Варистор
Варистор (англ. Vari (able) (resi) stor — переменный резистор) — полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление (проводимость) которого нелинейно зависит от приложенного напряжения, то есть он обладает нелинейной симметричной вольтамперной характеристикой и имеет два вывода.
Варистор представляет собой электротехническое изделие, изготовленное из многофазных полупроводниковых материалов.
Основной материал для изготовления варисторов — полупроводниковый карбид кремния SiC. Кристаллы SiC размалывают до размера 40-300 мкм, и этот порошок используют как основу варистора. Порошкообразный карбид кремния и связующее вещество запрессовывают в форму и спекают. Если в качестве связующего вещества используют глину, то полученный материал называют Тирит. Для изготовления Тирита смесь 74% мелкоизмельченного карбида кремния и глины прессуется и обжигается при температуре 1270 ° С
Если используют жидкое стекло (75% SiO2 + 24% Na2O + вода), то полученный материал, состоящий из 84% SiC и 16% связующего, называют Вилит.
Поверхность прессованного образца металлизируют и к ней припаивают выводы. Изменение электропроводности варистора с нарастанием напряжения на его выводах связано со сложными явлениями на контактах или на поверхности кристаллов. Например, уменьшение сопротивления с ростом напряжения в варисторах, изготовленных на основе карбида кремния, связано с падением сопротивления контактов между зернами SiC. Это происходит вследствие нелинейного роста тока через p-n переходы, которые образуются на этих контактах, в результате автоэлектронной эмиссии на острых участках зерен и т. д.
Конструктивно варисторы выполняются обычно в виде дисков, таблеток, стержней; существуют бусинковые и пленочные варисторы. Широкое распространение получили стержневые подстроечные варисторы с подвижным контактом.
Свойства:
Нелинейность характеристик варисторов обусловлена локальным нагревом соприкасающихся граней многочисленных кристаллов карбида кремния (или другого полупроводника).
При локальном повышении температуры на границах кристаллов сопротивление последних существенно снижается, что приводит к уменьшению общего сопротивления варисторов.
Варисторы на основе карбида кремния имеют невысокий коэффициент нелинейности, порядка 5-7, поэтому в настоящее время для изготовления варисторов применяется оксид цинка с добавками оксидов висмута, кобальта, марганца, сурьмы и хрома. Технология его приготовления сложна, она включает раздельный размол компонентов, смешивания со связкой, прессование, спекание с выжиганием связи, размола, вторичное спекания, вжигание электродов. В результате получается высококачественная керамика с высокой нелинейностью, величина которой составляет 50-70. Нелинейность варисторов на основе оксидных полупроводников связана не со свойствами кристаллитов, а со свойствами межкристаллитных слоев и потенциальных барьеров на поверхности кристаллитов.
Параметры:
- Классификационная напряжение, В — напряжение при определенном токе (обычно производители указывают при 1 мА), практической ценности не представляет
- Рабочее напряжение (Operating voltage), В, диапазон — от нескольких В до нескольких десятков кВ, данное напряжение должно быть превышено только при перенапряжении.
- Рабочий ток (Operating Current), a — диапазон — от 0,1 мА до 1 А
- Максимальный импульсный ток (Peak Surge Current), а
- Поглощаемая энергия (Absorption energy), Дж
- Коэффициент нелинейности
- Температурные коэффициенты (статический. Сопротивления, напряжения, тока) — для всех типов варисторов не превышает — 0,1% на градус
В настоящее время для защиты радиоэлектронной аппаратуры от внешних импульсных воздействий применяются различные виды экранирование, RC-и LC-фильтры, газоразрядные приборы (разрядники) и полупроводниковые ограничители напряжения (ПОН). К сожалению, разрядники не обладают необходимым быстродействием, а быстродействующие ПОН, с высокой нелинейностью вольтамперной характеристики (ВАХ) не способны рассеивать большую мощность за малого объема p-n перехода. Это обусловливает резкое уменьшение допустимого тока в импульсе, протекающего через прибор.
В последнее время наиболее эффективным средством защиты аппаратуры от любых импульсных напряжений признаны оксидно-цинковые варисторы.
Отличительной особенностью варистора является двусторонняя симметричная и резко выраженная нелинейная ВАХ .
Электрические характеристики варистора определяются большим сопротивлением утечки и емкостью, которая незначительно изменяется под воздействием напряжения и температуры.
При больших напряжениях на варисторе, и соответственно, больших токах, проходящих через него, плотность тока в точечных контактах оказывается также велик. Разогрев точечных контактов приводит к уменьшению их сопротивления и, как следствие, к нелинейности ВАХ. Малые объемы активных областей обеспечивают малую инерционность тепловых процессов, определяет их высокое быстродействие. Наряду с этим варисторы способны хорошо поглощать высокоэнергетические импульсы напряжения, поскольку тепловая энергия рассеивается не в отдельных зернах полупроводника, а на всем его объеме.
В области малых токов ВАХ описывается выражением:
I=AUβ
где I — ток, U — напряжение, A коэффициент, значение которого зависит от типа варистора и от температуры; β — коэффициент нелинейности, характеризующий крутизну ВАХ и определяется отношением статического сопротивления варистора к дифференциальному в определенной точке:
Для варисторов на основе оксида цинка коэффициент нелинейности обычно составляет 20 … 60.
Варисторы имеют достаточно большую емкость (100 … 50000 Пф) в рабочем режиме (когда нет импульсов напряжения). При воздействии импульса их емкость падает практически до нуля. Для расчета варисторов, защищающие те или иные цепи от грозового разряда, иногда приводят сведения о напряжении на варисторе при воздействии стандартного грозового импульса. Очевидно, что варисторы могут работать и при последовательном включении. При этом в них протекает одинаковый ток, а общее напряжение делится пропорционально сопротивлениям (в первом приближении — классификационным напряжениям), в той же пропорции разделится поглощенная энергия. Сложнее обеспечить параллельную работу варисторов — необходимо строгое совпадение их ВАХ. Эта задача вполне разрешима при последовательно-параллельной схеме включения — есть варисторы последовательно собираются в столбы, а столбы соединяются параллельно. При этом подбором варисторов обеспечивают совпадение ВАХ столбов, которые собираются в блоки с нужными параметрами. Варисторы изготавливаются в обычном исполнении (дисковые, прямоугольные), в виде блоков различной формы и в виде чипов, что позволяет существенно экономить место на печатной плате.
Надежность работы радиоэлектронной аппаратуры во многом определяется качеством питают электрических сетей, в которых могут иметь место перенапряжения длительностью от сотен миллисекунд до нескольких секунд, провалы напряжения длительностью до десятков миллисекунд, исчезновение (отсутствие напряжения более одного периода) и так далее. Особенно опасны высоковольтные импульсы амплитудой до нескольких киловольт и продолжительностью от десятков наносекунд до сотен микросекунд. Именно они могут приводить к серьезным сбоям электронной аппаратуры и выходу ее из строя, а также быть причиной пробоя изоляции проводов и даже их возгорания.
Импульсы напряжения, которые можно отнести к внешним сетевых помех, возникающих в различных цепях аппаратуры, в первую очередь, в проводах питания.
Во-первых, они могут приводиться электромагнитными импульсами искусственного происхождения от передающих радиостанций, высоковольтных линий электропередач, сетей электрифицированных железных дорог, электросварочных аппаратов.
Идентифицировать и систематизировать причины таких препятствий практически невозможно. Однако для бытовых электрических сетей напряжением 220 В приняты следующие ориентировочные параметры внешних импульсных напряжений:
- амплитуда — до 6 кВ
- частота — 0,05 … 5 МГц;
- продолжительность — 0,1 … 100 мкс.
Во-вторых, они могут быть природного происхождения и приводиться мощными грозовыми разрядами.
В-третьих, они могут создаваться статическим напряжением, разряд которого достигает 25 кВ. Высоковольтные импульсы способны возникать и в самой аппаратуре при ее функционировании в результате переходных процессов, при срабатывании электромагнитов, размыкании контактов реле, коммутации реактивных нагрузок и так далее. Наибольшую угрозу представляют импульсы, возникающие при отключении индуктивной нагрузки.
По указанным причинам радиоэлектронная аппаратура должна быть защищена от высоковольтных импульсных помех.
Нелинейные резисторы — варисторы — широко применяются в производстве вентильных разрядников, предназначенных для защиты электрооборудования от грозовых и коммутационных перенапряжений.
Применение:
Низковольтные варисторы изготавливают на рабочее напряжение от 3 до 200 В и ток от 0,1 мА до 1 А; высоковольтные варисторы — на рабочее напряжение до 20 кВ.
Варисторы применяются для стабилизации и регулирования низкочастотных токов и напряжений, в аналоговых вычислителях — для возведения в степень, извлечения корней и других математических действий, в цепях защиты от перенапряжений (например, высоковольтные линии электропередачи, линии связи, электрические приборы) и др.
Высоковольтные варисторы применяются для изготовления ограничителей перенапряжения.
Как электронные компоненты, варисторы дешевле и надежнее, способны выдерживать значительные электрические перегрузки, могут работать на высокой частоте (до 500 кГц).
Среди недостатков — значительный низкочастотный шум и старение — изменение параметров со временем и при колебаниях температуры.
В последние годы появились на рынке так называемые «нестареющие» варисторы, имеющие по ряду параметров улучшения электрических свойств во времени под напряжением промышленной частоты.
принцип работы, характеристики, применение и схемы
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. Купить варистор на Алиэкспресс:
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
Варистор Википедия
Обозначение на схеме Вольт-амперные характеристики варисторов: синие — на основе ZnO, красные — на основе SiC. Разные варисторыВари́стор (лат. vari(able) — переменный (resi)stor — резистор) — полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление (проводимость) которого нелинейно зависит от приложенного напряжения, то есть обладающий нелинейной симметричной вольт-амперной характеристикой и имеющий два вывода. Обладает свойством резко уменьшать своё сопротивление с миллиардов до десятков Ом при увеличении приложенного к нему напряжения выше пороговой величины[1]. При дальнейшем увеличении напряжения сопротивление уменьшается ещё сильнее. Благодаря отсутствию сопровождающих токов при скачкообразном изменении приложенного напряжения, варисторы являются основным элементом для производства устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП).
Изготовление
Изготавливают варисторы спеканием при температуре около 1700 °C полупроводника, преимущественно порошкообразного карбида кремния (SiC) или оксида цинка (ZnO), и связующего вещества (например, глина, жидкое стекло, лаки, смолы). Далее две поверхности полученного элемента металлизируют (обычно электроды имеют форму дисков) и припаивают к ним металлические проволочные выводы.
Конструктивно варисторы выполняются обычно в виде дисков, таблеток, стержней; существуют бусинковые и плёночные варисторы. Широкое распространение получили стержневые подстроечные варисторы с подвижным контактом.
Свойства
Нелинейность характеристик варисторов обусловлена локальным нагревом соприкасающихся граней многочисленных кристаллов карбида кремния (или иного полупроводника). При локальном повышении температуры на границах кристаллов сопротивление последних существенно снижается, что приводит к уменьшению общего сопротивления варисторов.
Один из основных параметров варистора — коэффициент нелинейности λ — определяется отношением его статического сопротивления R к динамическому сопротивлению Rd:
- λ=RRd=UI:dUdI≈const{\displaystyle \lambda ={\frac {R}{R_{d}}}={\frac {U}{I}}:{\frac {dU}{dI}}\approx const},
где U — напряжение, I — ток варистора
Коэффициент нелинейности лежит в пределах 2-10 у варисторов на основе SiC и 20-100 у варисторов на основе ZnO.
Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) варистора — отрицательная величина.
Применение
Низковольтные варисторы изготавливают на рабочее напряжение от 3 до 200 В и ток от 0,0001 до 1 А; высоковольтные варисторы — на рабочее напряжение до 20 кВ.
Варисторы применяются для стабилизации и регулирования низкочастотных токов и напряжений, в аналоговых вычислителях — для возведения в степень, извлечения корней и других математических действий, в цепях защиты от перенапряжений (например, высоковольтные линии электропередачи, линии связи, электрические приборы) и др.
Высоковольтные варисторы применяются для изготовления ограничителей перенапряжения.
Как электронные компоненты, варисторы дёшевы и надёжны, способны выдерживать значительные электрические перегрузки, могут работать на высокой частоте (до 500 кГц). Среди недостатков — значительный низкочастотный шум и старение — изменение параметров со временем и при колебаниях температуры.
Материалы варисторов
Тирит, вилит, лэтин, силит — полупроводниковые материалы на основе карбида кремния с разными связками. Оксид цинка — новый материал для варисторов.
Параметры
При описании характеристик варисторов в основном используются следующие параметры[1]:
- Классификационное напряжение Un — напряжение при определённом токе (обычно 1 мА), условный параметр для маркировки изделий;
- Максимально допустимое напряжение Um для постоянного тока и для переменного тока (среднеквадратичное или действующее значение), диапазон — от нескольких В до нескольких десятков кВ; может быть превышено только при перенапряжениях;
- Номинальная средняя рассеиваемая мощность P — мощность в ваттах (Вт), которую варистор может рассеивать в течение всего срока службы при сохранении параметров в заданных пределах;
- Максимальный импульсный ток Ipp (Peak Surge Current) в амперах (А), для которого нормируется время нарастания и длительность импульса;
- Максимальная допустимая поглощаемая энергия W (Absorption energy) в джоулях (Дж), при воздействии одиночного импульса;
- Ёмкость Co, измеренная в закрытом состоянии при заданной частоте; зависит от приложенного напряжения — когда варистор пропускает через себя большой ток, она падает до нуля.
Рабочее напряжение варистора выбирается исходя из допустимой энергии рассеяния и максимальной амплитуды напряжения. Рекомендуется, чтобы на переменном напряжении оно не превышало 0,6 Un, а на постоянном — 0,85 Un. Например, в сети с действующим напряжением 220 В (50 Гц) обычно устанавливают варисторы с классификационным напряжением не ниже 380…430 В.
См. также
Примечания
Литература
- В. Г. Герасимов, О. М. Князьков, А. Е. Краснопольский, В. В. Сухоруков. Основы промышленной электроники: Учебник для вузов / Под ред. В. Г. Герасимова. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 1978.
- Электроника: Энциклопедический словарь / В. Г. Колесников (главный редактор). — 1-е изд. — М.: Сов. энциклопедия, 1991. — С. 54. — ISBN 5-85270-062-2.
- И. П. Шелестов. Полезные схемы. Книга 5. — М.: СОЛОН-Р, 2002. — 240 с. — (Радиолюбителям). — 7000 экз. — ISBN 5-93455-167-1.
Варистор. Что это такое? Принцип работы
Резистор можно охарактеризовать как пассивный элемент электрической цепи. Резисторы используются в основном для контроля электрических параметров (напряжения и тока) в электроцепи, используя физическое свойство резистора, называемое сопротивлением.
Существуют различные типы резисторов:
- резисторы с постоянным сопротивлением (углеродные, пленочные, металлопленочные, проволочные)
- резисторы с переменным сопротивлением (проволочные переменные резисторы, потенциометры, металлокерамические переменные резисторы, реостаты)
- особый тип резисторов, например, фоторезистор, варистор и так далее.
В этой статье подробно обсудим принцип работы варистора, схема подключения и применение варистора на практике. Но, в первую очередь мы должны знать, что же такое варистор.
Варистор. Что это такое?
Варистор — это особый тип резистора, сопротивление которого изменяется под действием приложенного к нему напряжения. Поэтому его еще называют вольта зависимый резистор (VDR). Это нелинейный полупроводниковый элемент получил свое название от слова переменный резистор (VARiable resistor)
Эти варисторы используются в качестве защитного устройства для предотвращения кратковременных всплесков напряжения переходных процессов в электроцепи. По внешнему виду и размеру варистор схож с конденсатором, поэтому его часто путают с ним.
Принцип работы варистора
В обычном рабочем состоянии варистор имеет высокое сопротивление. Всякий раз, когда переходное напряжение резко возрастает, сопротивление варистора тут же уменьшаться. Таким образом, он начитает проводить через себя ток, снижая тем самым напряжение до безопасного уровня.
Существуют различные типы исполнения, однако варистор на основе окиси металла является наиболее часто используемым в электронных устройствах. Как было сказано выше, основное назначение варистора в электронных схемах — защита цепи от чрезмерного всплеска напряжения переходных процессов. Эти переходные процессы обычно происходят из-за разряда статического электричества и грозовых перенапряжений.
Принцип работы варистора можно легко понять, взглянув на кривую зависимости сопротивления от приложенного напряжения.
На графике выше видно, что во время нормального рабочего напряжения (скажем низкого напряжения) сопротивление его очень высоко и если напряжение превышает номинальное значение варистора, то его сопротивление начинает уменьшаться.
Вольт-амперная характеристика (ВАХ) варистора показанная на рисунке выше. Из рисунка видно, небольшое изменение напряжения вызывает значительное изменение тока.
Уровень напряжения (классификационное напряжение), при котором ток, протекающий через варистор составляет 1 мА, является уровнем, при котором варистор переходит из непроводящего состояния в проводящее. Это происходит потому, что, всякий раз, когда приложенное напряжение превышает или равно номинальному напряжению, происходит лавинный эффект, переводящий варистор в состояние электропроводности в результате снижения сопротивления.
Таким образом, даже, несмотря на быстрый рост малого тока утечки, напряжение будет чуть выше номинального значения. Следовательно, варистор будет регулировать напряжение переходных процессов относительно приложенного напряжения.
Применение варистора
На рисунке выше показаны примеры применения варистора в различных системах защиты электроснабжения. Рассмотрим каждый случай по отдельности.
Данная схема представляет собой защиту однофазной линии питания. Если напряжение переходных процессов поступает из сети на клеммы питания устройства, то данный всплеск уменьшит сопротивление варистора и таким образом произойдет защита электрической цепи.
Следующая схема представляет собой защиту однофазной линии с заземлением. В этом случае варистор подключен аналогично предыдущей схеме с дополнительным включением варисторов по линии заземления.
Третья схема предназначена для защиты полупроводниковых переключателей (транзистор, тиристор, симистор), которые коммутируют индуктивную нагрузку.
И последняя схема предназначена для защиты переключателя (контактов) от искрения при включении электродвигателя.
Справочник по варисторам — скачать (10,0 MiB, скачано: 1 610)
Что такое варистор? Определение, конструкция, работа, характеристики, преимущества, недостатки и применение варистора
Определение : Варистор — это двухполюсный полупроводниковый прибор, который защищает электрические и электронные устройства от переходных процессов перенапряжения. Его сопротивление зависит от приложенного входного напряжения.
Слово варистор формируется путем объединения переменных и resi stor . Он также известен как резистор, зависящий от напряжения , VDR , сопротивление которого изменяется автоматически при соответствующем изменении напряжения на нем.
Он всегда подключается к защищаемому устройству. В основном это делается для защиты схемы от скачков напряжения.
На рисунке ниже показано символическое изображение варистора:
Они в основном используются для защиты схемы от колебаний высокого напряжения.
Конструкция варистора
Варисторы образуются при вдавливании кристаллов карбида кремния или оксидов металлов в керамический материал.
После высыхания материала производится спекание при высокой температуре.Электрические характеристики устройства зависят от температуры и атмосферных условий.
Для обеспечения хороших электрических контактов контакты материала металлизируются серебром или медью. Затем к контактам припаиваются выводы, комплектуются и кодируются варисторы.
На рисунке ниже показан варистор дискового типа:
В настоящее время это самые распространенные фиксаторы напряжения , которые можно использовать в широком диапазоне напряжений. Это нелинейное устройство , которое поглощает разрушительную энергию и рассеивает ее в виде тепла, чтобы предотвратить повреждение системы.
Обычно при его производстве используется оксид цинка , , поэтому он также известен как варистор на основе оксида металла .
На рисунке ниже показана структура металлооксидного варистора:
Здесь варистор на 90% состоит из оксида цинка, а остальное — из присадочного материала , образующего переход. Стандартный карбид кремния отличается от варистора на основе оксида металла тем, что MOV имеет меньший ток утечки и его рабочая скорость выше.
Работа и характеристики варистора
Прежде чем приступить к работе, давайте сначала поймем взаимосвязь между напряжением и сопротивлением варисторов.
На рисунке ниже показана кривая зависимости сопротивления от напряжения для варистора:
Варисторы проявляют необычное поведение в случае сопротивления. Здесь мы видим, что когда напряжение низкое, сопротивление на нем высокое. Но сопротивление быстро падает с увеличением напряжения выше номинального.
Давайте теперь посмотрим на подробное описание работы варистора:
Когда на устройство подается определенное низкое напряжение, оно создает высокое сопротивление, из-за чего через него проходит очень низкий ток. Когда напряжение увеличивается и достигает напряжения фиксации, то есть номинального напряжения, ток увеличивается.
В это время замечается изменение работы варисторов. Таким образом, после этого напряжения устройство, которое до сих пор работало как изолятор, теперь начинает вести себя как проводник.Таким образом, после номинального напряжения предлагаемое им сопротивление станет очень низким, позволяя проходить через него очень сильному току.
Таким образом, говорят, что напряжение имеет нелинейную характеристику с током .
На рисунке ниже показана вольт-амперная характеристика варистора:
Здесь, как мы видим, пока не будет достигнуто напряжение фиксации, устройство остается в непроводящем состоянии. Таким образом, мы можем видеть линейную зависимость между напряжением и током.В это время через него протекает очень небольшой ток утечки. Из-за оказываемого им высокого сопротивления.
Однако, после этого конкретного уровня напряжения, проводящее состояние достигается варисторами. Таким образом, мы видим, что сопротивление стало очень низким и через него проходит большой ток даже после того, как напряжение ограничено после номинального напряжения.
Преимущества варистора
- Обеспечивает отличную защиту от перенапряжения.
- Поскольку не показывает полярного эффекта , двунаправленность достигается легко.
Недостаток варистора
Применение варистора
Он показывает широкое применение в защите устройств, таких как защита линии связи, микропроцессора и защиты источников питания. В защите переменного тока и кабельного телевидения от перенапряжения и т. Д.
Что такое автоматический регулятор напряжения? Значение, принцип работы и применение
Автоматический регулятор напряжения предназначен для регулирования напряжения. Он принимает колебания напряжения и преобразует их в постоянное напряжение.Колебания напряжения в основном возникают из-за изменения нагрузки на систему питания. Колебания напряжения вызывают повреждение оборудования энергосистемы. Изменения напряжения можно контролировать, устанавливая оборудование для контроля напряжения в нескольких местах, например, рядом с трансформаторами, генератором, фидерами и т. Д. Регулятор напряжения предусмотрен более чем в одной точке в энергосистеме для управления колебаниями напряжения.
В системе питания постоянного тока напряжение может контролироваться с помощью составных генераторов в случае фидеров одинаковой длины, но в случае фидеров разной длины напряжение на конце каждого фидера поддерживается постоянным с помощью усилителя фидера.В системе переменного тока напряжение можно регулировать с помощью различных методов, таких как повышающие трансформаторы, индукционные регуляторы, шунтирующие конденсаторы и т. Д.
Принцип работы регулятора напряжения
Работает по принципу обнаружения ошибок. Выходное напряжение генератора переменного тока, полученное через трансформатор напряжения, затем выпрямляется, фильтруется и сравнивается с эталоном. Разница между фактическим напряжением и опорным напряжением известна как напряжение ошибки .Это напряжение ошибки усиливается усилителем и затем подается на основной или пилотный возбудитель.
Таким образом, усиленные сигналы ошибки управляют возбуждением основного или пилотного возбудителя посредством понижающего или повышающего действия (т. Е. Регулируют колебания напряжения). Управление выходом возбудителя ведет к контролю напряжения на клеммах главного генератора.
Применение автоматического регулятора напряжения
Основные функции AVR следующие.
- Он контролирует напряжение системы и приближает работу машины к стабильному установившемуся режиму.
- Он разделяет реактивную нагрузку между генераторами, работающими параллельно.
- Автоматические регуляторы напряжения снижают перенапряжения, возникающие из-за внезапной потери нагрузки в системе.
- Увеличивает возбуждение системы в условиях неисправности, так что максимальная мощность синхронизации существует во время устранения неисправности.
Когда происходит резкое изменение нагрузки в генераторе переменного тока, необходимо изменить систему возбуждения, чтобы обеспечить такое же напряжение при новых условиях нагрузки. Сделать это можно с помощью автоматического регулятора напряжения. Аппаратура автоматического регулятора напряжения работает в поле возбудителя и изменяет выходное напряжение возбудителя и ток возбуждения. Во время резких колебаний АРВ не дает быстрого ответа.
Для быстрого реагирования используются быстродействующие регуляторы напряжения на основе принципа , превышающего отметку .В соответствии с принципом перерегулирования, когда нагрузка увеличивается, возбуждение системы также увеличивается. Перед увеличением напряжения до значения, соответствующего повышенному возбуждению, регулятор снижает возбуждение до надлежащего значения.
an9771
% PDF-1.5 % 278 0 объект > / OCGs [355 0 R] >> / OpenAction 279 0 R / Threads 280 0 R / Тип / Каталог >> endobj 282 0 объект > endobj 42 0 объект > endobj 386 0 объект > поток 1999-05-04T16: 20: 22ZAdobe Illustrator CS32010-04-26T16: 24: 28-05: 002010-04-26T16: 24: 28-05: 00
вопрос о номинальном напряжении варистора
извините, но это невозможно, вы не можете внезапно начать работать «сразу после 200v»…варисторы всегда имеют большой допуск, и где-то может быть хороший диапазон 30 В, в пределах которого варистор будет зажимать.Я хочу, чтобы варистор заработал сразу после 200В постоянного тока?
— — — Обновлено — — —
Варисторы — довольно ужасные вещи, если у вас есть что-то, что будет повреждено, если оно подвергнется напряжению «x», тогда нельзя гарантировать, что варистор сломается только при возникновении этого точного напряжения … Фактически, максимальное ограничивающее напряжение варистора может быть намного выше начального напряжения переключения… ..поэтому вам нужно вместо этого использовать компаратор и делитель напряжения, заставить его отключиться при требуемом напряжении и включить на время тяжелый демпфирующий резистор т.
Так зачем использовать варисторы, если они такие плохие?… Ну, одним словом, «правила». Если сильный удар грязной молнии выдает 1 киловатт на входе оборудования, то оборудование может отреагировать на это возгоранием …… .подключите варистор, включите его в цепь после предохранителя, а оборудование — с помощью в случае поломки варистора перегорит предохранитель… «ломовая» цепь… спасет вас от пожара.
-Но варисторы все еще довольно ужасны … и хуже всего то, что каждый раз, когда они гасят переходные процессы перенапряжения, они получают внутреннее повреждение, и в конечном итоге они настолько сильно повреждаются, что потребляют слишком много тока утечки и взрываются, взрываясь. предохранитель в процессе, потому что они перегорают ……..Вы должны выбросить свой усилитель или smps ………… .. Фактически, варисторы — одна из главных причин того, что ни один автономный smps не может прослужить более 7 лет, если используется 24/7 ……… единственный способ это использовать один из сменных варисторных блоков, которые указывают вам, когда варистор вот-вот умрет
типовой лист данных варистора
http://www.littelfuse.com/~/media/e…tors /littelfuse_varistor_la_datasheet.pdf.pdf
уровней напряжения согласно IEC 60038
Стандарт направлен на объединение переменного и тягового напряжения в отрасли и определяет следующие диапазоны:
- полоса 1 — А.C. системы от 100 В до 1000 В
- диапазон 2 — тяговые системы переменного и постоянного тока
- диапазон 3 — системы переменного тока от 1 кВ до 35 кВ
- , диапазон 4 — системы переменного тока от 35 кВ до 230 кВ
- полоса 5 — системы переменного тока выше 245 кВ
Системы переменного тока от 100 В до 1000 В
| Напряжение номинальное, В | ||
|---|---|---|
| Трехфазные четырехпроводные или трехпроводные системы | Однофазные трехпроводные системы | |
| 50 Гц | 60 Гц | 60 Гц |
| – | 208/120 | 240/120 |
| – | 240 | – |
| 400/230 | 4808/277 | – |
| 690/400 | 480 | – |
| – | 600/347 | – |
| 1000 | 600 | – |
Диапазон напряжения питания ± 10% на клеммах питания
Выводы питания к конечному оборудованию максимум 4% падение напряжения
А.Тяговые системы C и DC
| Напряжение, В | ||||
|---|---|---|---|---|
| Самый низкий | Номинал | Самый высокий | Частота | |
| Системы постоянного тока | ||||
| (400) | (600) | (720) | ||
| 500 | 750 | 900 | ||
| 1000 | 1500 | 1600 | ||
| 2000 | 3000 | 3600 | ||
| А.C. Однофазные системы | ||||
| (4750) | (6250) | (6900) | 50 или 60 | |
| 12000 | 15000 | 17250 | 16 2 / 3 | |
| 19000 | 25000 | 27500 | 50 или 60 | |
Скобки не являются предпочтительными и по возможности не должны использоваться
А.C. системы от 1 кВ до 35 кВ
| Напряжение, кВ | ||||
|---|---|---|---|---|
| Серия I | серии 2 | |||
| Наивысшее | Номинал | Самый высокий | Номинал | |
| 3,6 | 3,3 | 3 | 4,40 | 4.16 |
| 7,2 | 6,6 | 6 | ||
| 12 | 11 | 10 | ||
| 13,2 | 12,47 | |||
| 13.97 | 13,2 | |||
| 14,52 | 13,8 | |||
| (17,5) | (15) | |||
| 24 | 22 | 20 | ||
| 26.47 | 24,94 | |||
| 36 | 33 | |||
| 36,5 | 34,5 | |||
| 40,5 | 35 | |||
Рекомендуется использовать только одну серию.
Системы переменного тока от 35 кВ до 230 кВ
| Напряжение, кВ | ||
|---|---|---|
| Наивысшее | Номинальное напряжение, В | |
| (52) | (45) | |
| 7,25 | 66 | 69 |
| 123 | 110 | 115 |
| 145 | 132 | 138 |
| (170) | (150) | |
| 245 | 220 | 230 |
В каждой стране следует использовать только одну серию
А.C. системы выше 245 кВ
Рекомендуется для каждой географической группы использовать только одно из следующих:
- 245 кВ — 300 кВ — 262 кВ
- 362 кВ — 420 кВ
- 420 кВ 550 кВ
| Максимальное напряжение, кВ |
|---|
| (300) |
| 362 |
| 420 |
| 550 |
| 800 |
| 1050 |
| 1200 |
% PDF-1.6 % 1676 0 объектов> endobj xref 1676 135 0000000016 00000 н. 0000005607 00000 п. 0000005745 00000 н. 0000005936 00000 н. 0000005981 00000 п. 0000006113 00000 п. 0000006586 00000 н. 0000006624 00000 н. 0000007839 00000 п. 0000008132 00000 н. 0000008599 00000 н. 0000010734 00000 п. 0000013384 00000 п. 0000077410 00000 п. 0000078298 00000 п. 0000078578 00000 п. 0000078911 00000 п. 0000079831 00000 п. 0000080086 00000 п. 0000080431 00000 п. 0000083681 00000 п. 0000086544 00000 п. 0000086658 00000 п. 0000086732 00000 п. 0000086820 00000 н. 0000086916 00000 п. 0000086960 00000 п. 0000087064 00000 п. 0000087108 00000 п. 0000087204 00000 п. 0000087248 00000 п. 0000087341 00000 п. 0000087385 00000 п. 0000087483 00000 п. 0000087527 00000 п. 0000087630 00000 п. 0000087674 00000 п. 0000087772 00000 п. 0000087816 00000 п. 0000087911 00000 п. 0000087955 00000 п. 0000088047 00000 п. 0000088091 00000 п. 0000088194 00000 п. 0000088238 00000 п. 0000088326 00000 п. 0000088370 00000 п. 0000088480 00000 п. 0000088524 00000 п. 0000088628 00000 п. 0000088672 00000 п. 0000088764 00000 п. 0000088808 00000 п. 0000088914 00000 н. 0000088958 00000 п. 0000089067 00000 п. 0000089111 00000 п. 0000089219 00000 п. 0000089263 00000 п. 0000089368 00000 п. 0000089412 00000 п. 0000089513 00000 п. 0000089557 00000 п. 0000089660 00000 п. 0000089704 00000 п. 0000089806 00000 п. 0000089850 00000 п. 0000089953 00000 п. 0000089997 00000 н. 00000 00000 п. 00000
00000 п. 00000 00000 п. 00000