ И НАПРЯЖЕНИЕ ВАРИСТОРА:

Название «Варистор» предполагает устройство, которое обеспечивает сопротивление, такое как потенциометр или реостат, однако фактическая функция варистора полностью отличается от них.

Во-первых, изменение сопротивления не может быть выполнено вручную, как в кастрюле или реостате. Во-вторых, при нормальном рабочем напряжении сопротивление варистора очень велико. Поскольку это напряжение начинает резко возрастать, в основном из-за переходных процессов напряжения, возникающих в цепи или индуцированных внешним источником, сопротивление начинает быстро уменьшаться.

Соотношение между статическим сопротивлением и напряжением на варисторе показано на рисунке ниже.

Варистор — статическое сопротивление VS напряжение

Работа варистора

Чтобы объяснить работу варистора, давайте воспользуемся его характеристикой VI, показанной на рисунке ниже, чтобы лучше понять его.

Вольт-амперные характеристики варистора

Кривая ВАХ варистора аналогична характеристике стабилитрона. Он двунаправлен по своей природе, поскольку мы видим, что он действует как в первом, так и в третьем квадранте.Эта особенность позволяет подключать его к цепи с источником переменного или постоянного тока. Для источника переменного тока это подходит, поскольку он может работать в любом направлении или полярности синусоидальной волны.

Напряжение фиксации или напряжение варистора, показанное на рисунке, определяется как напряжение, до которого ток через варистор очень мал, в основном порядка нескольких миллиампер. Этот ток обычно называют током утечки. Это значение тока утечки связано с высоким сопротивлением варистора, когда на варистор подается напряжение ограничения.

Теперь, глядя на характеристику VI, мы видим, что, когда напряжение на варисторе превышает напряжение ограничения, происходит резкое увеличение тока.

Это происходит из-за внезапного уменьшения сопротивления в результате явления, называемого лавинным пробоем, когда выше порогового напряжения (в данном случае напряжения ограничения) электроны начинают быстро течь, тем самым уменьшая сопротивление и увеличивая ток через варистор.

Это помогает во время переходных процессов напряжения, поскольку, когда в цепи наблюдается высокое переходное напряжение, напряжение на варисторе увеличивается до значения, превышающего его номинальное (фиксирующее) напряжение, что, в свою очередь, увеличивает ток и действует как проводник.

Еще одна особенность варистора, которую можно увидеть из характеристик VI, заключается в том, что даже при увеличении тока напряжение на нем остается почти равным напряжению ограничения. Это означает, что он действует как саморегулятор даже в случае скачка напряжения, что делает его более подходящим для того же, поскольку он контролирует повышение напряжения во время такого события.

Крутая нелинейная кривая указывает на то, что через варистор могут проходить чрезмерные токи в очень узком диапазоне напряжения (что указывает на его саморегулирующиеся свойства) и отсекать любые всплески напряжения.

Емкость варистора

Как обсуждалось в предыдущих разделах, изолирующее состояние варистора означает, что приложенное к нему напряжение равно или меньше напряжения ограничения.

Варистор в непроводящем или изолирующем состоянии действует скорее как конденсатор, чем как резистор. Поскольку полупроводниковый корпус варистора действует как изолятор в изолирующем состоянии, его можно рассматривать как диэлектрический материал, а два вывода можно рассматривать как два электрода.

Таким образом, это означает, что любой варистор в непроводящем состоянии будет иметь емкость, которая пропорциональна площади полупроводникового тела и обратно пропорциональна его толщине.

Однако, когда варистор испытывает скачок напряжения на нем, он теряет свои изолирующие свойства и начинает проводить. В этом случае он больше не обладает емкостью.

Итак, возвращаясь к конденсаторному поведению варистора, возникает один главный вопрос.Одинаков ли он для цепей переменного и постоянного тока?

Ответ на этот вопрос заключается в частоте этих цепей. Как мы знаем, в цепи постоянного тока частота не играет никакой роли. Следовательно, емкость сохраняется до тех пор, пока напряжение не станет равным или меньше номинального напряжения.

В цепях переменного тока дело обстоит иначе. Здесь важную роль играет частота. Таким образом, в непроводящей области емкость варистора влияет на его сопротивление.

Поскольку эти варисторы обычно подключаются параллельно защищаемому электронному устройству, сопротивление утечки падает с увеличением частоты.Результирующее параллельное сопротивление и частота имеют линейную зависимость.

Для цепей переменного тока емкостное сопротивление определяется по формуле

  X  C  = 1 / (2Pi.fC) 

Где f = частота цепи, C = емкость. 

Таким образом, в этих цепях ток утечки увеличивается с увеличением частоты.

Теперь давайте кратко обсудим важные типы варисторов.

Типы варисторов

Тип варистора зависит от типа материала его корпуса.Ниже описаны два наиболее распространенных типа варисторов.

  1. Варистор из карбида кремния : Как можно догадаться по названию, корпус варистора изготовлен из карбида кремния (SiC). Когда-то он широко использовался, прежде чем новый MOV появился на рынке. Сейчас они интенсивно используются в приложениях с высокой мощностью и высоким напряжением. Однако они потребляют значительный ток в режиме ожидания, и это главный недостаток варистора этого типа. В связи с этим требуется последовательный разрыв для ограничения энергопотребления в режиме ожидания.
  2. Металлооксидные варисторы (MOV) : Поскольку SiC варисторы имели некоторые серьезные недостатки, был разработан другой тип варисторов — металлооксидные варисторы. Он обеспечивает очень хорошую защиту от переходных процессов напряжения и сейчас довольно популярен.

Здесь корпус сделан из оксида металла, в основном из зерен оксида цинка. Они прессуются в виде керамической массы с 90% зерен оксида цинка и 10% других оксидов металлов, таких как кобальт, висмут и марганец.

Затем он помещается между двумя металлическими пластинами.10% оксидов металлов кобальта, висмута и марганца действуют как связующий агент для зерен оксида цинка, так что они остаются неповрежденными между двумя металлическими пластинами. Соединительные клеммы или выводы подключаются к двум металлическим пластинам.

На рисунке ниже показана внутренняя структура MOV.

Металлооксидный варистор — внутренняя структура

Основным преимуществом MOV перед варистором из карбида кремния является низкий ток утечки. MOV имеет очень низкий ток утечки при нормальных условиях эксплуатации.

Также MOV имеет очень высокие уровни нелинейных характеристик тока и напряжения.

Одним из недостатков этого типа является то, что импульсный ток зависит от ширины переходного импульса и количества повторений импульсов. Таким образом, для переходного импульса с большой шириной импульса импульсный ток будет расти и может вызвать проблемы с нагревом.

Однако этого нагрева можно избежать, рассеивая энергию, поглощаемую переходным импульсом.

На рынке присутствует еще один важный тип варистора, известный как SMD или варистор для поверхностного монтажа.Давайте обсудим их в следующем разделе.

Варистор устройства поверхностного монтажа

Они похожи на все другие варисторы, в основном используются в схемах защиты. Корпус может быть из оксида металла или карбида кремния. Основное различие между этими варисторами и традиционными варисторами заключается в том, что они небольшие по размеру и построены с использованием технологии поверхностного монтажа. Это означает, что эти устройства могут быть легко подключены к печатной плате, поскольку их выводы меньше по размеру или у них есть контакты, припаянные к контактным площадкам на поверхности платы, что устраняет необходимость в отверстиях в печатной плате.

Некоторые из популярных варисторов SMD включают: серия AUML — многослойный ограничитель скачков напряжения, серия MLA AUTO — серия Littelfuse MLA для автомобильного многослойного варистора (MLV),

Некоторые образцы SMD показаны на рисунке ниже:

Варистор SMD

Изображение кредита

Заключение:

Термин «варисторы» представляет собой объединение двух терминов «переменные» и «резисторы». Хотя название предполагает, что это устройство будет работать как потенциометр или реостат, его работа совершенно другая.Здесь сопротивление изменяется в зависимости от напряжения.

Основное применение варистора — защита цепей от скачков напряжения.

Полупроводниковый корпус варисторов помогает тому же. Как и стабилитрон, характеристика VI варистора показывает скачок тока после определенного порогового напряжения. Это пороговое напряжение называется номинальным напряжением или напряжением ограничения. Когда напряжение, приложенное к варистору, намного ниже или равно напряжению ограничения, варистор имеет высокое сопротивление и, следовательно, считается изолирующим.Однако, когда это напряжение превышает напряжение зажима, сопротивление падает в результате лавинного пробоя в корпусе полупроводника. В этом случае говорят, что варистор находится в проводящем состоянии.

На рынке доступны два основных типа варисторов, а именно варисторы из карбида кремния и оксида металла. Карбид кремния был постепенно заменен варисторами на основе оксида металла, поскольку первый имел довольно высокий ток утечки.

Варисторы

также доступны в устройстве для поверхностного монтажа, что упрощает их изготовление в схемах печатных плат.

% PDF-1.3 % 30 0 объект > эндобдж xref 30 27 0000000016 00000 н. 0000000904 00000 н. 0000000997 00000 н. 0000001482 00000 н. 0000001636 00000 н. 0000001887 00000 н. 0000002098 00000 н. 0000002284 00000 н. 0000002323 00000 н. 0000002372 00000 н. 0000002909 00000 н. 0000003131 00000 п. 0000003180 00000 н. 0000006182 00000 н. 0000006402 00000 н. 0000006841 00000 н. 0000015160 00000 п. 0000015238 00000 п. 0000040468 00000 п. 0000049032 00000 н. 0000051710 00000 п. 0000065215 00000 п. 0000065929 00000 п. 0000066668 00000 п. 0000124790 00000 н. 0000001151 00000 н. 0000001461 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 31 0 объект > эндобдж 32 0 объект \ n ۉ ac ؠ Fo \\ V ؉ l) / U (J * RHy3̧Ag «: = \)) / П-12 / V 1 / Длина 40 >> эндобдж 55 0 объект > поток \п] yĽQ; һN? çG {T & @ kC &&)%> B40`P͜vg-J «U_VKh [KsEϬʝ 6? * LLrͼ,; v \ G: Z $ e0h ~! Gu & H6 ! 6} gU; 2 + p³ & hQtBG / ruvm конечный поток эндобдж 56 0 объект 218 эндобдж 33 0 объект > эндобдж 34 0 объект > / XObject> / ExtGState> / ColorSpace> >> эндобдж 35 0 объект > эндобдж 36 0 объект > эндобдж 37 0 объект [ / ICCBased 49 0 R ] эндобдж 38 0 объект [ / Индексировано 37 0 R 255 52 0 R ] эндобдж 39 0 объект > эндобдж 40 0 объект > эндобдж 41 0 объект [ / Индексировано 37 0 R 255 51 0 R ] эндобдж 42 0 объект > поток &; yc = Rf0 | ig غ U> 1 w C% {® | #}? WjMfet, 8K ݓ FA) & n02iJ rC۹ * s +} J> AK ‘& 4Q ކ aUWWca] «0PIO} BH` | V ~ xcH7 * AE ޝ d7> & Lk ^ \ trdr $ ʾRwd_e8: IxS — (> y, R ש 1 W! G (, w 3 ‘/ mkD ث! B ڥ k8Hzqy {Kʂz, Tj0 ߄ rKw_Jtk ׀ X + — .fST / u * {ѵD’O, [咎 V! Rd ‘{- * aD _ #,? _ 8 掔 WY?}! sii3 †

Варисторы: броня для ваших схем

[Изображение вверху] Как предотвратить перегорание электроники? С момента их коммерческого внедрения в 1970-х годах варисторы являются предпочтительными устройствами для защиты чувствительных электронных схем. Предоставлено: тепловая проблема, Flickr (CC BY-NC-SA 2.0)


Запахи вызывают сильные воспоминания. Сладкий запах печенья с шоколадной крошкой: хорошие воспоминания. Сладкий фенольный запах перегрева электрических цепей: не очень хорошо.

Как броня защищает владельца от оружия, используются специальные устройства для защиты электрических цепей от высокого напряжения и больших токов. К таким устройствам относятся предохранители, автоматические выключатели и переменные резисторы на основе оксидов металлов (MOV).

MOV

, также называемые варисторами, являются предпочтительными устройствами для чувствительных электронных схем с момента их коммерческого внедрения в 1970-х годах. При низких приложенных напряжениях варисторы представляют собой омические элементы с высоким сопротивлением, что означает, что ток через них практически не протекает.Но как только пороговое напряжение, также известное как напряжение фиксации или напряжение пробоя, превышено, варистор переключается на элемент с высокой проводимостью, который позволяет току обходить чувствительную электронику, подобно тому, как водослив откачивает излишки воды из плотины в условиях паводка. Как только напряжение падает ниже порогового уровня, варистор возвращается в резистивное состояние.

Эта коммутационная способность дает два очевидных преимущества по сравнению с предохранителями или автоматическими выключателями:

  1. Схема продолжает работать даже в неидеальных условиях.
  2. Для перезагрузки системы ручное вмешательство не требуется.

Несмотря на то, что технологии MOV уже более 40 лет, исследования по-прежнему активно ведутся сегодня, чтобы улучшить как производство, так и производительность.

Критерии эффективности варисторов

MOV обычно состоят из оксида цинка, легированного висмутом, кобальтом, марганцем и другими функциональными оксидами металлов. Как и в случае с большинством керамических устройств, производители стремятся снизить производственные температуры и продолжительность цикла, чтобы использовать меньше топлива и более дешевые материалы для электрических контактов, одновременно увеличивая темпы производства.Температура спекания до 1250 ° C требует использования дорогих контактных материалов, таких как палладий. Снижение температуры спекания ниже 950 ° C позволяет использовать вместо этого серебро.

Недавние статьи, опубликованные в журналах ACerS International Journal of Applied Ceramic Technology (ACT) и International Journal of Ceramic Engineering and Science (IJCES), подробно описывают эксперименты, направленные на улучшение обработки за счет использования добавок, наноразмерных материалов и передовых методов спекания. .Эти журналы также включают исследования по улучшению характеристик варисторов.

К счастью, основные критерии эффективности варисторов легко описываются и измеряются с помощью вольт-амперных экспериментов. Один из таких графиков с использованием данных из опубликованной в открытом доступе статьи «Металлооксидные варисторы с превосходными характеристиками с наноразмерными свойствами», опубликованной в IJCES , показан ниже.

Измерения напряжения-тока для одного состава варистора, усиленного с использованием различных профилей двухступенчатого спекания.Предоставлено: Дэниел К. Тан, Международный журнал керамической инженерии и науки (CC BY 4.0).

Регион I — область омического резистора. Чем выше омическое сопротивление, тем ниже ток утечки (ток, протекающий через резистор при напряжениях менее уровень разбивки). Высокие токи утечки тратят впустую энергию, приводя к дополнительным тепло и меньшее время автономной работы. Почти идеальный варистор показывает почти десятикратное более низкие токи утечки, чем в типичных варисторах.

Область II — это область ограничения проводимости или напряжения. Чем меньше крутизна в этой области, тем быстрее варистор реагирует на перенапряжения. Наклон, или, вернее, обратное значение наклона, определяет коэффициент нелинейности α . Более высокое значение α означает лучшее время отклика и лучшую защиту, поскольку дрейф от перенапряжения минимален.

Другой параметр в области II — это абсолютное значение напряжения ограничения. Для при заданном составе зажимное напряжение обратно пропорционально размером с зернышко.Другими словами, большие зерна приводят к более низкому напряжению зажима. В поведение варисторов зависит от толщины, состава и количества границ зерен в заданном объеме. И хотя крупные зерна приводят к более низкому количество границ зерен и, следовательно, более низкое напряжение зажима, вариации в гранулометрический состав и плотность / пористость керамики приводят к вариациям в токе утечки и альфа-коэффициенте.

Авансы в варисторной обработке и исполнении

В статье «Низкотемпературное спекание и электрические свойства многослойных варисторов на основе ZnO, легированных стеклом BBSZ», исследователи под руководством Юаньсюня Ли из Университета электронных наук и технологий Китая исследовали эффекты добавления стекла, состоящего из оксидов висмута, бора, кремния и цинка при спекании многослойного MOV-устройства.Стекло улучшает жидкофазное спекание. Исследователи получили керамику высокой плотности при температурах ниже 950 ° C. Они достигли лучших результатов при 3% -ной загрузке стекла при температуре 925 ° C, с самыми низкими токами утечки и значениями α выше 40, что сопоставимо с характеристиками коммерческих устройств.

В статье «Варисторы на основе оксидов металлов с превосходными характеристиками» Дэниел Тан из Израильского технологического института провинции Гуандун Технион сосредоточился на использовании наноразмерных порошков при изучении передовых методов спекания.Его работа привела к более мелким зернам (от менее 1 до 3 микрометров по сравнению с 7-15 микрометрами для коммерческих порошков) и, следовательно, к более высоким значениям пробивных напряжений. Используя традиционное спекание без ограничений в атмосфере воздуха, наноразмерные материалы, спеченные при 1050 ° C, показали характеристики, сопоставимые с коммерческими материалами MOV, спеченными при 1200 ° C. Добавление дополнительного оксида висмута для улучшения жидкофазного спекания значительно улучшило альфа (почти до 80), но снизило напряжение зажима, последнее из которых связано с большим количеством границ зерен на единицу объема.

Используя спекание с усилением микроволн, Тан не заметил существенных улучшений цикла спекания или производительности MOV. Однако результаты искрового плазменного спекания (SPS) интересны и сложны. Дефицит кислорода во время SPS был существенным фактором. Тан преодолел дефицит кислорода за счет частичного спекания с помощью SPS и второго спекания на воздухе. Наилучшие характеристики были достигнуты при второй стадии спекания при 950 ° C, с очень высоким напряжением зажима, очень низкими токами утечки и α около 50.

Для подробнее об этих улучшениях читайте полные статьи по ссылкам ниже.

«Низкотемпературное спекание и электрические свойства многослойных варисторов на основе ZnO, легированных стеклом BBSZ», доступно сейчас в Интернете (DOI: 10.1111 / ijac.13367) и скоро будет опубликовано в специальном выпуске International Journal of Applied Ceramic Technology , посвященная работе, представленной на Международной конференции и выставке по керамическим межсоединениям и технологиям керамических микросистем в 2019 году (CIMCT-2019).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*