Как правильно выбрать варистор для защиты от перенапряжений в сети 220 В. Какие параметры варистора нужно учитывать при выборе. На что обратить внимание при подборе варистора для защиты электрооборудования.
Назначение и принцип действия варисторов
Варисторы являются важным элементом защиты электронного и электротехнического оборудования от перенапряжений в электрической сети. Их основное назначение — ограничение амплитуды импульсов перенапряжения до безопасного для оборудования уровня.
Принцип действия варистора основан на нелинейности его вольт-амперной характеристики. При нормальном рабочем напряжении сопротивление варистора очень велико и через него протекает незначительный ток. При возникновении перенапряжения сопротивление варистора резко падает, и он начинает пропускать через себя большой импульсный ток, ограничивая тем самым напряжение на защищаемом оборудовании.
Основные параметры варисторов для выбора
При подборе варистора для защиты оборудования от перенапряжений в сети 220 В необходимо учитывать следующие основные параметры:
- Классификационное напряжение
- Максимальное длительное рабочее напряжение
- Напряжение ограничения
- Максимальный импульсный ток
- Рассеиваемая энергия
- Емкость варистора
Рассмотрим подробнее каждый из этих параметров и их влияние на выбор варистора.
Классификационное напряжение варистора
Классификационное напряжение (U1мА) — это напряжение на варисторе при протекании через него постоянного тока 1 мА. Данный параметр определяет рабочее напряжение варистора.
Для сети 220 В классификационное напряжение варистора должно быть выше действующего значения напряжения сети. Обычно выбирают варисторы с U1мА = 270-300 В. Это обеспечивает нормальную работу варистора при возможных повышениях напряжения в сети до 250-260 В.
Максимальное длительное рабочее напряжение
Максимальное длительное рабочее напряжение (U м) — это наибольшее действующее значение напряжения промышленной частоты, которое может быть приложено к варистору длительное время. Для сети 220 В рекомендуется выбирать варисторы с Uм не менее 275 В.
Важно, чтобы Uм было выше максимально возможного напряжения в сети с учетом возможных отклонений. В противном случае через варистор будет постоянно протекать ток, что приведет к его перегреву и выходу из строя.
Напряжение ограничения варистора
Напряжение ограничения — это максимальное напряжение на варисторе при протекании через него нормированного импульсного тока. Обычно указывается для импульса тока 8/20 мкс с амплитудой 100 А.
Для защиты оборудования в сети 220 В напряжение ограничения варистора должно быть не более 700-800 В. Чем ниже напряжение ограничения, тем лучше защита оборудования, но тем больше ток через варистор при перенапряжениях.
Максимальный импульсный ток варистора
Максимальный импульсный ток — это наибольший ток через варистор, который он может выдержать без разрушения. Обычно указывается для одиночного импульса тока 8/20 мкс.
Для надежной защиты оборудования в сети 220 В рекомендуется выбирать варисторы с максимальным импульсным током не менее 6-8 кА. При этом нужно учитывать, что чем больше диаметр варистора, тем больший ток он способен пропустить.
Рассеиваемая энергия варистора
Рассеиваемая энергия — это максимальная энергия, которую варистор способен поглотить без разрушения при воздействии одиночного импульса тока. Измеряется в джоулях.
Для сети 220 В рекомендуется выбирать варисторы с рассеиваемой энергией не менее 70-100 Дж. Чем больше этот параметр, тем надежнее защита от мощных импульсов перенапряжения.
Емкость варистора
Емкость варистора влияет на его быстродействие. Чем меньше емкость, тем быстрее варистор ограничивает импульсы перенапряжения. Для защиты чувствительной электроники рекомендуются варисторы с емкостью не более 1-2 нФ.
При этом нужно учитывать, что варисторы с меньшей емкостью обычно имеют меньший диаметр и, соответственно, меньшую рассеиваемую энергию.
Рекомендации по выбору варистора для сети 220 В
На основе рассмотренных параметров можно дать следующие рекомендации по выбору варистора для защиты оборудования от перенапряжений в сети 220 В:
- Классификационное напряжение: 270-300 В
- Максимальное длительное рабочее напряжение: не менее 275 В
- Напряжение ограничения: не более 700-800 В
- Максимальный импульсный ток: не менее 6-8 кА
- Рассеиваемая энергия: не менее 70-100 Дж
- Емкость: не более 1-2 нФ для защиты электроники
При выборе конкретной модели варистора нужно руководствоваться этими параметрами, а также учитывать особенности защищаемого оборудования и условия эксплуатации.
Типовые варисторы для сети 220 В
На основе приведенных рекомендаций можно выделить следующие типовые варисторы, подходящие для защиты оборудования в сети 220 В:
- S20K275 — классификационное напряжение 275 В, максимальный ток 6,5 кА
- S20K300 — классификационное напряжение 300 В, максимальный ток 6,5 кА
- S20K320 — классификационное напряжение 320 В, максимальный ток 6,5 кА
- S20K350 — классификационное напряжение 350 В, максимальный ток 6,5 кА
Для более мощной защиты можно рекомендовать варисторы серии S25 или S30 с большим диаметром и соответственно большей энергоемкостью.
Схемы включения варисторов
Существует несколько основных схем включения варисторов для защиты оборудования от перенапряжений в сети 220 В:
1. Параллельное включение
Варистор подключается параллельно защищаемому оборудованию между фазным и нулевым проводами. Это самая простая и распространенная схема.
2. Последовательное соединение варисторов
Несколько варисторов соединяются последовательно для увеличения максимального рабочего напряжения. Применяется при защите высоковольтного оборудования.
3. Параллельное соединение варисторов
Несколько варисторов соединяются параллельно для увеличения пропускной способности по току. Используется для защиты мощного оборудования.
4. Трехфазная схема
В трехфазных сетях варисторы устанавливаются между каждой фазой и нейтралью, а также между фазами. Обеспечивает комплексную защиту.
Дополнительные рекомендации по применению варисторов
При использовании варисторов для защиты оборудования от перенапряжений следует учитывать следующие рекомендации:
- Устанавливать варистор как можно ближе к защищаемому оборудованию
- Использовать короткие провода для подключения варистора
- Обеспечить хороший тепловой контакт варистора с окружающей средой
- Применять предохранители для защиты варистора от перегрузки
- Периодически проверять состояние варистора
- При выходе из строя заменять варистор на аналогичный
Соблюдение этих рекомендаций позволит обеспечить надежную и долговременную защиту оборудования от перенапряжений в сети.
Заключение
Правильный выбор и применение варисторов позволяет эффективно защитить электронное и электротехническое оборудование от опасных перенапряжений в сети 220 В. При подборе варистора необходимо учитывать его основные параметры и характеристики защищаемого оборудования. Грамотное использование варисторов значительно повышает надежность и срок службы электрооборудования.
Варисторы как средство защиты радиоэлектронной аппаратуры
Надежность работы радиоэлектронной аппаратуры во многом определяется качеством питающих электрических сетей, в которых могут иметь место перенапряжения длительностью от сотен миллисекунд до нескольких секунд, провалы напряжения длительностью до десятков миллисекунд, пропадания (отсутствие напряжения более одного периода) и так далее. На рис. 1 показаны наиболее часто встречающиеся неполадки в электросети и их процентное соотношение.
Особенно опасны высоковольтные импульсы амплитудой до нескольких киловольт и длительностью 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 сетевым помехам (рис. 2), возникают в различных цепях аппаратуры, в первую очередь, в проводах питания.
Во-первых, они могут наводиться электромагнитными импульсами искусственного происхождения от передающих радиостанций, высоковольтных линий электропередач, сетей электрифицированных железных дорог, электросварочных аппаратов.
Идентифицировать и систематизировать причины таких помех 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;
- длительность — 0,1…100 мкс.
Во-вторых, они могут быть естественного происхождения и наводиться мощными грозовыми разрядами.
Рис. 2
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. Чтобы аппаратура могла быть сертифицирована, она должна пройти проверку на устойчивость к воздействию импульсных помех. Например, ГОСТ Р 51317.4.4-99 (МЭК 61000-4-4-95) распространяется на электротехнические, электронные и радиоэлектронные изделия и устанавливает требования и методы их испытаний на устойчивость к наносекундным импульсным помехам (НИП).
В настоящее время для защиты радиоэлектронной аппаратуры от внешних импульсных воздействий применяются различные виды экранировки, 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 из-за малого объема p-n-перехода. Это обуславливает резкое уменьшение допустимого тока в импульсе, протекающем через прибор.
В последнее время наиболее эффективным средством защиты аппаратуры от любых импульсных напряжений признаны оксидно-цинковые варисторы. Варисторы [англ. varistor, от vari (able) — переменный и (resi) stor — резистор] — это нелинейные резисторы, сопротивление которых зависит от приложенного напряжения. Отличительной чертой варистора является двухсторонняя симметричная и резко выраженная нелинейная ВАХ (рис. 3).
Рис. 3
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 большой. Разогрев точечных контактов приводит к уменьшению их сопротивления и, как следствие, к нелинейности ВАХ. Малые объемы активных областей обеспечивают малую инерционность тепловых процессов, что определяет их высокое быстродействие. Наряду с этим варисторы способны хорошо поглощать высокоэнергетические импульсы напряжения, так как тепловая энергия рассеивается не на отдельных зернах полупроводника, а на всем его объеме.
Особенностью ВАХ варистора является наличие участка малых токов (условно от нуля до нескольких миллиампер), в котором находится рабочая точка варистора и участок больших токов, который определяет защитные свойства и, в частности, напряжение ограничения. В области малых токов ВАХ описывается выражением:
I=AUβ,
где I — ток, A; U — напряжение, В; А — коэффициент, значение которого зависит от типа варистора и от температуры; β — коэффициент нелинейности, который характеризует крутизну ВАХ и определяется отношением статического сопротивления варистора (R = U/I) к дифференциальному (r = dU/dI) в определенной точке:
β=R/r = U/l·dl/dU.
Экспериментально коэффициент нелинейности можно оценить по формуле:
β= lgI2-lgI1/lgU2-lgU1 = lgI2/I1/lgU2/U1.
Чаще всего коэффициент нелинейности определяется при токе 1 мА и 10 мА, поэтому:
β=1/lgU2/U1.
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.
Одной из важнейших характеристик варистора является классификационное напряжение — Uкл — напряжение на варисторе при токе, равном 1 мА. Иногда приводится коэффициент защиты варистора — отношение напряжения на варисторе при токе 100 А к напряжению при токе 1 мА (то есть к классификационному напряжению). Он характеризует способность варистора ограничивать импульсы перенапряжения и для варисторов на основе оксида цинка находится в пределах 1,4…1,6. Таким образом, при росте напряжения в 1,4…1,6 раза ток через них возрастает в 100 000 раз.
Важной характеристикой варистора является допустимая мощность рассеивания, определяемая его геометрическими размерами и конструкцией выводов. Для увеличения мощности рассеивания часто применяют массивные выводы, играющие роль радиатора.
При возникновении высоковольтного импульса сопротивление варистора резко уменьшается до долей Ома и шунтирует нагрузку, защищая ее и рассеивая поглощенную энергию в виде тепла. При этом через варистор может протекать импульсный ток, достигающий нескольких тысяч ампер. Так как варистор практически безынерционен, то после исчезновения помехи его сопротивление вновь становится большим. Таким образом, включение варистора параллельно защищаемому устройству не влияет на работу последнего в нормальных условиях, но гасит импульсы опасного напряжения (рис. 4).
Выбор типа варистора осуществляется на основе анализа его работы в двух режимах: в рабочем и импульсном. Рабочий режим определяется классификационным напряжением Uкл, а импульсный — рассеиваемой мощностью. Для ориентировочных расчетов рекомендуется, чтобы рабочее постоянное напряжение на варисторе не превышало 0,85 Uкл, а при переменном токе действующее значение рабочего напряжения не превышало 0,6 Uкл.
В импульсном режиме через варистор протекает большой ток, вследствие чего необходимо опасаться выхода его из строя из-за перегрева. С этой целью необходимо использовать варисторы с рассеиваемой мощностью большей, чем расчетная.
Для расчета варисторов, защищающих те или иные цепи от грозового разряда, иногда приводят сведения о напряжении на варисторе при воздействии стандартного грозового импульса. На рис. 5 показана форма этого импульса, который часто называют «импульсом 8/20 мкс».
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 поглощаемая энергия. Сложнее обеспечить параллельную работу варисторов — необходимо строгое совпадение их ВАХ. Эта задача вполне разрешима при последовательно-параллельной схеме включения — т.е. 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 (рис. 6).
Отечественные предприятия выпускают варисторы для различных сфер применения, это серии СН, ВР, МЧВН/ВС, МОВН/ВС и другие.
Из зарубежных производителей варисторов большую номенклатуру выпускает компания EPCOS. Ее приборы имеют следующую систему обозначений:
Чип и прямоугольные варисторы
SIOV- CN 1210 M 4 G
Варистор_________________________|Тип варистора(CN,CU,SR)_______________|
Размер__________________________________|
Точность: K-10%, M-20%_______________________|
Классификационное напряжение__________________|
Тип упаковки_____________________________________|
Дисковые варисторы
SIOV S 14 K 250 G5 S6
Варистор________________________|Тип варистора(S,B25 и др.)___________|
Диаметр варисторного диска_____________|
Точность: K-10%, M-20%__________________|
Классификационное напряжение______________|
Тип упаковки_________________________________|
Тип формовки выводов___________________________|
Другие зарубежные компании-производители часто используют следующую систему обозначений выпускаемых варисторов:
DNR 0,5 D 181 M R S
Производитель________________________________________________|Диаметр в мм, может быть 0,5;0,7;10;14;20______________________________|
Дисковый варистор____________________________________________________|
Классификационное напряж. (расшиф.»18″ и «0»= 180 В)_______________________|
Точность:J=5%, K-10%, M-20%________________________________________________|
Упаковка(R-катушка, В-россыпь)________________________________________________|
Выводы (S-прямые, К-формованные)______________________________________________|
Рис. 6
Таблица 1
| Типы варисторов Параметры | Чип | Дисковые | Автомобильные | |||||
| CN | CU | S | SR | CN- AUTO | SU- AUTO | S- AUTO | SR- AUTO | |
| Импульсный ток (8/20 мкс), кА | 1,2 | 10 | 1 | 2 | ||||
| Поглощаемая энергия, Дж | 23 | 410 | 12 | 25 | 100 | |||
| Средняя рассеиваемая мощность, Вт | 0,25 | 1,0 | 0,03 | 0,2 | ||||
| Время срабатывания, нс | ||||||||
| Рабочая температура, °С | -55..125 | -40..85 | -40..+85 | -55..125 | -40..85 | -55..125 | -40..85 | |
| Типоразмер | 0603..220 0 | 3225; 032 | SO5..S2O | 1210; 2220 | 0805..2220 | — | S07..S20 | 1210; 1812; 2200 |
В табл. 1, 2 приведены параметры оксидно-цинковых варисторов, выпускаемых компанией EPCOS.
Рис. 7
Таблица 2
| Типы варисторов Параметры | Для тяжелых условий | Блоки | Комбинированные | |||
| В25; ВЗО; 40; LS40 | В6О | В80 | PD80 | Е32 | SHCV-SR1, SR2 | |
| Импульсный ток (8/20 мкс), кА | 40 | 70 | 100 | 100 | 65 | 1 |
| Поглощаемая энергия, Дж | 1200 | 3000 | 6000 | 6000 | — | 12 |
| Средняя рассеиваемая мощность, Вт | 1,4 | 1,6 | 2,0 | 2,0 | — | 0,03 |
| Время срабатывания, нс | — | |||||
| Рабочая температура °С | -40…85 | -40…85 | -40…85 | -40…85 | -25…60 | -40…85 |
В заключение следует отметить, что для эффективной защиты аппаратуры от воздействия различных сетевых помех необходимо использовать сетевые фильтры с многоступенчатой защитой. Например, в сетевом фильтре «АРС PowerManager» (рис. 7) массивные стержневые индукторы 1 обеспечивают фильтрацию электромагнитных помех, оксидно-цинковые варисторы 2 обеспечивают общий и нормальный режимы защиты от высоковольтных импульсов, а конденсаторы 3 фильтруют радиочастотные помехи и выравнивают слабые и средние колебания напряжения.
Определение предельной пропускной способности варисторов СН2-2
А. В. Карабанов, А. Н. Лехмус, Л. Л. Михайлова
С разработкой и промышленным выпуском оксидноцинковой керамики (варисторов), имеющей лучшие характеристики по сравнению с карбидокремниевыми аналогами, появилась возможность замены традиционных защитных аппаратов, таких, как вентильные разрядники, аппаратами без искровых промежутков — ограничителями перенапряжений. Область применения ограничителей перенапряжений достаточно широка: это прежде всего энергетика, энергетическая электроника, электроника систем связи, измерительная техника, транспорт, бытовая электроника. Изготовление защитных аппаратов без искровых промежутков на различные классы напряжения стало возможным благодаря выпуску оксидноцинковых варисторов с классификационным напряжением U1мА от единиц до тысяч вольт. Их параметры позволяют защитить электротехническое оборудование от перенапряжений, имеющих различные длительности — от микросекунд, что соответствует грозовым режимам, до миллисекунд, что характерно для коммутационных режимов. Поэтому при создании защитного аппарата необходимо не только правильно координировать его параметры при рабочем напряжении с заданным уровнем ограничения перенапряжений, но и оценить предельную пропускную способность.
- подбора варисторов с таким классификационным напряжением, чтобы защитный аппарат мог длительно выдерживать наибольшее рабочее напряжение схемы;
- определения возможной кратности квазистационарных перенапряжений в схеме и сравнения с допускаемым для варисторов кратковременным превышением напряжения промышленной частоты;
- определения уровня ограничения грозовых и коммутационных перенапряжений и сравнения его с заданным с учетом пропускной способности, т. е. максимально выдерживаемого импульсного тока, протекающего через варистор, в зависимости от его длительности и повторяемости.
Первая операция заключается в подборе по известному наибольшему рабочему напряжению Uн р одного или нескольких последовательно включенных варисторов для защиты схемы, чтобы при длительно приложенном Uн р активная составляющая тока через варистор не превышала 0,1 мА (цифра определена ТУ завода-изготовителя), что гарантирует сохранение ресурса пропускной способности аппарата.
Рис. 2. Вольтамперная характеристика оксидноцинковых варисторов СН2-2 при импульсном токе формой 8/20 мкс.
Выбор классификационного напряжения варисторов задает их вольтамперную характеристику, определяющую уровень ограничения перенапряжений.
Рис. 1. Допустимый уровень квазистационарных перенапряжений в зависимости от их длительности
Приведенная к U1мА вольтамперная характеристика представлена на рис. 2. Учитывая, что классификационное напряжение варистора определено с допуском ±10%, вольтамперная характеристика также может иметь отклонения от представленной на рис. 2. Как видно, наилучшая нелинейность характерна для диапазона токов до 1000 А, он и принят как рабочий. Дальнейшего снижения уровня перенапряжений на защищаемом оборудовании можно достигнуть увеличением количества параллельно соединенных варисторов. Однако для параллельной работы их необходимо специально подбирать, так как различие сопротивлений может привести к перегрузке одного из варисторов.
Как показано в [2], подбор варисторов для параллельной работы необходимо осуществлять сравнением двух точек вольтамперной характеристики, например при токах 100 и 500 А формой 8/20 мкс. Напряжение на варисторе при протекании через него импульсного тока амплитудой 100 A (U100) связано с классификационным напряжением защитным коэффициентом: U100= 1,6U1мΑ, где 1,6 — предельное значение защитного коэффициента, определенного в ТУ завода-изготовителя.
Наиболее трудоемкой является задача определения пропускной способности варисторов в импульсном режиме, т. е. максимально выдерживаемого импульсного тока заданной длительности при некотором количестве воздействий. Такая работа была проделана на кафедре «Техника высоких напряжений» ЛПИ им. М. И. Калинина. В качестве исследуемых были выбраны варисторы типа СН2-2Б с классификационным напряжением 1000 В и средним градиентом напряжения 1,7 кВ/см, полученным при диаметре зерен оксида цинка в варисторах (10… …20) мкм.
Как известно, пропускная способность варистора уменьшается с уменьшением размера зерна или, что то же самое, с увеличением градиента напряжения. Варисторы с классификационным напряжением от 330 до 1500 В имеют примерно один размер зерен и один диаметр, следовательно, примерно равную пропускную способность. Варисторы с меньшим классификационным напряжением имеют меньший диаметр, поэтому их пропускная способность должна оцениваться отдельно.
Рис. 3. Зависимость пропускной способности варисторов СН2-2Б от времени воздействия
Пропускная способность исследовалась при воздействии импульсных токов различной длительности — 20, 100, 2000 и 30 000 мкс до полуспада. За отказ или выход из строя варистора приняты изменение классификационного напряжения U более чем на ±10%, перекрытие варистора по боковой поверхности либо сквозной пробой.
Предельная амплитуда тока определялась для каждой длительности импульса последовательным приближением на новой группе образцов, состоящей из десяти варисторов.
Испытания проводились с помощью генератора импульсных токов, собранного по известной схеме [2].
Максимально выдерживаемый ток определялся при количестве воздействий N, равном 100, 10 и 1. 100 воздействий подавались сериями по 20 опытов. Между сериями образцы полностью охлаждались. Пропускная способность при 10 воздействиях оценивалась при подаче каждого импульса на полностью охлажденный образец. Изменение классификационного напряжения регистрировалось на охлажденном варисторе.
По результатам испытаний построены зависимости (рис. 3) предельно выдерживаемого импульсного тока от его длительности до полуспада Т и количества воздействий Ν. Зависимости построены в предположении, что при превышении тока In наступает тепловой пробой с необратимым разрушением варистора. Однако при длительности (20… 100) мкс повреждение варистора происходит путем перекрытия по боковой поверхности. Этим объясняется изменение характера зависимости при N — 100, где для токов (2…3) кА перекрытие наблюдается раньше, чем тепловой пробой. На рис. 3 показано пунктиром, при каких токах длительностью от 20 до 100 мкс наступает разрушение варистора. Повышения пропускной способности варисторов в этом диапазоне токов можно достигнуть защитой боковой поверхности различного рода покрытиями. Варисторы типа СН2-2А, полностью покрытые эмалью, выдерживают единичные токи формой 8/20 мкс, амплитудой до 10 кА, что хорошо согласуется с расчетными данными.
Для ориентировочного расчета кривых, приведенных на рис. 3, можно воспользоваться формулой IN’ = const [1], где у лежит в пределах 3,2… 4.
Выводы
- Приведенная методика определения характеристик аппарата из последовательно-параллельной комбинации оксидноцинковых варисторов может быть применена при защите от перенапряжений различного оборудования.
- Определение пропускной способности варисторов с классификационным напряжением от 330 до 1500 В в различных режимах позволяет выбрать оптимальное число параллельно включенных элементов для обеспечения надежной работы защитного аппарата.
- Повышенную пропускную способность в режиме ограничения грозовых перенапряжений можно получить, используя варисторы, например типа СН2-2А, предельно выдерживаемый единичный импульсный ток которых достигает 10 кА.
RXM021FP Модуль варистора 110…240В
Серия: Компоненты управления
Тип товара: Устройство защиты от перенапрежения
Артикул: RXM021FP
ETIM класс: EC000683
Функционал. назначение/применение: Варистор
Тип напряжения управления: AC/DC (перемен./постоян.)
Номин. напряжение питания цепи управления Us постоян. тока DC: 110
Номин. напряжение питания цепи управления Us AC 60 Гц: 110
Номин. напряжение питания цепи управления Us AC 50 Гц: 110
Доступно для покупки: 1
1.2. Терминология / Методика выбора ОПН 0,4
Нелинейный ограничитель перенапряжений (ОПН) — защитный аппарат, который содержит последовательно или последовательно-параллельно соединенные варисторы и не имеет искровых промежутков.
Варистор — часть ограничителя перенапряжений, которая при рабочем напряжении промышленной частоты обладает большим сопротивлением, при перенапряжениях — малым сопротивлением. Это достигается, благодаря высоконелинейной вольтамперной характеристике. Варисторы изготавливаются из керамических материалов, содержащих окись цинка и другие окислы металлов, спеченных вместе.
Устройство для сброса давления — служит для уменьшения давления в ограничителе и предотвращения сильного разрушения корпуса, которое может произойти вследствие длительного протекания тока повреждения или короткого замыкания, а также перекрытия внутри корпуса ограничителя.
Номинальное напряжение ограничителя — действующее значение напряжения промышленной частоты, которое ограничитель может выдерживать в течении 1- с в процессе рабочих испытаний. Номинальное напряжение должно быть не менее 1,25 наибольшего длительного допустимого рабочего напряжения.
Наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение Uнр — наибольшее действующее значение напряжения промышленной частоты, которое может быть приложено непрерывно к ОПН в течении всего его срока службы, и не приводит к повреждению или термической неустойчивости ОПН при нормированных воздействиях.
Длительное расчетное рабочее напряжение Uрнр — действующее значение напряжения промышленной частоты, приложенное к выводам ограничителя в течение времени tр
Uрнр = Uнр / Кв ,
где КВ — некоторый коэффициент, зависящий от расчетного времени tp и технологии изготовления варисторов ограничителей (смотри дальше).
Номинальная частота fн — частота электрической сети, для которой предназначен аппарат. В Швейцарии и Швеции (фирма АВВ) считают, что если значение номинальной частоты fн особо не оговорено, то ограничитель должен быть рассчитан на (15-62) Гц.
Разрушающий пробой варистора — пробой варистора, как твердого “диэлектрика”, после которого варистор не восстанавливает свои прежние функции.
Импульс тока или напряжения. Для выбора технических характеристик ОПН важное значение имеют импульсы тока и напряжения. Униполярная импульсная волна тока или напряжения быстро нарастает (без заметных колебаний) до максимального значения и затем уменьшается с меньшей скоростью до нуля с небольшими переходами в противоположную полярность или без них. Импульсы тока или напряжения характеризуются полярностью, амплитудой, длительностью фронта и временем до полуспада. Последние условно обозначаются как Т1/Т2, где Т1 — длительность фронта, Т2 — длительность волны или длительность ее до полуспада.
Амплитуда импульса — максимальное значение импульса напряжения или тока без учета наложенных колебаний.
Фронт и спад импульса — часть импульса, непосредственно предшествующая амплитуде, спад (‘хвост’) импульса, следующая за амплитудой.
Условное начало импульса — точка в зависимостях i = f1 (t) и u = f2 (t), определяемая пересечением с осью времени и прямой, проходящей через две точки на фронте импульса, соответствующие 10% и 90% от амплитудного значения.
Условная длительность фронта импульса тока (Т1) — время ( в мкс ), равное 1,25 t, где t — время, необходимое для увеличения тока от 10% до 90% от его амплитудного значения.
Условная крутизна фронта импульса — есть частное от деления амплитудного значения на условную длительность фронта импульса.
Условное время до полуспада (Т2) — интервал времени (в мкс) между условным началом импульса и моментом, когда напряжение или ток уменьшается до половины их амплитудного значения.
Импульс тока большой длительности (прямоугольный импульс) — прямоугольный импульс, длительностью 2000¸2400 мкс, который быстро возрастает до максимального значения, остается практически постоянным в течение этого периода времени, а затем быстро падает до нуля. Параметрами, определяющими прямоугольный импульс, являются полярность, максимальное (амплитудное) значение и длительность.
Длительность фронта прямоугольного импульса — время, в течение которого мгновенное значение импульса больше 10% от его максимального (амплитудного) значения. Если есть небольшие колебания на фронте, то должна быть начерчена средняя кривая для определения момента достижения значения, равного 10%.
Длительность амплитуды прямоугольного импульса – время, в течение которого мгновенное значение импульса больше 90% от его амплитудного значения.
Крутой импульс тока — импульс тока с временем фронта 1 мкс и длительностью импульса не более 20 мкс.
Грозовой импульс тока — импульс тока 8/20 мкс при длительности фронта импульса в диапазоне от 7 до 9 мкс и длительности импульса в диапазоне от 18 до 22 мкс.
Номинальный разрядный ток ОПН (Iр) – максимальное амплитудное значение грозового импульса тока 8/20 мкс, используемое для классификации ОПН.
Сильноточный импульс ограничителя — амплитудное значение разрядного тока, имеющего форму импульса 4/10 мкс, который предназначен для испытания ограничителя на устойчивость при прямом ударе молнии.
Коммутационный импульс тока ограничителя — амплитудное значение разрядного тока с параметрами 1,2/2,5 мс (по МЭК 30
Длительный ток ограничителя — ток, протекающий через ограничитель при приложении к нему длительного рабочего напряжения. Он зависит от технологии изготовления варисторов, температуры, паразитной емкости и степени загрязнения внешней изоляции аппарата. Показателем этого тока может служить его амплитудное или действующее значение.
Классификационный ток ограничителя — амплитудное значение активной составляющей тока промышленной частоты для определения классификационного напряжения аппарата (нормируется изготовителем).
Классификационное напряжение ограничителя — амплитудное значение напряжения промышленной частоты, деленное на , которое прикладывается к ОПН для получения квалификационного тока.
Остающееся напряжение ограничителя — амплитудное значение
напряжения на выводах ограничителя при протекании разрядного тока.
Квазистационарные перенапряжения — перенапряжения, возникающие при неблагоприятном сочетании реактивных элементов цепи и ЭДС питающей системы, и продолжающиеся до тех пор, пока это сочетание существует.
Пропускная способность ОПН (Iпр)- нормируемое изготовителем максимальное значение прямоугольного тока длительностью 2000 мкс (тока пропускной способности). ОПН должен выдержать 18 таких воздействий с принятой последовательностью их приложения без потери рабочих качеств.
Комплектовочное напряжение ОПН (Uком) – нормируемое изготовителем остающееся напряжение ОПН при нормированном им же максимальном значении тока грозового импульса (Iком – ток комплектовки) в диапазоне 0,01¸2,0 номинального разрядного тока ОПН. На данное напряжение изготовитель комплектует ОПН по сумме результатов измерений на элементах, секциях или единичных варисторах.
Характеристика ‘напряжение — время’ — выдерживаемое напряжение промышленной частоты в зависимости от времени его приложения к ОПН. Показывает максимальный промежуток времени, в течение которого к ОПН может быть приложено напряжение промышленной частоты, превышающее Uнр, не вызывая потери тепловой стабильности или повреждения.
Удельная энергия – рассеиваемая ограничителем энергия, полученная им при приложении одного импульса тока пропускной способности, в долях наибольшего длительно допустимого рабочего напряжения.
Термическая неустойчивость ОПН – повышение температуры ограничителя, приводящее к потере его тепловой стабильности, вызванной нарастанием температуры варисторов при протекании через него тока до величины, приводящей к необратимому изменению его параметров или разрушению.
Взрывобезопасность – отсутствие взрывного разрушения или разрушения ОПН с разлетом осколков в нормируемой зоне при его внутреннем повреждении.
Квалификационные испытания ОПН – в соответствии с ГОСТ 16504.
Приемо- сдаточные испытания — в соответствии с ГОСТ 16504.
Типовые испытания — в соответствии с ГОСТ 16504.
Периодические испытания — в соответствии с ГОСТ 16504.
Варистор: принцип действия, проверка и подключение
Варистор (дословный перевод с английского — резистор с переменным сопротивлением) — полупроводник с нелинейной вольт—амперной характеристикой (вах).
Все электроприборы рассчитаны на свое рабочее напряжение (в домах 220 В или 380В). Если произошел скачок напряжения (вместо 220 В подали 380В) — приборы могут сгореть. Тогда на помощь и придет варистор.
Принцип действия варисторов
В обычном состоянии варистор имеет очень большое сопротивление (по разным источникам от сотен миллионов Ом до миллиардов Ом). Он почти не пропускает через себя ток. Стоит напряжению превысить допустимое значение, как прибор теряет свое сопротивление в тысячи, а то и в миллионы раз. После нормализации напряжения его сопротивление восстанавливается.
Если варистор подключить параллельно электроприбору, то при скачке напряжения вся нагрузка придется на него, а приборы останутся в безопасности.
Принцип работы варистора, если объяснять на пальцах, сводится к следующему. При скачке в электрической сети он выполняет роль клапана, пропуская через себя электрический ток в таком объеме, чтобы снизить потенциал до необходимого уровня. После того как напряжение стабилизируется этот «клапан» закрывается и наша электросхема продолжает работать в штатном расписании. В этом и состоит назначение варистора.
Основные характеристики и параметры
Надо отметить, что это универсальный прибор. Он способен работать сразу со всеми видами тока: постоянным, импульсным и переменным. Это происходит из-за того, что он сам не имеет полярности. При изготовлении используется большая температура, чтобы спаять порошок кремния или цинка.
Параметры, которые необходимо учитывать:
- параметр условный, определяется при токе 1мА, В;
- максимально допустимое переменное напряжение, В;
- максимально допустимое постоянное напряжение, В;
- средняя мощность рассеивания, Вт;
- максимально импульсная поглощаемая энергия, Дж;
- максимальный импульсный ток, А;
- емкость прибора в нормальном состоянии, пФ;
- время срабатывания, нс;
- погрешность.
Чтобы правильно подобрать варистор иногда необходимо учитывать и емкость. Она сильно зависит от размера прибора. Так, tvr10431 имеет 160nF, tvr 14431 370nF. Но даже одинаковые по диаметру детали могут обладать разной емкостью, так S14K275 имеет 440nF.
Виды варисторов
По внешнему виду бывают:
- пленочные;
- в виде таблеток;
- стержневой;
- дисковый.
Стержневые могут снабжаться подвижным контактом. Выглядеть они будут соответственно названию. Кроме того, бывают низковольтные, 3—200 В и высоковольтные 20 кВ. У первых ток колеблется в пределах 0,0001—1 А. На обозначение по схеме это никак не влияет. В радиоаппаратуре, конечно, применяют низковольтные.
Чтобы проверить работоспособность варистора необходимо обратить внимание на внешний вид. Его можно найти на входе схемы (где подводится питание). Так как через него проходит очень большой ток — по сравнению с защищаемой схемой — это, как правило, сказывается на его корпусе (сколы, обгоревшие места, потемнение лакового покрытия). А также на самой плате: в месте пайки могут отслаиваться монтажные дорожки, потемнение платы. В этом случае его необходимо заменить.
Однако, даже если нет видимых признаков, варистор может быть неисправным. Чтобы проверить его исправность придется отпаять один его вывод, в противном случае будем проверять саму схему. Для прозвонки обычно используется мультиметр (хотя можно, конечно, и мегомметр попробовать, только необходимо учитывать напряжение, которое он создает, чтобы не спалить варистор). Прозвонить его несложно, подключение производится к контактам и измеряется его сопротивление. Тестер ставим на максимально возможный предел и смотрим, чтобы значение было не меньше несколько сотен Мом, при условии, что напряжение мультиметра не превышает напряжение срабатывания варистора.
Впрочем, бесконечно большое сопротивление, при условии, что омметр довольно мощный (если можно это слово использовать), это также говорит о неисправности. При проверке полупроводника необходимо помнить что это всё-таки проводник и он должен показать сопротивление, в противном случае мы имеем полностью сгоревшую деталь.
Справочник и маркировка варисторов
Если необходима замена, на помощь придет справочник варисторов. Для начала нам потребуется маркировка варистора, она находится на самом корпусе в виде латинских букв и цифр. Хотя этот элемент производится во многих странах, маркировка не имеет принципиальных отличий.
Разные изготовители и маркировка разная 14d471k и znr v14471u. Однако параметры одни и те же. Первые цифры «14» это диаметр в мм., второе число 471 — напряжение при котором происходит срабатывание (открытие). Отдельно про маркировку. Первые две цифры (47) это напряжение, следующая — коэффициент (1). Он показывает сколько нулей нужно ставить после числа 47, в этом случае 1. Получается что испытуемый прибор будет срабатывать при 470 В, плюс — минус погрешность, которая ставится рядом с этим числом. В нашем случае это буква «к» находится после и обозначает 10% т. е. 47 В.
Другая маркировка s10k275. Показатель погрешности стоит перед напряжением, само напряжение показано без коэффициента — 275 В. Из рассмотренных примеров видим, как можно определить маркировку: измеряем диаметр прибора, находим эти размеры на варисторе, другие цифры покажут напряжение. Если определить маркировку не удается, например, kl472m, нужно будет посмотреть в интернете.
Диаметр. Импортные tvr 10471 можно заменить на 10d471k, но быть осторожным с 7d471k, у последнего размер меньше. Чем больше значение, тем, грубо говоря, больше рассеиваемая мощность. Поставив прибор меньшего диаметра, рискуем его спалить. К примеру, серия 10d имеет рабочий ток 25А, а k1472m 50А.
Чтобы правильно выбрать нужный элемент необходимо учитывать не только напряжение питания. Производят множество расчетов, например, выходя из нужного быстродействия (срабатывания), или малое рабочее напряжение. В этом случае используют так называемые защитные диоды. К ним можно отнести bzw04. При его применении важно соблюдать полярность.
Помехоустойчивость. Одним из недостатков является создание помех. Для борьбы с ними используют конденсаторы, например, ac472m Подключают параллельно варистору.
На схеме варистор обозначается как резистор, пустой прямоугольник с перечеркивающей под 45 градусов линией и имеет букву u.
Варистор принцип работы
Варистором называются полупроводниковые резисторы, которые способны уменьшать сопротивление в 10 раз от начальной величины с помощью увеличения напряжения. Например, если резистор имеет сопротивление 1000 МОм, то с применением данного элемента оно составит 1000 Ом. Таким образом, сопротивление уменьшается в том случае, когда увеличивается напряжение.
Принцип действия варистораВаристорная защита подключается параллельно основному оборудованию, которое необходимо защитить. После возникновения импульса напряжения, благодаря наличию нелинейной характеристики, варистор шунтирует нагрузку и уменьшает величину сопротивления до нескольких долей Ома. Энергия, при перенапряжении, поглощается и рассеивается в виде тепла. Варистор как бы срезает импульс опасного перенапряжения, поэтому защищаемое устройство остается невредимым, что возможно даже с низким уровнем изоляции.
Рис. №1. Конструктивная схема варистора и его характеристика.
Условное обозначение варистора, например, СНI-1-1-1500. СН означает, нелинейное сопротивление, первая цифровое значение – материал, вторая – конструкцию ( 1- стержневой; 2 – дисковый), третья цифра – номер разработки, последняя цифра обозначает значение падения напряжения.
Таблица классификации варисторов
Как выглядит элемент?
Такое приспособление, как варистор, фото которого есть в нашей статье, напоминает обычный резистор, то есть имеет форму прямоугольника. Но все же имеет небольшое отличие.
Посреди него проходит диагональ, конец которой изогнут.
Как маркируется варистор?
На сегодняшний день можно встретить разные обозначения этих приборов. Каждый производитель вправе устанавливать ее самостоятельно. Маркировки различаются, потому что технические характеристики варисторов отличаются друг от друга. Примерами могут служить такие показатели, как допустимое напряжение или необходимый уровень тока.
В настоящее время каждый производитель устанавливает свою маркировку на эти типы приборов. Это объясняется тем, что производимые приборы имеют разные технические характеристики. Например, предельно допустимое напряжение или необходимый для функционирования уровень тока. Наиболее популярная маркировка – CNR, к которой прикрепляется такое обозначение, как 07D390K. Что же это значит? Итак, само обозначение CNR указывает на вид прибора. В этом случае варистор является металлооксидным.
Далее, 07 – это размер устройства в диаметре, то есть равный 7 мм. D – дисковое устройство, и 390 – максимально допустимый показатель напряжения.
Основные параметры варисторов
К таким параметрам относят:
- норма напряжения;
- максимально допустимый показатель переменного и постоянного тока;
- пиковое поглощение энергии;
- возможные погрешности;
- время работы элемента.
Наиболее технологически востребованные материалы для изготовления варистора оксид цинка или порошок карбида кремния, он позволяет успешно поглощать импульсы напряжения с высокоэнергетическими импульсами. Процесс изготовления строится на основе «керамической» технологии, которая заключается на запрессовке элементов с обжигом, установкой электродов, выводов и покрытие приборов электроизоляцией и влагозащитным слоем. Благодаря стандартной технологии варисторы можно делать по индивидуальному заказу.
Диагностика
Чтобы проверить данное электронное устройство, используют специальное оборудование, которое называется тестером. Итак, для проведения испытания понадобится варистор, принцип работы которого заключается в изменении параметров сопротивления, и тестирующее устройство. Перед его началом необходимо включить устройство и переключить в режим сопротивления. Только тогда аппарат будет отвечать всем необходимым техническим требованиям, и величина сопротивления будет огромной.
Перед началом проведения испытаний необходимо проверить техническое состояние прибора. В первую очередь следует посмотреть на его внешний вид. На приборе не должно быть трещин, а также признаков того, что он сгорел. Не стоит относиться к осмотру аппарата халатно, так как любая небольшая поломка может привести к возникновению неприятных обстоятельств.
Емкость варистора
Поскольку варистор, подключаясь к обоим контактам питания, ведет себя как диэлектрик, то при нормальном напряжении он работает скорее как конденсатор, а не как резистор. Каждый полупроводниковый варистор имеет определенную емкость, которая прямо пропорциональна его площади и обратно пропорциональна его толщине.
При применении в цепях постоянного тока, емкость варистора остается более-менее постоянной при условии, что приложенное напряжение не больше номинального, и его емкость резко снижается при превышении номинального значения напряжения. Что касается схем на переменном токе, то его емкость может влиять на стабильность работы устройств.
Варисторы: применение
Такие приборы играют важную роль в жизни человека.
Из всего вышеперечисленного можно сказать, что варистор, принцип работы которого заключается в защите электроники от высокого напряжения в сети, помогает предотвратить поломку многих электрических приборов и сохранить проводку в целостности. Основным местом являются электрические цепи в различном оборудовании. Например, они встречаются в пусковых элементах освещения, которые еще называются балластами. Также устанавливаются в электрических схемах специальные варисторы, применение которых необходимо для стабилизации напряжения и тока.
Такие устройства используются еще в линиях электропередач. Но там они называются разрядниками, рабочее напряжение которых составляет более двадцати тысяч вольт.
Варисторы могут работать в большом диапазоне напряжения, который начинается с совсем маленького значения в 3 В, и заканчивается 200 В. Что касается силы тока элемента, то здесь диапазон составляет от 0,1 до 1 А. Такие показатели тока действительны только для низковольтного технического оборудования.
Отрицательные стороны
К основным отрицательным сторонам относятся:
- повышение шума на низких частотах;
- другие недостатки, проявляющиеся в зависимости от индивидуальных характеристик элемента.
Положительные стороны варисторов
Данный вид аппаратов имеет множество положительных качеств, если сравнивать его с другими приборами, например, с разрядником. К таким важным преимуществам можно отнести:
- высокая скорость работы элемента;
- возможность отслеживания перепадов тока безинерционным методом;
- возможность использования на уровне напряжения в пределах от 12 до 1800 В;
- длительный срок эксплуатации;
- относительно малая стоимость за счет простоты конструкции.
Чтобы правильно подобрать варистор для определенного устройства необходимо знать характеристики его источника питания: сопротивление и мощность импульсов переходных процессов. Максимально допустимое значение тока определяется в том числе длительностью его воздействия и количеством повторений, поэтому при установке варистора с заниженным значением пикового тока, он достаточно быстро выйдет из строя. Если говорить кратко, то для эффективной защиты прибора необходимо выбирать варистор с напряжением, имеющим небольшой запас к номинальному.
Также для безотказной работы такого электронного компонента очень важна скорость рассеивания поглощенной тепловой энергии и возможность быстро возвращаться в состояние нормальной работы.
Варистор
Пользователи также искали:
варистор 471k, варистор как проверить, варистор купить, варистор маркировка, варистор подключение, варистор smd, варисторы каталог, варисторы справочник, варисторы, варистор, Варистор, варистор k, варистор как проверить, варистор маркировка, варисторы каталог, варистор smd, варистор подключение, подключение, справочник, купить, проверить, маркировка, каталог, варистор купить, варисторы справочник, варистор 471k, 471k, полупроводниковые приборы. варистор,
…
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 соединенным друг с другом стабилитронам.
Загрузить статью в формате .PDF
Переходные процессы напряжения Варисторы обладают высокой долговечностью, которая необходима для выдерживания повторяющихся импульсных токов с высокой пиковой нагрузкой и переходных процессов с высокими импульсами.Они также предлагают широкий диапазон напряжений, высокое энергопотребление и быструю реакцию на скачки напряжения. Пиковый ток составляет от 20 до 70000 А, а пиковая мощность — от 0,01 до 10000 Дж.
В этом контексте «переходные процессы напряжения» определяются как кратковременные скачки электрической энергии. В электрических или электронных схемах, которые варисторы призваны защищать, эта энергия может выделяться либо предсказуемым образом посредством контролируемых переключающих действий, либо случайным образом индуцироваться в цепи от внешних источников.Общие источники включают:
• Молния: Фактически, 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 из облака в облако может повлиять как на воздушные, так и на проложенные кабели. Результат также непредсказуем — удар, который происходит на расстоянии мили, может генерировать 70 В в электрических кабелях, а другой может генерировать 10 кВ на расстоянии 160 ярдов.
• Переключение индуктивной нагрузки: Генераторы, двигатели, реле и трансформаторы представляют собой типичные источники индуктивных переходных процессов.Включение и выключение индуктивных нагрузок может вызвать переходные процессы с высокой энергией, которые усиливаются по мере увеличения нагрузки. Когда индуктивная нагрузка отключена, коллапсирующее 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 с длительностью 400 мс. Из-за различных размеров нагрузки будет различаться форма волны, продолжительность, пиковый ток и пиковое напряжение переходных процессов.После того, как эти переменные будут приближены, 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
Варисторы в основном состоят из массивов шариков из оксида цинка (ZnO), в которых ZnO был заменен небольшими количествами других оксидов металлов, таких как висмут, кобальт или марганец.В процессе производства MOV эти шарики спекаются (плавятся) 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 крепятся пайкой.
Благодаря высокому рассеиванию энергии MOV, они могут использоваться для подавления молний и других высокоэнергетических переходных процессов, встречающихся в линиях электропередач переменного тока. Они способны выдерживать большие количества энергии и отводить эту потенциально разрушительную энергию от чувствительной электроники, расположенной ниже по потоку.MOV, которые также используются в цепях постоянного тока, имеют различные форм-факторы (рис. 1) .
1. Металлооксидные варисторы (MOV) доступны в различных форм-факторах и размерах для широкого диапазона приложений. Диск с радиальными выводами является наиболее распространенной версией.
Многослойные варисторы
Многослойные варисторы (MLV) обращаются к определенной части спектра переходных напряжений: среде печатной платы. Несмотря на меньшую энергию, переходные процессы от электростатического разряда, индуктивного переключения нагрузки и даже остатки грозовых перенапряжений в противном случае могут достичь чувствительных интегральных схем на плате.MLV также изготавливаются из материалов ZnO, но они изготавливаются с переплетенными слоями металлических электродов и производятся в керамических корпусах без свинца. Они предназначены для перехода из состояния с высоким импедансом в состояние проводимости при воздействии напряжений, превышающих их номинальное напряжение.
MLVвыпускаются с кристаллами разного размера и способны рассеивать значительную энергию скачков напряжения для своего размера. Таким образом, они подходят как для систем подавления переходных процессов, так и для линий передачи данных и источников питания.
Руководство по применению
При выборе подходящего MOV для конкретного применения защиты от перенапряжения разработчик схемы должен сначала определить рабочие параметры защищаемой цепи, в том числе:
• Условия цепи, такие как пиковое напряжение и ток во время выброса
• Постоянное рабочее напряжение MOV (должно быть на 20% выше максимального напряжения системы при нормальных условиях)
• Количество скачков, которое должен выдержать MOV
• Допустимое допустимое отклонение — сквозное напряжение для защищаемой цепи
• Любые стандарты безопасности, которым цепь должна соответствовать
Для простоты в этом примере предположим, что целью является выбор низковольтного дискового MOV постоянного тока для следующих условий и требований схемы:
• Цепь постоянного тока 24 В
• Форма волны тока при скачке напряжения 8 × 20 мкс; форма волны напряжения равна 1.2 × 50 мкс (это типичные стандартные формы сигналов)
• Пиковый ток во время скачка = 1000 A
• MOV должен выдерживать 40 скачков
• Другие компоненты схемы (управляющая ИС и т. Д.) Должны быть рассчитаны на выдерживает 300 В максимум
Шаг 1: Чтобы найти номинальное напряжение MOV, учитывайте запас в 20% для учета выбросов напряжения и допусков источника питания: 24 В постоянного тока × 1,2 = 28,8 В постоянного тока. Учитывая, что ни один варистор не имеет номинального напряжения ровно 28,8 В, проверьте спецификации для 31-В постоянного тока MOV.
Шаг 2: Чтобы определить, какой размер диска MOV использовать, сначала определите серию MOV, которая минимально соответствует требованиям к перенапряжению 1000-A. Изучив приведенную выше таблицу, можно сделать вывод, что 20-мм MOV с максимальным номинальным постоянным напряжением 31 В постоянного тока (номер детали V20E25P) является возможным решением, отвечающим требованиям.
Шаг 3: Используйте кривые мощности импульсов (рис. 2) в том же листе данных, чтобы определить импульсные характеристики относительно 40 импульсов при требовании 1000-А.
2. В таблице данных MOV будет представлена кривая мощности импульсов; этот пример для 20-мм MOV.
Шаг 4: Используйте кривую V-I (рис. 3) в таблице данных MOV, чтобы убедиться, что напряжение утечки будет меньше предельного значения 300 В.
3. В таблице данных MOV также будет представлена кривая зависимости напряжения от тока, такая как кривая максимального напряжения фиксации для 20-мм устройства на рис. 2.
Защита MOV от теплового разгона
Поглощение варистором переходной энергии во время скачка напряжения вызывает локальный нагрев внутри компонента, что в конечном итоге приводит к его ухудшению.Если оставить без защиты, деградация варистора может увеличить нагрев и тепловой пробой. Таким образом, все большее количество устройств защиты от перенапряжения на основе варисторов предлагает встроенную функцию теплового отключения. Он обеспечивает дополнительную защиту от катастрофических отказов и опасностей пожара, даже в экстремальных обстоятельствах, когда варистор выходит из строя или при длительном перенапряжении.
MOVрассчитаны на определенные рабочие напряжения сети переменного тока. Превышение этих пределов путем применения устойчивого состояния аномального перенапряжения может привести к перегреву и повреждению MOV.
MOV имеют тенденцию к постепенному ухудшению после большого всплеска или нескольких небольших всплесков. Это ухудшение приводит к увеличению тока утечки MOV; в свою очередь, это повышает температуру MOV даже при нормальных условиях, таких как рабочее напряжение 120 В переменного тока или 240 В переменного тока. Тепловой разъединитель, расположенный рядом с MOV (рис. 4) , можно использовать для определения повышения температуры MOV, пока он продолжает ухудшаться до состояния конца срока службы. В этот момент тепловой разъединитель размыкает цепь, удаляя из нее неисправный MOV и тем самым предотвращая потенциальный катастрофический отказ.
4. Тепловой разъединитель может размыкать цепь, предотвращая катастрофический отказ неисправного MOV.
Драйверы светодиодов и освещения
Как правило, большинство источников питания светодиодов являются источниками постоянного тока и часто называются драйверами светодиодов. Их можно приобрести в виде готовых сборок, содержащих MOV, для удовлетворения требований к перенапряжениям более низкого уровня.
Обычно драйверы рассчитаны на перенапряжение в диапазоне от 1 до 4 кВ. Варистор диаметром от 7 до 14 мм обычно располагается после предохранителя в сети переменного тока.Однако, чтобы обеспечить более высокий уровень защиты от перенапряжения для освещения, установленного на открытом воздухе в условиях воздействия перенапряжения, 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 способность самого двигателя выдерживать импульсные перенапряжения. В параграфе 20.36.4 стандарта NEMA для двигателей-генераторов MG-1 единичное значение перенапряжения определяется как:
u × V L-L (или 0.816 × V L-L )
где VL-L — линейное напряжение системы переменного тока.
Для переходного времени нарастания от 0,1 до 0,2 мкс требуется удвоенное значение импульсной способности обмоток статора. Когда время нарастания достигает 1,2 мкс или больше, указывается в 4,5 раза больше единицы. В случае внешних переходных процессов, таких как молния, это будет соответствовать допустимому импульсному напряжению 918 В PEAK для двигателя на 230 В (ток полной нагрузки = 12 А) в условиях высокого напряжения 250 В.(Удары молнии могут превышать эти значения, поэтому обмоткам статора также потребуется элемент подавления для защиты.)
Загрузить статью в формате .PDF
Рабочие температуры — еще одно соображение. Предположим, что рабочая температура окружающей среды для этого приложения находится в диапазоне от 0 до + 70 ° C. Это будет в пределах номинала MOV от -40 до + 85 ° C, и не будет требований к снижению импульсного тока или энергии в этом диапазоне температур. Принимая во внимание допуск на высокое напряжение, MOV с номиналом 275 В переменного тока может быть выбранным для этого примера.При использовании однофазного двигателя среднего размера мощностью 2 л.с. требуемый импульсный ток MOV будет определяться пиковым током, наведенным в источнике питания двигателя. Если предположить, что электродвигатель обслуживается, а полное сопротивление линии равно 2 Ом, то было определено, что возможен удар молнии 3 кА.
В этом случае в одном техническом описании указано максимальное напряжение зажима 3 кА при 900 В, что ниже предполагаемой выдерживаемой способности обмотки статора 918 В. Если бы срок службы двигателя был оценен в 20 лет и определен как способный выдержать 80 переходных процессов молнии в течение срока службы, кривые импульсной характеристики в таблице данных подтвердили бы рейтинг 100+ скачков напряжения.
Для более подробного объяснения того, как согласовать MOV с приложениями, ознакомьтесь с «Руководством по проектированию варисторов постоянного тока».
an9771
% PDF-1.5 % 278 0 объект > / OCGs [355 0 R] >> / OpenAction 279 0 R / Threads 280 0 R / Тип / Каталог >> эндобдж 282 0 объект > эндобдж 42 0 объект > эндобдж 386 0 объект > поток 1999-05-04T16: 20: 22ZAdobe Illustrator CS32010-04-26T16: 24: 28-05: 002010-04-26T16: 24: 28-05: 00
% PDF-1.3 % 480 0 объект > эндобдж xref 480 90 0000000016 00000 н. 0000002169 00000 н. 0000002349 00000 п. 0000002490 00000 н. 0000002554 00000 н. 0000002585 00000 н. 0000002633 00000 н. 0000003496 00000 н. 0000003746 00000 н. 0000003798 00000 н. 0000003918 00000 н. 0000004036 00000 н. 0000004157 00000 н. 0000004277 00000 н. 0000004394 00000 н. 0000004512 00000 н. 0000004630 00000 н. 0000004747 00000 н. 0000004864 00000 н. 0000004980 00000 н. 0000005098 00000 н. 0000005215 00000 н. 0000005333 00000 п. 0000005452 00000 н. 0000005570 00000 н. 0000005689 00000 н. 0000005806 00000 н. 0000005925 00000 н. 0000006042 00000 н. 0000006161 00000 п. 0000006279 00000 н. 0000006398 00000 п. 0000006516 00000 н. 0000006634 00000 н. 0000006753 00000 н. 0000006872 00000 н. 0000006992 00000 н. 0000007110 00000 н. 0000007227 00000 н. 0000007346 00000 н. 0000007465 00000 н. 0000007582 00000 н. 0000007700 00000 н. 0000007816 00000 н. 0000007936 00000 п. 0000008055 00000 н. 0000008281 00000 н. 0000008654 00000 н. 0000008835 00000 н. 0000009691 00000 п. 0000009762 00000 н. 0000009785 00000 н. 0000011828 00000 п. 0000011900 00000 н. 0000011923 00000 п. 0000014106 00000 п. 0000014129 00000 п. 0000016025 00000 п. 0000016882 00000 п. [* + [sF # J1z * zo 䞮! Z) / U (* $,% sE * \ n543) / П-28 / V 1 >> эндобдж 483 0 объект > эндобдж 484 0 объект [ 485 0 руб. ] эндобдж 485 0 объект > эндобдж 486 0 объект > эндобдж 568 0 объект > поток * Q أ Lѻ {`ZT & 1 + i}, GF % X + 2 / RcI (\ kcXf & 3o9h צ & R / (.* у @ \ ? Kb4A @ tύd ‘ٲ x_y & n΄ = 8M + Gc # l? KI «Aw [as # bne ؆? ƎUai% Yj> N’V`: .IiȑfC; rb = En: # — y [+ LX (IsE?% Ćm
Защита от перенапряжения— Как правильно выбрать металлооксидный варистор (MOV)
Я хотел бы защитить вход трансформатора от скачков высокого напряжения, но я не понимаю, как я должен действовать, чтобы выбрать правильный MOV, несмотря на то, что я читал о них до сих пор.
Ниже показано, как я пытался выбрать правильный компонент.
смоделировать 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 конденсаторы правой фильтрации.Показанные значения являются номинальными, но моя система может работать до 160 В (RMS) на входе трансформатора.
Я хочу защитить свою систему от скачков высокого напряжения (макс. 1000 В). Я часто использовал TVS-диоды в своих предыдущих схемах, но среда была другой (величина скачков напряжения, постоянный ток …). Насколько я понял, MOV хорошо приспособлены 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 хотелось бы, чтобы даже при появлении скачка 1000В напряжение на входе трансформатора не превышало 160В. Это что-то достижимое с помощью MOV? Из того, что я прочитал, да. Насколько я понял, нет. Возможно, это неподходящий компонент.
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 ограничения, MOV не проводит ток (нормальная работа).Выше он становится проводящим, и напряжение на нем ограничивается значением чуть выше значения напряжения зажима (из того, что я прочитал здесь).
Ну, просто потому, что я не понимаю. Для меня напряжение ограничения — это значение напряжения, от которого MOV станет проводящим, и, следовательно, напряжение на нем не будет превышать это значение (или даже немного, как на стабилитроне на самом деле). Но потом я прочитал этот пост. Этот разработчик заявляет, что его система может работать с максимальным входным напряжением 520 В (RMS).Но в своих расчетах он выбирает MOV с ограничивающим напряжением 1500 В. Означает ли это, что если когда-либо в его системе появится скачок напряжения 1200 В, этот скачок не будет подавлен, и система его заметит? Или мне нужно думать по-другому и учитывать максимально допустимое напряжение, которое, по словам Питера Смита в этом посте, является обратным напряжением выдержки? В этом случае означает ли это, что MOV начинает фиксироваться при 550 В (что немного больше, чем 520 В, требуемые OP), и напряжение на MOV может подняться до 1500 В? В таком случае, как MOV может претендовать на защиту оборудования?
Если я использую свой случай и думаю так же, как другой пост OP: номинальное напряжение на входе в 115 В (RMS), но может доходить до 160 В (RMS).Если я использую это техническое описание, я думаю, мне нужно найти MOV с максимально допустимым напряжением, близким к 160 В (RMS). Но как насчет максимального напряжения зажима?
Мне чего-то не хватает, мне не хватает того, как MOV может защитить оборудование от скачков напряжения. Вы можете помочь мне ?
Спасибо!
Выбор защитных устройств: TVS-диоды и металлооксидные варисторы
Идеальное защитное устройство должно ограничивать энергию, поступающую на защищаемую нагрузку, до достаточного минимального уровня, чтобы нагрузка не была повреждена.Защитное устройство должно пережить этот всплеск энергии, чтобы снова защитить себя в другой день. Энергию нагрузки можно измерить как напряжение × ток × время (В × I × t). Наилучший выбор сочетает в себе фиксацию при низком напряжении, слабый ток, низкое динамическое сопротивление и быстрое время отклика. Также важны другие факторы, такие как долговечность, повторяемость, место на плате, стоимость, надежность и безопасный механизм отказа. Лабораторные испытания и тщательно согласованные модели SPICE были использованы для демонстрации и расчета эффекта переходных процессов 15 кВ.Во всех случаях в качестве «нагрузки» использовалось стандартное сопротивление 50 Ом. Высокочастотный (RF) отклик не определялся.
Разработчики должны знать о различиях между стандартами ESD на уровне устройства и на уровне системы. Стандарты уровня устройства, такие как модель человеческого тела (HBM), модель машины (MM) и модель заряженного устройства (CDM), используются для определения условий обращения, которым может выдержать компонент. Стандарты системного уровня, такие как IEC61000-4-2 (рисунок 1), касаются условий, которым должна выдержать завершенная сборка.Выходной ток для этих тестов сильно различается даже при одинаковом напряжении.
Например, при 10 кВ пиковый ток сигнала HBM составляет 6,67 А, а пик сигнала IEC61000-4-2 — 37,5 А. Точно так же пик HBM происходит через 10 нс по сравнению с 1 нс для IEC61000-4-2. Для этой дельты di / dt динамика очень разная. Понимание характеристик устройства ESD имеет решающее значение при выборе лучшего устройства. Номинальная спецификация от производителя указывает уровень электростатического разряда, который может выдержать устройство, без какой-либо связи с производительностью системы.Технические характеристики, указанные для стандартной формы сигнала 8 мкс / 20 мкс, не коррелируют с характеристиками 1 нс / 100 нс. Кроме того, номинальный ток в 1 А не является показателем работы при 56,25 А, что является пиковым уровнем тока для защиты от электростатического разряда 15 кВ. Лучший выбор для каждой схемы применения обеспечит наилучшую защиту рассматриваемой нагрузки.
ОСНОВНЫЕ ОПЕРАЦИИ
Устройства защиты работают в «Нормальном» или «Защитном» режиме. В «нормальном» режиме (рис. 2) в системе не происходит необычных скачков напряжения или тока.На сигнализацию не влияет «идеальное защитное устройство». В ответвлении, содержащем защитное устройство, ток не протекает. Весь ток течет к нагрузке и не влияет на целостность сигнала. Любой ток, протекающий через практическое устройство защиты в «нормальном» режиме, считается «током утечки». Этот термин ошибки влияет на срок службы батареи портативных устройств и целостность сигнала (при защите линий связи, портов USB, линий HDMI, аудиолинией и т. Д.). Хотя токи утечки могут быть довольно небольшими, они накапливаются в оборудовании с батарейным питанием и потребляют энергию.На целостность сигнала в первую очередь влияет емкость защитного устройства. Внимательно сравните эти характеристики, поскольку не все производители предоставляют гарантированные максимальные номинальные значения.
Скачки напряжения или тока переводят устройство в режим «Защита» (Рисунок 3). Таким образом, идеальное защитное устройство становится идеальным путем короткого замыкания на землю. В идеале вся энергия проходит через защитное устройство, защищающее груз от любых повреждений. После того, как скачок напряжения пройдет, идеальное устройство быстро вернется в «нормальный» режим без каких-либо внутренних повреждений или изменений в его характеристиках.
ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ РАЗЛИЧИЯ
Полупроводниковые диодыTVS — это монолитные устройства, изготовленные с использованием стандартных полупроводниковых технологий. Они могут быть легко реализованы в виде массивов или включены в более крупные компоненты, такие как комбинированные устройства защиты фильтров. Они отличаются очень коротким временем отклика, низким напряжением фиксации и высокой надежностью. При использовании в рамках предложенных проектных параметров их характеристики не будут ухудшаться со временем или количеством защитных событий.Носители заряда объединяются назад и вперед через соединение P-N во время различных режимов работы. Обычно они используются для защиты компонентов с низким напряжением.
УстройстваMOV представляют собой керамические массы, состоящие из зерен оксида металла. По структуре они похожи на кубик сахара. Граница между зернами образует область с нелинейными характеристиками тока и напряжения, которая ведет себя как диод. Эти «диоды» образуют случайное множество параллельных и последовательных комбинаций.Эта случайная структура приводит к большим допускам для заданных параметров. На производительность MOV влияет объем устройства (высота × длина × ширина). Большие устройства могут работать с очень высокими уровнями напряжения. По этой причине MOV-устройства обычно используются для защиты цепей с питанием от сети.
Перейти на следующую страницу
УстройстваMOV жертвуют собой. Некоторые границы между зерном и землей выходят из строя после каждого события перенапряжения, в первую очередь из-за локального нагрева. Лабораторные измерения подтверждают рост тока утечки (после каждого стрессового события) в «нормальном» режиме.Когда эти границы между зернами выходят из строя, устройство становится больше похоже на резистор, чем на варистор. Постоянное перенапряжение в конечном итоге приведет к короткому замыканию защитного устройства. Скорость разложения обратно пропорциональна объему устройства. Многослойные варисторы (MLV) и другие методы MOV ограничивают ток через себя, чтобы уменьшить его медленнее. Некоторые варисторы специально разработаны с более высоким внутренним сопротивлением, чтобы ограничить ток, проходящий через себя. Хотя эти устройства прослужат дольше в цепи, они также не защищают нагрузку.Этот компромисс между производительностью и надежностью должен быть тщательно взвешен разработчиком. Большинство производителей MOV считают, что устройство вышло из строя, если некоторые параметры сместились на 10%. Подробные сведения см. В технических паспортах производителей.
И TVS-диоды, и MOV могут выйти из строя из-за обрыва цепи. Когда защитное устройство не работает «открыто», оно не обеспечивает абсолютно никакой защиты. Следующее событие ESD приведет к повреждению нагрузки. TVS-диоды имеют тенденцию выходить из строя в результате немедленного короткого замыкания, номинально около 1 Ом.
УстройстваMOV страдают от теплового разгона. По мере того, как они становятся более резистивными, постоянный ток вызывает дальнейшее внутреннее повреждение и, наконец, термический выход из строя. Их керамическая структура способна выдерживать гораздо более высокие температуры, чем полупроводниковые диоды. Устройства MOV со сквозным отверстием могут нагреваться до температуры более 400 ° C. MOV-устройства для поверхностного монтажа обычно расплавляют свои паяные соединения перед сгоранием. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы ограничить ток с помощью устройств защиты в любом высоковольтном приложении.Возможно, потребуется использовать резисторы с проволочной обмоткой, предназначенные для отказа в «размыкании». Для некоторых разрешений агентств требуются серийные предохранители. Производители MOV обычно предоставляют некоторые предупреждения или рекомендации, предлагающие необходимое пространство на плате вокруг устройства для решения этой тепловой проблемы.
ТОК УТЕЧКИ
Каждое защитное устройство подключается между сигналом и землей. Некоторые системы могут содержать большое количество компонентов защиты, и их общий дополнительный требуемый ток становится проблемой.Методы передачи сигналов с низким энергопотреблением и низким напряжением также очень чувствительны к любому дополнительному току.
Лабораторные измерения были выполнены Вернером Симбургером в нашем Центре испытаний на электростатические разряды в Мюнхене, Германия. Для защиты сигнальных линий с сопротивлением 50 Ом ниже 5 В в наших тестах измерялось напряжение смещения от -20 В до +20 В постоянного тока, а также измерялся ток через тестируемое устройство. Основная область интереса (для сигнализации 5 В) будет 5 В постоянного тока. Ток утечки TVS-диода составлял 10E-11A, в то время как два протестированных устройства MOV были 10E-09A.Для приложений с низким напряжением утечка в 100 раз лучше для TVS-диода. Ток на некоторых устройствах будет повышаться при повышенных температурах. Испытания проводились при 25 ° C. На рисунке 4 показана зависимость тока утечки от приложенного напряжения для MOV и TVS.
ПУТЬ С НИЗКИМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ К ЗАЗЕМЛЕНИЮ
В режиме «Защита» наилучшим выбором будет путь к земле с наименьшим сопротивлением. Идеальная кривая ВАХ — это вертикальная линия на Vbr (напряжение пробоя). На рисунке 5 показан путь сопротивления для TVS и двух MOS-устройств (Δresistance = ΔTLP напряжение / ΔTLP ток).Большинство производителей указывают напряжение пробоя на уровне +/- 0,001 А и напряжение фиксации на уровне +/- 1 А. Сопротивление в линейной области ВАХ рассчитывается по обратному наклону ВАХ (дельта V / дельта I). По иронии судьбы, этот наклон называется «динамическим сопротивлением» (Rdyn), но на самом деле он используется для статических измерений или расчетов IEC61000-4-2 после начальных 10 нс. Во время событий ESD комплексный импеданс устройств защиты динамически изменяется, и название этой спецификации Rdyn часто сбивает с толку инженеров-проектировщиков.В течение первых 10 нс необходимы другие методы для прогнозирования напряжений. TVS-диоды имеют более низкое динамическое сопротивление (Rdyn), чем MOV-диоды.
Результаты испытаний показали, что динамическое сопротивление TVS-диодов в 10 раз ниже, чем у некоторых MOV-устройств. Согласно IEC61000-4-2 Условия испытаний ESD, разряд 15 кВ имеет вторичный пиковый импульсный ток 30 А. Это значение часто используется как для контактных испытаний, так и для испытаний на воздушном разряде, поскольку полностью устранены эффекты начального переходного процесса. Во время скачка напряжения 30 А сопротивление соответствующего защитного устройства можно определить по результатам лабораторных исследований.
После первых 10 нс сигнала IEC61000-4-2 расчет напряжения упрощается, поскольку время нарастания и спада увеличивается. Период от 25 нс до 35 нс в сигнале IEC61000-4-2 часто аппроксимируется прямоугольником с амплитудой 2 А / кВ. Для 15кВ это просто 30А. Анализ цепи постоянного тока (рис. 6) быстро определяет напряжение и ток, присутствующие на нагрузке в течение временного интервала 30 А, заменяя устройства защиты их резистивным значением 30 А.
Перейти на следующую страницу
Ток через нагрузку определяется по формуле:
Iload = (30 × Rpr) / (Rpr + 50)
ITVS = 21/50.7 = 0,414 А
IMOV = 210/57 = 3.68A
Показанное здесь сопротивление нагрузки составляет 50 Ом. Во время скачка тока от 25 нс до 35 нс нагрузка, защищаемая диодом TVS, получает в 10 раз меньше тока. Мощность (I2R) во время перенапряжения определяется соотношением Iload × Iload × 50 Ом. Поскольку мощность связана с квадратом тока (умноженного на сопротивление нагрузки), легко понять, почему ток должен быть минимизирован.
ЗАЖИМНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ
Пики напряжения ограничиваются устройством защиты.Лабораторные испытания проводились путем подачи импульсов 300 В и шириной 30 нс через различные устройства. Каждое устройство реагировало довольно быстро, однако в таблице ниже указаны относительные уровни напряжения. Гранулированная структура варистора не допускает низкого напряжения зажима. Области массива заставят диоды включаться последовательно, где их пороговые напряжения будут суммироваться. Как видно на рисунке 7, TVS-диоды фиксируются при значительно более низких напряжениях, чем их аналоги MOV, что еще больше снижает энергию в низковольтных приложениях.Как указывалось ранее, эти динамические результаты отличаются от значения Vclamp, которое указано в таблице данных. Если известен текущий уровень входного сигнала, Vclamp можно приблизительно представить как Vbreakdown + (Rdyn * Iknown) + L di / dt. Для тестирования IEC61000-4-2 через 10 нс член L di / dt приближается к нулю.
Требования к надежной, воспроизводимой работе устройства защиты будут зависеть от области применения. На ток утечки сильно влияет деградация устройства, как показано на рисунке 8.Этот параметр можно измерить, повторяя стрессовые события и измеряя ток в «нормальном» режиме. Как и ожидалось, варистор становится более резистивным после каждого события перенапряжения. Внимательно интерпретируйте график ниже, так как ось x логарифмическая. Диоды TVS не выходят из строя после каждого события. 10E-11A приближается к пределу большинства лабораторного оборудования. При сравнении двух устройств TVS руководствуйтесь гарантированными производителями. Ищите наименьшие характеристики тока утечки.
На рисунке 9 показано ухудшение характеристик устройства, которое также вызывает сдвиг напряжения пробоя (VBR).TVS-диоды не показывают заметного сдвига VBR с течением времени. Некоторые устройства MOV демонстрируют явное снижение VBR после каждого стрессового события. Неисправности массива MOV1 (красный) создают более проводящий путь через варистор, что видно по направлению VBR к нулю. Эта структура (MOV1) в конечном итоге станет коротким замыканием. Неисправности массива MOV2 (черный) создают менее проводящий путь через варистор, что видно по направлению VBR к бесконечности. Поскольку MOV2 изначально имеет меньшую проводимость (см. Кривые I-V), способность защищать нагрузку еще больше снижается с каждым стрессовым событием.В конце концов, эта структура (MOV2) выйдет из строя как разомкнутая цепь, не обеспечивая никакой защиты.
ОГРАНИЧЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ВОЗМОЖНОСТИ
Лучшие защитные устройства должны быстро ограничивать напряжение и ток. 15 кВ использовалось как наихудший сценарий. Для генерации входного сигнала использовалась обычная упрощенная схема 150 пФ и 330 Ом, 15 кВ. Пиковый ток возникает раньше, но во входном сигнале содержится такая же общая мощность.
На рис. 10 показаны кривые мощности, смоделированные на нагрузке.TVS-диод сочетает в себе низкое напряжение зажима с низким сопротивлением и малым временем отклика. Энергия нагрузки рассчитывается путем определения площади под соответствующими кривыми.
Для этого низковольтного приложения TVS-диод допускает 4,5 мкДж, а (красный) MOV допускает 18,0 мкДж на нагрузке. Четыре разницы во времени между этими защитными устройствами. В этом легко может заключаться разница между защитой или отказом, в зависимости от безопасной рабочей области (SOA) нагрузки. Выберите устройство защиты, которое предлагает самый широкий запас прочности в пределах SOA нагрузки.
Для некоторых приложений с высоким током и высоким напряжением потребуются либо большие MOV, либо массив TVS-диодов. Разработчик должен обеспечить защиту системного уровня от катастрофического отказа. Напряжение, превышающее характеристики большинства TVS-диодов, приведет к внезапному отказу в виде короткого замыкания. Это приведет к тому, что нагрузка не будет работать должным образом, однако система выйдет из строя «безопасным» образом. Диод быстро выходит из строя и поэтому не успевает выработать тепло. Металлооксидные варисторы выходят из строя по-другому.Их рабочие параметры меняются в зависимости от количества стрессовых событий, даже если они используются в пределах спецификации. По мере использования они становятся более электропроводными, и возникает тепловой разгон. Их керамическая конструкция может выдерживать более высокие температуры, чем их кремниевые аналоги.
Некоторые устройства MOV могут треснуть или взорваться при резком повышении температуры, что может привести к выходу устройства из строя из-за разрыва цепи. Устройства MOV, которые сохраняют свою форму и форму, могут достигать температуры выше температуры горения бумаги, что создает возможность возгорания.Правильно разработайте схемы защиты для работы в условиях перенапряжения и перегрузки по току.
Многие системы могут иметь низковольтные контрольные микроконтроллерные схемы или интерфейсные схемы, которые лучше всего защищены TVS-диодами, в то время как сеть переменного тока или высоковольтные ступени постоянного тока лучше всего могут быть защищены устройствами MOV. Тракты сигналов низкого напряжения обеспечивают лучшую защиту от TVS-диодов; однако некоторые нагрузки могут работать в рамках своей SOA с любым устройством.
Учебный курс Фрэнка
Варисторы (MOV)
Варистор или металл оксидный варистор (MOV) — специальный резистор, который используется для защиты цепи от высокого переходного (кратковременного) напряжения.Эти скачки и шипы атакуют оборудование у линии электропередачи и разрушают питание оборудования. Варистор способен сократить эти скачки и шипов и держите их подальше от следующего приложения.
Варистор также известен как резистор, зависимый от напряжения, или VDR.
| | Варисторы разные. Напряжение короткого замыкания указано на корпусе. |
| Схема варистора. |
Скачки и скачки
Скачок или скачок напряжения — это повышение напряжения, значительно превышающее стандартное. напряжение 230 вольт. Точное определение: Когда нарастание длится 3 нс или более, это называется всплеском.
Когда он длится всего 1-2 нс, это называется всплеском.
Однако,
если выброс или всплеск достаточно высок, это приведет к повреждению устройства или
машина. И действительно, скачки напряжения в сети могут легко достигать 6000 вольт.
Даже
если повышенное напряжение не сразу сломает вашу машину, это может
подвергайте компоненты дополнительной нагрузке и со временем изнашивайте их.
| Пики на переменном напряжении. | Скачок переменного напряжения. |
Причиной скачков и скачков напряжения в ЛЭП является работа мощных электрических устройств, например, кондиционеров, холодильники и лифты. Это мощное оборудование требует много энергии для включения и выключения двигателей и компрессоров. Этот переключение вызывает внезапные кратковременные потребности в мощности, которые нарушают постоянный поток напряжения в электрической системе.
Эти скачки и шипы могут немедленно или постепенно повредить электронные компоненты и являются общей проблемой в электрических системах большинства зданий.
Помимо линий электропередач, также страдают телефонные линии и антенные кабели. импульсами высокого напряжения, вызванными ударами молнии.
| Рекомендуется использовать фильтры для защиты от перенапряжения для всех сложных электронных устройств, электронного оборудования, такого как компьютеры, компоненты развлекательных центров и, конечно, биомедицинское оборудование.Сетевой фильтр обычно продлевает срок службы этих устройств. |
Функция
В нормальных условиях сопротивление варистора очень велико. Когда подключенное напряжение становится выше, чем указано в спецификации варистора сопротивление сразу становится крайне низким. Это обстоятельство используется для защиты электронных приложений от перенапряжения. Варисторы есть просто добавляется ко входу блока питания. При скачках высокого напряжения и появляются шипы, варистор закоротит их и защитит следующие заявление.| | Характеристическая кривая MOV. Низкое напряжение и низкий ток (высокое сопротивление). Когда напряжение достигает напряжения варистора, ток становится высоким очень быстро (резистор очень низкий. Разъемы короткие. |
Технические характеристики
Варисторы — это вид резисторов, но их характеристики не являются сопротивлением ῼ и мощность Вт. Для варисторов наиболее важными характеристиками являются напряжение зажима. Напряжение зажима
Это
напряжение короткого замыкания варистора. Нижний зажим
напряжение указывает на лучшую защиту. Но с другой стороны напряжение
не должно быть настолько низким, чтобы меньшие изменения мощности разрушили варистор.
Для сети 230 В хорошим выбором будет варистор с ограничивающим напряжением 275 В.
Энергия
поглощение / рассеяние
Это
рейтинг дан в джоулях и показывает, сколько энергии варистор может
впитывать. Более высокое число указывает на большую защиту. Варисторы с
От 200 до 400 джоулей обеспечивают хорошую защиту, обеспечивается лучшая защита
с устройствами на 600 джоулей и более.
Для увеличения поглощения энергии можно поставить два или три варистора.
параллельно.
Время срабатывания
Варисторы
переключаться быстро, но не сразу. Всегда есть очень небольшая задержка, так как
они реагируют на скачок напряжения. Чем больше время отклика, тем
дольше подключенное приложение подвергается скачкам напряжения. Ответ
время 1 нс или быстрее вполне нормально.
Заявление
| | Варистор на входе источника питания. |
| Варистор просто подключается между линией и нейтраль но после предохранителя. В случае короткого замыкания варисторов предохранитель перегорит и отключит сеть от следующего приложения. | |
| Простое решение для эффективной защиты. Оригинальный сильноточный предохранитель следует заменить одним подходящим. с оборудованием. | |
| Лучшая защита содержит три варистора: по одному на каждый из три пары проводов (линия, нейтраль и земля). |
Проблемы
Варисторы могут быть разрушен слишком большим количеством скачков. Они немного изнашиваются с каждым всплеском выше порога, и когда-нибудь они будут полностью разрушены.Перенапряжение также является распространенной проблемой. Варисторы сгорели но тоже дайте предохранителю перегореть и таким образом сохраните подключенное оборудование.
| | Неисправный варистор. Слишком большое количество скачков напряжения в течение длительного времени разрушает варисторы. |
| Обычный отказ MOV — это перегрев.Это может вызвать возгорание. |
Альтернативы
Газоразрядная трубка или газовая трубка — это своего рода искровой разрядник, который содержит воздух или газовая смесь.Когда скачки напряжения достигают определенного уровня, газ ионизирует газа, что делает его очень эффективным проводником. Он передает ток на линия заземления, пока напряжение не достигнет нормального уровня.
Сравнить с газовые лампы варисторов имеют более высокое напряжение пробоя. Они могут справиться значительно более высокие токи короткого замыкания и выдерживают многократное высокое напряжение удары без самоуничтожения.С другой стороны, время отклика составляет дольше.
Газоуловители обычно используются в телекоммуникационном оборудовании для защитить от ударов молнии.
| |
Источники и дополнительная информация
http://en.wikipedia.org/wiki/Varistorhttp://en.wikipedia.org/wiki/Surge_Protector
http://www.nteinc.com/Web_pgs/MOV.html
Что такое варистор и металлооксидный варистор? Применение и выбор варистора
Каталог
Артикул сердечник | Варистор |
1.Концепция варистора | |
2. Основные характеристики варистора | |
3. Типы варистора | |
4. Металлооксидный варистор | |
6. Основные параметры варистора | |
7. Выбор варистора | |
8. Основные области применения варистора | |
1. C oncept варистора
Варистор представляет собой защитное устройство с ограничением напряжения. Используя нелинейные характеристики варистора, когда между двумя полюсами варистора возникает перенапряжение, варистор может ограничивать напряжение до относительно фиксированного значения напряжения, тем самым защищая последнюю цепь. Основными параметрами варистора являются: напряжение варистора, токовая нагрузка, емкость перехода, время отклика и т. Д.
Время отклика варистора составляет нс, что быстрее, чем у газоразрядной трубки, и немного медленнее, чем у трубки TVS. В нормальных условиях скорость срабатывания защиты от перенапряжения для электронной схемы может соответствовать требованиям. Емкость перехода варистора обычно составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч ПФ. Во многих случаях его не следует напрямую применять для защиты высокочастотных сигнальных линий. Когда он используется для защиты цепи переменного тока, он увеличивает утечку из-за большой емкости перехода.При проектировании схемы защиты необходимо полностью учитывать ток. Варистор имеет большую пропускную способность, но меньше газоразрядной трубки. Варистор, сокращенно VDR, представляет собой чувствительный к напряжению полупроводниковый элемент нелинейной защиты от перенапряжения.
2. Базовые характеристики варистора
(1) Характеристики защиты. Когда ударная вязкость источника удара (или пусковой ток Isp = Usp / Zs) не превышает заданное значение, ограничивающее напряжение варистора не должно превышать импульсное выдерживаемое напряжение (Urp), которое может выдержать защищаемый объект..
(2) Ударопрочность, то есть сам варистор должен выдерживать указанный пусковой ток, энергию удара и среднюю мощность множественных ударов.
(3) Существуют две характеристики срока службы, одна из которых — это срок службы при непрерывном рабочем напряжении, то есть варистор должен иметь возможность надежно работать в течение определенного времени (часов) при заданных условиях температуры окружающей среды и напряжения системы. Второй — это срок службы при ударе, то есть количество раз, которое может быть надежно выдержано указанное воздействие.
(4) После включения варистора в систему, помимо функции защиты «предохранительного клапана», это принесет некоторые дополнительные эффекты. Это называется «вторичным эффектом», и он не должен снижать нормальную работу системы. В настоящее время следует учитывать три основных фактора. Первый — это емкость самого варистора (от десятков до десятков тысяч пФ). Второй — это ток утечки при системном напряжении, а третий — это влияние связи на другие цепи, когда нелинейный ток варистора проходит через полное сопротивление источника.
3. Тип s варистора
Варисторы можно разделить на категории по компоновке, истории производства, применяемым материалам и вольт-амперным характеристикам.
(1) В соответствии с компоновкой варистор можно разделить на варистор перехода, варистор объемного типа, варистор с одной частицей и варистор пленки. Варистор переходного типа имеет редкий контакт между корпусом резистора и металлическим электродом, а нелинейность варистора корпусного типа определяется полупроводниковой природой корпуса резистора.
(2) В зависимости от применяемых материалов варистор можно разделить на варистор из оксида цинка, варистор из карбида кремния, варистор из оксида металла, варистор из германия (кремния), железную кислоту и т. Д.
(3) В соответствии с По своей вольт-амперной классификации варистор можно разделить на симметричный варистор (без полярности) и асимметричный варистор (с полярностью) в соответствии с его вольт-амперной характеристикой.
4. Варистор из оксида металла
Варистор из оксида металла или сокращенно MOV — это резистор, зависящий от напряжения, в котором материал сопротивления представляет собой оксид металла, в основном оксид цинка (ZnO), спрессованный в керамический подобный материал. материал.Варисторы на основе оксидов металлов состоят примерно на 90% из оксида цинка в качестве керамического основного материала и других материалов-наполнителей для образования стыков между зернами оксида цинка.
Металлооксидные варисторы в настоящее время являются наиболее распространенным типом устройств ограничения напряжения и доступны для использования в широком диапазоне напряжений и токов. Использование оксида металла в их конструкции означает, что MOV чрезвычайно эффективны в поглощении кратковременных переходных процессов напряжения и имеют более высокие возможности управления энергией.
Как и обычный варистор, металлооксидный варистор начинает проводить при определенном напряжении и прекращает проводимость, когда напряжение падает ниже порогового значения. Основное различие между стандартным варистором из карбида кремния (SiC) и варистором типа MOV заключается в том, что ток утечки через материал оксида цинка MOV представляет собой очень небольшой ток при нормальных рабочих условиях, а его скорость работы при ограничении переходных процессов 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 и печатных платах аналогичным образом.Типичный металлооксидный варистор имеет следующую конструкцию:
Металлооксидный варистор
Металлооксидный варистор
Чтобы выбрать правильный MOV для конкретного применения, желательно иметь несколько знание импеданса источника и возможной импульсной мощности переходных процессов. Для входящей линии или переходных процессов, передаваемых по фазе, выбор правильного MOV немного сложнее, поскольку обычно характеристики источника питания неизвестны.В общем, выбор MOV для электрической защиты цепей от переходных процессов и скачков напряжения питания часто является не более чем обоснованным предположением.
Однако металлооксидные варисторы доступны в широком диапазоне напряжений варисторов, от примерно 10 вольт до более 1000 вольт переменного или постоянного тока, поэтому выбор может быть облегчен, зная напряжение питания. Например, при выборе варистора MOV или кремниевого варистора для напряжения его максимальное постоянное среднеквадратичное значение напряжения должно быть чуть выше самого высокого ожидаемого напряжения питания, скажем, 130 вольт для источника питания 120 вольт и 260 вольт для источника питания 230 вольт. поставлять.
Максимальное значение импульсного тока, которое принимает варистор, зависит от ширины переходного импульса и количества повторений импульсов. Можно сделать предположения о ширине переходного импульса, которая обычно составляет от 20 до 50 микросекунд (мкс). Если пикового значения импульсного тока недостаточно, варистор может перегреться и выйти из строя. Таким образом, для того, чтобы варистор работал без сбоев или деградации, он должен иметь возможность быстро рассеивать поглощенную энергию переходного импульса и безопасно возвращаться в свое предимпульсное состояние.
5. Обозначение варистора
«Варистор» — резистивный прибор с нелинейными вольт-амперными характеристиками. Он в основном используется для ограничения напряжения, когда цепь находится под повышенным напряжением, и для поглощения избыточного тока для защиты чувствительных устройств. Полное название — «резистор, зависимый от напряжения», сокращенно «VDR» или «варистор».
Знак варистора следующий: (Мы перечислили несколько распространенных представлений)
символов и графики варистора
6. Основные параметры варистора
Основными параметрами варистора являются номинальное напряжение, коэффициент напряжения, максимальное управляющее напряжение, коэффициент остаточного напряжения, пропускная способность, ток утечки, температурный коэффициент напряжения, текущий температурный коэффициент, коэффициент нелинейности напряжения, изоляция. сопротивление, статическая емкость и так далее.
(1) Напряжение варистора: так называемое напряжение варистора — это напряжение пробоя или пороговое напряжение. Это относится к значению напряжения при указанном токе, которое в большинстве случаев измеряется при подаче на варистор постоянного тока 1 мА, а диапазон напряжения варистора изделия может находиться в диапазоне 10-9000 В.Обычно V1mA = 1.5Vp = 2.2VAC, где Vp — пиковое значение номинального напряжения цепи. VAC — это действующее значение номинального переменного напряжения. Выбор значения напряжения варистора ZnO имеет решающее значение и связан с эффектом защиты и сроком службы.
(2) Максимально допустимое напряжение (максимальное предельное напряжение): это напряжение делится на переменное и постоянное. Если это переменный ток, это относится к действующему значению переменного напряжения, допускаемому варистором, которое выражается в ACrms.Варистор с максимально допустимым напряжением следует выбирать под действующее значение. Фактически, V1mA и ACrms связаны друг с другом. Зная первое, также известно второе, но ACrms более прямолинейно для пользователя, и пользователь может напрямую выбрать подходящий варистор в соответствии с ACrms. В контуре переменного тока должно быть: min (U1mA) ≥ (2,2 ~ 2,5) Uac, где Uac — эффективное значение рабочего напряжения переменного тока в контуре. Вышеупомянутый принцип значений предназначен в основном для обеспечения соответствующего запаса прочности варистора при его включении в цепь источника питания.Для постоянного тока в контуре постоянного тока должно быть: min (U1mA) ≥ (1,6 ~ 2) Udc, где Udc — номинальное рабочее напряжение постоянного тока в контуре. В контуре переменного тока должно быть: min (U1mA) ≥ (2,2 ~ 2,5) Uac, где Uac — эффективное значение рабочего напряжения переменного тока в контуре. Вышеупомянутый принцип значений предназначен в основном для обеспечения соответствующего запаса прочности варистора при его включении в цепь источника питания. В сигнальном контуре должно быть: min (U1mA) ≥ (1,2 ~ 1,5) Umax, где Umax — пиковое напряжение сигнального контура.Пропускную способность варистора следует определять в соответствии с проектными характеристиками схемы молниезащиты. Как правило, пропускная способность варистора больше или равна пропускной способности схемы молниезащиты.
(3) Пропускная способность: так называемая пропускная способность — это максимальное значение импульсного тока, когда температура окружающей среды составляет 25 ° C, изменение напряжения варистора не превышает ± 10% для указанной формы кривой пускового тока и указанное количество пусковых токов.Чтобы продлить срок службы устройства, величина импульсного тока, поглощаемого варистором ZnO, должна быть меньше, чем максимальный поток продукта, указанный в руководстве. Однако, исходя из эффекта защиты, требуется, чтобы выбранный расход был больше. Во многих случаях фактический расход, который на самом деле создается, трудно точно рассчитать. Проще говоря, пропускная способность, также известная как пропускная способность, относится к максимальному значению импульсного (пикового) тока, допустимого на варисторе при определенных условиях (в указанный интервал времени и количество раз, применяя стандартный пусковой ток).Обычно перенапряжение представляет собой одну или серию пульсовых волн. В экспериментальном варисторе используются два вида ударных волн: одна — волна 8/20 мкс, то есть так называемая волна — это импульсная волна 8 мкс с хвостовым временем 20 мкс, а другая — прямоугольная волна длительностью 2 мс.
(4) Максимальное ограничивающее напряжение: Максимальное ограничивающее напряжение — это максимальное напряжение, которое может выдержать варистор. Он показывает напряжение, генерируемое на двух концах, когда указанный пусковой ток Ip проходит через варистор.Это напряжение также называется остаточным напряжением. Следовательно, остаточное напряжение выбранного варистора должно быть меньше выдерживаемого напряжения Vo защищаемого объекта, иначе он не сможет обеспечить надежную защиту. Обычно значение ударного тока Ip велико, например 2,5 А или 10 А, поэтому соответствующее максимальное предельное напряжение Vc довольно велико, например, MYG7K471 имеет Vc = 775 (Ip = 10 А).
(5) Максимальная энергия (допуск по энергии): Энергия, поглощаемая варистором, обычно рассчитывается следующим образом: W = kIVT (Дж)
Где I — пик варистора, протекающего через
V —— напряжение на варисторе при протекании тока I через варистор
T —— длительность тока
K —— коэффициент формы сигнала тока I
2 мс, прямоугольная волна k = 1
8 / Волна 20 мкс k = 1.4
10/1000 мкс k = 1,4
Варистор может поглощать энергию до 330 Дж на квадратный сантиметр для прямоугольной волны 2 мс; плотность тока может достигать 2000 А на кубический сантиметр для волны 8/20 мкс, что указывает на то, что его пропускная способность и устойчивость к энергии очень велики.
Вообще говоря, чем больше диаметр кристалла варистора, тем больше допуск по энергии и больше выдерживаемый ток. При использовании варистора следует также учитывать перенапряжение, которое часто вызывает меньшую энергию, но имеет более высокую частоту.Если имеется перенапряжение один или несколько раз в течение нескольких десятков секунд или одной или двух минут, следует учитывать среднюю мощность, которую может поглотить варистор.
(6) Коэффициент напряжения: Коэффициент напряжения — это отношение напряжения, генерируемого, когда ток варистора равен 1 мА, к напряжению, генерируемому, когда ток варистора составляет 0,1 мА.
(7) Номинальная мощность: максимальная мощность, которая может потребляться при указанной температуре окружающей среды.
(8) Максимальный пиковый ток Однократно: максимальное значение тока со стандартной формой волны 8/20 мкс.В это время скорость изменения напряжения варистора все еще находится в пределах ± 10%. 2 раза: максимальное значение тока воздействия стандартной формы волны 8/20 мкс составляет два раза, а интервал между двумя ударами составляет 5 минут. В это время скорость изменения напряжения варистора все еще находится в пределах ± 10%.
(9) Коэффициент остаточного напряжения: когда ток, протекающий через варистор, имеет определенное значение, напряжение, генерируемое на обоих концах, называется остаточным напряжением. Отношение остаточного напряжения к номинальному напряжению отношения остаточного напряжения.
(10) Ток утечки: ток утечки, также известный как ток ожидания, относится к току, протекающему через варистор при указанной температуре и максимальном постоянном напряжении.
(11) Температурный коэффициент напряжения: Температурный коэффициент напряжения относится к скорости изменения номинального напряжения варистора в заданном температурном диапазоне (температура 20 ~ 70 ° C), то есть когда ток через варистор остается постоянным, температура меняется.Относительное изменение на обоих концах варистора при 1 ° C.
(12) Текущий температурный коэффициент: Текущий температурный коэффициент — это относительное изменение тока, протекающего через варистор, когда температура изменяется на 1 ° C, в то время как напряжение на варисторе остается постоянным.
(13) Коэффициент нелинейности напряжения: Коэффициент нелинейности напряжения относится к отношению значения статического сопротивления к значению динамического сопротивления варистора при заданном приложенном напряжении.
(14) Сопротивление изоляции: Сопротивление изоляции — это сопротивление между выводным проводом (выводом) варистора и изолирующей поверхностью резистора.
(15) Статическая емкость: Статическая емкость относится к емкости, присущей самому варистору.
Принцип использования варистора заключается в том, что после его подключения к защищаемому устройству он не может повлиять на нормальную работу устройства и может эффективно выполнять мгновенную защиту от перенапряжения на устройстве.С этой целью, помимо технических параметров варистора, при фактическом выборе следует учитывать следующие моменты:
1) выбор напряжения варистора
. варистор и номинальное напряжение (следует учитывать от 1,1 до 1,2 номинального напряжения), возможный диапазон колебаний напряжения источника питания в цепи переменного тока (следует учитывать 1,4 к номинальному напряжению) 1.5 раз), соотношение между пиковым значением переменного напряжения и действующим значением (следует учитывать 1,4 раза), поэтому следует использовать варистор с напряжением варистора в 2,2–2,5 раза превышающим номинальное напряжение. В цепи постоянного тока часто выбирают варистор, имеющий напряжение варистора в 1,8–2 раза превышающее номинальное значение напряжения постоянного тока.
2) Выбор пропускной способности
В принципе, его следует выбирать в соответствии с максимальным переходным пусковым током, который может возникнуть, но это сложно сделать.На практике варистор выбирается в соответствии с применением или уровнем тестирования, указанным в стандарте тестирования продукта.
Согласно первому варианту для защиты тиристора можно использовать варистор 1 кА (волна тока 8/20 мкс); 3кА для поглощения перенапряжения электрооборудования; 5кА для поглощения перенапряжения молнии и электронного оборудования Верхний; 10кА используется для защиты от ударов молнии. Согласно последнему, общая интегральная волна (волна напряжения 1.2/50 мкс генерируется при разомкнутой цепи генератора; волна тока 8/20 мкс генерируется при выходе короткого замыкания; внутреннее сопротивление генератора составляет 2 Ом) для оценки устройства на предмет помех от грозовых перенапряжений. способность. При испытании 4 кВ максимальный ток, поглощаемый устройством защиты, может достигать 2 кА; для испытания 6 кВ максимальное значение потребляемого тока составляет 3 кА. Однако при фактическом выборе пропускная способность выбранного варистора также должна быть соответствующим образом увеличена.Из-за большого варистора с высокой токовой нагрузкой должно быть относительно небольшое падение остаточного напряжения при поглощении такой же величины импульсного тока. При этом у выбранного варистора есть большой запас защиты.
3) Собственная паразитная емкость
Варисторам присуща проблема емкости, которая колеблется от нескольких сотен до нескольких тысяч пФ в зависимости от форм-фактора и номинального напряжения. Собственная емкость варистора определяет, что он не подходит для использования в высокочастотных приложениях, иначе это повлияет на нормальную работу системы; он подходит для использования в системах промышленной частоты, например, для защиты линий электропитания, защиты тиристорных выпрямителей и т. д.
Мгновенная мощность варистора относительно велика, но средняя длительная мощность мала, поэтому он не может работать в течение длительного времени.
Роль варистора из оксида цинка (углеродного резистора): также известный как «поглотитель перенапряжения, представляет собой резистор с характеристиками напряжения с характеристиками симметрии напряжения и тока, его основная конструкция предназначена для защиты всех электронных продуктов. Или компонент защищен от выброс, вызванный переключением или ударами молнии, и характеристики нелинейного индекса.
Особенности: быстрое время реакции; низкий ток утечки; превосходное соотношение напряжений; широкое соотношение напряжения к энергии; низкая мощность в режиме ожидания и отсутствие последующего тока; возможность высокопроизводительной обработки импульсных токов; стабильная работа характеристик подавления напряжения.
7. Выбор варистора
При выборе варистора необходимо учитывать особые условия цепи. Как правило, необходимо соблюдать следующие принципы:
(1) Выбор напряжения варистора V1mA
В зависимости от напряжения источника питания, напряжение источника питания, непрерывно подаваемое на варистор, не может превышать «максимальное продолжительное рабочее напряжение». значение указано в спецификации.То есть максимальное рабочее напряжение постоянного тока варистора должно быть больше рабочего напряжения постоянного тока VIN линии питания (сигнальной линии), то есть VDC ≥ VIN; При выборе источника питания 220 В переменного тока с учетом давления следует полностью учитывать диапазон колебаний рабочего напряжения электросети. При достаточном значении напряжения варистора варистора оставьте достаточный запас. Диапазон колебаний внутренней электросети обычно составляет 25%. Следует выбрать варистор с напряжением варистора от 470 В до 620 В.Выбор варистора с более высоким напряжением варистора может снизить частоту отказов и продлить срок службы, но остаточное напряжение немного увеличивается.
(2) Выбор скорости потока
Номинальный ток разряда варистора должен быть больше, чем импульсный ток, необходимый для выдерживания, или максимальный импульсный ток, который может возникнуть во время работы оборудования. Номинальный ток разряда должен быть рассчитан на основе значения жизненного цикла сопротивления удару чувствительного к давлению резистора 10 раз или более, что составляет около 30% от максимальной скорости потока при ударе (т. Е. 0.3 IP).
(3) Выбор напряжения фиксации
Напряжение фиксации варистора должно быть меньше максимального напряжения (т. Е. Безопасного напряжения), которое может выдержать защищаемый компонент или устройство.
(4) выбор конденсатора Cp
Для высокочастотных сигналов передачи емкость Cp должна быть меньше, и наоборот. 5. Согласование внутреннего сопротивления (ResistanceMatch)
Внутреннее сопротивление R (R ≥ 2 Ω) защищаемого компонента (линии) и переходное внутреннее сопротивление Rv варистора: R ≥ 5Rv; для защищаемого компонента с малым внутренним сопротивлением, не влияющим на скорость передачи сигнала. Попробуйте использовать большой варистор конденсатора.
8. M ain application s варистора
(1) молниезащита
Удары молнии могут вызвать атмосферные перенапряжения. Большинство из них — это индуктивные перенапряжения. Перенапряжение, возникающее в результате удара молнии в линии передачи, называется прямым перенапряжением молнии, и его значение напряжения особенно велико, что чрезвычайно опасно из-за 102 ~ 104 В.Поэтому для наружных систем электроснабжения и электрооборудования необходимо принимать меры по предотвращению перенапряжения.
Использование варисторных разрядников из ZnO очень эффективно для устранения атмосферных перенапряжений. Обычно он подключается параллельно к электрическому оборудованию. Если электрическое оборудование требует низкого остаточного напряжения, можно использовать многоуровневую защиту. На следующем рисунке показана общая схема защиты от атмосферных перенапряжений с использованием разрядников из ZnO.На рисунке (a) показан способ подключения разрядника из ZnO для трехфазного электрического оборудования, на рисунке (b) показан способ подключения разрядника из ZnO для системы управления электромагнитным клапаном, а на рисунке (c) показан метод подключения ZnO. разрядник между источником питания и нагрузкой.
Варистор для молниезащиты электрооборудования
(2) защита цепей
На практике различные электронные схемы и электрооборудование часто подвергаются воздействию рабочих перенапряжений.Так называемое рабочее перенапряжение — это подавление перенапряжения, возникающего при быстром преобразовании электромагнитной энергии и быстрой передаче электрической энергии при внезапном изменении рабочего состояния цепи. Чтобы предотвратить такое перенапряжение, высокоэнергетический варистор из ZnO может использоваться для защиты различного крупногабаритного оборудования электропитания, больших электромагнитов и больших двигателей. Для автомобильных цепей, линий связи и многих гражданских электрических цепей можно использовать низковольтные варисторы ZnO или другие типы.Низковольтный варистор защищен.
На следующем рисунке показано несколько примеров использования варистора для предотвращения срабатывания схемы защиты от перенапряжения. На рисунке (а) показан режим защиты схемы трехфазного выпрямителя; На рисунке (b) показана защита однофазной мостовой выпрямительной схемы; На рисунке (c) варистор используется для взаимодействия с вакуумным переключателем для подавления рабочего перенапряжения высоковольтного двигателя. Защита; и Рисунок (d) и Рисунок (e) — схемы защиты варистора для микродвигателей и двигателей постоянного тока, соответственно.
Варистор для защиты цепей
(а) трехфазное выпрямление; (б) однофазное выпрямление; (c) с вакуумным выключателем; (г) трехфазный двигатель; (e) Двигатель постоянного тока
(3) защита переключателя
(3) Варистор для защиты переключателя
Когда цепь с индуктивной нагрузкой внезапно отключается, ее перенапряжение может в несколько раз превышать напряжение питания. Перенапряжение может вызвать дугу и искровой разряд между контактами, что может повредить контакты, такие как контакторы, реле и электромагнитные муфты, и сократить срок службы устройства.Варистор имеет шунт при высоких напряжениях и поэтому может использоваться для защиты контактов путем предотвращения искровых разрядов в момент размыкания контактов. Способ подключения варисторного защитного выключателя или контакта показан на рисунке ниже. Когда варистор подключен параллельно катушке индуктивности, сухое напряжение переключателя и сухое напряжение варистора являются суммой остаточного напряжения варистора.
