Jedes elektronische Gerät, das in das Netzwerk eingebunden ist, muss gegen das Überschreiten der Grenzwerte von Strom oder Spannung geschützt werden. Für den Stromschutz werden verschiedene Sicherungen und Leistungsschalter verwendet, aber Varistoren werden am häufigsten verwendet, um das Gerät vor Überspannung zu schützen. In diesem Artikel werden wir das Funktionsprinzip des Varistors, seine Eigenschaften, Vor- und Nachteile dieses elektronischen Bauteils betrachten.
Inhalt
Was ist ein Varistor und wo wird er eingesetzt?
Varistor - Dies ist ein variabler Widerstand aus Halbleitermaterial, der seinen elektrischen Widerstand in Abhängigkeit von der an ihn angelegten Spannung ändern kann.
Das Funktionsprinzip eines solchen elektronischen Bauteils unterscheidet sich von einem herkömmlichen Widerstand und Potentiometer. Standard Widerstand unabhängig von der Spannung im Stromkreis jederzeit einen konstanten Widerstandswert hat, ermöglicht Ihnen das Potentiometer, den Widerstand manuell durch Drehen des Steuerknopfes zu ändern. Der Varistor hat jedoch eine nichtlineare symmetrische Strom-Spannungs-Kennlinie und sein Widerstand hängt vollständig von der Spannung im Stromkreis ab.
Aufgrund dieser Eigenschaft werden Varistoren unabhängig von der Art der Spannung häufig und effektiv zum Schutz von elektrischen Netzen, Maschinen und Geräten sowie von elektronischen Bauteilen, Platinen und Mikroschaltungen eingesetzt. Sie haben geringe Herstellungskosten, sind zuverlässig im Einsatz und halten hohen Belastungen stand.
Varistoren werden sowohl in Hochspannungsanlagen bis 20 kV als auch in Niederspannungsanlagen von 3 bis 200 V als Spannungsbegrenzer eingesetzt. Gleichzeitig können sie sowohl in Netzen mit Wechselstrom als auch mit Gleichstrom arbeiten. Sie werden zur Regelung und Stabilisierung von Strom und Spannung sowie in Überspannungsschutzgeräten eingesetzt. Verwendet bei der Entwicklung von Netzwerkfiltern, Netzteilen, Mobiltelefonen, SPD und andere SPEs.
Arten und Funktionsprinzip
Beim Betrieb unter normalen Bedingungen hat der Varistor einen großen Widerstand, der abnehmen kann, wenn die Spannung einen Schwellenwert überschreitet. Das heißt, wenn die Spannung im Stromkreis erheblich ansteigt, geht der Varistor von einem isolierenden Zustand in einen elektrisch leitenden Zustand über und stabilisiert aufgrund des Lawineneffekts im Halbleiter die Spannung, indem er einen großen Strom durch sich selbst leitet.
Varistoren können mit Hoch- und Niederspannung arbeiten und werden dementsprechend in zwei Gruppen von Geräten unterteilt, die das gleiche Funktionsprinzip haben:
- Hochspannung: kann in Stromkreisen mit Stromwerten bis zu 20 kV betrieben werden (wird in Schutzsystemen von Netzwerken und Geräten, in Überspannungsschutzgeräten verwendet).
- Niederspannung: Die Nennspannung für diese Art von Komponenten variiert zwischen 3 und 200 V (wird zum Schutz elektronischer Geräte und Ausrüstungskomponenten mit einem Strom von 0,1 - 1 A verwendet und am Eingang oder Ausgang der Stromquelle installiert).
Varistor Ansprechzeit bei Überspannung beträgt etwa 25 ns, was ein ausgezeichneter Wert ist, aber in manchen Fällen nicht ausreicht. Daher haben Hersteller elektronischer Komponenten eine Technologie zur Herstellung eines SMD-Widerstands entwickelt, der eine Reaktionszeit von 0,5 ns hat.
Varistoren aller Art werden aus Siliziumkarbid oder Zinkoxid hergestellt, indem dieses Material mit einem Bindemittel (Harz, Ton, Glas) bei hoher Temperatur gesintert wird. Nach dem Aufnehmen eines Halbleiterelements wird es zum Verbinden auf beiden Seiten mit Lötmetallleitungen metallisiert.
Kennzeichnung, Hauptmerkmale und Parameter
Jeder Hersteller von Varistoren kennzeichnet sein Produkt auf eine bestimmte Weise, daher gibt es eine ziemlich große Anzahl von Bezeichnungsmöglichkeiten und deren Interpretationen. Der gebräuchlichste russische Varistor ist K275, und beliebte im Ausland hergestellte Komponenten sind 7n471k, kl472m und andere.
Die Bezeichnung des Varistors CNR-10d751k lässt sich wie folgt entschlüsseln: CNR – Metalloxid-Varistor; d - bedeutet, dass die Komponente die Form einer Scheibe hat; 10 der Durchmesser der Scheibe ist; 751 – Ansprechspannung für dieses Gerät (die Berechnung erfolgt durch Multiplizieren der ersten beiden Ziffern mit 10 hoch der dritten Ziffer, dh 75 mal 10 zum ersten Grad, wir erhalten 750 V); k - zulässige Abweichung der Nennspannung, die 10% in jede Richtung beträgt (l - 15%, M - 20%, P - 25%).
Die Hauptmerkmale von Varistoren sind die folgenden Parameter:
Klassifizierungsspannung - Spannung bei bestimmten Stromwerten, die durch den Varistor fließen (typischerweise beträgt dieser Wert 1mA). Diese Einstellung ist bedingt und wirkt sich nicht auf die Geräteauswahl aus;
Maximal zulässige Spannung - Spannungsbereich (RMS oder RMS), bei der der Varistor beginnt, seinen Widerstand zu verringern;
Maximale Absorptionsenergie - eine Kennlinie, die den Wert der Energie angibt, die der Varistor dissipiert und nicht versagt, wenn er einem einzelnen Impuls ausgesetzt wird (in Joule gemessen);
Maximaler Stoßstrom – normalisiert die Anstiegszeit und Dauer des Stromimpulses (in Ampere gemessen);
Kapazität ist ein sehr wichtiger Parameter, der im geschlossenen Zustand und einer bestimmten Frequenz gemessen wird (fällt auf Null, wenn ein großer Strom an den Varistor angelegt wird);
Toleranz - Abweichung von der nominellen Potentialdifferenz in beide Richtungen (in Prozent angegeben).
Reaktionszeit - das Zeitintervall, für das der Varistor vom geschlossenen Zustand in den offenen Zustand übergeht (normalerweise einige zehn Nanosekunden).
Vor- und Nachteile von Varistoren
Ein wichtiger Vorteil eines nichtlinearen Widerstands (Varistor) ist sein stabiler und zuverlässiger Betrieb bei hohen Frequenzen und hohen Lasten. Es wird in vielen Geräten verwendet, die mit Spannungen von 3 V bis 20 kV arbeiten, es ist relativ einfach und billig herzustellen und effizient im Betrieb. Weitere wichtige Vorteile sind:
- hohe Reaktionsgeschwindigkeit (Nanosekunden);
- lange Lebensdauer;
- die Fähigkeit, Spannungsabfälle zu überwachen (trägheitslose Methode).
Trotz der Tatsache, dass dieses elektronische Bauteil viele Vorteile hat, hat es auch Nachteile, die sich auf den Einsatz in verschiedenen Systemen auswirken. Diese beinhalten:
- niederfrequente Geräusche während des Betriebs;
- Komponentenalterung (Verlust von Parametern im Laufe der Zeit);
- große Kapazität: hängt von der Spannung und dem Elementtyp ab, liegt im Bereich von 70 bis 3200 pF und beeinflusst die Leistung des Geräts;
- bei maximalen Spannungswerten wird keine Leistung abgeführt - es überhitzt erheblich und fällt bei langfristigen maximalen Spannungswerten aus.
Varistor-Auswahl
Um den richtigen Varistor für ein bestimmtes Gerät auszuwählen, müssen Sie die Eigenschaften seiner Stromquelle kennen: Widerstand und Leistung von transienten Impulsen. Der maximal zulässige Stromwert wird unter anderem durch die Dauer seiner Exposition und die Anzahl der Wiederholungen bestimmt. Wenn Sie also einen Varistor mit einem unterschätzten Spitzenstromwert installieren, fällt er schnell aus.Kurz gesagt, für einen wirksamen Schutz des Geräts ist es notwendig, einen Varistor mit einer Spannung zu wählen, die einen kleinen Spielraum zum Nennwert hat.
Auch für den störungsfreien Betrieb eines solchen elektronischen Bauteils sind die Ableitungsgeschwindigkeit der aufgenommenen thermischen Energie und die Fähigkeit zur schnellen Rückkehr in den Normalbetriebszustand sehr wichtig.
Bezeichnung auf dem Diagramm und Anschlussmöglichkeiten des Varistors
Auf der Schemata Varistor normalerweise bezeichnet, genau wie ein normaler Widerstand, aber mit einem U neben dem Schrägstrich. Dieses Merkmal zeigt in den Diagrammen, dass dieses Element eine Widerstandsabhängigkeit von der Spannung in der Schaltung hat. Auch auf Schaltplan Dieses Element ist mit zwei Buchstaben R und U mit dem Zusatz einer Seriennummer (RU1, RU2 ... usw.) gekennzeichnet.
Es gibt eine Vielzahl von Möglichkeiten, Varistoren anzuschließen, aber allen Verfahren gemeinsam ist, dass dieses Bauteil parallel zum Leistungskreis geschaltet wird. Daher hat der durch den Varistor fließende Strom in Abwesenheit gefährlicher Werte von Spannungsimpulsen einen kleinen Wert (aufgrund großer Widerstandswerte) und beeinträchtigt die Systemleistung in keiner Weise. Wenn eine Überspannung auftritt, ändert der Varistor den Widerstand auf kleine Werte, die Last wird überbrückt und die absorbierte Energie wird in den umgebenden Raum abgeleitet.
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