особенности проверки и применения (2012)
«Варисторные ограничители импульсных перенапряжений ОПС1 давно и с успехом используются для построения защит и предотвращения повреждений сетей электропитания и электроустановок от опасных перенапряжений. Прошу рассказать подробнее, каким образом работает эта защита и что представляет собой варистор?»
Олег КАЛИКА, г. Мариуполь, Украина
ОПС1 относится к устройствам защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) и применяется для защиты электросети от кратковременных, чрезвычайно высоких для данной электросети напряжений, возникающих между фазами либо между фазой и землей. Причины возникновения импульсных перенапряжений могут находиться как внутри электросети, так и вне нее. Внутренними источниками импульсных перенапряжения являются, как правило, коммутации реактивных нагрузок, электростатический разряд, пробой изоляции и т.п. Особенную опасность при этом представляют импульсы, возникающие при отключении индуктивной нагрузки, так как при коммутации вся запасенная энергия «выбрасывается» в сеть в виде высоковольтного импульса.
Существует несколько типов устройств защиты от импульсных перенапряжений: разделительные трансформаторы, разрядники, защитные диоды. Если говорить о самом распространенном УЗИП для бытового применения в распределительных щитах, вводных распределительных устройствах жилых и промышленных помещений, то это, несомненно, устройства на базе варисторов. Основным преимуществом такого типа УЗИП являются небольшие габаритные размеры, отсутствие выброса горячего газа при срабатывании защиты, а так же простота применения.
Что такое варистор?
Варистор — это полупроводниковый резистор, сопротивление которого зависит от приложенного напряжения. Одна из особенностей варистора — это нелинейная симметричная вольт-амперная характеристика (ВАХ) (см.
рис. 1).
То есть при приложении к варистору небольшого напряжения, ток через варистор не протекает, но если постепенно повышать напряжение, то наступит момент, при котором ток через варистор начинает проходить. Именно эту особенность варистора и используют для защиты от импульсных перенапряжений.
Для изготовления варисторов используются полупроводниковые материалы с высокой стабильностью при повышенных температурах, так как при работе варистора вся мощность выделяется в малом объеме. Существуют несколько типов варисторов, однако самыми распространенными являются два типа: варисторы, изготавливаемые с применением карбида кремния SiC и варисторы, изготавливаемые с применением оксида цинка ZnO. Варисторы, изготовленные на основе оксида цинка, обладают вольт-амперной характеристикой с высокой нелинейностью, однако значительно более сложны в изготовлении по сравнению с варисторами на основе карбида кремния.
Принцип работы варистора
Чтобы лучше понять, как работает варистор, рассмотрим технологию его изготовления на примере карбид-кремниевых варисторов (так как, напомню, технология изготовления варисторов с оксидом цинка существенно сложнее).
Для изготовления карбид-кремниевых варисторов используют полупроводниковый карбид кремния SiC с нелинейной вольт-амперной характеристикой. Карбид кремния размалывают в порошок до размеров кристаллов в несколько десятков микрометров, и этот порошок используют в качестве основы варистора. Сам по себе порошок уже обладает нелинейной ВАХ, однако эта нелинейность крайне нестабильна, и сильно зависит от степени сжатия порошка, размера частиц порошка, меняется при тряске и т. п. Для стабилизации параметров порошок скрепляют связующим веществом — глиной, стеклом, смолой. Порошкообразный карбид кремния и связующее вещество запрессовывают в форму и спекают при высоких температурах. Поверхность прессованного образца металлизируют и припаивают к ней выводы. Внешне варисторы оформляются в виде стержней или дисков.
Нелинейность вольт-амперной характеристики варистора связана с процессами, происходящими при протекании тока в местах контактов поверхностей кристаллов карбида кремния.
Таким образом, при построении защиты от импульсных перенапряжений необходимо выбирать такие варисторы, которые не будут пропускать через себя ток при номинальном напряжении электроустановки.
А при повышении напряжения будут «открываться», пропуская опасный импульс напряжения через себя, тем самым защищая установку.
При длительной работе варистора в составе ограничителя импульсных перенапряжений неизбежна деградация рабочих характеристик и изменения вольт-амперной характеристики. Причинами таких изменений являются длительное приложение номинального напряжения и импульсные воздействия.
При режиме длительного приложения номинального напряжения изменение характеристик обусловлено длительной работой варистора на номинальном напряжении и номинальной частоте. За изменения характеристик варистора при таком режиме работы отвечает связующее вещество, которое связывает кристаллы карбида кремния.
Импульсные воздействия на варистор. В процессе эксплуатации ограничитель и входящий в состав варистор, неоднократно подвергаются грозовым и коммутационным воздействиям, что, несомненно, приводит к ухудшению вольт-амперной характеристики.
Испытание классификационного напряжения
Измерение классификационного напряжения является надежным способом отслеживания изменения вольт-амперной характеристики варистора. Классификационное напряжение Uk -это напряжение на выводах, при котором через варистор начинает протекает заданный ток. Как правило, для варисторов указывается классификационное напряжение, при котором через него проходит ток 1 мА.
То есть то напряжение, при котором варистор «открывается» и пропускает через себя опасный импульс напряжения, к примеру, для ВАХ варистора, изображенной на рис. 1, классификационное напряжение будет составлять 60 В.
В измерении классификационного напряжения нет ничего сложного. К ограничителю прикладывают напряжение и постепенно поднимают его до значения, при котором через варистор начнет протекать ток 1 мА.
Специалистами Технического департамента Группы компаний IEK были проведены статистические измерения классификационного напряжения для ограничителей ОПС1 торовой марки IEK®. Выборка составляла по 100 штук каждого типоисполнения ОПС1: ОПС1-В, ОПС1-С, 0nC1-D.
Измерение классификационного напряжения производилось двумя способами. Во-первых, на испытательном стенде для измерения классификационного напряжения ОПС1 завода-изготовителя. На этом стенде завод проводит стопроцентный контроль работоспособности всех изготавливаемых ограничителей перенапряжения. И, во-вторых, с помощью прибора Е6-24 производства НПФ «Радио-Сервис». Прибор представляет собой переносной мегаомметр с функцией измерения классификационного напряжения. Прибор производит измерение классификационного напряжения варисторов в автоматическом режиме, при подаче и плавном повышении постоянного напряжения и постоянном контроле тока, протекающего через варистор.
По результатам проведенных измерений классификационного напряжения были построены графики плотности вероятности значения классификационного напряжения для каждого типа ОПС1 (рис. 2). Различие в измеренных значениях классификационного напряжения двух приборов не превышает 1 процента и обусловливается погрешностями измерительного оборудования, входящего в состав приборов. Усредняя полученные данные и упрощая проведение проверки работоспособности ОПС1 для потребителя, можно принять следующие значения классификационного напряжения: ОПС1-В — 710 В, ОПС1-С — 670 В и ОПС1 — 420 В.
УЗО плюс варистор как вариант защиты от повышенного напряжения
Идея проста — варистор включается в диагональ УЗО, т. е. между правым (или левым) верхним и левым (или правым) нижним зажимами УЗО. При напряжении, превышающем порог открытия варистора, через варистор начинает протекать ток.
Этот ток УЗО воспринимает как ток утечки, и если он больше номинального тока срабатывания УЗО (например 30 мА), то УЗО срабатывает.
Точно также включается т. н. ДПН — датчик повышенного напряжения разработки МЭИ. Но ДПН надо ещё найти и купить (цена > 500 р), а варистор можно купить в любом радиомагазине за копейки. Вот это и подкупает.
Если решили сделать такую защиту, то первый вопрос, который встаёт перед вами — правильный выбор варистора. Варисторы отличаются прежде всего по классификационному напряжению. Классификационное напряжение (Uкл) — это напряжение постоянного тока, при котором варистор только-только начал открываться и ток через него достиг 1 мА. Как вы конечно же помните, переменное напряжение 220 В в розетке — это синусоида с амплитудой (220*1.41) В. Поэтому если выбрать порог срабатывания защиты в 250 В, то потребуется варистор с классификационным напряжением, равным 250*1.41=354 В. Вернее, не равным 354 В, а несколько меньше, т.
к. при 354 В через варистор потечёт ток 1 мА, а нам нужен ток 30 мА для срабатывания УЗО (если УЗО на 30 мА). Так насколько же меньше? Сразу трудно сказать, т. к. это зависит от крутизны ВАХ варистора, а ВАХ варистора зависит от мощности варистора. Чем мощнее варистор, тем меньше будет разница в вольтах между классификационным напряжением и напряжением, при которым ток через варистор достигнет 30 мА. Навскидку могу сказать, что у варистора на 40 Дж эта разница составляет примерно 5 вольт. В итоге нам нужен 40-джоулевый варистор на 350 вольт.
Но в магазине вам наверняка скажут, что нет варисторов на 350 В, а есть на 390, 360 и 330. Именно с таким шагом выпускаются варисторы и тут ничего не поделаешь. Поэтому берём варистор на 360 В как самый близкий к искомому. Но тут ещё одна засада — точность Uкл — 10%, т. е. при плохом раскладе можно нарваться на варистор Uкл= 360+36 или 360-36 В. Последнее гораздо хуже первого, т. к. порог срабатывания нашей защиты сдвигается в диапазон допустимых напряжений сети (220+-10%).
Поэтому берите уж сразу несколько варисторов, а требуемый варистор будем искать экспериментально, если конечно есть ЛАТР.
ЛАТР — это, как вы знаете, лабораторный автотрансформатор, он умеет повышать напряжение 220 В до нужного нам напряжения срабатывания защиты для отладки и проверки. Ещё понадобится вольтметр.
Итак, собираем схему. ЛАТР в розетку, выход ЛАТРА на УЗО, в диагонали УЗО — варистор. Вольтметр включаем на выход ЛАТРа, параллельно УЗО. Плавно поднимаем напряжение ЛАТРа до 250 и более вольт. Когда УЗО срабатывает, смотрим на вольтметр. Устраивает — оставляем этот варистор. Не устраивает — берём следующий. Не зацикливайтесь на цифре 250 В. Если защита благополучно срабатывает на 260 В, а варисторы кончились, то оставляйте 260! Вообще, выбор порога срабатывания тоже вопрос. В квартирах бывает и 250 В как норма. А большинство бытовых приборов выдерживает 260-270 В. В общем, думайте сами.
Если собранная вами защита работает и вам не приходится без конца бегать передёргивать УЗО, то вам повезло.
Бывает так, что УЗО оказывается слишком уж быстродействующим и в результате наша схема будет срабатывать от каждого «чиха» в сети. Т. е. выключили чайник или пылесос, прошёл всплеск — схема сработала. И так без конца.
Что такое варистор? (с картинками)
`;
Наука
Факт проверен
Варистор, также иногда называемый «зависимым от напряжения резистором», представляет собой часть электрической схемы, которая помогает направлять и отклонять напряжение, чтобы поддерживать постоянные уровни энергии, протекающие через него. Понимание специфики того, что он делает и как он функционирует, может быть сложным. Однако на самом общем уровне эти компоненты работают как внутренние устройства защиты от перенапряжений и помогают удерживать электрические токи внутри данного устройства.
Обычно они изготавливаются из металлических композитов, специально разработанных для поглощения и проведения электричества на определенных уровнях, хотя обычно они не считаются настоящими проводниками. Почти все современные электроприборы содержат их, и они, пожалуй, наиболее очевидны и наиболее важны в таких вещах, как генераторы и трансформаторы, которые получают регулярные скачки тока высокого напряжения.
Что он делает
Слово «варистор» представляет собой комбинацию слов «переменный» и «резистор», и, говоря простым языком, это именно то, что делает этот компонент: он сопротивляется электричеству в зависимости от того, сколько энергии проходит мимо, и интенсивности этой энергии.
Его основная роль заключается в том, чтобы действовать как более или менее искровой разрядник, который защищает печатные платы от неконтролируемого напряжения. Без них электрические токи могли бы свободно проходить через систему на высоких уровнях. Это может быть опасно для человека, а также может привести к «поджариванию» или повреждению самой печатной платы.
Эти компоненты часто очень малы, хотя их размер обычно зависит от типа устройства или устройства, с которыми возникает проблема. В небольших устройствах, таких как персональные компьютеры или домашняя электроника, они обычно не превышают 0,4 дюйма (1 см) в поперечнике, но в генераторах и трансформаторах они могут быть намного больше.
Большинство из них круглые, и у них обычно есть два контакта или штифта, которые выходят из них в печатную плату того, что они защищают. Многие из самых маленьких экземпляров имеют круглую форму и часто напоминают маленькие монеты или крошечные батарейки, хотя распространены и модели квадратной формы. Когда дело доходит до внешнего вида, существует много различий, и во многом это связано со спецификой использования. Небольшие личные устройства обязательно имеют другие потребности, чем более крупные и мощные устройства, такие как телекоммуникационные узлы и компьютерные серверы.
Наиболее распространенное использование
Большинство устройств, использующих электричество, нуждаются в подавлении напряжения, а это означает, что почти каждое электронное устройство, от будильника до промышленного оборудования, нуждается в переменном резисторе.
В небольших бытовых приборах этот компонент часто не очень заметен и часто работает в сочетании с другими мерами проверки напряжения, чтобы обеспечить базовую защиту от перенапряжения. Сетевые фильтры — длинные полосы розеток, которые подключаются к настенным розеткам, — одни из самых распространенных мест, где можно найти эти резисторы в доме. Однако более крупные машины, как правило, более явно зависят от них.
Такие вещи, как трансформаторы, телефонные коммутаторы и крупногабаритные механические устройства, часто зависят от мощных резисторов, чтобы предотвратить полное расплавление и опасные условия труда.
Варисторы в этих настройках имеют тенденцию быть немного более мощными и часто имеют возможность вызвать отключение всего устройства в случае обнаружения чрезмерно высоких напряжений. Обычно это требует немедленного ремонта и возможной замены сенсорного устройства, но в большинстве случаев может спасти устройство в целом.
Как это работает
На общем уровне эти компоненты функционируют путем шунтирования токов через ряд заряженных ионами частиц, зажатых между двумя противоположными металлическими пластинами для создания барьеров и соединений, эффективно направляющих токи в определенные места.
Наиболее распространенный тип известен как варистор на основе оксида металла или MOV. В примерах этой категории используются зерна оксида цинка для поглощения и более или менее улавливания протекающих токов, и заставляют эти токи течь только в одном направлении. Когда потоки возвращаются сами к себе, возникает повышенный риск возникновения проблем.
Зерна обычно сами по себе несут электрический заряд, что помогает, когда речь идет как о поглощении, так и о направлении тока. В большинстве случаев это также приводит к повышению адаптивности. Небольшие токи с напряжением от низкого до среднего проходят через пластины и обычно не требуют особых действий.
Однако токи высокого напряжения могут подавлять обычные диодные переходы, что приводит в действие резисторы. В результате можно сказать, что MOV имеет высокое сопротивление при низких напряжениях, но низкое сопротивление при высоких напряжениях. Другими словами, он гибок в различных настройках.
Важность сдерживания энергии
Основная роль такого устройства — направлять и шунтировать энергию, но оно не является отказоустойчивым. Чрезмерно мощные всплески энергии могут повредить или даже уничтожить его.
Удары молнии, например, часто разрушают такие резисторы или вызывают их плавление.
Тем не менее, большинство проблем можно предвидеть, и в большинстве случаев резисторы способны предотвратить серьезные проблемы. Двумя наиболее важными параметрами являются время отклика, то есть время, необходимое устройству для выхода из строя, а также максимальный ток и заданное напряжение пробоя, которые устанавливают ограничения на приемлемые уровни энергии. Различные виды использования имеют разные потребности в емкости и спецификации.
Вам также может понравиться
Рекомендуется
ПОКАЗАНО НА:
Все, что вам нужно знать о варисторе
Резистор, небольшой набор сопротивлений, используется в стольких различных цепях, что является почти вездесущим электрическим компонентом, от простейших постоянных резисторов, сопротивление которых остается постоянным, до многих форм.
переменных резисторов, сопротивление которых изменяется в зависимости от различных условий.
Существует два типа переменных резисторов: те, в которых эффективная длина резистивной полосы играет роль при замене резисторов, таких как потенциометры и реостаты, и те, в которых ручное изменение сопротивления невозможно и вместо этого являются чувствительными к физическим факторам, таким как температура, напряжение, магнитное поле и так далее. Эта статья познакомит вас с миром варисторов, резисторов, зависящих от напряжения.
Содержание
- 1 Что такое варистор?
- 2 Конструкция варистора
- 3 Как работают варисторы?
- 4 Сопротивление ARISTOR
- 4.1. Характеристики V-I
- 5 Основные параметры варистора
- 6 Функция варисторов
- 6.1 Оксид металла
- 7.1 Вариант
- 8.
1 Подготовка перед измерением варистора - 8.2 Как измерить качество варистора?
1 Подготовка перед измерением варистора- 9.1 Выбор варисторного напряжения v1ma
- 9.2 Выбор движения
- 9,3 Выбор 9005 -й.
- 10 Часто задаваемые вопросы
- 10.1 Для чего используется варистор?
- 10.2 Что произойдет, если варистор выйдет из строя?
- 10.3 Как проверить варистор?
- 10.4 Имеют ли варисторы полярность?
- 10.5 Почему может перегореть варистор?
- 11 Заключение
Что такое варистор?
Сопротивление переменного резистора зависит от приложенного напряжения. Термин происходит от лингвистической комбинации слов «переменный» и «резистор». Они обладают неомическими характеристиками и также известны как VDR (резистор, зависящий от напряжения). В результате они классифицируются как нелинейные резисторы.
В отличие от потенциометров и реостатов, где сопротивление изменяется от низкого до высокого значения, сопротивление в варисторе изменяется автоматически при изменении приложенного напряжения.
Как и стабилитрон, этот варистор содержит два полупроводниковых элемента и обеспечивает защиту от перенапряжения в цепи.
Итак, как изменяется сопротивление при изменении приложенного напряжения? Ответ, конечно же, в его составе. Его сопротивление уменьшается по мере увеличения напряжения на нем, поскольку он изготовлен из полупроводникового материала. Когда напряжение увеличивается слишком сильно, сопротивление на нем резко уменьшается. Из-за этой тенденции они являются хорошим выбором для защиты от перенапряжения в чувствительных цепях.
Конструкция варистора
Металлооксидный варистор (MOV) состоит из оксида цинка в качестве изолирующего материала (ZnO). Этот оксид цинка измельчали на керамическом поддоне. Только около 10% материала наполнителя, используемого для правильного формирования соединения, составляет оксид цинка, а остальные 90% составляют оксид цинка.
Он состоит из двух проводов и прочного внешнего корпуса из эпоксидной смолы. По внешнему виду он напоминает дисковый конденсатор.
Остальные характеристики здания приведены ниже. Важно помнить, что перед использованием варистор необходимо тщательно выбрать из множества вариантов. Важнейшим критерием является напряжение, которое должно быть на 15-20 % выше рабочего напряжения.
Как работают варисторы?
Время отклика варистора составляет нс, что меньше, чем у газоразрядной трубки, но меньше, чем у трубки TVS. Защита от перенапряжения для электронных схем в целом может соответствовать требованиям по быстродействию. Емкость перехода варистора часто находится в диапазоне тысяч пф.
Во многих случаях его не следует использовать для прямой защиты высокочастотных сигнальных линий. Огромная емкость перехода увеличит утечку при использовании для защиты цепей переменного тока. При проектировании защитного хода ток необходимо учитывать в полной мере. Варистор имеет большую пропускную способность, чем газоразрядная трубка, но он меньше.
Ток, протекающий через варистор, чрезвычайно мал, когда приложенное к нему напряжение меньше его порогового значения, что похоже на резистор с бесконечным сопротивлением.
Это эквивалентно выключателю в выключенном состоянии, когда подаваемое напряжение падает ниже порогового значения.
Когда напряжение, подаваемое на варистор, превышает его пороговое значение, ток, протекающий через него, быстро увеличивается, что приводит к неопределенно малому сопротивлению. Другими словами, он сравним с переключателем в закрытом состоянии, когда приложенное к нему напряжение превышает пороговое значение.
Сопротивление варистора
График сопротивления можно использовать для демонстрации работы варистора. Это график, показывающий зависимость между сопротивлением резистора и приложенным напряжением. Сопротивление очень велико при нормальных настройках, как показано на диаграмме. Однако, если приложенное напряжение превышает номинальное значение резистора, сопротивление начнет падать.
ВАХ
Из графика ВАХ видно, что даже незначительное изменение приложенного напряжения может значительно изменить величину тока в цепи.
Из графика V-I характеристик видно, что варистор ведет себя так, как если бы два диода Зенера были соединены встречно-параллельно. 1 мА — это напряжение, при котором начинает течь ток.
На этом этапе варистор превращается из изолятора в проводник. Это происходит, когда приложенное напряжение больше, чем номинальное напряжение устройства. Это заставляет полупроводниковый материал подвергаться лавинному эффекту, превращая варистор из изолятора в проводник.
Основные параметры варистора
Номинальное напряжение, коэффициент напряжения, максимальное управляющее напряжение, коэффициент остаточного напряжения, допустимый ток, ток утечки, температурный коэффициент напряжения, температурный коэффициент тока, нелинейный коэффициент напряжения, сопротивление изоляции, статическая емкость и т. д. являются одними из основных параметров варистора.
- Когда через варистор подается постоянный ток 1 мА, номинальное напряжение равно напряжению на варисторе.
- Отношение напряжений представляет собой разницу между напряжением, генерируемым, когда ток варистора составляет 1 мА, и напряжением, генерируемым, когда ток варистора составляет 0,1 мА.
- Максимальное предельное напряжение — это напряжение, которое два конца варистора могут выдержать одновременно.
- Коэффициент остаточного напряжения: Напряжение, создаваемое на варисторе, когда протекающий через него ток имеет заданное значение, называется коэффициентом остаточного напряжения. Отношение остаточного напряжения к номинальному напряжению известно как коэффициент остаточного напряжения.
- При определенных условиях пропускная способность по току, также известная как пропускная способность, представляет собой максимальный импульсный (пиковый) ток, который может проходить через варистор (с заданным временным интервалом и числом применений стандартного пускового тока) .
- Ток, протекающий через варистор при указанной температуре и максимальном постоянном напряжении, называется током утечки и током ожидания.
- Когда ток через варистор остается постоянным, температурный коэффициент напряжения относится к скорости изменения номинального напряжения варистора в заданном диапазоне температур (температура 20 70 °C), то есть к относительному изменению обоих концов Варистор при изменении температуры на один °С.
- Кроме того, когда температура на варисторе остается постоянной и изменяется на 1 °C, ток, протекающий через варистор, изменяется в зависимости от температуры.
- Коэффициент нелинейного напряжения — это отношение статического сопротивления варистора к его динамическому сопротивлению при определенном приложенном напряжении.
- Сопротивление изоляции — это величина сопротивления между выводом (выводом) варистора и изолирующей поверхностью корпуса резистора.
- Собственная емкость варистора называется статической емкостью.
Функция варисторов
Основная задача варистора — защитить цепь от переходных напряжений. Варистор эквивалентен переключателю благодаря упомянутому выше механизму.
Ток, протекающий через ключ, возрастает только тогда, когда напряжение превышает пороговое значение. Воздействие на другие цепи минимально, что ограничивает воздействие перенапряжения на последующие чувствительные цепи. Защитную функцию варистора можно использовать часто или превратить в одноразовое защитное устройство, сравнимое с токовым предохранителем.
Защитная функция варистора широко используется. Варистор, например, используется в цепи питания бытового цветного телевизора для выполнения функции защиты от перенапряжения. Варистор отражает свои функции ограничения, когда напряжение превышает пороговое значение. Высокое напряжение снижается, позволяя следующей цепи работать в безопасном диапазоне напряжений.
Варистор в основном используется в цепях для защиты от переходных перенапряжений. Тем не менее, он также служит элементом схемы из-за своих вольт-амперных характеристик, сравнимых с полупроводниковым стабилитроном. Варистор, например, представляет собой тип постоянного высоковольтного элемента стабилизации тока-напряжения с постоянным напряжением в тысячи вольт или более, чем кремниевые стабилитроны не могут достичь.
Варистор можно использовать в качестве детектора колебаний напряжения, бита сдвига уровня постоянного тока, флуоресцентного стартера, выравнивателя напряжения и т. д.
Варистор на основе оксида металла
Наиболее распространенный варистор представляет собой варистор на основе оксида металла (MOV), который состоит из керамического блока между двумя металлическими листами и содержит частицы оксида цинка и небольшое количество других оксидов металлов или полимеров. При пересечении частиц и соседних оксидов возникает диодный эффект. Это эквивалентно многим диодам с обратным подключением из-за большого количества частиц грязи.
При низком напряжении имеется лишь небольшой обратный ток утечки. Когда диод подвергается воздействию высокого напряжения, он обратно коллапсирует из-за горячих электронов и туннельного действия, что приводит к протеканию огромного тока. В результате вольт-амперная характеристика варистора является нелинейной, с высоким сопротивлением при низком напряжении и низким сопротивлением при высоком напряжении.
Металлооксидные варисторы сегодня являются наиболее распространенными устройствами ограничения напряжения, и они могут работать с широким диапазоном напряжений и токов. MOV особенно эффективны при поглощении кратковременных скачков напряжения и обладают превосходными возможностями управления энергией благодаря использованию оксидов металлов в их структуре.
Металлооксидные варисторы, как и обычные варисторы, начинают проводить ток при определенном напряжении и останавливаются, когда напряжение падает ниже порогового значения. Фундаментальное различие между типичным варистором из карбида кремния (SiC) и варистором типа MOV заключается в том, что ток утечки MOV через материал на основе оксида цинка относительно невелик при нормальных рабочих условиях, а его переходная рабочая скорость фиксации значительно выше.
MOV аналогичны дисковым керамическим конденсаторам в том, что они имеют радиальные выводы и твердое внешнее покрытие из синей или черной эпоксидной смолы, и их можно физически устанавливать на печатные платы таким же образом.
Чтобы выбрать правильный MOV для данного приложения, вы должны сначала определить импеданс источника и возможную мощность импульса переходного процесса. Поскольку характеристики источника питания часто неизвестны, выбор подходящего MOV для входной линии или фазовых переходных процессов несколько сложнее. Как правило, электрическая защита переходных процессов и пиков мощности в цепи выбора MOV основана на наилучшем предположении.
С другой стороны, варисторы на основе оксида металла могут использоваться для широкого диапазона напряжений варисторов, от примерно 10 вольт до более чем 1000 вольт переменного или постоянного тока; таким образом, знание напряжения источника может помочь вам в выборе. В качестве примера выберите MOV или кремниевый варистор. Квадрат номинального напряжения должен быть немного выше, поскольку корень максимального постоянного напряжения больше, чем ожидаемое напряжение источника питания. Например, источник питания на 120 вольт имеет среднеквадратичное значение 130 вольт, а 230 вольт — среднеквадратичное значение 260 вольт.
Ширина импульса переходного процесса и количество повторений импульса определяют максимальное значение импульсного тока, которое может использовать варистор. Можно оценить ширину переходного импульса, обычно от 20 до 50 микросекунд (с). Варистор может перегреться и выйти из строя, если его номинальный пиковый импульсный ток недостаточен. В результате, предполагая, что варистор работает без сбоев или ухудшения характеристик, он должен иметь возможность быстро рассеять поглощенную энергию переходного импульса и безопасно вернуться в состояние, предшествующее импульсу.
Основные области применения варисторов
Молниезащита
Удары молнии могут вызывать атмосферные перенапряжения, наиболее распространенным типом которых является индуктивное перенапряжение. Прямое грозовое перенапряжение вызывается ударом молнии в линию электропередачи, а ее напряжение исключительно высокое, способное вызвать значительный ущерб при напряжении 102104В. В результате необходимо принять меры по предотвращению перенапряжения для наружных систем электропитания и электрооборудования.
Варисторные разрядники ZnO очень хорошо снимают атмосферное перенапряжение. Электрооборудование обычно подключается параллельно с ним.
Многоуровневая защита может применяться, если электрооборудование требует низкого остаточного напряжения. Ниже перечислены несколько популярных цепей безопасности, в которых используются разрядники ZnO для устранения перенапряжения окружающей среды.
Защита переключателя
При резком разрыве цепи индуктивной нагрузки перенапряжение может в несколько раз превышать напряжение источника питания. Перенапряжение может вызвать искрение и искровой разряд между контактами, что приведет к повреждению контакторов, реле и электромагнитных муфт и сокращению срока службы устройства. Поскольку варистор шунтирует при высоких напряжениях, его можно использовать для защиты контактов, избегая искровых разрядов при разрыве контакта.
Варисторный защитный выключатель или метод контактного соединения показан на схеме ниже. Сухое напряжение переключателя и сухое напряжение варистора при параллельном соединении с катушкой индуктивности равняется сумме остаточного напряжения варистора.
Индуктор хранит энергию, которую поглощает варистор. Когда варистор подключен параллельно переключателю, перенапряжение переключателя равно остаточному напряжению варистора. Энергия, поглощаемая варистором, немного больше энергии, хранящейся в катушке индуктивности.
Защита устройств
Варисторы часто используются для защиты полупроводниковых устройств от возгорания из-за перенапряжения, возникающего по разным причинам. Схема применения варисторного защитного транзистора показана на схеме ниже. Повреждение транзистора перенапряжением может быть эффективно предотвращено между коллектором и эмиттером транзистора или первичным шунтирующим варистором трансформатора.
Варистор имеет высокий импеданс и небольшой ток утечки при нормальном напряжении. Варистор быстро переключается в состояние с низким импедансом при воздействии перенапряжения, а варистор поглощает энергию перенапряжения в виде разрядного тока. Варистор возвращается в состояние высокого импеданса, когда перенапряжение проходит, и цепь или компонент подвергается воздействию нормального напряжения.
Как проверить варисторы?
Подготовка к измерению варистора
Чтобы измерить реальное значение сопротивления, подсоедините два измерительных провода (независимо от положительного или отрицательного) к двум концам резистора. Диапазон выбирается исходя из номинального значения измеряемого сопротивления для повышения точности измерения. Средняя область шкалы омов прекрасна из-за нелинейной зависимости шкалы.
В результате значение указателя должно быть как можно ближе к середине шкалы, то есть в диапазоне от 20% до 80% радиана полной шкалы. Между показаниями и номинальным сопротивлением допускается погрешность 5%, 10% или 20%, в зависимости от уровня погрешности сопротивления. Ожидаемое значение резистора изменяется при превышении диапазона погрешности.
Как измерить качество варистора?
Для оценки варистора обычно требуется источник питания с широким диапазоном регулирующего напряжения и хорошим ограничением тока. Вольтметр с хорошей точностью подключается параллельно варистору при измерении.
Соедините оба конца варистора с регулируемым проводом питания.
Вольтметр показывает напряжение источника питания. Вы должны постепенно увеличивать напряжение, пока не достигнете точки, когда напряжение резко упадет. Защитным значением варистора является напряжение в последний момент перед уменьшением.
Значение сопротивления варистора может колебаться от M (мегаом) до m (мегаом), когда на него подается постоянное напряжение (миллиом). Когда напряжение низкое, варистор работает в области тока утечки с большим сопротивлением и малым током утечки; когда напряжение поднимается в нелинейную область, последнее изменяется в широком диапазоне, но напряжение изменяется незначительно, что указывает на хорошую характеристику ограничения напряжения; когда напряжение снова повышается, варистор работает в области насыщения с малым линейным сопротивлением и малым током утечки. Из-за огромного тока варистор со временем перегреется, сгорит или, возможно, взорвется.
Выбор варистора
При выборе варистора необходимо изучить конкретные условия цепи и в целом соблюдать следующие критерии:
Выбор напряжения варистора В1 мА
напряжение питания, постоянно подаваемое на варистор, не должно превышать значение «максимальное длительное рабочее напряжение», указанное в спецификации.
Максимальное рабочее напряжение постоянного тока варистора должно быть больше, чем рабочее напряжение постоянного тока линии питания (сигнальной линии) VIN, т. е. VDC VIN.
При выборе источника питания 220 В переменного тока необходимо тщательно учитывать диапазон колебаний рабочего напряжения электросети. Общий диапазон колебаний отечественной электросети составляет 25 процентов. Выберите варистор с напряжением варистора в диапазоне от 470В до 620В. Выбор варистора с более высоким напряжением снижает частоту отказов и продлевает срок службы, незначительно увеличивая остаточное напряжение.
Выбор трафика
Номинальный разрядный ток варистора должен быть больше, чем импульсный ток, необходимый для поддержания, или максимальный импульсный ток во время работы. Небольшой разрядный ток можно рассчитать, нажав значение более десяти ударов на номинальной кривой времени жизни от помпажа, что составляет около 30% от максимального потока ударов (т. е. 0,3IP).
Выбор напряжения фиксации
Напряжение фиксации варистора должно быть ниже максимального напряжения (т.
е. безопасного напряжения), которое может выдержать защищаемый компонент или оборудование.
Выбор конденсатора Cp
Емкость Cp должна быть уменьшена для высокочастотных сигналов передачи и наоборот.
Согласование внутреннего сопротивления (Resistance Match)
Ниже приведена зависимость между внутренним сопротивлением R (R2) защищаемого компонента (линии) и переходным внутренним сопротивлением Rv варистора: R5Rv; для закрытого компонента с низким внутренним сопротивлением следует попробовать использовать варистор с большой емкостью, не влияющий на скорость передачи сигнала.
Часто задаваемые вопросы
Для чего используется варистор?
Цепи с варисторами защищены от сильных скачков напряжения. Когда цепь подвергается сильному скачку напряжения, результат практически всегда разрушительный. Поперек сигнальных линий можно поставить конденсатор.
Что произойдет, если варистор выйдет из строя?
Ток будет увеличиваться, когда варистор нагревается, потому что он имеет отрицательный температурный коэффициент.
Может произойти тепловой разгон, что приведет к выходу из строя варистора.
Как проверить варистор?
Один измерительный щуп должен быть размещен на свободном проводе варистора, а другой – на подключенном проводе варистора. На мультиметре прочтите сопротивление. Варистор по-прежнему хорош, если показывает практически бесконечное сопротивление. Варистор перегорел, если показывает очень низкое сопротивление.
Имеют ли варисторы полярность?
Металлооксидные варисторы имеют два вывода и аналогичны резисторам. Эти выводы не имеют полярности и поэтому могут быть подключены в любом направлении.
Почему может перегореть варистор?
Когда ток утечки в варисторе слишком велик, а температура повышается до определенной степени, металл с низкой температурой плавления плавится, что приводит к выходу из строя варистора.
Заключение
В большинстве электронных схем встречаются токи и напряжения миллиампер и милливольт. Входное сопротивление электронных схем довольно велико, и они чрезвычайно чувствительны.
