Elk elektronisch apparaat dat in het netwerk is opgenomen, heeft bescherming nodig tegen overschrijding van de drempelwaarden van stroom of spanning. Er worden verschillende zekeringen en stroomonderbrekers gebruikt voor stroombeveiliging, maar varistoren worden meestal gebruikt om het apparaat te beschermen tegen overspanning. In dit artikel zullen we het werkingsprincipe van de varistor, de kenmerken, voor- en nadelen van deze elektronische component beschouwen.
Inhoud
Wat is een varistor en waar wordt deze gebruikt?
varistor - Dit is een variabele weerstand gemaakt van halfgeleidermateriaal, die zijn elektrische weerstand kan veranderen afhankelijk van de spanning die erop wordt toegepast.
Het werkingsprincipe van een dergelijke elektronische component verschilt van een conventionele weerstand en potentiometer. Standaard weerstand heeft op elk moment een constante weerstandswaarde, ongeacht de spanning in het circuit, met de potentiometer kunt u de weerstand handmatig wijzigen door aan de bedieningsknop te draaien. Maar de varistor heeft een niet-lineaire symmetrische stroom-spanningskarakteristiek en zijn weerstand hangt volledig af van de spanning in het circuit.
Vanwege deze eigenschap worden varistoren op grote schaal en effectief gebruikt om elektrische netwerken, machines en apparatuur, evenals elektronische componenten, borden en microschakelingen te beschermen, ongeacht het type spanning. Ze hebben lage fabricagekosten, zijn betrouwbaar in gebruik en zijn bestand tegen hoge belastingen.
Varistoren worden zowel in hoogspanningsinstallaties tot 20 kV als in laagspanningsinstallaties van 3 tot 200 V als spanningsbegrenzer toegepast. Tegelijkertijd kunnen ze zowel in netwerken met wisselstroom als met gelijkstroom werken. Ze worden gebruikt om stroom en spanning te regelen en te stabiliseren, evenals in overspanningsbeveiligingsapparatuur. Gebruikt bij het ontwerpen van netwerkfilters, voedingen, mobiele telefoons, SPD en andere SPE's.
Soorten en werkingsprincipe
Bij gebruik onder normale omstandigheden heeft de varistor een enorme weerstand, die kan afnemen wanneer de spanning een drempelwaarde overschrijdt. Dat wil zeggen, als de spanning in het circuit aanzienlijk toeneemt, gaat de varistor van een isolerende toestand naar een elektrisch geleidende toestand en stabiliseert hij, vanwege het lawine-effect in de halfgeleider, de spanning door een grote stroom door zichzelf te laten lopen.
Varistoren kunnen werken met hoog- en laagspanning en zijn dienovereenkomstig verdeeld in twee groepen apparaten met hetzelfde werkingsprincipe:
- Hoogspanning: geschikt voor gebruik in circuits met stroomwaarden tot 20 kV (gebruikt in beveiligingssystemen van netwerken en apparatuur, in overspanningsbeveiligingsapparatuur).
- Laagspanning: nominale spanning voor dit type componenten varieert van 3 tot 200 V (gebruikt om elektronische apparaten en apparatuurcomponenten te beschermen met een stroomsterkte van 0,1 - 1A en wordt geïnstalleerd aan de ingang of uitgang van de stroombron).
Varistor responstijd op stroomstoot is ongeveer 25 ns, wat een uitstekende waarde is, maar in sommige gevallen onvoldoende. Daarom hebben fabrikanten van elektronische componenten een technologie ontwikkeld voor het vervaardigen van een smd-weerstand, die een responstijd van 0,5 ns heeft.
Alle soorten varistors worden gemaakt van siliciumcarbide of zinkoxide door dit materiaal bij hoge temperatuur te sinteren met een bindmiddel (hars, klei, glas). Na ontvangst van een halfgeleiderelement wordt het aan beide zijden gemetalliseerd met metalen soldeerdraden voor verbinding.
Markering, belangrijkste kenmerken en parameters
Elke fabrikant van varistoren labelt zijn product op een bepaalde manier, dus er zijn een vrij groot aantal aanduidingsopties en hun interpretaties. De meest voorkomende Russische varistor is K275, en populaire in het buitenland gemaakte componenten zijn 7n471k, kl472m en andere.
De aanduiding van de CNR-10d751k-varistor kan als volgt worden ontcijferd: CNR – metaaloxidevaristor; d - betekent dat het onderdeel de vorm heeft van een schijf; 10 is de diameter van de schijf; 751 – responsspanning voor dit apparaat (berekening vindt plaats door de eerste twee cijfers met 10 te vermenigvuldigen tot het vermogen gelijk aan het derde cijfer, dat wil zeggen 75 keer 10 tot de eerste graad, we krijgen 750 V); k - toelaatbare afwijking van de nominale spanning, die 10% is in elke richting (l - 15%, M - 20%, P - 25%).
De belangrijkste kenmerken van varistoren zijn de volgende parameters:
Classificatie spanning: - spanning bij bepaalde stroomwaarden die door de varistor vloeien (typisch is deze waarde 1mA). Deze instelling is voorwaardelijk en heeft geen invloed op de apparaatselectie;
Maximaal toegestane spanning - spanningsbereik (RMS of RMS), waarbij de varistor zijn weerstand begint te verlagen;
Maximale absorptie-energie - een kenmerk dat de waarde aangeeft van de energie die de varistor dissipeert en niet faalt bij blootstelling aan een enkele puls (gemeten in joule);
Maximale piekstroom: – normaliseert de stijgtijd en duur van de huidige puls (gemeten in ampère);
Capaciteit is een zeer belangrijke parameter, die wordt gemeten met de gesloten toestand en een bepaalde frequentie (zakt naar nul als een grote stroom wordt toegepast op de varistor);
Tolerantie - afwijking van het nominale potentiaalverschil in beide richtingen (aangegeven als een percentage).
Reactietijd - het tijdsinterval waarvoor de varistor overgaat van de gesloten toestand naar de open (meestal enkele tientallen nanoseconden).
Voor- en nadelen van varistoren
Een belangrijk voordeel van een niet-lineaire weerstand (varistor) is de stabiele en betrouwbare werking bij hoge frequenties en zware belastingen. Het wordt gebruikt in veel apparaten die werken met spanningen van 3 V tot 20 kV, het is relatief eenvoudig en goedkoop te vervaardigen en efficiënt in gebruik. Bijkomende belangrijke voordelen zijn:
- hoge reactiesnelheid (nanoseconden);
- lange levensduur;
- de mogelijkheid om spanningsdalingen te bewaken (inertieloze methode).
Ondanks dat dit elektronische onderdeel veel voordelen heeft, heeft het ook nadelen die van invloed zijn op het gebruik in verschillende systemen. Waaronder:
- laagfrequent geluid tijdens bedrijf;
- veroudering van componenten (verlies van parameters in de loop van de tijd);
- grote capaciteit: hangt af van de spanning en het type element, ligt in het bereik van 70 tot 3200 pF en beïnvloedt de prestaties van het apparaat;
- bij maximale spanningswaarden wordt het vermogen niet gedissipeerd - het raakt aanzienlijk oververhit en faalt bij langdurige maximale spanningswaarden.
Varistor selectie
Om de juiste varistor voor een bepaald apparaat te kiezen, moet u de kenmerken van de stroombron kennen: weerstand en kracht van tijdelijke pulsen. De maximaal toelaatbare stroomwaarde wordt onder andere bepaald door de duur van de blootstelling en het aantal herhalingen, daarom zal deze bij installatie van een varistor met een onderschatte piekstroomwaarde snel uitvallen.Kortom, voor een effectieve bescherming van het apparaat is het noodzakelijk om een varistor te kiezen met een spanning die een kleine marge heeft ten opzichte van de nominale spanning.
Ook zijn voor de probleemloze werking van een dergelijke elektronische component de snelheid van dissipatie van de geabsorbeerde thermische energie en het vermogen om snel terug te keren naar de normale bedrijfstoestand erg belangrijk.
Aanduiding op het schema en opties voor het aansluiten van de varistor
Op de schema's varistor meestal aangegeven, net als een gewone weerstand, maar met een U toegevoegd naast de schuine streep. Deze functie geeft in de diagrammen aan dat dit element een weerstandsafhankelijkheid heeft van de spanning in het circuit. Ook op schakelschema dit element is gemarkeerd met twee letters R en U met toevoeging van een serienummer (RU1, RU2 ... etc.).
Er zijn een groot aantal opties voor het aansluiten van varistoren, maar het gemeenschappelijke voor alle methoden is dat dit onderdeel parallel wordt geschakeld met het stroomcircuit. Daarom heeft de stroom die door de varistor vloeit, bij afwezigheid van gevaarlijke waarden van spanningspulsen, een kleine waarde (vanwege grote weerstandswaarden) en heeft deze op geen enkele manier invloed op de systeemprestaties. Wanneer een overspanning optreedt, verandert de varistor de weerstand in kleine waarden, wordt de belasting overbrugd en wordt de geabsorbeerde energie afgevoerd naar de omringende ruimte.
Vergelijkbare artikelen:
