Інтернет Windows Android

Чим відрізняється варістор від конденсатора. Варістор – що це таке? Варистори: принцип роботи, типи та застосування

Всі, хто стикався з радіоелектронною апаратурою, напевно, звернули увагу, що назва більшості електронних компонентів закінчується на «стор». Резистор, транзистор, тиристор, стабістор.

Розглянемо ще один компонент електронних схем. Він називається варистор і являє собою резистор, опір якого змінюється в залежності від величини напруги, що подається.

Varistor (Variable Resistor) так і перекладається - опір, що змінюється. А ось так варістор позначається на важливих схемах.

Англійська літера U поруч із похилою рисою вказує на те, що опір електронного компонента залежить від напруги. На схемах варистор зазвичай маркується двома літерами RU , а після них ставиться порядковий номер варистора у схемі (1, 2, 3...).

Варистор є напівпровідниковим приладом, виготовленим із порошку карбіду кремнію (SiC) або окису цинку (ZnO) методом пресування. У варистора симетрична та нелінійна вольт-амперна характеристика, тому він може застосовуватися в ланцюгах постійного та змінного струму. Варистори мають вкрай корисну для електричних ланцюгів якість. Вони здатні різко змінювати свій опір при перевищенні напругою певного порога спрацьовування.

У разі виникнення імпульсу напруги, здатної вивести з ладу електронний пристрій, варистор практично миттєво змінює свій опір від сотень МОм до десятків Ом, тобто закорочує ланцюг живлення, тому перед варистором завждиставиться простий плавкий запобіжник.

Раніше для таких захисних цілей ставилися газонаповнені розрядники, але їхня швидкодія та надійність не йдуть у жодне порівняння з параметрами варисторів. Наприклад, дисковий варистор без висновків і впаиваемый безпосередньо в друковану плату має час спрацьовування, що не перевищує кількох наносекунд.

Варистор підключається паралельно до ланцюга живлення. За відсутності небезпечних імпульсів напруги струм, що протікає через нього, має невелику величину і варистор не впливає на роботу схеми, оскільки є діелектриком.

Якщо виник імпульс перенапруги, варистор із-за нелінійності характеристики зменшує свій опір практично до нуля. Навантаження шунтується, а поглинена енергія розсіюється як тепла. Варистор не має інерції, тому після «зрізання» імпульсу він миттєво знову набуває дуже великого опору.

Якщо імпульс перенапруги був дуже великий і сильний, то варистор виходить з ладу. Іноді його корпус тріскається, або навіть взагалі розколюється на кілька частин.

Буває, що варистор дуже рятує при неполадках в електромережі, тому що приймає високовольтний імпульс на себе і сприяє якнайшвидшому розриву ланцюга. У цьому переважна більшість схеми залишається неушкодженою. На фото блок живлення від проектора, який вийшов із ладу після стрибка напруги в електромережі 220V.

Після заміни плавкого запобіжника роботу проектора було повністю відновлено. Жодного складного ремонту, крім заміни запобіжника і самого варістора не знадобилося. Ось так одна невелика деталь може врятувати дорогий прилад.

Параметри варісторов.

Основні параметри варисторів:

    Класифікаційна напруга варістора (Varistor Voltage). Це величина напруги, коли через варистор протікає струм величиною 1 mA. Цей параметр не є робочим і є умовним. При підборі Варістор слід звертати увагу на параметри, про які йтиметься далі;

    Максимально допустима змінна напруга (Maximum Allowable Voltage – ACrms). Для варисторів вказується середньоквадратичне значення змінної напруги (rms). Це величина змінної напруги, у якому варистор "спрацьовує" і починає пропускати через себе струм, виконуючи свої захисні функції;

    Максимально допустима постійна напруга (Maximum Allowable Voltage – DC). Те, що і максимально допустима змінна напруга для постійного струму. Як правило, величина цього параметра більша, ніж для змінного струму. Вказується також у вольтах (V);

    Максимальна напруга обмеження (Maximum Clamping Voltage). Це максимальне напруження, яке здатне витримати варистор без пошкодження. Як правило обумовлюється для конкретної величини струму, що протікає через варистор. При перевищенні напруги обмеження варистор виходить із ладу. Корпус варистора при цьому розтріскується надвоє або розлітається на шматки.

    Максимальна енергія, що поглинається в джоулях (Дж). Це величина максимальної енергії імпульсу, яку може розсіяти варистор як тепла без загрози руйнації самого варистора;

    Час спрацьовування - час, протягом якого варистор переходить з високоомного стану в низькоомне при перевищенні максимально допустимої напруги. Для поширених варисторов це значення становить кілька десятків наносекунд (нс). Наприклад, 25 нс.

    Допустиме відхилення (Varistor Voltage Tolerance) – допустиме відхилення кваліфікаційної напруги варистора. Вказується у відсотках – %. Можливо ±5%, ±10%, ±20% тощо. У маркуванні імпортних варисторів значення допуску зашифровується на маркування варистора буквою. Наприклад, для варисторів фірми Joyin прийнято таке позначення: K – ±10%, L – ±15%, M – ±20%, P – ±25%. Таким чином, для варистора типу JVR-07N391 K – відхилення становить трохи більше ±10%.

При підборі варисторів для електронних схем краще звертатись до довідкового листка (даташиту) на конкретний варистор. Це буде більш розумним рішенням, так як на корпус імпортних варисторів наноситиметься тільки величина кваліфікаційної напруги, за якою досить складно судити про параметри захисного елемента.

Застосування варісторов.

Для звичайної мережі 220 вольт встановлюють захисні варистори з напругою спрацьовування 275 - 420 вольт. Ось приклад надійно захищеного мережевого фільтра.

Цей мережевий фільтр захищають три варистори. Тобто надійно блокується проникнення імпульсу як по фазової ланцюга, а й з ланцюга нуля. Варистор RU1 стоїть між фазою та нульовим провідником. Він здійснює основний захист. Два інших RU2 та RU3 підключаються між фазою та землею та між нулем та землею. Дуже часто буває ситуація, коли на цілій вулиці у всіх користувачів вийшла з ладу вся електронна побутова апаратура. Про такі випадки були навіть телепередачі, коли тисячі людей не могли розібратися, на кого писати заяву до суду.

А вся справа в тому, що на лінії електропостачання, що живить допустимо вулицю або мікрорайон, замість фази і нуля по обох проводах пішла фаза. Це майже вірна смерть для незахищеної побутової апаратури. Тобто між проводами N і PE, якщо все нормально, напруги не повинно бути. У разі появи фази на дроті N варистор RU2 благополучно зашунтує блок, що захищається. Це один із прикладів використання варисторів у ланцюгах живлення побутової електронної апаратури.

Мініатюрні багатошарові варистори вже давно використовуються у схемах мобільних телефонів та захищають їх від статичної електрики. Також варистори використовуються для надійного захисту комп'ютерних роз'ємів та висновків мікропроцесорів від тієї ж статики. Варістори активно застосовуються в автомобільній електроніці та телекомунікаційному устаткуванні.

Варістор можна зустріти у вхідних ланцюгах блоків живлення. Ось фото варистора 391KD14 на платі блоку живлення, що резервується.

А тут варистор FNR-14K391 встановлений у схему охоронного приладу "Граніт" для захисту блоку живлення від сплесків напруги в електромережі 220V.

Виявити варистор можна і на платах електронного баласту для люмінесцентних ламп. На фото показаний варистор MYG-10K471, встановлений у схему електронного пуско-регулюючого апарату (ЕПРА) для чотирьох лінійних люмінесцентних ламп. На платі він позначений як RU.

Варистор для захисту побутової електроніки зазвичай випускаються у вигляді диска з двома висновками. Чим більший діаметр диска, тим потужніший імпульс напруги здатний погасити варистор. Потужність імпульсу чи енергію, яку здатний "погасити" варистор зазвичай вимірюють у джоулях (Дж).

Ось, наприклад, кілька варісторов. Значення діаметра варистора в міліметрах, як правило, вводиться в маркування самого варистора, наприклад, JVR- 07 N391K (діаметр – 7 мм).

Діаметр найбільшого варистора типу MYG-14K391, зображеного на фотографії – 14 мм. (~70 Дж), трохи менше варістор MYG-10K471 - 10 мм. (~45 Дж), а невеликого JVR-07N391K - 7 мм. (~30 Дж).

У дужках вказано величину енергії поглинання у джоулях (Дж). Як бачимо, варистор, що має найбільший діаметр 14 мм. здатний погасити енергію небезпечного імпульсу в 70 джоулів, тоді як найменший варистор діаметром 7 мм. здатний погасити лише 30 джоулів. Таким чином, за величиною діаметра варистора можна побічно судити про його максимальну енергію поглинання. Зрозуміло, що електронні схеми краще встановлювати варистори, розраховані на велику енергію поглинання. Також рекомендується встановлювати в схему по два однакові варистори, включені паралельно.

Також існують варистори і для SMD монтажу. На вигляд вони нагадують SMD діоди і тому їх досить складно відрізнити.

До варисторів вітчизняного виробництва відносяться вироби марки СН2-1А, СН1-2-1, ВР-4В та ін.

Звичайно, у варисторів є недоліки, але вони не такі значні в порівнянні з газорозрядними приладами. Насамперед, варистори мають досить великі шуми на низькій частоті, а також змінюють свої параметри з часом і від впливу температури.

Варто зауважити, що серед захисних компонентів, крім варистора, існує ще один електронний компонент – супресор. Це так званий захисний діод чи трансіл. За своїми функціями (але не пристрою!) він чимось схожий на варистор, але має велику швидкодію і, як правило, використовується в низьковольтних ланцюгах.

Крім малопотужних варисторів, які застосовуються для захисту побутової апаратури, промисловість випускає дуже потужні варистори на великі напруги та струми. Вони використовуються на трансформаторних підстанціях і завжди включаються до системи грозозахисту.

При встановленні варисторів в саморобні конструкції слід мати на увазі, що іноді, при виникненні критичних умов варистори можуть «вибухати» і щоб захистити монтаж та інші радіоелектронні компоненти від наслідків такого «вибуху» їх намагаються поміщати в захисні екрани. Якщо порівнювати варистори з карбіду кремнію та оксиду цинку, то, на думку фахівців, другі краще.

Трегубов С.В.,к.т.н.
Пантелєєв В.А., к.т.н.
Фрезе О.Г.
http://komi.com/progress/product/varistor/manual/

Вступ

Кожна електроустановка має ізоляцію, що відповідає її номінальній напрузі. Робоча напруга, що додається до установки, може відрізнятися від номінальної, проте надійна робота забезпечується тільки в тому випадку, якщо вона не виходить за межі значень найбільшої робочої напруги. Часто причиною виходу з експлуатації електрообладнання стає наявність імпульсів напруги. Імпульсом напруги називається різка зміна напруги в точці електричної мережі, за яким слідує відновлення напруги до початкового або близького до нього рівня за проміжок часу до кількох мілісекунд. Імпульси напруги, що виникають в електричних мережах поділяють на комутаційні та грозові.

Джерелом енергії комутаційних імпульсів напруги є енергія, запасена в реактивних (індуктивних та ємнісних) елементах системи, яка зумовлює появу імпульсів у перехідних режимах при нормальних та аварійних комутаціях. Значення імпульсної комутаційної напруги залежать від параметрів електричної системи, характеристик комутувальних апаратів, а також фази струму на момент комутації.

Причиною виникнення грозових імпульсів напруги є удари блискавки в електроустановку або поблизу неї.

За даними США, значення напруги комутаційних імпульсів навіть у побутових мережах можуть досягати 20 кВ. Приблизно такі ж дані наводять японські, французькі та інші дослідники. Дослідження, проведені нами з експлуатації промислового електроустаткування в мережах 0.4 кВ, дозволяють стверджувати, що, наприклад, за важких умов комутації силових електродвигунів значення напруги комутаційних імпульсів може перевищувати 70 кВ. Немає необхідності говорити про наслідки такого на електроустаткування. Положення часто ускладнюється тим, що у багатьох випадках експлуатація електричних машин проводиться у важких умовах (забруднення, зволоження ізоляції, часті пуски та зупинки агрегатів), що зумовлює особливу вразливість ізоляції електрообладнання через її прискорене зношування та зменшення електричної міцності.

Для захисту обладнання від імпульсної напруги в різних країнах застосовуються вентильні розрядники, RC-ланцюжки, LC-фільтри і т.д. Проте в останні десятиліття у всьому світі найефективнішим (і дешевим) засобом захисту від імпульсних напруг будь-якого виду визнано використання нелінійних напівпровідникових резисторів, які називаються варисторами. Відмінною рисою варистора є симетрична та різко виражена нелінійна вольт-амперна характеристика (ВАХ – див. рис.1). За рахунок цього варистори дозволяють просто і ефективно вирішувати завдання захисту різних пристроїв від імпульсних напруг. Основний принцип дії варистора дуже простий. Варистор включається паралельно обладнанню, що захищається, тобто. при нормальній експлуатації він знаходиться під дією робочої напруги пристрою, що захищається. У робочому режимі (за відсутності імпульсних напруг) струм через варистор нехтує малим, і тому варистор у цих умовах є ізолятором.

Рис.1 Типова вольтамперна характеристика варистора

У разі імпульсу напруги варистор через нелінійність своєї характеристики різко зменшує свій опір до часток Ома і шунтує навантаження, захищаючи її, і розсіюючи поглинену енергію як тепла. В цьому випадку через варистор короткочасно може протікати струм, що досягає декількох тисяч ампер. Так як варистор практично безінерційний, то після гасіння імпульсу напруги він знову набуває дуже великого опору. Таким чином, включення варистора паралельно електрообладнанню не впливає на його роботу в нормальних умовах, але «зрізає» імпульси небезпечної напруги, що повністю забезпечує безпеку навіть ослабленої ізоляції (див. рис 2).

Найбільш широке застосування знаходять варистори на основі оксиду цинку, що зумовлено, по-перше, відносною простотою їх виготовлення і, по-друге, гарною здатністю оксиду цинку поглинати високоенергетичні імпульси напруги. Варістори виготовляють за звичайною «керамічною» технологією, що включає пресування варисторів (найчастіше мають форму диска або шайби), їх випал, нанесення електродів, пайку висновків і нанесення електроізоляційних і вологозахисних покриттів. Така технологія часом дозволяє підприємствам-виробникам випускати варистори за індивідуальними замовленнями.


Рис.2 Напруга на навантаженні при комутації в мережі 0,4 кВ

Загальні поняття

Найважливішою характеристикою варистора, що визначає його функціональні можливості, є вольт-амперна характеристика. Її особливістю є наявність ділянки малих струмів (умовно від нуля до декількох міліампер), в якому знаходиться робоча точка варистора і ділянка великих струмів (до тисяч ампер), яку іноді називають тунельним. Тунельний ділянку багато чому визначає захисні властивості і, зокрема, напруга обмеження, тобто. максимальна напруга, що впливає на електрообладнання, що захищається при шунтуванні його варистором. В області малих струмів ВАХ задовільно описується рівнянням

(1) де I - Струм, А, U -напруга, В, В - деяка постійна, ? - Коефіцієнт нелінійності.

Для варисторів на основі оксиду цинку коефіцієнт нелінійності зазвичай становить 20-60 одиниць. Коефіцієнт нелінійності характеризує крутість ВАХ і визначається ставленням статичного та диференціального опорів варистора у певній точці.

(2)

Експериментально коефіцієнт нелінійності можна оцінити за формулою

(3)

Найчастіше коефіцієнт нелінійності визначається при струмі 1 мА і 10 мА, при цьому формула (3) набуває вигляду

(4)

Однією з характеристик варистора є класифікаційна напруга (Uкл) - це напруга за певного струму. Як правило, виробники варисторів як класифікаційна напруга вказують напругу на варисторі при струмі 1мА.

У деяких випадках вказують коефіцієнт захисту варистора - це відношення напруги на варисторі при струмі 100А до напруги при 1мА струму (тобто до класифікаційної напруги). Цей коефіцієнт для варистори на основі оксиду цинку знаходиться в межах 1.4 - 1.6, і він характеризує здатність варистор обмежувати імпульси перенапруги. Іншими словами-при зростанні напруги в 1,4-1,6 рази струм збільшується в 100 000 разів (!).

Важливою характеристикою варистора є потужність розсіювання, що допускається - вона характеризує можливість розсіювати поглинається електричну енергію у вигляді тепла. Цей показник переважно визначається геометричними розмірами варистора та конструкцією висновків. Для збільшення потужності розсіювання часто застосовують потужні висновки, які грають роль своєрідного радіатора.

Варистори мають досить велику ємність, що певним чином залежить від прикладеної напруги. На рис.3 показані типові вольта-фарадні характеристики варистора. Як видно з наведеного малюнка, варистор має певну ємність у робочому режимі (коли немає імпульсів напруги), а при впливі імпульсу напруги ємність варистора практично дорівнює нулю.

Рис.3 Вольтфарадні характеристики варисторів

Інформацію про напругу на варисторі області великих струмів виробники наводять у технічних умовах. Іноді цю напругу називають напругою, що залишається. При цьому обов'язково вказують тривалість (форму) та амплітуду імпульсу струму, при впливі якого на варистор ці виміри зроблено. Напруга, що залишається, при різних амплітудах струму імпульсу можна виміряти на спеціальних імпульсних установках.

Для розрахунку застосування варисторів при грозовому розряді іноді наводять відомості про напругу на варисторі під впливом стандартного грозового імпульсу. На рис. 4 показано форму цього імпульсу, який часто називають імпульсом 8/20 мкс.

Рис.4 Форма випробувального імпульсу 8/20 мкс

У деяких випадках вказують коефіцієнт захисту варистора - це відношення напруги на варисторі при струмі 100 А до напруги при 1 мА струму (тобто до класифікаційної напруги). Цей коефіцієнт для варистори на основі оксиду цинку знаходиться в межах 1,4-1,6, і він характеризує здатність варистор обмежувати імпульси напруги. При амплітуді струму 100 А напруга, що залишається, можна розрахувати, помноживши класифікаційну напругу (номінальне або фактичне значення) на коефіцієнт захисту. Так, наприклад, варистор з класифікаційною напругою 430 В та коефіцієнтом захисту 1,4 - 1,6 при імпульсі струму 100 А обмежить імпульсну напругу до рівня 602 - 688 В.

У Росії її найбільш масове виробництво малогабаритних варисторів організовано на Ухтинском заводі «Прогрес» |3,4,5|. Варистори виконані у вигляді дисків завтовшки до 10 мм (залежно від класифікаційної напруги). Варистор СН2-1 і ВР-1 мають дротяні односпрямовані висновки діаметром 0,8 мм (варистори СН2-1 варіанта «в» маю висновки діаметром 0,6 мм). Варистор СН2-2 варіант «А» мають штуцерні висновки з різьбленням М5, варіант «Б» має масивні висновки, що переходять у шпильки з різьбленням М5, варіант «Г» має масивні дискові висновки з різьбленням М5, а варіанти «В» та «Д» » мають контактні поверхні, вкриті сріблом. Для всіх варисторів класифікаційний струм становить 1 мА, температурний коефіцієнт напруги негативний не більше 0,05% на градус Цельсія.

Можливі причини виникнення імпульсної напруги

Імпульсні напруження можна умовно розділити внутрішні та зовнішні. Внутрішня імпульсна напруга, як правило, виникає при комутації реактивних (ємнісних, індуктивних) навантажень, при пробої та ін. Найбільшу загрозу при цьому становлять імпульси напруги, що виникає при відключенні індуктивного навантаження. У цих ситуаціях оптимальний вибір варистора не становить труднощів, необхідно лише розрахувати (або визначити експериментально) форму і тривалість імпульсів напруги. У гіршому випадку можна провести моделювання ситуацій та перевірити ефективність варісторного захисту.

Зовнішні імпульсні напруги - це ті, джерела яких знаходяться поза системою, що захищається варистором. Деякі причини таких ситуацій:

  • гальванічну взаємодію з джерелами високої напруги;
  • комутації в мережах (повне включення-вимкнення напруги, включення та відключення компенсуючих конденсаторних установок та ін);
  • грозові розряди (можуть завдати шкоди видаленні до 20км);
  • вплив індуктивності (проявляється при короткому замиканні нейтралі, особливо в мережах з протяжними кабельними з'єднаннями).

Ідентифікувати, систематизувати причини виникнення зовнішніх імпульсних напруг практично неможливо. Так фірма «Сіменс» для побутових ліній 220 В радить приймати наступні значення зовнішніх імпульсних напруг (але тільки як орієнтовні та без урахування грозових розрядів):

  • амплітуда-до 6 кВ;
  • частота - 0,05-5 МГц;
  • тривалість - 0,1-100 мкс.

Орієнтовні значення параметрів грозових та комутаційних імпульсів напруги в мережах різної номінальної напруги наведені також у .

Робочий режим варистора

Розрахунок робочого режиму варистора з його високої нелінійності перестав бути тривіальним завданням. Мета такого розрахунку - оптимальний вибір значення класифікаційної напруги варістора. Найважливішим параметром є робочий струм, який повинен бути мінімальним і не призводити до перегріву варистора. З іншого боку, при занадто малому робочому струмі варистора збільшується напруга, обмежена варистором при виникненні імпульсу напруги і варистор, по суті, не виконуватиме свою основну функцію.

Для орієнтовних розрахунків рекомендується, щоб робоча постійна напруга не перевищувала 0,85 Uкл. і, відповідно, на змінному струмі значення робочої напруги, що діє, не перевищувало 0,6 Uкл. На жаль, такий простий підхід до вирішення задачі на практиці є малозастосовним.

У технічних умовах на варистори типу СН2-1, СН2-2 зазначено, що постійний або змінний граничний робочий струм не повинен перевищувати 0,1мА. Очевидно, що теплова потужність, що виділяється на варисторі при протіканні через нього постійного струму, буде істотно більшою, ніж при протіканні змінного струму такої ж амплітуди. На рис.5 показана форма струму варистора при синусоїдальній напрузі.

Рис.5 Форма струму варистора при синусоїдальній напрузі

Методика вибору та встановлення варисторів

Варистор встановлюються паралельно захищається електрообладнання. У разі трифазного навантаження при з'єднанні «зіркою» вони включаються до кожної фази між фазою і землею, а при з'єднанні навантаження «трикутником» — між фазами. Найбільш переважне місце установки варисторів - відразу після комутаційного апарату з боку навантаження, що захищається. Заводом «ПРОГРЕС» випускається дуже зручний трифазний обмежувач імпульсних напруг «Імпульс-1», який є пристроєм для закріплення варисторів на електрощиті, що містить поміщені в корпус пристосування - тримачі для трьох варисторів, забезпечені висновками. Цей пристрій дозволяє легко реалізовувати схеми захисту трифазного навантаження, з'єднаного як «зіркою», так і «трикутником», а також захищати до трьох незалежних електроустановок, що живляться від однофазної мережі.

Вибір типу використовуваного варистора та визначення його класифікаційної напруги здійснюється на основі аналізу роботи варистора у двох режимах: у робочому та імпульсному.

1. Аналіз роботи варистора в робочому режимі полягає у визначенні по таблиці 1 такого класифікаційного напруги, для якого тривала максимальна напруга на навантаженні найбільш близько до табличного значення, але не перевищує його. Дані таблиці справедливі для варисторів з граничними відхиленнями класифікаційного напруження трохи більше 10%. Максимально допустима тривала діюча змінна напруга для варисторів зарубіжного виробництва здебільшого вказується у складі маркування.

2. Аналіз роботи варистора в імпульсному режимі полягає у розрахунку максимальної миттєвої енергії за формулою:

де E – максимальна миттєва енергія в джоулях, P – номінальна потужність навантаження, що припадає на одну фазу (Вт), f – частота змінної напруги (Гц), ? - ККД навантаження, що захищається. Такі розрахунки зазвичай виконуються для навантажень у кілька кіловат і більше.

По таблиці 2 вибирають тип варистора, що забезпечує розсіювання енергії, значення якої розраховано за наведеною формулою.

Таблиця 1 У вольтах

класифікації
каційне
напруга
максимально
допустиме
тривалий
чинне
змінне
напруга
максимально
допустиме
тривалий
постійне
напруга
класифікації
каційне
напруга
максимально
допустиме
тривалий
чинне
змінне
напруга
максимально
допустиме
тривалий
постійне
напруга
10 6 8 270 175 225
15 9 12 300 190 245
22 14 18 330 210 270
27 17 22 360 230 300
33 20 26 390 250 320
39 25 31 430 275 350
47 30 38 470 300 385
56 35 45 510 320 420
68 40 56 560 350 460
82 50 65 620 385 505
100 60 85 680 420 560
120 75 100 750 460 615
150 95 125 820 510 670
180 115 150 910 550 745
200 130 170 1000 625 825
220 140 180 1100 680 895
240 150 200 1200 750 1060

Таблиця 2

Класифікація
ційне
Напруга, В
Максимальна енергія розсіювання варисторів, Дж
СН2-2А СН2-1а СН2-1б СН2-1в ВР-1-1 ВР-1-2
10 0.18
15 0.26
22 0.56 0.23
27 0.64 0.26
33 0.71 0.30
39 1.3 0.47
47 1.6 0.56
56 1.9 0.66
68 2.3 0.76
82
100 17.0 10 2.7
120 25.2 12 3.0
150 31.5 15 3.8
180 37.8 18 4.5
200 42.0 20 5.0
220 46.2 22 5.5
240 50.4 25 6.0
270 56.7 28
300 63.0 31
330 104 69.3 34
360 115 75.6 37
390 125 81.9 40
430 138 90.3 43
470 152 98.7 47
510 168 107
560 187 118
620 207 130
680 227 143
750 248 158
820 280 172
910 312 191
1000 347 210
1100 385 233
1200 424 252
1300 463
1500 508

приклад 1.Визначити марку варисторів захисту електродвигуна ВАСО16-34-24 при з'єднанні обмоток “зіркою” в мережі 0.4 кВ.

Рішення.

Т.к. обмотки з'єднані “зіркою”, кожна з них перебуває під напругою 220В. Якщо врахувати нормоване гранично допустиме відхилення напруги 15 %, то максимальна робоча напруга становитиме 253 В. З таблиці 1 видно, що умовою п.1 задовольняють варистори з класифікаційною напругою 430 В.

З паспортних даних електродвигуна відомо, що його потужність 90 кВт, ККД 91.8%, а cos? = 0.64. Розрахуємо величину максимальної миттєвої енергії:

З таблиці 2 видно, що для захисту цього електродвигуна може бути використаний варіант СН2-2 (вар. А,Г) з класифікаційною напругою 430 В з максимальною потужністю розсіювання 138 Дж.

Приклад 2. Визначити марку варистора захисту електродвигуна АО-315-УУ3 при з'єднанні обмоток “трикутником”.

При з'єднанні трикутником кожна обмотка знаходиться під напругою 380В. Якщо нормоване гранично допустиме відхилення напруги становитиме 15 %, то максимальна тривала напруга становитиме 437 В. З таблиці 1 видно, що умова п.1 може бути задоволена лише при використанні варисторів із класифікаційною напругою 750 В і вище.

Потужність двигуна 200 кВт, ККД 90%, cos? = 0.92. Розрахуємо Е:

З таблиці 2 видно, що вже варистор СН2-2 750 має вищу енергію розсіювання (248 Дж), тому він і повинен використовуватися.

При використанні двофазного навантаження величину потужності не потрібно ділити на 3. Розрахунки показують, що вже варистор СН2-2 (вар. А, Г) здебільшого забезпечує захист електрообладнання потужністю до 30 кВт. Це означає, що для побутових електроприладів практично достатньо розгляду лише п.1 і застосовувати малогабаритні варистори типу СН2-1 або аналогічні. Насправді є випадки, коли величина розрахункового робочого струму не збігається з експериментальними значеннями. Як правило, це буває на змінному струмі, коли не враховують величину реактивного струму, який можна розрахувати за відомими формулами. Так реактивний струм варистора СН2-1 з класифікаційною напругою 430В (його номінальна ємність 600пФ), при установці в побутову мережу 220В складе 0,04мА (що можна порівняти з граничним робочим струмом 0,1мА).

Спільна робота варисторів

Цілком очевидно, що варистори можуть працювати при послідовному включенні - при цьому в них протікає однаковий струм, загальна напруга розділиться пропорційно опорам (у першому наближенні-пропорційно класифікаційним напругам), в цих же пропорціях розділиться енергія, що поглинається. Складніше забезпечити паралельну роботу варисторів - необхідний суворий збіг ВАХ. Це завдання цілком можна розв'язати при послідовно-паралельній схемі включення - тобто. Варістори послідовно збираються в стовпи, а стовпи з'єднуються паралельно. При цьому шляхом підбору варисторів забезпечують збіг ВАХ стовпів варисторів. Так роблять під час створення високовольтних, потужних обмежувачів перенапруг (ОПН).

Література

  1. ГОСТ 13109-97 Електрична енергія. Сумісність технічних засобів електромагнітна. Норми якості електричної енергії у системах електропостачання загального призначення.
  2. Пантелєєв В.А. Вольтамперні властивості силових варисторів. У кн.: Проблеми освоєння природних ресурсів Європейської Півночі. Ухта: Вид. УІІ, 1996. с. 12 - 17.
  3. ТУ 11-85. Варистор постійний СН2-1. Технічні умови. ОЖО.468.171.
  4. ТУ 11-85. Варистор постійний ВР-1. Технічні умови.ОЖО.468.227.
  5. ТУ 11-85. Варистор постійний СН2-2. Технічні умови. ОЖО.468.205.
  6. Квасков В.Б. Напівпровідникові прилади з біполярною провідністю.-М: Енерго-атоміздат. 1988.-128 с.: іл.

У електроніці можна назвати групу компонентів, завдання яких обмеження сплесків напруги. Один із таких елементів – варистор. Найчастіше цей апарат можна зустріти у більшості хороших блоків живлення. У цій статті ми поговоримо про те, як працюють і де застосовуються варістори.

Принцип дії

Варистор - це напівпровідниковий прилад із симетричною нелінійною вольтамперною характеристикою. За її формою можна дійти невтішного висновку у тому, що варистор працює у змінному і постійному струмі. Розглянемо її докладніше.

У нормальному стані струм через варистор дуже малий, його називають . Його можна розглядати як діелектричний компонент із певною електричною ємністю і можна говорити, що він не пропускає струм. Але, при певному напрузі (на малюнку це + - 60 Вольт) він починає пропускати струм.

Інакше кажучи, принцип роботи варистора в захисних ланцюгах нагадує розрядник, лише у напівпровідниковому приладі немає дугового розряду, а змінюється його внутрішній опір. При зменшенні опору струм з одиниць мікроампер зростає до сотень або тисяч Ампер.

Умовне графічне зображення варистора у схемах:

Позначення елемента на схемах нагадує звичайний резистор, але перекреслений по діагоналі лінією, на якій може бути нанесена буква U. Щоб знайти на платі або схемі цей елемент – звертайте увагу на підписи, найчастіше вони позначаються як RU або VA.

Зовнішній вигляд варистора:

Варистор встановлюють паралельно ланцюги для захисту. Тому при імпульсі напруги ланцюга, що захищається - енергія надходить не в пристрій, а розсіюється у вигляді тепла на варисторі. Якщо енергія імпульсу занадто велика, варистор згорить. Але поняття згорить розмазано, варіанти розвитку два. Або варистор просто розірве на частини, або його кристал зруйнується, а електроди замкнуться коротко. Це призведе до того, що вигорять доріжки та провідники, або відбудеться загоряння елементів корпусу та інших деталей.

Щоб цього уникнути перед варистором, послідовно з усім ланцюгом на сигнальний або живильний провід встановлюють запобіжник. Тоді у разі сильного імпульсу напруги та довготривалого спрацьовування чи перегорання варистора згорить і запобіжник, розірвавши ланцюг.

Якщо сказати коротко, для чого потрібен такий компонент — його властивості дозволяють захистити електричний ланцюг від згубних сплесків напруги, які можуть виникати як на інформаційних лініях, так і електричних лініях, наприклад, при комутації потужних електроприладів. Ми обговоримо це питання трохи нижче.

Пристрій

Варістор влаштовані досить просто - всередині є кристал напівпровідникового матеріалу, найчастіше це Оксид Цинку (ZiO) або Карбід Кремнію (SiC). Пресований порошок цих матеріалів піддають високотемпературній обробці (запікають) та покривають діелектричною оболонкою. Зустрічаються або у виконанні з аксіальними висновками для монтажу в отвори на друкованій платі, а також у SMD-корпусі.

На малюнку нижче наочно зображено внутрішній пристрій варистора:

Основні параметри

Щоб правильно підібрати варистор, потрібно знати його основні технічні характеристики:

  1. Класифікаційна напруга може позначатися як Un. Це така напруга, при якій через варистор починає протікати струм силою в 1 мА, при подальшому перевищенні струм лавиноподібно збільшується. Саме цей параметр вказують у маркуванні варистора.
  2. Номінальна розсіювана потужність P. Визначає, скільки може розсіяти елемент із збереженням своїх характеристик.
  3. Максимальна енергія одиночного імпульсу W. Вимірюється у Джоулях.
  4. Максимальний струм імпульсу Ipp. При тому, що фронт наростає протягом 8 мкс, а загальна його тривалість - 20 мкс.
  5. Місткість у закритому стані - Co. Так як у закритому стані варистор є подібністю конденсатора, адже його електроди розділені непровідним матеріалом, то у нього є певна ємність. Це важливо, коли пристрій застосовується у високочастотних ланцюгах.

Також виділяють і два види напруг:

  • Um~ — максимальна діюча або середньоквадратична змінна;
  • Um = - максимальне постійне.

Маркування та вибір варистора

На практиці, наприклад, при ремонті електронного пристрою доводиться працювати з маркуванням варистора, зазвичай вона виконана у вигляді:

20D 471K

Що це таке та як зрозуміти? Перші символи 20D – це діаметр. Чим він більший і чим товстіший — тим більшу енергію може розсіяти варистор. Далі 471 - це класифікаційна напруга.

Можуть бути інші додаткові символи, зазвичай вказують на виробника або особливість компонента.

Тепер давайте розберемося як правильно вибрати варистор, щоб він правильно виконував свою функцію. Щоб підібрати компонент, потрібно знати в ланцюзі з якою напругою та родом струму він працюватиме. Наприклад, можна припустити, що для захисту пристроїв, що працюють у ланцюзі 220В, потрібно застосовувати варистор з класифікаційною напругою трохи вище (щоб спрацьовував при значних перевищеннях номіналу), тобто 250-260В. Це в корені не так.

Справа в тому, що в ланцюгах змінного струму 220В - це значення, що діє. Якщо не заглиблюватися в подробиці, то амплітуда синусоїдального сигналу в корінь з 2 разів більша за чинне значення, тобто в 1,41 рази. В результаті амплітудна напруга у наших розетках дорівнює 300-310 Ст.

240 * 1,1 * 1,41 = 372 Ст.

Де 1,1 – коефіцієнт запасу.

При таких розрахунках елемент почне спрацьовування при стрибку напруги, що діє, більше 240 Вольт, значить його класифікаційна напруга повинна бути не менше 370 Вольт.

Нижче наведені типові номінали варисторів для мереж змінного струму з напругою:

  • 100В (100~120) - 271k;
  • 200В (180-220) - 431k;
  • 240В (210~250) - 471k;
  • 240В (240~265) - 511k.

Застосування у побуті

Призначення варисторів - захист ланцюга при імпульсах та лінії. Ця властивість дозволило розглянутим елементам знайти своє застосування як захист:

  • ліній зв'язку;
  • інформаційних входів електронних пристроїв;
  • силових ланцюгів.

Більшість дешевих блоків живлення не встановлюють жодних захистів. А ось у хороших моделях по входу встановлюють варістори.

Крім того, всі знають, що комп'ютер потрібно підключати до живлення через спеціальний подовжувач із кнопкою — . Він не тільки фільтрує перешкоди, у схемах нормальних фільтрів також встановлюють варістори.

Для забезпечення захисту електричних кіл фахівці застосовують широкий набір найрізноманітніших пристроїв. Одним із таких приладів є варистор. Він спрацьовує у разі виникнення серйозних стрибків у системі, цим регулюючи її. Як і будь-який інший пристрій, варистору потрібні регулярні перевірки його технічного стану. З цієї статті можна дізнатися про найважливішу інформацію, пов'язану з його функціонуванням.

Що таке варістор?

Для початку слід зупинитися на тому, що це пристрій.

  1. Цей прилад – це напівпровідниковий резисторрівень провідності якого залежить від такого показника, як величина прикладеної напруги.
  2. Крім того, він відноситься до нелінійних типів приладів.

Принцип роботи варістора простий. За наявності електричного ланцюга нормального рівня напруги варистор пропускає крізь себе малий струм. У разі досягнення в системі, через обставини, граничні значення напруги, варистор відкривається і пропускає всі струмові сили. Таким чином, здійснюється регулювання роботи електричного кола.

В даний час кожен виробник встановлює своє маркування цих типів приладів. Це тим, що вироблені прилади мають різні технічні характеристики. Наприклад, гранично допустима напруга або необхідний рівень струму.

Найбільш поширеними маркуваннями є позначення виду CNR, яка доповнюється такими елементами як 07D390K. Позначення мають таке значення:

  1. CNR – серія варістора. Прилади із цим позначенням є металооксидними.
  2. 07 - величина пристрою в діаметрі (7 мм).
  3. D – дисковий пристрій.
  4. 390 – гранично допустимий показник рівня напруги.

Основні параметри

Головними параметрамитакого приладу є:

  • Розмір напруги.
  • Гранично допустимий рівень змінної напруги.
  • Гранично допустимий рівень постійної напруги.
  • Найбільш можливе поглинання енергії, виражене в джоулях.
  • Час спрацьовування.
  • Допустимі похибки у роботі.




Для здійснення діагностики приладів призначені спеціальні пристрої, які звуться тестерів. Для проведення перевірки тестер необхідно увімкнути та перевести в режим опору. У тому випадку, якщо технічний стан апарату, що тестується відповідає всім необхідним вимогам, то дані на тестері відрізнятимуться дуже великою величиною.

Якщо ви вирішили перевірити свій прилад, також слід переконатися в його належному зовнішньому вигляді. Подивіться уважно, чи немає на приладі тріщин і чи не підгорів він у якихось місцях. Не варто ігнорувати цю пораду та принижувати роль зовнішнього вигляду апарату – за твердженнями фахівців, ретельний візуальний огляд приладу допомагає уникнути багатьох неприємних ситуацій.

Застосування варисторів

У світі такий вид апаратів мають досить широку сферу застосування. Вони незамінні у таких галузях, як промислове виробництво: їх встановлюють на обладнанні. Часто незамінний у побутовому застосуванні. Ці проділи виконують низку найважливіших функцій:

  1. Забезпечують надійний захист напівпровідникових пристроїв– різних типів тиристорів, діодів та стабілізаторів.
  2. Створюють високий рівень електростатичного захисту для входів різноманітних радіоапаратур.
  3. Перешкоджають негативному впливу електромагнітних сплесків у пристроях із високою індуктивною потужністю.
  4. Використовуються як елемента для погашення іскору перемикачах та іншому обладнанні.

Переваги

Цей вид апаратів має цілу низку неоціненних переваг у порівнянні з розрядниками та багатьма іншими приладами.

До основних перевагможна віднести:

Недоліки

Однак, поряд з великою кількістю переваг перед іншими приладами, прилад має також і деякі недоліки. Серед них можна назвати такі моменти, як:

По-перше, завжди треба пам'ятати, що іноді можуть наступати так звані критичні умови– вони можуть призвести до вибуху пристрою. Для запобігання вибуху призначені спеціальні пристрої – захисні екрани. Вони міститься вся конструкція варистора.

По-друге, слід не забувати, що крем'яні варистори за своїми технічними характеристиками значно поступаються оксидним. Тому найоптимальнішим варіантом є придбання саме оксидного варистора.

У кожному будинку є дорога електронна техніка. Будь-які прилади на напівпровідникових елементах мають слабку ізоляцію. Отже, невелике підвищення напруги може спалити електроніку. Часто зміна напруги в побутових мережах відбувається імпульсно, тобто напруга різко підвищується на секунди, а потім повертається до нормального рівня.

Імпульси напруги бувають грозові та комутаційні.

Грозові стрибки напруги з'являються при ударах блискавок прямо в електроустановку або лінію передачі, або близько біля них. Грозові розряди можуть завдати шкоди побутовим мережам, навіть якщо удар електромережі відбудеться на відстані до 20 км.

Комутаційні стрибки напруги створюються при комутації електроустаткування з реактивними елементами. Тобто при включенні обладнання, яке збудовано з використанням великої кількості конденсаторів, а також має потужні котушки індуктивності та трансформатори.

Найвищі комутаційні стрибки напруги створюють електродвигуни та конденсаторні батареї.

Для забезпечення надійного захисту від імпульсних напруг повинні бути забезпечені три ступені захисту в мережах до 1000 В. У кожному ступені захисту застосовуються різні за конструкцією та параметрами пристрою захисту від імпульсних перенапруг (УЗІП).

Перший ступінь захиступовинна бути встановлена ​​на знижувальній підстанції або безпосередньо біля входу до будівлі. Як УЗІП застосовуються найчастіше розрядники іноді й потужні варістори.

Режими роботи УЗІП першого ступеня найважчі – величини імпульсних струмів 25-100 кА, крутість фронту хвилі 10/350 мкс, тривалість фронту хвилі 350 мкс. Швидкознімні УЗІП із ножовими контактами тут практично не застосовуються. Тому що імпульсні струми величиною 25-50 кА при розряді блискавок створюють величезні електродинамічні сили, які легко виривають знімні частини пристрою. Крім того, при розриві з'єднання через повітряний зазор запалюється плазмова дуга, що руйнує ножові контакти.

Найкраще на першій ділянці застосовувати повітряні розрядники. Тим більше, що серійно варистори для імпульсних струмів понад 20 кА не випускаються. Так як потужні варистори робляться з великими висновками, які виконують роль радіаторів, розсіюючи надмірне тепло.

Другий ступінь захистунеобхідна видалення залишкових, менших по амплітуді, імпульсів після першого ступеня. Кожен господар будинку сам визначає, чи потрібний цей ступінь захисту чи ні. Встановлюється захист на введенні електрики до будинку, в окремому електрощиті.

Як УЗІП для другого ступеня використовуються захисні елементи з ножовими контактами. Зовні захисні елементи з ножовими контактами є дві окремі частини. Одна частина – гніздо з ножовими контактами, яке закріплюється на DIN-рейку в електрощиті. Інша частина – знімний модуль, який є безпосередньо варістором. Захисний варистор повинен витримувати імпульсні струми в межах 15-20 кА, з крутістю хвилі 8/20 мкс. Знімні модулі можуть бути оснащені індикатором спрацьовування, яким можна визначити справність пристрою. Більш дорогі моделі мають терморозчіплювачі у своїй конструкції, що захищають від перегріву варистор, при тривалому перебігу імпульсних струмів.

Третій ступінь захистувстановлюється усередині всіх електронних побутових приладів. Як УЗІП для побутових електроприладів застосовуються лише невеликі варистори, розраховані на крутість хвилі 1,2/50 мкс, 8/20 мкс і імпульсні струми до 15 кА. Варистор з монтажними висновками припаюється всередині приладу на плату або закріплюється окремо і підключається окремими проводами.

Схема увімкнення.

Всі варистори підключаються паралельно навантаженню, правильніше їх буде включати між фазовим проводом і .

У трифазній мережі, при підключенні навантаження «зіркою», варистори включаються між кожною фазою та проводом заземлення. А при підключенні навантаження "трикутником", варистори встановлюються між фазами.

Варистор, як нелінійні елементи, при підвищеній напрузі різко зменшують свій опір практично до нуля, і тому не можуть довго витримувати підвищені імпульсні струми. Тому рекомендується захистити УЗІП другого ступеня захисту плавкими запобіжниками, які потрібно послідовно підключити з пристроєм захисту в розрив фазового дроту.

Правильно вибирати варистори за напругою спрацьовування. При цьому напрузі елемент знижує свій опір і гасить небезпечну імпульсну напругу. Інформація про напругу спрацьовування та про крутість хвилі імпульсу наноситися на поверхню варистора або вказується в технічному паспорті до нього.

У тандемі з цією статтею корисно ознайомитися з відео-доповненням:

Монтаж захисного заземлення Електродзвінки. Встановлення та підключення Підключення цифрової камери відеоспостереження Відновлення гелевих акумуляторів, що не обслуговуються.