Fiecare dispozitiv electronic care este inclus în rețea are nevoie de protecție împotriva depășirii valorilor de prag de curent sau tensiune. Pentru protecția curentului sunt utilizate diverse siguranțe și întreruptoare, dar varistoarele sunt cel mai adesea folosite pentru a proteja dispozitivul de supratensiune. În acest articol, vom lua în considerare principiul de funcționare al varistorului, caracteristicile sale, avantajele și dezavantajele acestei componente electronice.
Conţinut
Ce este un varistor și unde se folosește
Varistor - Acesta este un rezistor variabil din material semiconductor, care este capabil să-și modifice rezistența electrică în funcție de tensiunea aplicată acestuia.
Principiul de funcționare al unei astfel de componente electronice diferă de un rezistor și potențiometru convențional. Standard rezistor are o valoare constantă a rezistenței în orice moment, indiferent de tensiunea din circuit, potențiometrul vă permite să schimbați manual rezistența rotind butonul de control. Dar varistorul are o caracteristică curent-tensiune simetrică neliniară și rezistența sa depinde în întregime de tensiunea din circuit.
Datorită acestei proprietăți, varistoarele sunt utilizate pe scară largă și eficient pentru a proteja rețelele electrice, mașinile și echipamentele, precum și componentele electronice, plăcile și microcircuitele, indiferent de tipul de tensiune. Au un cost de producție scăzut, sunt fiabile în utilizare și sunt capabile să reziste la sarcini mari.
Varistoarele sunt utilizate atât în instalațiile de înaltă tensiune de până la 20 kV, cât și în instalațiile de joasă tensiune de la 3 la 200 V ca limitator de tensiune. În același timp, pot funcționa atât în rețele cu curent alternativ, cât și cu curent continuu. Sunt utilizate pentru reglarea și stabilizarea curentului și tensiunii, precum și în dispozitivele de protecție la supratensiune. Folosit la proiectarea filtrelor de rețea, surse de alimentare, telefoane mobile, SPD și alte SPE-uri.
Tipuri și principiu de funcționare
Când funcționează în condiții normale, varistorul are o rezistență uriașă, care poate scădea atunci când tensiunea depășește o valoare de prag. Adică, dacă tensiunea din circuit crește semnificativ, atunci varistorul trece de la o stare izolatoare la o stare conductivă electric și, datorită efectului de avalanșă în semiconductor, stabilizează tensiunea prin trecerea unui curent mare prin el însuși.
Varistoarele pot funcționa cu tensiune înaltă și joasă și, în consecință, sunt împărțite în două grupuri de dispozitive care au același principiu de funcționare:
- Înaltă tensiune: capabil să funcționeze în circuite cu valori de curent de până la 20 kV (utilizat în sistemele de protecție a rețelelor și echipamentelor, în dispozitivele de protecție la supratensiune).
- Tensiune joasă: tensiunea nominală pentru acest tip de componente variază de la 3 la 200 V (folosit pentru a proteja dispozitivele electronice și componentele echipamentelor cu un curent de 0,1 - 1A și sunt instalate la intrarea sau ieșirea sursei de alimentare).
Timp de răspuns varistor la supratensiune este de aproximativ 25 ns, ceea ce este o valoare excelentă, dar în unele cazuri insuficientă. Prin urmare, producătorii de componente electronice au dezvoltat o tehnologie pentru fabricarea unui rezistor smd, care are un timp de răspuns de 0,5 ns.
Varistoarele de toate tipurile sunt realizate din carbură de siliciu sau oxid de zinc prin sinterizarea acestui material cu un liant (rășină, argilă, sticlă) la temperatură ridicată. După primirea unui element semiconductor, acesta este metalizat pe ambele părți cu cabluri metalice de lipit pentru conectare.
Marcare, principalele caracteristici și parametri
Fiecare producător de varistoare își etichetează produsul într-un anumit mod, așa că există un număr destul de mare de opțiuni de desemnare și interpretările acestora. Cel mai comun varistor rusesc este K275, iar componentele populare fabricate în străinătate sunt 7n471k, kl472m și altele.
Denumirea varistorului CNR-10d751k poate fi descifrată după cum urmează: CNR – varistor cu oxid de metal; d - înseamnă că componenta este sub formă de disc; 10 este diametrul discului; 751 – tensiunea de răspuns pentru acest dispozitiv (calculul se face prin înmulțirea primelor două cifre cu 10 la puterea egală cu a treia cifră, adică de 75 ori 10 la gradul I, obținem 750 V); k - abaterea admisibilă a tensiunii nominale, care este de 10% în orice direcție (l - 15%, M - 20%, P - 25%).
Principalele caracteristici ale varistoarelor sunt următorii parametri:
Tensiunea de clasificare - tensiune la anumite valori ale curentului care trece prin varistor (de obicei, această valoare este de 1 mA). Această setare este condiționată și nu afectează selecția dispozitivului;
Tensiunea maximă admisă - Tensiune (RMS sau RMS), la care varistorul începe să-și scadă rezistența;
Energie maximă de absorbție - o caracteristică care arată valoarea energiei pe care varistorul o disipează și nu eșuează atunci când este expus la un singur impuls (măsurată în jouli);
Curent maxim de supratensiune – normalizează timpul de creștere și durata impulsului curent (măsurată în amperi);
Capacitate este un parametru foarte important, care se măsoară cu starea închisă și o frecvență dată (scade la zero dacă varistorului i se aplică un curent mare);
Toleranţă - abaterea de la diferența de potențial nominală în ambele sensuri (indicat ca procent).
Timp de raspuns - intervalul de timp pentru care varistorul trece de la starea închisă la cea deschisă (de obicei câteva zeci de nanosecunde).
Avantajele și dezavantajele varistoarelor
Un avantaj important al unui rezistor neliniar (varistor) este funcționarea sa stabilă și fiabilă la frecvențe înalte și sarcini mari. Este folosit în multe dispozitive care funcționează cu tensiuni de la 3 V la 20 kV, este relativ simplu și ieftin de fabricat și eficient în funcționare. Beneficiile suplimentare importante sunt:
- viteză mare de răspuns (nanosecunde);
- durată lungă de viață;
- capacitatea de a monitoriza căderile de tensiune (metoda fără inerție).
În ciuda faptului că această componentă electronică are o mulțime de avantaje, are și dezavantaje care îi afectează utilizarea în diverse sisteme. Acestea includ:
- zgomot de joasă frecvență în timpul funcționării;
- îmbătrânirea componentelor (pierderea parametrilor în timp);
- capacitate mare: depinde de tensiune și tipul elementului, este în intervalul de la 70 la 3200 pF și afectează performanța dispozitivului;
- la valorile maxime de tensiune, puterea nu este disipată - se supraîncălzește semnificativ și eșuează la valorile maxime de tensiune pe termen lung.
Selectarea varistorului
Pentru a alege varistorul potrivit pentru un anumit dispozitiv, trebuie să cunoașteți caracteristicile sursei sale de alimentare: rezistența și puterea impulsurilor tranzitorii. Valoarea maximă admisă a curentului este determinată, printre altele, de durata expunerii sale și de numărul de repetări, prin urmare, la instalarea unui varistor cu o valoare de vârf subestimată, acesta va eșua rapid.Pe scurt, pentru o protecție eficientă a dispozitivului, este necesar să alegeți un varistor cu o tensiune care are o marjă mică față de nominală.
De asemenea, pentru funcționarea fără probleme a unei astfel de componente electronice, rata de disipare a energiei termice absorbite și capacitatea de a reveni rapid la starea de funcționare normală sunt foarte importante.
Denumire pe diagramă și opțiuni pentru conectarea varistorului
Pe scheme varistor de obicei notat, la fel ca un rezistor obișnuit, dar cu un U adăugat lângă bară oblică. Această caracteristică indică în diagrame că acest element are o dependență de rezistență de tensiunea din circuit. De asemenea, pe schema de conexiuni acest element este marcat cu două litere R și U cu adăugarea unui număr de serie (RU1, RU2 ... etc.).
Există un număr mare de opțiuni pentru conectarea varistoarelor, dar lucrul comun pentru toate metodele este că această componentă este conectată în paralel cu circuitul de alimentare. Prin urmare, în absența valorilor periculoase ale impulsurilor de tensiune, curentul care circulă prin varistor are o valoare mică (datorită valorilor mari de rezistență) și nu afectează în niciun fel performanța sistemului. Când apare o supratensiune, varistorul modifică rezistența la valori mici, sarcina este șuntată, iar energia absorbită este disipată în spațiul înconjurător.
Articole similare:
