Варистор схема включения. Варистор: принцип работы, характеристики и применение для защиты от перенапряжений

Что такое варистор и как он работает. Какие бывают виды варисторов. Как выбрать подходящий варистор для защиты электронных схем. На что обратить внимание при использовании варисторов в цепях защиты от перенапряжений.

Что такое варистор и принцип его работы

Варистор (Variable Resistor) — это полупроводниковый резистор, сопротивление которого сильно зависит от приложенного напряжения. Основная функция варистора — защита электронных схем от кратковременных скачков напряжения и импульсных помех.

Принцип работы варистора довольно прост:

• При нормальном напряжении в цепи сопротивление варистора очень велико (мегаомы), и через него протекает минимальный ток утечки.
• Когда напряжение превышает пороговое значение, сопротивление варистора резко падает, и он начинает пропускать через себя значительный ток.
• За счет этого варистор «срезает» опасные выбросы напряжения, защищая остальные элементы схемы.

Таким образом, варистор действует как своеобразный «предохранитель по напряжению», ограничивая амплитуду импульсов перенапряжения.

Основные характеристики и параметры варисторов

При выборе варистора для конкретной схемы защиты необходимо учитывать следующие ключевые параметры:

• Классификационное напряжение — напряжение, при котором через варистор начинает протекать заметный ток (обычно 1 мА).
• Максимальное длительное рабочее напряжение — напряжение, которое варистор может выдерживать неограниченно долго.
• Максимальный импульсный ток — пиковое значение тока короткого импульса, который может выдержать варистор.
• Энергия рассеивания — максимальная энергия одиночного импульса, которую способен поглотить варистор.
• Емкость — собственная электрическая емкость варистора.

Правильный выбор этих параметров обеспечивает эффективную защиту цепи и длительный срок службы самого варистора.

Виды варисторов и их особенности

Существует несколько основных типов варисторов:

Металлооксидные варисторы (MOV)

Наиболее распространенный тип. Изготавливаются из оксида цинка с добавками других металлов. Отличаются высокой энергоемкостью и способностью выдерживать мощные импульсы тока. Используются для защиты от грозовых разрядов и мощных индустриальных помех.

Многослойные варисторы (MLV)

Имеют многослойную структуру из чередующихся слоев металла и полупроводника. Отличаются малыми размерами и низкой собственной емкостью. Применяются для защиты высокочастотных цепей и интерфейсов передачи данных.

Полимерные варисторы

Изготавливаются на основе полимерных композитных материалов. Обладают высоким быстродействием и стабильными характеристиками. Используются в прецизионных схемах, требующих минимальных искажений сигнала.

Как выбрать подходящий варистор для схемы защиты

При выборе варистора для конкретной схемы защиты от перенапряжений следует учитывать несколько ключевых факторов:

1. Определите максимальное рабочее напряжение в защищаемой цепи. Классификационное напряжение варистора должно быть на 20-30% выше этого значения.
2. Оцените возможную амплитуду и энергию импульсов перенапряжения. Выберите варистор с соответствующими значениями максимального импульсного тока и энергии рассеивания.
3. Учтите частотные характеристики защищаемой цепи. Для высокочастотных схем выбирайте варисторы с минимальной собственной емкостью.
4. Примите во внимание условия эксплуатации — температуру, влажность, вибрации. Убедитесь, что выбранный варистор способен работать в заданных условиях.
5. Рассчитайте необходимое количество варисторов и схему их включения для обеспечения надежной защиты.

Правильный выбор варистора обеспечит эффективную защиту электронных компонентов и долгий срок службы самого защитного устройства.

Схемы включения варисторов для защиты от перенапряжений

Существует несколько основных схем включения варисторов для защиты от перенапряжений:

Параллельное включение

Самая распространенная схема. Варистор подключается параллельно защищаемой нагрузке. При нормальной работе через варистор течет минимальный ток. При возникновении перенапряжения варистор открывается и шунтирует нагрузку.

Последовательное включение с разрядником

Варистор включается последовательно с разрядником. Такая схема обеспечивает более надежную защиту от мощных импульсных помех, но имеет более высокое остаточное напряжение.

Каскадное включение

Используется несколько варисторов, включенных последовательно-параллельно. Позволяет обеспечить защиту от перенапряжений разной амплитуды и длительности.

Выбор конкретной схемы зависит от параметров защищаемой цепи и характера возможных перенапряжений.

Особенности применения варисторов в различных устройствах

Варисторы широко используются для защиты от перенапряжений в различных электронных устройствах и системах. Рассмотрим некоторые особенности их применения:

Блоки питания

В блоках питания варисторы устанавливаются на входе, сразу после сетевого фильтра. Они защищают внутренние цепи от скачков напряжения в электросети. Важно правильно выбрать энергоемкость варистора, чтобы он мог выдержать мощные сетевые помехи.

Телекоммуникационное оборудование

В телекоммуникационных системах варисторы защищают чувствительные входные цепи от перенапряжений, вызванных грозовыми разрядами или наводками на длинных линиях связи. Здесь критически важно быстродействие варистора и его низкая собственная емкость.

Промышленная автоматика

В системах промышленной автоматизации варисторы применяются для защиты датчиков, исполнительных механизмов и контроллеров от помех, создаваемых мощным промышленным оборудованием. Ключевые требования — высокая надежность и стойкость к неблагоприятным условиям эксплуатации.

Проблемы и ограничения при использовании варисторов

Несмотря на широкое применение, варисторы имеют ряд ограничений, которые необходимо учитывать при проектировании систем защиты:

• Деградация характеристик: При многократном воздействии мощных импульсов характеристики варистора постепенно ухудшаются, что может привести к его выходу из строя.
• Тепловой пробой: При длительном воздействии повышенного напряжения варистор может перегреться и выйти из строя.
• Остаточное напряжение: Варистор не может полностью подавить импульс перенапряжения, всегда остается некоторое остаточное напряжение.
• Собственная емкость: Варисторы обладают заметной собственной емкостью, что может влиять на работу высокочастотных цепей.

Для преодоления этих ограничений применяются различные технические решения, такие как использование варисторов с термопредохранителями, каскадные схемы защиты и комбинирование варисторов с другими защитными элементами.

Заключение: роль варисторов в современной электронике

Варисторы играют важную роль в обеспечении надежности и долговечности современных электронных устройств. Их способность эффективно подавлять импульсные перенапряжения делает их незаменимыми компонентами систем защиты в различных областях электроники:

• Бытовая техника и электроника
• Промышленное оборудование
• Телекоммуникационные системы
• Автомобильная электроника
• Системы электроснабжения

Правильное применение варисторов позволяет значительно повысить устойчивость электронных устройств к различным электромагнитным помехам и перенапряжениям, обеспечивая их стабильную работу в сложных условиях эксплуатации.

Постоянное совершенствование технологий производства варисторов и разработка новых материалов позволяют создавать все более эффективные и надежные компоненты защиты, отвечающие растущим требованиям современной электроники.

обозначение на схеме, таблица маркировок, характеристики, схема включения

Содержание

1. Для чего нужен варистор, где применяется
2. Характеристики и габаритные размеры
3. Виды, маркировка и обозначение на схеме
4. Проверка варистора

Резистор – электронный компонент, основной характеристикой которого является сопротивление. Резисторы бывают постоянными или переменными (управляемыми вручную), а также существуют компоненты, сопротивление которых зависит от внешних факторов (температуры, освещенности и т.п.). Одним из таких элементов является варистор (Variable Resistor) – его свойства зависят от приложенного напряжения.

Для чего нужен варистор, где применяется

Принцип работы этого прибора несложен. Если к нему приложено напряжение, не превышающее определенного порога, его сопротивление велико, ток через него определяется утечками и составляет порядка единиц или десятков микроампер. При увеличении приложенного напряжения варистор открывается и начинает проводить ток. Этот участок характеристики практически линеен и аналогичен резистору с небольшим сопротивлением. Если напряжение повышать далее, ток будет расти, и в итоге элемент выйдет из строя.

Вольт-амперная характеристика варистора.

Варистор работает при любой полярности напряжения, поэтому, при внимательном рассмотрении, его вольт-амперная характеристика подобна ВАХ двуханодного стабилитрона. Это означает, что резистор, управляемый напряжением, работает схожим образом – при превышении определенного уровня он стабилизирует напряжение на выводах. Это можно использовать для защиты от перенапряжений. ВАХ прибора симметрична, поэтому он работает как при постоянном, так и при переменном напряжении.

Характеристики и габаритные размеры

Одной из важнейших характеристик, указываемых не только в технической документации, но и входящей в обозначение и наносимой на корпус элемента, является классификационное напряжение. Распространено мнение, что эта величина является условной, и не несет практического характера. Это не так.

Характерные точки на ВАХ варистора.

Характеристика варистора в зоне защиты (зоне стабилизации) имеет наклон, и ток через него зависит от приложенного напряжения – чем больше напряжение. При определенном напряжении (которое называют напряжением открывания при постоянном токе) варистор начинает открываться, но происходит это постепенно. По мере открывания ток растет. Считается, что когда он достигнет уровня 1 мА, прибор полностью открылся, вышел на линейный участок характеристики и начал выполнять свою защитную функцию.

Так как варисторы часто применяются в цепях переменного тока, то напряжение открывания выражают в виде действующего (среднеквадратичного) значения напряжения – оно чаще применяется в качестве характеристики переменного напряжения. Этот параметр меньше напряжения открывания при постоянном токе примерно в 1,4 раза.

Также важными характеристиками являются максимальная мощность P (в ваттах) и поглощаемая энергия W (в джоулях). Первый параметр интуитивно понятен – это мощность, которую прибор способен рассеивать в открытом состоянии. А поглощаемая энергия характеризует время, в течение которого элемент может выдержать максимальную мощность. Этот период вычисляется, как t=W/P. Величина поглощаемой энергии определяется размером прибора, поэтому при наличии опыта можно достаточно точно определить эту характеристику на глаз (например, по диаметру для компонентов в дисковом исполнении)

Максимальное рабочее напряжение – граница, выше которой элемент выходит из строя. Параметры распространенных варисторов приведены в таблице.

Тип элемента	U классификационное, В	Uсраб, среднеквадрат., В	Uсраб, пост., В	Поглощаемая энергия, Дж / наибольшая мощность, Вт.	габариты, мм х мм/ Диаметр, мм
TVR 10471	470	300	385	70 Дж	10
TVR 14471	470	300	385	125 Дж	14
14N431K	430	275	350	132 Дж	14
7N471K	470	300	385	35 Дж	7
14D471K	470	300	385	125 Дж	14
S10K275	430	275	350	43 Дж	10
TVR 20471	470	300	385	220 Дж	20
TVR 10431	430	275	350	65 Дж	10

Виды, маркировка и обозначение на схеме

Чаще всего встречаются варисторы в виде дисков (похожих на конденсаторы). Но существуют приборы, внешне выглядящие подобно обычному резистору – таков, например, отечественный элемент СН1-1.

Единых требований к маркировке элементов нет, но определенным стандартом стал следующий вид:

AAAZZXXY, где:

• AAA – три литеры, определяющие код продукта;
• ZZ – диаметр диска в мм (или размеры для другого исполнения).
• XX– мантисса классификационного напряжения;
• Y – десятичный множитель классификационного напряжения (в большинстве случаев 0 или 1, что означает, что ZZ надо умножить на 1 или на 10.

Например, для элемента TVR 10471 по расшифровке можно определить, что:

• прибор относится к серии TVR – Thinking Varistor Resistance;
• он представляет собой диск диаметром 10 мм;
• приложенное напряжение в 47х10=470 вольт вызывает ток в 1 мА.

Некоторые производители укорачивают обозначение, не включая в него код продукта (например, 14N431K) или добавляют другие индексы, обозначающие серию элемента (литеры D и K у прибора 14D471K). Можно увидеть и упрощенный вариант маркировки варисторов. Так, элемент JVR10N431 может быть обозначен, как S10K275 или просто K275. Литера K означает класс точности (10%), а 275 – действующее напряжение срабатывания. Для практических целей такой вариант удобнее.

На схеме этот электронный компонент обозначается прямоугольным символом, аналогичным условно-графическому обозначению резистора, но с диагональной чертой, обозначающей непостоянство номинала (подобно терморезисторам и т.п.). Такое УГО обязательно содержит букву U – знак того, что сопротивление элемента зависит от приложенного напряжения. Это нужно, чтобы отличить варистор от других типов резисторов, чье сопротивление задает внешнее воздействие.

Два варианта условно-графического обозначения варистора.

Существует и другой вариант УГО, к символу сопротивления добавлено стилизованное изображение ВАХ защитного элемента. Это обозначение относится только к варисторам, поэтому литера U здесь не употребляется.

На схеме (и на плате) варисторы имеют индекс RU или RV (если их несколько, то RV1, RV2 и т. д.). В зарубежных изданиях встречаются обозначения на схеме с индексами MOV, ZNR и т.п.

Маркировка MOV на плате ИБП.

Принцип работы защиты варистором и схемы его включения

Фрагмент схемы входных цепей БП.

В большинстве случаев в схемах защиты варистор включается параллельно нагрузке – входным цепям блока питания, диодному мосту и т.п. Характерный пример – компьютерный блок питания. В нем варистор устанавливается до входного фильтра. При повышении напряжения выше точки срабатывания, элемент открывается и «срезает» излишний уровень.

Варианты схем защиты (Взято с www.joyta.ru).

Существуют и другие схемы включения защитного элемента. Кроме наиболее распространенного варианта А, защиту можно включить по схеме Б – в этом случае дополнительные элементы защитят схему при возникновении перенапряжений по отношению к земле. Также используется включение:

• по схеме В – для защиты транзистора от выбросов при коммутации индуктивной нагрузки;
• по схеме Г – для защиты контактов реле в схеме управления двигателем или другой индуктивной нагрузкой, где возможны опасные выбросы напряжения.

Существуют и другие варианты использования варистора, но они менее распространены.

Читайте также

Схемы защиты от короткого замыкания и перегрузок в блоке питания

 

Проверка варистора

Проверить исправность варистора с помощью мультиметра можно только на короткое замыкание («спекание»). Если при диагностике омметр показывает высокое сопротивление, это может означать как обрыв внутри элемента, так и его полную исправность. Тестовое напряжение мультиметра не может вывести варистор на участок стабилизации ВАХ.

Чтобы проверить варистор по полной программе, надо попытаться его открыть. Для этого надо подать на него соответствующее напряжение, что не так просто – оно превышает напряжение сети, и иногда значительно. Нужен регулируемый повышающий источник напряжения, и обычный ЛАТР, как выяснилось в результате экспериментов, не подойдет. Он способен выдать не более 265-270 вольт, что недостаточно для надежного открывания варистора.

Чтобы получить повышенное переменное напряжение, был собран стенд по следующей схеме (возможны и другие варианты).

Стенд для проверки варистора.

Последовательно с проверяемым элементов включена светодиодная лампа, рассчитанная на сетевое напряжение. Также последовательно в цепь включена схема вольтодобавки. Она состоит из первичной обмотки трансформатора 12/220 вольт. На вторичную обмотку подается сетевое напряжение от регулируемого автотрансформатора, при этом на первичке за счет обратной трансформации появляется повышенное напряжение. Таким образом, напряжение сети складывается с напряжением вольтодобавки и становится возможным получить уровень до 500 вольт. При первом включении в сеть ЛАТР выведен на минимум, напряжение на цепочке варистор-лампа равно сетевому, что недостаточно для срабатывания защитного элемента.

Стенд для проверки варистора.

При повышении напряжения от ЛАТР, удалось открыть варистор и зажечь лампу. При этом на варисторе оказалось около 500 вольт. Конечно, прибор начал открываться раньше, а при таком уровне ток через него уже достиг порога зажигания лампочки. Но цель – проверить работоспособность – была достигнута.

Зажигание лампы при открывании варистора.

Применение варистора защитными функциями не ограничивается. Их можно применять для генерации сигналов, для проведения вычисления в аналоговых вычислительных машинах и т.п. Но все же чаще всего эти компоненты применяются в качестве ограничителей перенапряжения, в этой области они используются очень широко.

Замена и проверка варистора на плате + видео

Если при ремонте кондиционера вы обнаружили на плате сгоревший предохранитель не спешите его тут же менять, вначале выясните причину по которой он сгорел.

Скорее всего это произошло из-за скачков напряжения в сети.

При измерении в сети напряжение питания оно постоянно колеблется,причём не всегда в пределах безопасных для кондиционеров.

Плюс к этому в сети всегда присутствуют короткие импульсы напряжением в несколько киловольт. Происходит это из-за постоянного отключения и включения индуктивной и ёмкостной нагрузки (электродвигатели,трансформаторы и т. д.), а также из-за атмосферного электричества.

Кондиционеры, как и любую другую электронную технику защищают на этот случай варисторами. Точнее электронную начинку кондиционера-плату управления.

---

Стандартная схема подключения варистора

параллельно защищаемой нагрузке подключают варистор VA1, а перед ним ставят предохранитель F1:

Принцип действия варистора

По сути варистор представляет собой нелинейный полупроводниковый резистор, проводимость которого зависит от приложенного к нему напряжения. При нормальном напряжении варистор пропускает через себя пренебрежительно малый ток, а при определённом пороговом напряжении он открывается и пропускает через себя весь ток.

Таким образом он фильтрует короткие импульсы, если же импульс будет более длинным, и ток идущий через варистор превысит номинальный ток срабатывания предохранителя, то он попросту сгорит, обесточив и защитив нагрузку.

Маркировка варисторов

Существует огромное количество варисторов разных производителей, с разным пороговым напряжение срабатывания и рассчитанные на разный ток. Узнать какой стоял варистор можно по его маркировке.

Например маркировка варисторов CNR:

CNR-07D390K, где:

• CNR-серия, полное название CeNtRa металлоксидные варисторы
• 07- диаметр 7мм
• D — дисковый
• 390 — напряжение срабатывания, рассчитываются умножением первых двух цифр на 10 в степени равной третьей цифре, то есть 39 умножаем на 10 в нулевой степени получатся 39 В, 271-270 В и т. д.
• K — допуск 10 %, то есть разброс напряжения может колебаться от номинального на 10 % в любую сторону.

Как же найти на плате варистор?

По схеме приведённой выше, видно что этот элемент находится рядом с предохранителем в месте прихода на плату проводов питания.

Обычно это диск жёлтого или тёмно-зелёного цвета.

На фото варистор указан красной стрелкой. Можно было подумать что варистор это синяя деталь, покрытая чёрной копотью, но на увеличении видно трещины на корпусе варистора, от которого покрылись нагаром расположенные рядом детали.Хорошо это видно и с обратной стороны, где написаны условные обозначения. Даже если их не будет, распознать варистор можно, зная что он подсоединён параллельно нагрузке или по маркировке на его корпусе.

VA1- это варистор, а синяя деталь рядом это конденсатор-С70.

Не путайте их, по форме они одинаковые, так что ориентируйтесь на маркировку и условные обозначения на плате.

После того как вы нашли варистор, его нужно выпаять, чтобы потом на его место установить новый.Для выпаивания варисторов я обычно использую газовый паяльник, потому что не всегда в месте ремонта есть электропитание — на строящемся объекте, на крыше, например. Ещё очень удобно пользоваться оловоотсосом -разогреть место пайки и оловоотсосом удалить расплавившийся припой.

Но для этих целей вполне подойдёт пинцет или обычные плоскогубцы-нужно захватить ножку детали и вытянуть когда припой расплавится.Если у вас плохо плавится припой, то скорее всего он на плате высокотемпературный-так называемый бессвинцовый (может заметили на моей плате надпись PbF — плюмбум фри). В этом случае нужно или увеличить температуру жала паяльника или же капнуть сверху другого более низкотемпературного, место пайки расплавится и можно будет удалить деталь. После этого вставляем новый варистор и припаиваем его.

Для пайки очень удобно пользоваться припоем в виде проволоки у которого внутри уже есть флюс.

Ещё обратите внимание, что большинство плат — двусторонние, поэтому припаивать ножки детали нужно с обеих сторон платы, так как нередко бывает что ножка детали выполняет роль перемычки между дорожками с разных сторон платы.

После замены варистора остаётся только поставить новый предохранитель и установить плату на место.

Обычно в платах кондиционера стоят варисторы на напряжение 470 В, и предохранители номиналом от 0.5 А до 5 А. Поэтому рекомендую всегда иметь при себе небольшой запас этих деталей.

Для тех, кто хочет нагляднее увидеть процесс , выкладываю видео урок:

Для тех кому требуется отремонтировать плату, путём замены варистора, помогут наши сервисные специалисты, цены смотрите здесь.

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 встречно-параллельным стабилитронам.

Загрузить эту статью в формате .PDF

Переходные процессы напряженияВаристоры отличаются высокой надежностью, что необходимо для того, чтобы выдерживать повторяющиеся импульсные токи с высокими пиками и переходные процессы с высокой энергией. Они также предлагают широкий диапазон напряжения, высокое поглощение энергии и быструю реакцию на переходные процессы напряжения. Номинальный пиковый ток находится в диапазоне от 20 до 70 000 А, а номинальная пиковая энергия — в диапазоне от 0,01 до 10 000 Дж.

В этом контексте «переходные процессы напряжения» определяются как кратковременные выбросы электрической энергии. В электрических или электронных цепях, которые варисторы должны защищать, эта энергия может высвобождаться либо предсказуемым образом посредством управляемых переключений, либо случайным образом индуцироваться в цепь из внешних источников. Общие источники включают:

• Молния: На самом деле 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 от облака к облаку может повлиять как на воздушные, так и на подземные кабели. Результат также непредсказуем: удар, произошедший на расстоянии в милю, может вызвать 70 В в электрических кабелях, а другой удар может создать 10 кВ на расстоянии 160 ярдов.
• Коммутация индуктивной нагрузки: Генераторы, двигатели, реле и трансформаторы представляют собой типичные источники индуктивных переходных процессов. Включение или выключение индуктивных нагрузок может генерировать высокоэнергетические переходные процессы, которые усиливаются по мере увеличения нагрузки. Когда индуктивная нагрузка отключается, разрушающееся 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 при продолжительности 400 мс. Из-за различных размеров нагрузки будут различаться форма волны, длительность, пиковый ток и пиковое напряжение переходных процессов. Как только эти переменные будут аппроксимированы, 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

Варистор в основном состоит из массивов шариков из оксида цинка (ZnO), в которых ZnO был изменен небольшими количествами других оксидов металлов, таких как висмут, кобальт или марганец. В процессе производства MOV эти шарики спекаются (вплавляются) 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 прикрепляются с помощью пайки.

Благодаря высокому рассеиванию энергии варисторами MOV их можно использовать для подавления молний и других высокоэнергетических переходных процессов, характерных для линий электропередач переменного тока. Они способны выдерживать большое количество энергии и отводить эту потенциально разрушительную энергию от чувствительной электроники, расположенной ниже по течению. MOV, которые также используются в цепях постоянного тока, бывают различных форм-факторов (рис. 1) .

1. Металлооксидные варисторы (MOV) доступны в различных форм-факторах и размерах для широкого спектра применений. Тип диска с радиальными выводами является наиболее распространенным вариантом.

 

Многослойные варисторы

Многослойные варисторы (MLV) предназначены для определенной части спектра переходного напряжения: среды печатной платы. Несмотря на меньшую энергию, переходные процессы от электростатического разряда, переключения индуктивной нагрузки и даже остатки грозового перенапряжения могут в противном случае достичь чувствительных интегральных схем на плате. MLV также изготавливаются из материалов ZnO, но они изготовлены из переплетенных слоев металлических электродов и производятся в бессвинцовых керамических корпусах. Они предназначены для перехода из состояния с высоким импедансом в состояние проводимости при воздействии напряжения, превышающего их номинальное напряжение.

MLV бывают разных размеров в форме микросхем и способны рассеивать значительную энергию импульса для своего размера. Таким образом, они подходят как для линий передачи данных, так и для приложений подавления переходных процессов в источниках питания.

Руководство по применению

При выборе подходящего MOV для конкретного приложения защиты от перенапряжения разработчик схемы должен сначала определить рабочие параметры защищаемой цепи, включая:

• Условия цепи, такие как пиковое напряжение и ток во время всплеск событие
• Постоянное рабочее напряжение MOV (должно быть на 20 % выше максимального напряжения системы при нормальных условиях)
• Количество скачков напряжения, которое MOV должен выдержать
• Допустимое сквозное напряжение для защищаемой цепи
• Любые стандарты безопасности, с которыми цепь должна соответствовать

Для простоты в этом примере предположим, что цель состоит в том, чтобы выбрать низковольтный дисковый MOV постоянного тока для следующих условий и требований цепи:

• Цепь постоянного тока 24 В
• Текущая форма волны для всплеска составляет 8 × 20 мкс; форма волны напряжения составляет 1,2 × 50 мкс (это типичные формы сигналов промышленного стандарта)
• Пиковый ток во время выброса = 1000 А
• MOV должен выдерживать 40 импульсов
• Другие компоненты схемы (ИС управления и т. д.) должны иметь номинал, выдерживающий максимальное напряжение 300 В

Шаг 1:   Чтобы найти номинальное напряжение MOV, примите во внимание 20-процентный запас с учетом бросков напряжения и допусков источника питания: 24 В постоянного тока × 1,2 = 28,8 В постоянного тока. Учитывая, что никакие варисторы не имеют номинального напряжения точно 28,8 В, проверьте спецификации для варисторов на 31 В постоянного тока.

Шаг 2:   Чтобы определить, какой размер диска MOV использовать, сначала определите серию MOV, которая минимально соответствует требованиям к скачку напряжения 1000 А. Изучив приведенную выше таблицу, можно предположить, что 20-мм MOV с максимальным номинальным постоянным напряжением 31 В постоянного тока (номер по каталогу V20E25P) является возможным решением для удовлетворения требований.

Шаг 3: Используйте кривые импульсной мощности (рис. 2) в том же листе данных, чтобы определить характеристики импульса относительно 40 импульсов при требовании 1000 А.

2. В техническом описании MOV будет представлена ​​кривая импульсной мощности; этот пример для 20-мм MOV.

 

Шаг 4:   Используйте кривую V-I (рис. 3) в техническом описании MOV, чтобы убедиться, что напряжение утечки будет меньше максимального значения в 300 В.

3. Техническое описание MOV также будет содержать кривую зависимости напряжения от тока, такую ​​как эта кривая максимального напряжения фиксации для 20-мм устройства на рис. 2.

Защита MOV от теплового разгона

Поглощение варистором переходной энергии во время перенапряжения приводит к локализованному нагреву внутри компонента, что в конечном итоге приводит к его износу. Если оставить незащищенным, деградация варистора может увеличить нагрев и тепловой разгон. Таким образом, все большее число устройств защиты от перенапряжений на основе варисторов предлагают встроенную функцию теплового отключения. Он обеспечивает дополнительную защиту от катастрофических отказов и опасностей возгорания даже в экстремальных условиях, когда варистор выходит из строя или при длительном перенапряжении.

MOV рассчитаны на определенные рабочие напряжения сети переменного тока. Превышение этих предельных значений при длительном аномальном перенапряжении может привести к перегреву и повреждению MOV.

MOV имеют тенденцию к постепенному ухудшению после сильного выброса или нескольких небольших скачков. Это ухудшение приводит к увеличению тока утечки MOV; в свою очередь, это повышает температуру MOV даже в нормальных условиях, таких как рабочее напряжение 120 В переменного тока или 240 В переменного тока. Терморазъединитель рядом с MOV (рис. 4) можно использовать для определения повышения температуры MOV, пока он продолжает деградировать до исходного состояния. В этот момент тепловое размыкание разомкнет цепь, удалив испорченный MOV из цепи и, таким образом, предотвратив потенциальный катастрофический отказ.

4. Термический разъединитель может разомкнуть цепь, предотвращая катастрофический отказ поврежденного MOV.

 

Драйверы для светодиодов и Lightning

Как правило, большинство источников питания для светодиодов имеют постоянный ток и часто называются драйверами для светодиодов. Их можно приобрести в виде готовых сборок, содержащих MOV, для удовлетворения более низких требований к перенапряжениям.

Обычно драйверы рассчитаны на перенапряжения в диапазоне от 1 до 4 кВ. Варистор диаметром от 7 до 14 мм обычно располагается после предохранителя в сети переменного тока. Тем не менее, чтобы обеспечить более высокий уровень устойчивости к перенапряжениям для освещения, установленного на открытом воздухе в условиях воздействия скачков напряжения, 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 устойчивость самого двигателя к импульсным перенапряжениям. Параграф 20.36.4 стандарта NEMA MG-1 для двигателей-генераторов определяет единичное значение перенапряжения следующим образом: линейное напряжение сети переменного тока.

Для времени нарастания переходного процесса от 0,1 до 0,2 мкс требуется удвоенное единичное значение импульсной способности обмотки статора. Когда время нарастания достигает 1,2 мкс или больше, указывается 4,5-кратное значение единицы измерения. В случае внешних переходных процессов, таких как молния, это соответствует допустимому перенапряжению 918 В _PEAK для двигателя 230 В (полный ток нагрузки = 12 А) в условиях высокого напряжения 250 В. (Молниеносные перенапряжения могут превысить эти значения, поэтому для защиты обмоток статора также потребуется гасящий элемент.)

Загрузите эту статью в формате .PDF

Рабочие температуры являются еще одним соображением. Предположим, что рабочая температура окружающей среды для этого приложения находится в диапазоне от 0 до +70°C. Это будет в пределах диапазона от -40 до +85 °C MOV, и не будет требований по снижению номинальных значений импульсного тока или энергии в этом температурном диапазоне. быть выбраны для этого примера. При использовании однофазного двигателя среднего размера мощностью 2 л.с. требуемый номинальный импульсный ток MOV будет определяться пиковым током, индуцируемым в цепи питания двигателя. Предполагая место обслуживания двигателя и полное сопротивление линии 2 Ом, было определено, что возможен грозовой перенапряжение 3 кА.
В этом случае в одном техническом паспорте указано максимальное напряжение фиксации 3 кА при 900 В, что ниже рекомендуемой выдерживаемой способности обмотки статора при напряжении 918 В. Если бы срок службы двигателя был оценен в 20 лет и указан как способный выдержать 80 грозовых переходных процессов в течение срока службы, кривые номинальных импульсов в паспорте подтвердили бы рейтинг 100+ импульсных перенапряжений.

Для получения более подробной информации о том, как согласовать MOV с приложениями, ознакомьтесь с «Руководством по проектированию варисторов для приложений постоянного тока».

Защита от перенапряжения для коммутации постоянного тока с MOV (металлооксидным варистором)

Назад к блогу

Приложения и инструкции

Аарон Расмуссен | 12 ноября 2019 г.

Рекомендуемые продукты

Добавление защиты от перенапряжения для коммутации постоянного тока в вашем приложении защитит уязвимые компоненты цепи, такие как электромагнитный тормоз и выпрямители сцепления, от переходных напряжений. Без этой защиты вы рискуете преждевременно изнашивать контакты вашего выпрямителя. Одним из способов защиты от этих скачков является установка MOV.

MOV, установленный в приложении для проверки защиты от перенапряжения для коммутационных приложений постоянного тока

 

Что такое MOV?

Металлооксидный варистор (MOV) представляет собой резистор, зависящий от напряжения. Другими словами, это электрический компонент, сопротивление которого зависит от напряжения. Они используются для защиты уязвимых компонентов цепи от коротких скачков напряжения

 

Что происходит, когда отключается питание тормоза?

Когда на электромагнит подается питание, часть этой энергии накапливается в катушке магнита. Затем, когда электромагнит выключается, эта энергия должна куда-то уходить и может стать так называемым переходным напряжением или коротким выбросом электрической энергии, который может повредить компоненты цепи.

 

Зачем беспокоиться о переходных напряжениях?

В случае электромагнитного тормоза это переходное напряжение, вызванное переключением тормоза, может привести к повреждению и преждевременному износу контактов вашего выпрямителя до точки отказа. В более крупных катушках с более высоким напряжением это результирующее переходное напряжение может потенциально повлиять на другие части вашей схемы. Двигатели, частотно-регулируемые приводы, контроллеры и другие уязвимые компоненты цепи должны быть защищены от этих скачков напряжения.

 

Как предотвратить эти скачки напряжения

MOV — это экономичный способ защитить ваши электрические компоненты от потенциально опасных и разрушительных переходных напряжений. Будучи резистором, зависящим от напряжения, MOV не проводит, когда напряжение на нем меньше, чем то, что называется пороговым напряжением. По сути, это бесконечное сопротивление. Это означает, что в обычных ситуациях MOV не влияет на вашу схему. Но когда это пороговое напряжение превышено, сопротивление падает до нуля. Это приводит к тому, что весь ток проходит через MOV, где он вытесняется в виде тепла и защищает вашу схему.

Пример рампы для неуправляемых грузовиков, поясняющий роль MOV в обеспечении защиты от перенапряжения для коммутационных приложений постоянного тока. В нормальных условиях грузовики могут оставаться на дороге и не подвергаться никакой опасности. Если что-то происходит, когда происходит увеличение скорости, и это невозможно контролировать, они направляются к рампе для разбега, чтобы безопасно сместить эту избыточную скорость.

 

Как настроить MOV для работы с переходными напряжениями

Теперь мы рассмотрим типичную установку электромагнитного тормоза и проверим переходное напряжение с MOV и без него

• Экспериментальная установка
• Следы прицела
• Экспериментально продемонстрировать, почему MOV является полезным компонентом

Тестовая установка защиты от перенапряжения MOV.

На изображении выше показаны следующие компоненты:

• 1. Магнитная катушка KEB 205 В постоянного тока
• 2. Зонд изоляции
• 3. Контакты цепи датчика изоляции
• 4. Провод тормозной катушки
• 5. Металлооксидный варистор (MOV)
• 6. Однополупериодный выпрямитель KEB Combitron 91
• 7. Контактор для переключения стороны постоянного тока, питание 120 В переменного тока
• 8. 3 фазы, 480 В переменного тока

На изображении выше показано, насколько большим может быть переходное напряжение во время операций переключения постоянного тока. В этом испытании пик переходного напряжения составил 3,54 кВ. Протестированная тормозная катушка рассчитана на 2,3 кВ, и переключение без какой-либо защиты не будет идеальным для любого применения. Со временем переходные напряжения во время переключения могут повредить тормозную катушку, что приведет к ее преждевременному выходу из строя.

На изображении выше показан сигнал переключения постоянного тока при установленном MOV.