Выбор варистора — Знания — GNS Components Limited

Эта статья в основном описывает метод выбора варистора, в основном метод выбора параметров варистора и вопросы, требующие внимания при использовании варистора.

1, метод выбора параметров варистора

(1) Выбор напряжения варистора V1ma

Для приложений защиты от перенапряжения напряжение варистора должно быть больше, чем фактическое напряжение цепи, которое можно выбрать с помощью:

V1ma = a * U / (b * c)

В формуле:

a — коэффициент флуктуации напряжения питания. Вообще беру 1,2;

U — действующее значение рабочего напряжения постоянного или переменного напряжения волновой цепи;

b — ошибка напряжения варистора, обычно 0,85;

c — Коэффициент старения чувствительного к давлению компонента обычно составляет 0,9.

Значение V1mA, рассчитанное по вышеприведенной формуле, в 1,5 раза превышает рабочее напряжение постоянного тока. Пик напряжения следует учитывать в состоянии переменного тока. Поэтому результат расчета должен быть расширен в 2 раза.

(2) Выбор пропускной способности

Как правило, пропускная способность, заданная продуктом, является импульсным испытанием, когда напряжение варисторного варистора составляет менее ± 10% от начального значения в случае импульсного испытания в соответствии с формой волны, количеством ударов и временем интервала, заданным параметром стандарт продукта Текущая стоимость. Количество ударов, которые может выдержать варистор, зависит от формы волны, амплитуды и интервала времени. Когда амплитуда сигнала тока уменьшается на 50%, количество ударов может быть удвоено. Поэтому в практических применениях импульсный ток, поглощаемый варистором, должен быть меньше максимальной пропускной способности изделия, чтобы варистор имел длительный срок службы.

При выборе пропускной способности основное внимание уделяется тому, используется ли варистор для молниезащиты или предотвращения рабочих перенапряжений внутри электронного оборудования и оборудования. Как правило, пиковое значение напряжения наведенного удара молнии примерно в 3,5 раза больше рабочего напряжения. Если он в основном используется для молниезащиты, можно выбрать варистор молниезащиты, и его пропускная способность составляет 3 кА, 5 кА, 20 кА и другие варианты. Фактический обнаруженный ток молнии находится в диапазоне 200-3000А, и большинство из них составляет менее 100 кА. Пусковой ток, генерируемый внутренней работой электронных приборов и оборудования, обычно составляет менее 500 А, и можно выбрать варистор общего назначения.

(3) Выбор толерантности к энергии

Энергия, поглощенная варистором, может быть рассчитана по формуле:

W = КИУТ (J)

Где: I — пик тока, протекающего через варистор;

U — напряжение, генерируемое на варисторе при прохождении через него тока I;

Т — ток I длится в течение определенного периода времени;

K — коэффициент формы волны, K = 1 для прямоугольных волн 2 мс; K = 1,4 для волн 8/20 мкс; K≈1,4 для волн 10/1000 мкс.

В практических применениях энергия, запасенная в цепи (такая как энергия и паразитная энергия на катушке и конденсаторе), требует, чтобы варистор поглощал. В этом случае при выборе варистора сумма накопленной электрической энергии в контуре должна быть меньше энергии, поглощаемой варистором.

В настоящее время варистор, произведенный варистором, имеет большую разницу в емкости, поэтому принят принцип, не влияющий на нормальную работу схемы. Общий варистор подходит для использования на частотах ниже 300 Гц.

2. Вопросы, требующие внимания при использовании варистора

1 Необходимо принять меры защиты варистора, чтобы избежать повреждения варистора и устройства из-за неопределенности в зоне исключения.

2 Варистор не должен устанавливаться вблизи источников тепла или горючих компонентов. Лучше иметь зазор больше 3 мм, чтобы он работал в указанном диапазоне рабочих температур.

3 Рабочее напряжение варистора (напряжение, подаваемое на варистор непрерывно) не должно превышать максимальное постоянное рабочее напряжение.

4 В приложениях, где импульсные токи повторяются, пиковый импульсный ток и импульсная энергия через варистор не должны превышать характеристики ресурса импульса.

5 Когда импульсный импульс подается на варистор с коротким прерывистым повторением, средняя мощность в это время должна быть ниже максимальной статической мощности.

6 Если термистор подключен между токоведущей частью устройства и металлическим корпусом, необходимо принять необходимые меры для предотвращения несчастных случаев, вызванных персоналом.

7 Варистор следует использовать под прямыми солнечными лучами и не следует использовать на открытом воздухе и на открытом воздухе.

8 Варистор должен избегать работы в условиях высокой температуры и высокой влажности, таких как ветер, дождь и водяной пар, а также должен избегать работы в условиях пыли, соли и вредных газов. Защитные коробки должны быть использованы для защиты при необходимости.

9 Не используйте растворитель, такой как ацетон, для очистки варистора во время использования, чтобы не повредить капсулированную эпоксидную смолу.

10 варистор следует хранить на складе с температурой ниже 40 ° С и относительной влажностью не более 75% относительной влажности. На складе не должно быть агрессивных газов. Хранящийся на складе варистор не может подвергаться воздействию прямых солнечных лучей.

Анализ работы и выбор варистора контактора переменного тока

Как выбрать варистор? Какой варистор следует использовать на обоих концах катушки контактора переменного тока, придерживаясь принципа обслуживания большинства пользователей, давайте покажем вам, как выбрать варистор для популярной науки.

Как выбрать варистор? Какой варистор следует использовать на обоих концах катушки контактора переменного тока, придерживаясь принципа обслуживания большинства пользователей, давайте покажем вам, как выбрать варистор для популярной науки.

Прежде всего давайте разберемся, что такое варистор: это резистивный прибор с нелинейными вольт-амперными характеристиками. Он в основном используется для напряжение зажимая, когда Цепь подвергается перенапряжению и поглощает избыточный ток для защиты чувствительных устройств. Хорошая линейность, большая токовая нагрузка, низкий нормальный ток утечки, низкий уровень остаточного напряжения, быстрая реакция и отсутствие свободного хода. Он широко используется в системах электроснабжения, ограничителях перенапряжения, системах безопасности, защите двигателей, автомобилестроении. Электронный системы, бытовая техника и др.

Почему варистор подключен параллельно к обоим концам катушки контактора переменного тока? Чтобы контакты контактора замкнулись, в катушке должен быть достаточный ток. Когда контактор обесточен, возникает самоиндуцированная электродвижущая сила. Поскольку катушка мгновенно обесточивается, скорость изменения тока очень велика, поэтому самоиндуцированная электродвижущая сила также очень велика. Мгновенное высокое напряжение сломается Электронный устройства, которые превышают выдерживаемое напряжение и даже превышают выдерживаемое напряжение самой катушки контактора, чтобы повредить катушку. Таким образом, чтобы защитить электронные компоненты в схемаЧтобы поглотить воздействие тока в момент отключения питания катушки и улучшить коэффициент мощности, варистор должен быть подключен параллельно на обоих концах катушки контактора переменного тока.

Характерной чертой варистора является то, что когда напряжение на нем ниже определенного значения, он почти не проводит ток, что эквивалентно разомкнутой цепи; а когда напряжение на нем превышает определенное значение, он выходит из строя, что почти эквивалентно короткому замыканию. Поэтому мы выбираем безопасный рабочий ток варистора больше, чем ток катушки, чтобы варистор мог быть восстановлен до состояния разомкнутой цепи после отключения питания. Выбор напряжения пробоя варистора больше, чем напряжение возбуждения катушки, может предотвратить ток варистора, когда катушка обычно находится под напряжением.

Следовательно, выход ПЛК заказчика подключен к контактору переменного тока 220 В переменного тока, и предохранитель необходимо подключить последовательно в линии перед варистором, чтобы при перенапряжении в линии варистор вышел из строя и вызвал срабатывание предохранителя. дуть. Варистор, который следует выбрать в это время, составляет 430 В ~ 470 В. Если он используется для молниезащиты, он должен быть подключен между линией и землей, а предохранитель также должен быть подключен последовательно. При ударе молнии напряжение молнии намного выше, чем напряжение в сети, и превышает порог варистора. Варистор включается и разряжается на землю, чтобы избежать повреждения электроприборов в линии. В это время выберите для варистора 470 В ~ 510 В.

Ссылки:   PM20CTM060   LB043WQ1-TD02

Выберите правильные варисторы для защиты цепей от перенапряжения

Варисторы, также называемые металлооксидными варисторами (MOV), используются для защиты чувствительных цепей от различных условий перенапряжения. По сути, эти нелинейные устройства, зависящие от напряжения, имеют электрические характеристики, аналогичные встречно-параллельным стабилитронам.

Загрузить эту статью в формате .PDF

Переходные процессы напряженияВаристоры отличаются высокой надежностью, что необходимо для того, чтобы выдерживать повторяющиеся импульсные токи с высокими пиками и переходные процессы с высокой энергией. Они также предлагают широкий диапазон напряжения, высокое поглощение энергии и быструю реакцию на переходные процессы напряжения. Номинальный пиковый ток находится в диапазоне от 20 до 70 000 А, а номинальная пиковая энергия — в диапазоне от 0,01 до 10 000 Дж.

В этом контексте «переходные процессы напряжения» определяются как кратковременные выбросы электрической энергии. В электрических или электронных цепях, которые варисторы должны защищать, эта энергия может высвобождаться либо предсказуемым образом посредством управляемых переключений, либо случайным образом индуцироваться в цепь из внешних источников. Общие источники включают:

• Молния: На самом деле переходные процессы, вызванные молнией, не являются результатом прямого удара. Удар молнии создает магнитное поле, которое может вызвать переходные процессы большой величины в близлежащих электрических кабелях. Удар от облака к облаку может повлиять как на воздушные, так и на подземные кабели. Результат также непредсказуем: удар, произошедший на расстоянии в милю, может вызвать 70 В в электрических кабелях, а другой удар может создать 10 кВ на расстоянии 160 ярдов.
• Коммутация индуктивной нагрузки: Генераторы, двигатели, реле и трансформаторы представляют собой типичные источники индуктивных переходных процессов. Включение или выключение индуктивных нагрузок может генерировать высокоэнергетические переходные процессы, которые усиливаются по мере увеличения нагрузки. Когда индуктивная нагрузка отключается, разрушающееся магнитное поле преобразуется в электрическую энергию, которая принимает форму двойного экспоненциального переходного процесса. В зависимости от источника эти переходные процессы могут достигать сотен вольт и сотен ампер при продолжительности 400 мс. Из-за различных размеров нагрузки будут различаться форма волны, длительность, пиковый ток и пиковое напряжение переходных процессов. Как только эти переменные будут аппроксимированы, разработчики схем смогут выбрать подходящий тип подавителя.
• Электростатический разряд (ESD): Эта энергия является результатом дисбаланса положительных и отрицательных зарядов между объектами. Он характеризуется очень быстрым временем нарастания и очень высокими пиковыми напряжениями и токами.

Основы варистора

Варистор в основном состоит из массивов шариков из оксида цинка (ZnO), в которых ZnO был изменен небольшими количествами других оксидов металлов, таких как висмут, кобальт или марганец. В процессе производства MOV эти шарики спекаются (вплавляются) в керамический полупроводник. Это создает кристаллическую микроструктуру, которая позволяет этим устройствам рассеивать очень высокие уровни переходной энергии по всей своей массе. После спекания поверхность металлизируется, а выводы прикрепляются с помощью пайки.

Благодаря высокому рассеиванию энергии варисторами MOV их можно использовать для подавления молний и других высокоэнергетических переходных процессов, характерных для линий электропередач переменного тока. Они способны выдерживать большое количество энергии и отводить эту потенциально разрушительную энергию от чувствительной электроники, расположенной ниже по течению. MOV, которые также используются в цепях постоянного тока, бывают различных форм-факторов (рис. 1) .

1. Металлооксидные варисторы (MOV) доступны в различных форм-факторах и размерах для широкого спектра применений. Тип диска с радиальными выводами является наиболее распространенным вариантом.

 

Многослойные варисторы

Многослойные варисторы (MLV) предназначены для определенной части спектра переходного напряжения: среды печатной платы. Несмотря на меньшую энергию, переходные процессы от электростатического разряда, переключения индуктивной нагрузки и даже остатки грозового перенапряжения могут в противном случае достичь чувствительных интегральных схем на плате. MLV также изготавливаются из материалов ZnO, но они изготовлены из переплетенных слоев металлических электродов и производятся в бессвинцовых керамических корпусах. Они предназначены для перехода из состояния с высоким импедансом в состояние проводимости при воздействии напряжения, превышающего их номинальное номинальное напряжение.

MLV бывают разных размеров в форме микросхем и способны рассеивать значительную энергию импульса для своего размера. Таким образом, они подходят как для линий передачи данных, так и для приложений подавления переходных процессов в источниках питания.

Руководство по применению

При выборе подходящего MOV для конкретного приложения защиты от перенапряжения разработчик схемы должен сначала определить рабочие параметры защищаемой цепи, включая:

• Условия цепи, такие как пиковое напряжение и ток во время всплеск событие
• Постоянное рабочее напряжение MOV (должно быть на 20 % выше максимального напряжения системы при нормальных условиях)
• Количество скачков напряжения, которое MOV должен выдержать
• Допустимое сквозное напряжение для защищаемой цепи
• Любые стандарты безопасности, с которыми цепь должна соответствовать

Для простоты в этом примере предположим, что целью является выбор низковольтного дискового MOV постоянного тока для следующих условий и требований цепи:

• Цепь постоянного тока 24 В
• Текущая форма волны для всплеска составляет 8 × 20 мкс; форма волны напряжения составляет 1,2 × 50 мкс (это типичные формы сигналов промышленного стандарта)
• Пиковый ток во время выброса = 1000 А
• MOV должен выдерживать 40 импульсов
• Другие компоненты схемы (ИС управления и т. д.) должны иметь номинал, выдерживающий максимальное напряжение 300 В

Шаг 1:  Чтобы найти номинальное напряжение MOV, примите во внимание 20-процентный запас с учетом бросков напряжения и допусков источника питания: 24 В постоянного тока × 1,2 = 28,8 В постоянного тока. Учитывая, что никакие варисторы не имеют номинального напряжения точно 28,8 В, проверьте спецификации для варисторов на 31 В постоянного тока.

Шаг 2:   Чтобы определить, какой размер диска MOV следует использовать, сначала определите серию MOV, которая минимально соответствует требованиям к скачку напряжения 1000 А. Изучив приведенную выше таблицу, можно предположить, что 20-мм MOV с максимальным номинальным постоянным напряжением 31 В постоянного тока (номер по каталогу V20E25P) является возможным решением для удовлетворения требований.

Шаг 3: Используйте кривые импульсной мощности (рис. 2) в том же листе данных, чтобы определить характеристики импульса относительно 40 импульсов при требовании 1000 А.

2. В техническом описании MOV будет представлена ​​кривая импульсной мощности; этот пример для 20-мм MOV.

 

Шаг 4:   Используйте кривую V-I (рис. 3) в техническом описании MOV, чтобы убедиться, что напряжение утечки будет меньше максимального значения 300 В.

3. Техническое описание MOV также будет содержать кривую зависимости напряжения от тока, такую ​​как эта кривая максимального напряжения фиксации для 20-мм устройства на рис. 2.

Защита MOV от теплового разгона

Поглощение варистором переходной энергии во время перенапряжения приводит к локализованному нагреву внутри компонента, что в конечном итоге приводит к его износу. Если оставить незащищенным, деградация варистора может увеличить нагрев и тепловой разгон. Таким образом, все большее число устройств защиты от перенапряжений на основе варисторов предлагают встроенную функцию отключения по температуре. Он обеспечивает дополнительную защиту от катастрофических отказов и опасностей возгорания даже в экстремальных условиях окончания срока службы варистора или длительного перенапряжения.

MOV рассчитаны на определенные рабочие напряжения сети переменного тока. Превышение этих предельных значений при длительном аномальном перенапряжении может привести к перегреву и повреждению MOV.

MOV имеют тенденцию к постепенному ухудшению после сильного выброса или нескольких небольших скачков. Это ухудшение приводит к увеличению тока утечки MOV; в свою очередь, это повышает температуру MOV даже в нормальных условиях, таких как рабочее напряжение 120 В переменного тока или 240 В переменного тока. Терморазъединитель рядом с MOV (рис. 4) можно использовать для определения повышения температуры MOV, пока он продолжает деградировать до исходного состояния. В этот момент тепловое размыкание разомкнет цепь, удалив из цепи вышедший из строя MOV и, таким образом, предотвратив потенциальный катастрофический отказ.

4. Термический разъединитель может разомкнуть цепь, предотвращая катастрофический отказ поврежденного MOV.

 

Драйверы для светодиодов и Lightning

Как правило, большинство источников питания для светодиодов имеют постоянный ток и часто называются драйверами для светодиодов. Их можно приобрести в виде готовых сборок, содержащих MOV, для удовлетворения более низких требований к перенапряжениям.

Обычно драйверы рассчитаны на перенапряжения в диапазоне от 1 до 4 кВ. Варистор диаметром от 7 до 14 мм обычно располагается после предохранителя в сети переменного тока. Тем не менее, чтобы обеспечить более высокий уровень устойчивости к перенапряжениям для освещения, установленного на открытом воздухе в условиях воздействия скачков напряжения, OEM-производители наружного освещения могут захотеть добавить устройства защиты от перенапряжения (SPD) на входных линиях переменного тока своих светильников перед драйвером светодиода.

Пример конструкции MOV: промышленные двигатели

Одним из аспектов защиты двигателя переменного тока является устойчивость самого двигателя к импульсным перенапряжениям. В параграфе 20.36.4 стандарта NEMA для двигателей-генераторов MG-1 единица измерения перенапряжения определяется как: линейное напряжение сети переменного тока.

Для времени нарастания переходного процесса от 0,1 до 0,2 мкс на обмотках статора требуется удвоенное единичное значение импульсной способности. Когда время нарастания достигает 1,2 мкс или больше, указывается 4,5-кратное значение единицы измерения. В случае внешних переходных процессов, таких как молния, это соответствует допустимому перенапряжению 918 В _PEAK для двигателя 230 В (полный ток нагрузки = 12 А) в условиях высокого напряжения 250 В. (Молниеносные перенапряжения могут превысить эти значения, поэтому для защиты обмоток статора также потребуется гасящий элемент.)

Загрузите эту статью в формате .PDF

Рабочие температуры являются еще одним соображением. Предположим, что рабочая температура окружающей среды для этого приложения находится в диапазоне от 0 до +70°C. Это будет в пределах диапазона от -40 до +85 °C MOV, и не будет требований по снижению номинальных значений импульсного тока или энергии в этом температурном диапазоне. быть выбраны для этого примера. При использовании однофазного двигателя среднего размера мощностью 2 л.с. требуемый номинальный импульсный ток MOV будет определяться пиковым током, индуцируемым в цепи питания двигателя. Предполагая место обслуживания двигателя и полное сопротивление линии 2 Ом, было определено, что возможен грозовой перенапряжение 3 кА.
В этом случае в одном техническом паспорте указано максимальное напряжение фиксации 3 кА при 900 В, что ниже рекомендуемой выдерживаемой способности обмотки статора при напряжении 918 В. Если бы срок службы двигателя был оценен в 20 лет и указан как способный выдержать 80 грозовых переходных процессов в течение срока службы, кривые номинальных импульсов в паспорте подтвердили бы рейтинг 100+ импульсных перенапряжений.

Для получения более подробной информации о том, как согласовать MOV с приложениями, ознакомьтесь с «Руководством по проектированию варисторов для приложений постоянного тока».

Защита от перенапряжения — Как выбрать правильный металлооксидный варистор (MOV)

Я хотел бы защитить вход трансформатора от скачков высокого напряжения, но я не понимаю, как мне выбрать правильный MOV, несмотря ни на что Я пока читал о них.

Ниже показано, как я пытался сделать, чтобы выбрать правильный компонент.

^{смоделируйте эту схему – Схема создана с помощью CircuitLab}

У меня есть источник питания 115 В / 60 Гц, и я питаю нагрузку 24 В постоянного тока через трансформатор 24 В / 52 ВА и правые фильтрующие конденсаторы. Показанные значения являются номинальными, но моя система может работать до 160 В (RMS) на входе трансформатора.

Я хочу защитить свою систему от скачков напряжения (макс. 1000 В). Я часто использовал диоды TVS в своих предыдущих схемах, но среда была другой (значение перенапряжения, постоянный ток …). Насколько я понял, MOV хорошо подходят для защиты системы от скачков напряжения в системе с питанием от переменного или постоянного тока. На самом деле я часто вижу их на входе трансформаторов, поэтому в этой конкретной схеме я хотел бы использовать MOV (плюс я научусь их использовать).

Так вот хотелось бы, чтобы даже при появлении броска 1000В напряжение на входе трансформатора не превышало 160В. Это что-то достижимое с MOV? Из того, что я читал, да. Из того, что я понял до сих пор, нет. Возможно, это не тот компонент, который нужно использовать.

Чтобы убедиться, что я не ошибаюсь, варистор — это резистор, зависящий от напряжения. Его электрическое сопротивление уменьшается с приложенным напряжением. Он имеет два функциональных режима работы: когда приложенное напряжение ниже напряжения фиксации, MOV не проводит ток (нормальная работа). Выше он становится проводящим, и напряжение на нем ограничивается значением чуть выше значения напряжения фиксации (из того, что я прочитал здесь).

Ну, просто я не понимаю. Для меня фиксирующее напряжение — это значение напряжения, от которого MOV станет проводящим, и, следовательно, напряжение на нем не будет превышать это значение (или совсем немного, как фактически стабилитрон). Но потом я прочитал этот пост. Этот разработчик заявляет, что его система может работать с максимальным напряжением 520 В (RMS) на входе. Но в своих расчетах он выбирает MOV с фиксирующим напряжением 1500 В.