Svaki elektronički uređaj koji je uključen u mrežu treba zaštitu od prekoračenja graničnih vrijednosti struje ili napona. Za strujnu zaštitu koriste se različiti osigurači i prekidači, ali se za zaštitu uređaja od prenapona najčešće koriste varistori. U ovom članku razmotrit ćemo princip rada varistora, njegove karakteristike, prednosti i nedostatke ove elektroničke komponente.
Sadržaj
Što je varistor i gdje se koristi
Varistor - Ovo je promjenjivi otpornik izrađen od poluvodičkog materijala, koji može mijenjati svoj električni otpor ovisno o naponu koji se na njega primjenjuje.
Princip rada takve elektroničke komponente razlikuje se od konvencionalnog otpornika i potenciometra. Standard otpornik ima konstantnu vrijednost otpora u bilo kojem trenutku, bez obzira na napon u krugu, potenciometar vam omogućuje da ručno promijenite otpor okretanjem kontrolnog gumba. Ali varistor ima nelinearnu simetričnu strujno-naponsku karakteristiku i njegov otpor u potpunosti ovisi o naponu u krugu.
Zbog ovog svojstva, varistor se široko i učinkovito koristi za zaštitu električnih mreža, strojeva i opreme, kao i elektroničkih komponenti, ploča i mikrosklopova, bez obzira na vrstu napona. Imaju nisku cijenu proizvodnje, pouzdani su u uporabi i sposobni su izdržati velika opterećenja.
Varistori se koriste i u visokonaponskim instalacijama do 20 kV i u niskonaponskim instalacijama od 3 do 200 V kao graničnik napona. Istodobno, mogu raditi i u mrežama s izmjeničnom strujom i s istosmjernom strujom. Koriste se za regulaciju i stabilizaciju struje i napona, kao i u uređajima za zaštitu od prenapona. Koristi se u dizajnu mrežnih filtara, napajanja, mobilnih telefona, SPD i druge SPE.
Vrste i princip rada
Kada radi u normalnim uvjetima, varistor ima ogroman otpor, koji se može smanjiti kada napon prijeđe graničnu vrijednost. Odnosno, ako se napon u krugu značajno poveća, tada varistor prelazi iz izolacijskog stanja u električno vodljivo stanje i, zbog lavinskog učinka u poluvodiču, stabilizira napon propuštanjem velike struje kroz sebe.
Varistori mogu raditi s visokim i niskim naponom i, sukladno tome, podijeljeni su u dvije skupine uređaja koji imaju isti princip rada:
- Visok napon: sposoban za rad u krugovima sa strujnim vrijednostima do 20 kV (koristi se u zaštitnim sustavima mreža i opreme, u uređajima za zaštitu od prenapona).
- Nizak napon: nazivni napon za ovu vrstu komponenti varira od 3 do 200 V (koristi se za zaštitu elektroničkih uređaja i komponenti opreme sa strujom od 0,1 - 1A i ugrađuje se na ulaz ili izlaz izvora napajanja).
Vrijeme odziva varistora na strujni udar iznosi oko 25 ns, što je izvrsna vrijednost, ali u nekim slučajevima nedostatna. Stoga su proizvođači elektroničkih komponenti razvili tehnologiju za proizvodnju smd otpornika, koji ima vrijeme odziva od 0,5 ns.
Varistori svih vrsta izrađuju se od silicij karbida ili cink oksida sinteriranjem ovog materijala s vezivom (smola, glina, staklo) na visokoj temperaturi. Nakon primitka poluvodičkog elementa, on se s obje strane metalizira metalnim vodovima za lemljenje za spajanje.
Označavanje, glavne karakteristike i parametri
Svaki proizvođač varistora označava svoj proizvod na određeni način, tako da postoji prilično velik broj mogućnosti označavanja i njihovih tumačenja. Najčešći ruski varistor je K275, a popularne komponente strane proizvodnje su 7n471k, kl472m i druge.
Oznaka varistora CNR-10d751k može se dešifrirati na sljedeći način: CNR – metalni oksidni varistor; d - znači da je komponenta u obliku diska; 10 je promjer diska; 751 – napon odziva za ovaj uređaj (izračun se vrši množenjem prve dvije znamenke s 10 na snagu jednaku trećoj znamenki, odnosno 75 puta 10 na prvi stupanj, dobivamo 750 V); k - dopušteno odstupanje nazivnog napona, koje iznosi 10% u bilo kojem smjeru (l - 15%, M - 20%, P - 25%).
Glavne karakteristike varistora su sljedeći parametri:
Klasifikacijski napon - napon pri određenim vrijednostima struje koja teče kroz varistor (obično je ova vrijednost 1 mA). Ova je postavka uvjetna i ne utječe na odabir uređaja;
Maksimalni dopušteni napon – raspon napona (RMS ili RMS), pri čemu varistor počinje snižavati svoj otpor;
Maksimalna energija apsorpcije - karakteristika koja pokazuje vrijednost energije koju varistor raspršuje i ne ispada kada je izložen jednom impulsu (mjereno u džulima);
Maksimalna udarna struja – normalizira vrijeme porasta i trajanje pulsa struje (mjereno u amperima);
Kapacitet je vrlo važan parametar, koji se mjeri sa zatvorenim stanjem i zadanom frekvencijom (pada na nulu ako se na varistor dovede velika struja);
Tolerancija - odstupanje od nominalne razlike potencijala u oba smjera (naznačeno kao postotak).
Vrijeme odziva - vremenski interval za koji varistor prelazi iz zatvorenog stanja u otvoreno (obično nekoliko desetaka nanosekundi).
Prednosti i nedostaci varistora
Važna prednost nelinearnog otpornika (varistora) je njegov stabilan i pouzdan rad pri visokim frekvencijama i velikim opterećenjima. Koristi se u mnogim uređajima koji rade na naponima od 3 V do 20 kV, relativno je jednostavan i jeftin za proizvodnju i učinkovit u radu. Dodatne važne prednosti su:
- velika brzina odziva (nanosekunde);
- dug radni vijek;
- mogućnost praćenja padova napona (bezinercijska metoda).
Unatoč činjenici da ova elektronička komponenta ima puno prednosti, ima i nedostatke koji utječu na njezinu upotrebu u različitim sustavima. To uključuje:
- niskofrekventna buka tijekom rada;
- starenje komponenti (gubitak parametara tijekom vremena);
- veliki kapacitet: ovisi o naponu i vrsti elementa, u rasponu je od 70 do 3200 pF i utječe na performanse uređaja;
- pri maksimalnim vrijednostima napona, snaga se ne raspršuje – značajno se pregrije i zakaže pri dugotrajnim maksimalnim vrijednostima napona.
Izbor varistora
Da biste odabrali pravi varistor za određeni uređaj, morate znati karakteristike njegovog izvora napajanja: otpor i snagu prijelaznih impulsa. Najveća dopuštena vrijednost struje određena je, između ostalog, trajanjem njezine izloženosti i brojem ponavljanja, stoga će pri ugradnji varistora s podcijenjenom vrijednošću vršne struje brzo propasti.Ukratko, za učinkovitu zaštitu uređaja potrebno je odabrati varistor s naponom koji ima malu marginu prema nominalnom.
Također, za nesmetani rad takve elektroničke komponente vrlo je važna brzina rasipanja apsorbirane toplinske energije i sposobnost brzog povratka u stanje normalnog rada.
Oznaka na dijagramu i mogućnosti spajanja varistora
Na sheme varistor obično označeno, baš kao i obični otpornik, ali s dodanim U uz kosu crtu. Ova značajka pokazuje na dijagramima da ovaj element ima ovisnost o otporu o naponu u krugu. Također uključeno dijagram ožičenja ovaj element je označen s dva slova R i U uz dodatak serijskog broja (RU1, RU2 ... itd.).
Postoji veliki broj opcija za spajanje varistora, ali zajedničko za sve metode je da je ova komponenta spojena paralelno sa strujnim krugom. Stoga, u nedostatku opasnih vrijednosti naponskih impulsa, struja koja teče kroz varistor ima malu vrijednost (zbog velikih vrijednosti otpora) i ni na koji način ne utječe na performanse sustava. Kada dođe do prenapona, varistor mijenja otpor na male vrijednosti, opterećenje se šantira, a apsorbirana energija se raspršuje u okolni prostor.
Slični članci:
