Varje elektronisk enhet som ingår i nätverket behöver skydd mot att överskrida tröskelvärdena för ström eller spänning. Olika säkringar och brytare används för strömskydd, men varistorer används oftast för att skydda enheten från överspänning. I den här artikeln kommer vi att överväga principen för driften av varistorn, dess egenskaper, fördelar och nackdelar med denna elektroniska komponent.
Innehåll
Vad är en varistor och var används den
Varistor - Det här är ett variabelt motstånd tillverkat av halvledarmaterial, som kan ändra sitt elektriska motstånd beroende på spänningen som appliceras på den.
Funktionsprincipen för en sådan elektronisk komponent skiljer sig från ett konventionellt motstånd och potentiometer. Standard motstånd har ett konstant resistansvärde när som helst, oavsett spänningen i kretsen låter potentiometern dig ändra motståndet manuellt genom att vrida på kontrollratten. Men varistorn har en icke-linjär symmetrisk ström-spänningskarakteristik och dess motstånd beror helt på spänningen i kretsen.
På grund av denna egenskap används varistorer i stor utsträckning och effektivt för att skydda elektriska nätverk, maskiner och utrustning, såväl som elektroniska komponenter, kort och mikrokretsar, oavsett typ av spänning. De har låg tillverkningskostnad, är tillförlitliga i användning och tål höga belastningar.
Varistorer används både i högspänningsinstallationer upp till 20 kV och i lågspänningsinstallationer från 3 till 200 V som spänningsbegränsare. Samtidigt kan de fungera både i nätverk med växelström och med likström. De används för att reglera och stabilisera ström och spänning, såväl som i överspänningsskyddsanordningar. Används vid design av nätverksfilter, nätaggregat, mobiltelefoner, SPD och andra SPE:er.
Typer och funktionsprincip
Vid drift under normala förhållanden har varistorn ett enormt motstånd, som kan minska när spänningen överstiger ett tröskelvärde. Det vill säga, om spänningen i kretsen ökar avsevärt, så går varistorn från ett isolerande tillstånd till ett elektriskt ledande tillstånd och, på grund av lavineffekten i halvledaren, stabiliserar spänningen genom att leda en stor ström genom sig själv.
Varistorer kan arbeta med hög och låg spänning och är följaktligen uppdelade i två grupper av enheter som har samma funktionsprincip:
- Högspänning: kan fungera i kretsar med strömvärden upp till 20 kV (används i skyddssystem för nätverk och utrustning, i överspänningsskyddsanordningar).
- Lågspänning: märkspänningen för denna typ av komponenter varierar från 3 till 200 V (används för att skydda elektroniska enheter och utrustningskomponenter med en ström på 0,1 - 1A och installeras vid ingången eller utgången av strömkällan).
Varistors svarstid kl strömstörning är cirka 25 ns, vilket är ett utmärkt värde, men i vissa fall otillräckligt. Därför har tillverkare av elektroniska komponenter utvecklat en teknik för tillverkning av ett smd-motstånd, som har en svarstid på 0,5 ns.
Varistorer av alla typer är gjorda av kiselkarbid eller zinkoxid genom att sintra detta material med ett bindemedel (harts, lera, glas) vid hög temperatur. Efter att ha mottagit ett halvledarelement metalliseras det på båda sidor med lödmetallkablar för anslutning.
Märkning, huvudegenskaper och parametrar
Varje tillverkare av varistorer märker sin produkt på ett visst sätt, så det finns ett ganska stort antal beteckningsalternativ och deras tolkningar. Den vanligaste ryska varistorn är K275, och populära utländska komponenter är 7n471k, kl472m och andra.
Beteckningen för CNR-10d751k-varistorn kan dechiffreras enligt följande: CNR – metalloxidvaristor; d - betyder att komponenten är i form av en skiva; 10 är skivans diameter; 751 – svarsspänning för denna enhet (beräkning sker genom att multiplicera de två första siffrorna med 10 till effekten lika med den tredje siffran, det vill säga 75 gånger 10 till den första graden, vi får 750 V); k - tillåten avvikelse av märkspänningen, som är 10% i valfri riktning (l - 15%, M - 20%, P - 25%).
De viktigaste egenskaperna hos varistorer är följande parametrar:
Klassificeringsspänning - spänning vid vissa värden av ström som flyter genom varistorn (normalt är detta värde 1mA). Den här inställningen är villkorad och påverkar inte val av enhet;
Högsta tillåtna spänning - Spänningsområde (RMS eller RMS), vid vilken varistorn börjar sänka sitt motstånd;
Maximal absorptionsenergi - en egenskap som visar värdet på energin som varistorn försvinner och inte misslyckas när den utsätts för en enda puls (mätt i joule);
Maximal överspänningsström – normaliserar stigtiden och varaktigheten av den aktuella pulsen (mätt i ampere);
Kapacitet är en mycket viktig parameter, som mäts med det stängda tillståndet och en given frekvens (sjunker till noll om en stor ström appliceras på varistorn);
Tolerans - avvikelse från den nominella potentialskillnaden i båda riktningarna (anges i procent).
Respons tid - tidsintervallet under vilket varistorn går från stängt tillstånd till öppet (vanligtvis några tiotals nanosekunder).
Fördelar och nackdelar med varistorer
En viktig fördel med ett icke-linjärt motstånd (varistor) är dess stabila och pålitliga drift vid höga frekvenser och tunga belastningar. Den används i många enheter som arbetar med spänningar från 3 V till 20 kV, den är relativt enkel och billig att tillverka och effektiv i drift. Ytterligare viktiga fördelar är:
- hög svarshastighet (nanosekunder);
- lång livslängd;
- förmågan att övervaka spänningsfall (tröghetsfri metod).
Trots att denna elektroniska komponent har många fördelar, har den också nackdelar som påverkar dess användning i olika system. Dessa inkluderar:
- lågfrekvent brus under drift;
- komponentåldring (förlust av parametrar över tid);
- stor kapacitans: beror på spänningen och typen av element, ligger i intervallet från 70 till 3200 pF och påverkar enhetens prestanda;
- vid maximala spänningsvärden försvinner inte strömmen - den överhettas avsevärt och misslyckas vid långvariga maximala spänningsvärden.
Varistor val
För att välja rätt varistor för en viss enhet måste du känna till egenskaperna hos dess strömkälla: motstånd och kraft hos transienta pulser. Det högsta tillåtna strömvärdet bestäms bland annat av exponeringens varaktighet och antalet repetitioner, därför kommer den snabbt att misslyckas när du installerar en varistor med ett underskattat toppströmvärde.Kort sagt, för effektivt skydd av enheten är det nödvändigt att välja en varistor med en spänning som har en liten marginal till den nominella.
För den problemfria driften av en sådan elektronisk komponent är förlusthastigheten för den absorberade termiska energin och förmågan att snabbt återgå till normal drift mycket viktiga.
Beteckning på diagrammet och alternativ för anslutning av varistorn
På system varistor vanligtvis betecknas, precis som ett vanligt motstånd, men med ett U lagt till bredvid snedstrecket. Denna funktion indikerar i diagrammen att detta element har ett motståndsberoende på spänningen i kretsen. Även på kopplingsschema detta element är märkt med två bokstäver R och U med tillägg av ett serienummer (RU1, RU2 ... etc.).
Det finns ett stort antal alternativ för att ansluta varistorer, men det gemensamma för alla metoder är att denna komponent är parallellkopplad med strömkretsen. Därför, i avsaknad av farliga värden för spänningspulser, har strömmen som flyter genom varistorn ett litet värde (på grund av stora motståndsvärden) och påverkar inte systemets prestanda på något sätt. När en överspänning uppstår ändrar varistorn motståndet till små värden, lasten shuntas och den absorberade energin försvinner i det omgivande utrymmet.
Liknande artiklar:
