Как варистор защитит бытовую технику от молнии? SW19.ru
Удар молнии в соседнюю опору электропередач или просто рядом с вашим домом событие не очень приятное. Для мастера-электронщика работа в этом случае часто неблагодарная. Не рядовой случай, когда после всех объяснений и рассказов о целесообразности ремонта слышим в конце недовольное: «А почему так дорого?», «А я у другого мастера спросил и мне сказали, что сгореть должно было меньше» и всякий подобный бред жадины-профана, который не ценит чужой труд. Вариант, когда после вскрытия пациента наблюдаем пробитый «трансик» или обугленный варистор много приятнее для обеих сторон.Современные полупроводники крайне чувствительны к превышениям допустимого напряжения и причина этого не только природные явления. Список причин можно продолжать — от доморощенного сварщика-соседа, до перекомутаций на линии. Нас больше интересует не сами причины, а как с ними бороться. Коротко об этом.
Начнём с исходных данных. Какой ток в розетке?
Смешной ответ: «220 вольт», — кому-то не режет слух. Вариант: «Переменный», — тоже не много лучше, потому как без нагрузки тока нет. А какое напряжение? Может быть уже и не 220 вольт – стандарт однако изменился.
Когда мы говорим о напряжении бытовой сети, то речь идёт о действующем значение переменного напряжения – 220 (230) В. Амплитудное значение будет больше приблизительно в 1.4 раза – 311 (325) В. Учитывая допуск в 10 процентов, получим допустимый разброс амплитуды — от 280 до 342 (292 — 358) вольт. Вот эти 358 В – законно допустимая амплитуда переменного напряжения в нашей розетке. Но и это не всё. Может меняться частота, а синусоида не всегда имеет правильную форму. Перенапряжения различной природы суровая реальность и их допустимые параметры тоже регламентируют.
И наша бытовая техника проектируется с учётом возможности эти перепады выдерживать (хотелось бы верить что это так).
Для этого в цепи питания ставят входные фильтры, разрядники, супрессоры и варисторы (первый эшелон защиты на входе радиоаппаратуры).
Входной LC-фильтр неотъемлемая часть любого импульсного БП (его отсутствие говорит о «качестве» изделия). Основное назначение – не пропускать высокочастотные помехи от работы самого БП в сеть.
Разрядник – устройство с искровым промежутком, может быть как элементом печатного монтажа так и отдельным устройством (газонаполненный, с элементами гашения дуги). Разрядники имеют относительно большое время срабатывания (несколько миллисекунд), при срабатывании искровой промежуток со временем увеличивается из-за обгорания контактов, имеют большой разброс параметров, которые к тому же сильно зависят от внешней среды.
Супрессор (он же защитный диод (стабилитрон), диодный предохранитель, TVS-диод, трансил). В цепи переменного тока используются симметричные супрессоры. При превышении порогового напряжения, внутреннее сопротивление супрессора резко падает. Результат зависит от мощности вредного импульса – нагреется и остынет или сгорит вместе с предохранителем.
Варистор Вольтамперная характеристика (ВАХ) очень похожа на ВАХ супрессора. Соответственно и принцип работы схож. Сопротивление варистора зависит от приложенного к нему напряжения. На участке малых токов (несколько миллиампер) варистор практически не влияет на работу защищаемого устройства. Защитные свойства он проявляет на участке больших токов – когда приложенное к нему напряжение превысит определённый порог.
При превышении этого порога, варистор резко уменьшает собственное сопротивление до десятков ом. Высокочастотные импульсы перенапряжения не проникают на вход устройства, а преобразуются в тепловую энергию нагрева самого варистора. Если энергия этих импульсов больше допустимой, то варистор закорачивает входную цепь и сгорает вместе с плавким предохранителем.
При возникновении высоковольтного импульса сопротивление варистора резко уменьшается до долей Ома и шунтирует нагрузку, защищая ее и рассеивая поглощенную энергию в виде тепла. При этом через варистор может протекать импульсный ток, достигающий нескольких тысяч ампер. Так как варистор практически безынерционен, то после исчезновения помехи его сопротивление вновь становится большим. Таким образом, включение варистора параллельно защищаемому устройству не влияет на работу последнего в нормальных условиях, но гасит импульсы опасного напряжения
Знания схемотехники входных цепей питания радиоаппаратуры и принципов работы элементов этих цепей несомненно нужны. Но обычному ремонтёру важнее знать как это проверить и чем заменить. Обугленный варистор потерял свою маркировку и вопрос что ставить взамен возникает не только у новичков (ведь цепи защиты бывают разные). Просто выпаять и забыть – не наш вариант!
Самый распространённый вариант – варистор на 470 вольт. Вспоминаем цифру сверху – 358 вольт в предполагаемом максимуме. Запас 112 вольт? Не совсем так. Варисторы имеют класс точности, и 10 процентов это лучший вариант. Считаем 20 процентов. Получаем возможный нижний предел напряжения срабатывания – 376 вольт. Теперь понятна логика производителя. Но и это не всё. Вариант ставим что есть на складе никто не отменял, главное, чтобы не было ложных срабатываний. Здесь необходимо понимание основного назначения варистора – защита от высоковольтных импульсных перенапряжений. Отвал нулевого провода в вашем доме и в результате неисправная аппаратура, а варистор целый — не редкость. Высоковольтные перенапряжения случайны и результат их воздействия непредсказуем. И если штатно варистор рассеивает высоковольтные импульсы, но когда-то наступает случай, что он не выдерживает мощности паразитного импульса и сгорает. Горит с переходом в проводящее состояние. По этой причине обязательна защита плавким предохранителем. Такая вот обязательная защита защиты.
На практике (особенно для себя любимого) лучше использовать варисторы на 390В или 430В постоянного напряжения. Воздействие высоковольтных импульсов очень не полезно для электролитов (а они чаще всего на 400В, а в дешевом ширпотребе даже на 350В).
Варисторы имеют достаточно большую емкость (до 50 нф), что ограничивает их применение на высоких частотах.
Как проверить варистор? Сразу напрашивается вариант собрать простейшую цепь из резистора для ограничения тока, варистора, нагрузки и повышающего трансформатора с возможностью регулирования напряжения. Важно выяснить точно напряжение перехода в проводящее состояние. Вариант проще – подключаем нашу цепочку к мегоометру с напряжением 500 вольт, и убеждаемся в срабатывании варистора. Косвенная проверка – измерить ёмкость варистора. Я не ошибся, именно ёмкость.
Маркировка на варисторе — это не всегда напряжение (иногда это условный код), а если и напряжение то не всегда одно и то же. Разные производители маркируют варисторы по-разному. Используются как максимальное значение рабочего действующего синусоидального напряжения (EPCOS), иногда действующее значение синусоидального напряжения при котором происходит отпирание варистора, а китайцы ставят постоянное напряжение отпирания. Надо обязательно читать документацию конкретного производителя.
Для примера: варистор EPCOS/TDK с маркировкой 241 это фактически аналог 431 у китайского TKS с маркировкой TVR оба отпираются постоянным напряжением около 430В.
Напряжение отпирания варистора величина не точная. Классический разброс составляет -15%. ..+20%. А у лучших производителей — не менее 10%. И зависимость от температуры никто не отменял.
Отличия варисторов от супрессоров.
Супрессор проигрывает варистору в поглощаемой энергии. Варистор тем и хорош, что тепло в нем выделяется по всей толщине материала и отсутствуют локальные перегревы. Супрессор обладает отличным быстродействием, но легко перегревается и выходит из строя при миллисекундных импульсах. Энергию варистор при коротких перенапряжениях, не рассеивает (не успевает), а поглощает.
Крутизна характеристики варистора довольно большая (но меньше чем у супрессоров).
Варисторы применяются в схемах с большой мощностью импульса, но относительно низким значением скорости его нарастания (крутизна фронта). К примеру, тиристорные преобразователи.
Супрессоры — в схемах с большей крутизной, но меньшей длительностью. Это преобразователи на основе IGBT или MOSFET-транзисторов. Работа транзисторов в ключевом режиме характеризуется малой длительностью выбросов напряжения (не более сотен нс; очень редко мкс), но при этом крутым фронтом импульса.
Стабилитроны тоже можно применять, то только в низковольтных транзисторных схемах с малыми скоростями изменения напряжения.
Короткие выводы:
1. Варисторы хорошо защищают сети питания радиоаппататуры от коротких высоковольтных выбросов напряжения, которые физически не поглощаются входными фильтрующими конденсаторами. Но не являются защитой от перенапряжений ниже напряжения открывания самого варистора.
2. Супрессоры хорошо использовать для защиты силовых ключей от переходных процессов и пиковых перенапряжений короткими импульсами.
3. При выборе варистора в качестве замены ориентируемся на напряжение открывания варистора. Обращать внимание на производителя, смотреть документацию по конкретному прибору.
4. Для защиты от перенапряжений в сети (не высоковольтных импульсных) хорошее решение применять ограничители напряжения и ограничители тока короткого замыкания (это для себя, а клиенту как совет).
P.S Всё, что выше никак не учебник и не претендует на полноту. Целенаправленно не перечислены все параметры рассмотренных элементов. Замечания на рассмотренную тему будут полезны не только автору.
Варистор схема включения для защиты
Среди радиолюбителей большой популярностью пользуются варисторы. Они применяются практически во всех электронных устройствах и позволяют усовершенствовать некоторые приборы. Для использования в схемах следует понять принцип работы варистора, а также знать его основные характеристики. Кроме того он, как и любая деталь, обладает своими достоинствами и недостатками, которые нужно учитывать при построении и расчете электрических схем.
Общие сведения
Варистор (varistor) является полупроводниковым резистором, уменьшающим величину своего сопротивления при увеличении напряжения. Условное графическое обозначение (УГО) представлено на рисунке 1, на котором изображена зависимость сопротивления радиокомпонента от величины напряжения. На схемах обозначается znr. Если их больше одного, то обозначается в следующем виде: znr1, znr2 и т.
д.Рисунок 1 — УГО варистора.
Многие начинающие радиолюбители путают переменный резистор и варистор. Принцип действия, основные характеристики и параметры этого элемента отличаются от переменного резистора. Кроме того, распространенной ошибкой составления электрических принципиальных схем является неверное его УГО. Варистор выглядит как конденсатор и распознается только по маркировке.
Виды и принцип работы
Полупроводниковые резисторы классифицируются по напряжению, поскольку от этого зависит их сфера применения. Их всего 2 вида:
- Высоковольтные с рабочим напряжением до 20 кВ.
- Низковольтные, напряжение которых находится в диапазоне от 3 до 200 В.
Все они применяются для защиты цепей от перегрузок: первые — для защиты электросетей, электрических машин и установок; вторые служат для защиты радиокомпонентов в низковольтных цепях.
Принцип работы варисторов одинаков и не зависит от его вида.
В исходном состоянии он обладает высоким сопротивлением, но при превышении номинального значения напряжения оно падает. В результате этого, по закону Ома для участка цепи, значение силы тока возрастает при уменьшении величины сопротивления. Варистор при этом работает в режиме стабилитрона. При проектировании устройства и для корректной его работы следует учитывать емкость варистора, значение которой прямо пропорционально площади и обратно пропорционально его толщине.
Для того чтобы правильно подобрать элемент для защиты от перегрузок в цепях питания устройства, следует знать величину сопротивления источника на входе, а также мощность импульсов, образующихся при коммутации. Максимальное значение силы тока, пропускаемое варистором, определяет величину длительности и периода повторений выбросов амплитудных значений напряжения.
Маркировка и основные параметры
Маркировка варисторов отличается, поскольку каждый производитель этих радиокомпонентов имеет право устанавливать ее самостоятельно. Это, прежде всего, связано с его техническими характеристиками. Например, различия по напряжениям и необходимым уровням тока для его работы.
Среди отечественных наиболее распространенным является К275, а среди импортных — 7n471k, 14d471k, kl472m и ac472m. Наибольшей популярностью пользуется варистор, маркировка которого — CNR (бывают еще hel, vdr, jvr). Кроме того, к ней прикрепляется цифробуквенный индекс 14d471k, и расшифровывается этот вид обозначения следующим образом:
- CNR — металлооксидный тип.
- 14 — диаметр прибора, равный 14 мм.
- D — радиокомпонент в форме диска.
- 471 — максимальное значение напряжения, на которое он рассчитан.
- К — допустимое отклонения классификационного напряжения, равное 10%.
Существуют технические характеристики, необходимые для применения в схеме. Это связано с тем, что для защиты различных элементов цепи следует использовать различный тип полупроводникового сопротивления.
Их основные характеристики:
- Напряжение классификации — значение разности потенциалов, взятое с учетом того, что сила тока, равная 1 мА, протекает через варистор.
- Максимальная величина переменного напряжения — является среднеквадратичным значением, при котором он открывается и, следовательно, величина его сопротивления понижается.
- Значение постоянного максимального напряжения, при котором варистор открывается в цепи постоянного тока. Как правило, оно больше предыдущего параметра для тока переменной амплитуды.
- Допустимое напряжение (напряжение ограничения) является величиной, при превышении которой происходит выход элемента из строя. Указывается для определенной величины силы тока.
- Поглощаемая максимальная энергия измеряется в Дж (джоулях). Эта характеристика показывает величину энергии импульса, которую может рассеять варистор и при этом не выйти из строя.
- Время реагирования (единица измерения — наносекунды, нс) — величина, требуемая для перехода из одного состояния в другое, т. е. изменение величины сопротивления с высокой величины на низкую.
- Погрешность напряжения классификации — отклонение от номинального его значения в обе стороны, которое указывается в % (для импортных моделей: К = 10%, L = 15%, M = 20% и Р = 25%).
После описания принципа работы, особенностей маркировки и основных характеристик следует рассмотреть сферы применения варисторов.
Применение приборов
Варисторы применяются для защиты электронных устройств от скачкообразного напряжения, амплитуда которого превышает номинальное значение питания. Благодаря применению в блоках питания полупроводникового резистора, появляется возможность избежать множества поломок, которые могут вывести электронику из строя. Широкое применение варистор получил и в схеме балласта, который применяется в элементах освещения.
В некоторых стабилизаторах величин напряжения и тока также используются специализированные полупроводниковые резисторы, а варисторы-разрядники с напряжением более 20 кВ применяются для стабилизации питания в линиях электропередач. Его можно подключить также и в схему проводки (схема 1), защитив ее от перегрузок и недопустимых амплитудных значений тока и напряжения. При перегрузке проводки происходит ее нагрев, который может привести к пожару.
Схема 1 — Подключение варистора для сети 220В.
Низковольтные варисторы работают в диапазоне напряжения от 3 В до 200 В с силой тока от 0,1 до 1 А. Они применяются в различной аппаратуре и ставятся преимущественно на входе или выходе источника питания. Время их срабатывания составляет менее 25 нс, однако этой величины для некоторых приборов недостаточно и в этом случае применяются дополнительные схемы защиты.
Однако технология их изготовления не стоит на месте, поскольку фирма «S+М Eрсоs» создала радиоэлемент с временем срабатывания менее 0,5 нс. Этот полупроводниковый резистор изготовлен по smd-технологии. Конструкции дискового исполнения обладают более высоким временем срабатывания. Многослойные варисторы (CN) являются надежной защитой от статического электричества, которое может вывести из строя различную электронику.
Достоинства и недостатки
Для использования варистора следует ознакомиться с его положительными и отрицательными сторонами, поскольку от этого зависит защита электроники. К положительным качествам следует отнести следующие:
- Высокое время срабатывания.
- Отслеживание перепадов при помощи безинерционного метода.
- Широкий диапазон напряжений: от 12 В до 1,8 кВ.
- Длительный срок службы.
- Низкая стоимость.
У варистора, кроме его достоинств, существуют серьезные недостатки, на которые следует обратить внимание при разработке какого-либо устройства . К ним относятся:
- Большая емкость.
- Не рассеивают мощность при максимальном значении напряжения.
Емкость полупроводникового прибора находится в пределах от 70 до 3200 пФ и, следовательно, существенно влияет на работу схемы. Эта величина зависит от конструкции и типа прибора, а также от напряжения. Однако в некоторых случаях этот недостаток является достоинством при использовании его в фильтрах. Значение большей емкости ограничивает величину напряжения.
При максимальных значениях напряжения для рассеивания мощности следует применять варисторы-разрядники, поскольку обыкновенный полупроводниковый прибор перегреется и выйдет из строя. Каждому радиолюбителю следует знать алгоритм проверки варистора, поскольку при обращении в сервисные центры существует вероятность заплатить за ремонт больше, чем он стоит в действительности.
Проверка на исправность
Для поиска неисправностей необходима схема устройства. Для примера следует обратиться к схеме 2, в которой применяется варистор. В ней будет рассмотрен только вариант выхода из строя полупроводникового резистора. Основным этапом поиска неисправностей является подготовка рабочего места и инструмента, которая позволяет сосредоточиться на выполнении ремонта и произвести его качественно. Для ремонтных работ потребуется следующий инструмент:
- Отвертка.
- Щетка, которая нужна для очистки платы от пыли. Следует производить очистку постоянно, поскольку она является проводником электричества. В результате этого может произойти выход из строя определенного элемента схемы или короткое замыкание.
- Паяльник, олово и канифоль.
- Мультиметр для диагностики радиокомпонентов.
- Увеличительное стекло для просмотра маркировки.
После подготовки рабочего места и инструмента следует аккуратно разобрать сетевой фильтр, а затем при необходимости произвести очистку от пыли и мусора.
Схема 2 — Схема электрическая принципиальная сетевого фильтра на 220 вольт и его доработка.
Найти варистор и произвести его визуальный осмотр. Корпус должен быть целым и без трещин. Если было обнаружено нарушение целостности корпуса, то его необходимо выпаять и произвести замену на такой же или выбрать аналог. Необходимо отметить, что полярность подключения варистора в цепь не имеет значения. Если механические повреждения не обнаружены, то следует перейти к его диагностике, которая производится двумя способами:
- Измерение сопротивления.
- Поиск неисправности, исходя из технических характеристик элемента.
В первом случае деталь выпаивается из платы и замеряется значение ее сопротивления при помощи мультиметра. Переключатель ставится в положение максимального диапазона измерений (2 МОм достаточно). При замере не следует касаться руками варистора, поскольку прибор покажет сопротивление тела. Если мультиметр показывает высокие значения, то радиокомпонент исправен, а при других значениях его следует заменить. После замены следует собрать корпус и произвести включение сетевого фильтра.
Существует и другой способ выявления неисправного варистора, основанный на анализе характеристик элемента. Его, как правило, используют в том случае, если замер величины сопротивления не дал необходимых результатов. Для этого следует обратиться к техническим характеристикам варистора, согласно которым можно выявить его неисправность.
Следует проверить силу тока, при которой он работает, поскольку ее значение может быть меньше необходимой. В этом случае он не будет работать. Также нужно проверить величину напряжения, на которую он рассчитан. Если по каким-либо причинам эти показатели меньше допустимых, то полупроводниковый резистор не откроется.
Таким образом, варистор получил широкое применение в различных устройствах защиты от перепадов напряжения и блоках питания, а также статического электричества. Современные технологии позволяют получить низкие показатели времени срабатывания, благодаря которому сферы применения этого радиоэлемента расширяются.
Принцип действия
Варистор — это полупроводниковый прибор с симметричной нелинейной вольтамперной характеристикой. По ее форме можно сделать вывод о том, что варистор работает и в переменном и в постоянном токе. Рассмотрим её подробнее.
В нормальном состоянии ток через варистор предельно мал, его называют током утечки. Его можно рассматривать как диэлектрический компонент с определенной электрической емкостью и можно говорить, что он не пропускает ток. Но, при определенном напряжении (на картинке это + — 60 Вольт) он начинает пропускать ток.
Другими словами, принцип работы варистора в защитных цепях напоминает разрядник, только в полупроводниковом приборе не возникает дугового разряда, а изменяется его внутреннее сопротивление. При уменьшении сопротивления, ток с единиц микроампер возрастает до сотен или тысяч Ампер.
Условное графическое изображение варистора в схемах:
Обозначение элемента на схемах напоминает обычный резистор, но перечеркнутый по диагонали линией, на которой может быть нанесена буква U. Чтобы найти на плате или в схеме этот элемент – обращайте внимание на подписи, чаще всего они обозначаются, как RU или VA.
Внешний вид варистора:
Варистор устанавливают параллельно цепи для ее защиты. Поэтому при импульсе напряжения защищаемой цепи — энергия поступает не в устройство, а рассеивается в виде тепла на варисторе. Если энергия импульса слишком велика — варистор сгорит. Но понятие сгорит размазано, варианта развития два. Либо варистор просто разорвет на части, либо его кристалл разрушится, а электроды замкнутся накоротко. Это приведет к тому, что выгорят дорожки и проводники, или произойдет возгорание элементов корпуса и других деталей.
Чтобы этого избежать перед варистором, последовательно со всей цепью на сигнальный или питающий провод устанавливают предохранитель. Тогда в случае сильного импульса напряжения и долговременного срабатывания или перегорания варистора сгорит и предохранитель, разорвав цепь.
Если сказать вкратце, для чего нужен такой компонент — его свойства позволяют защитить электрическую цепь от губительных всплесков напряжения, которые могут возникать как на информационных линиях, так и на электрических линиях, например, при коммутации мощных электроприборов. Мы обсудим этот вопрос немного ниже.
Устройство
Варисторы устроены достаточно просто — внутри есть кристалл полупроводникового материала, чаще всего это Оксид Цинка (ZiO) или Карбид Кремния (SiC). Прессованный порошок этих материалов подвергают высокотемпературной обработке (запекают) и покрывают диэлектрической оболочкой. Встречаются либо в исполнении с аксиальными выводами, для монтажа в отверстия на печатной плате, а также в SMD-корпусе.
На рисунке ниже наглядно изображено внутреннее устройство варистора:
Основные параметры
Чтобы правильно подобрать варистор, нужно знать его основные технические характеристики:
- Классификационное напряжение, может обозначаться как Un. Это такое напряжение, при котором через варистор начинает протекать ток силой в 1 мА, при дальнейшем превышении ток лавинообразно увеличивается. Именно этот параметр указывают в маркировке варистора.
- Номинальная рассеиваемая мощность P. Определяет, сколько может рассеять элемент с сохранением своих характеристик.
- Максимальная энергия одиночного импульса W. Измеряется в Джоулях.
- Максимальный ток Ipp импульса. При том что фронт нарастает в течении 8 мкс, а общая его длительность — 20 мкс.
- Емкость в закрытом состоянии — Co. Так как в закрытом состоянии варистор представляет собой подобие конденсатора, ведь его электроды разделены непроводящим материалом, то у него есть определенная емкость. Это важно, когда устройство применяется в высокочастотных цепях.
Также выделяют и два вида напряжений:
— максимальное действующее или среднеквадратичное переменное;
Маркировка и выбор варистора
На практике, например, при ремонте электронного устройства приходится работать с маркировкой варистора, обычно она выполнена в виде:
20D 471K
Что это такое и как понять? Первые символы 20D — это диаметр. Чем он больше и чем толще — тем большую энергию может рассеять варистор. Далее 471 — это классификационное напряжение.
Могут присутствовать и другие дополнительные символы, обычно указывают на производителя или особенность компонента.
Теперь давайте разберемся как правильно выбрать варистор, чтобы он верно выполнял свою функцию. Чтобы подобрать компонент, нужно знать в цепи с каким напряжением и родом тока он будет работать. Например, можно предположить, что для защиты устройств, работающих в цепи 220В нужно применять варистор с классификационным напряжением немного выше (чтобы срабатывал при значительных превышениях номинала), то есть 250-260В. Это в корне не верно.
Дело в том, что в цепях переменного тока 220В — это действующее значение. Если не углубляться в подробности, то амплитуда синусоидального сигнала в корень из 2 раз больше чем действующее значение, то есть в 1,41 раза. В результате амплитудное напряжение в наших розетках равняется 300-310 В.
Где 1,1 – коэффициент запаса.
При таких расчетах элемент начнет срабатывание при скачке действующего напряжения больше 240 Вольт, значит его классификационное напряжение должно быть не менее 370 Вольт.
Ниже приведены типовые номиналы варисторов для сетей переменного тока с напряжением в:
120)– 271k;
200В (180
220) – 431k;
240В (210
250) – 471k;
240В (240
Применение в быту
Назначение варисторов — защита цепи при импульсах и перенапряжениях на линии. Это свойство позволило рассматриваемым элементам найти свое применение в качестве защиты:
- линий связи;
- информационных входов электронных устройств;
- силовых цепей.
В большинстве дешевых блоков питания не устанавливают никаких защит. А вот в хороших моделях по входу устанавливают варисторы.
Кроме того, все знают, что компьютер нужно подключать к питанию через специальный удлинитель с кнопкой — сетевой фильтр. Он не только фильтрует помехи, в схемах нормальных фильтров также устанавливают варисторы.
Часто электрики рекомендуют защитить китайские светодиодные лампы, установив варистор параллельно патрону. Также защищают и другие устройства, некоторые монтируют варистор в розетку или в вилку, чтобы обезопасить подключаемую технику.
Чтобы защитить всю квартиру — вы можете установить варистор на дин-рейку, в хороших устройствах в корпусе расположены настоящие мощные варисторы диаметром с кулак. Примером такого устройства является ОИН-1, который изображен на фото ниже:
В заключение хотелось бы отметить, что назначение варистора – защитить какую-либо электрическую цепь. Принцип работы основан на изменении сопротивления полупроводниковой структуры под воздействием высокого напряжения. Напряжение, при котором через элемент начинает течь ток силой 1 мА называют классификационным. Это и диаметр элемента есть основными параметрами при выборе. Пожалуй, мы доступно объяснили, что такое варистор и для чего он нужен, задавайте вопросы в комментариях, если вам что-то непонятно.
Напоследок рекомендуем просмотреть полезные видео по теме статьи:
Наверняка вы не знаете:
youtube.com/embed/iWBUQsbUZlQ»/>
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.
Варистор, варисторная защита — принцип действия, применение
Варисторная защита, построенная на использовании полупроводниковых резисторов нелинейного типа, служит прекрасным средством для защиты от импульсных перенапряжений.
Варистор отличает резко-выраженная вольт-амперная характеристика нелинейного вида. Благодаря этому свойству с помощью варисторной защиты успешно решаются задачи по защите различных бытовых устройств и производственных объектов.
Принцип действия варистора
Варисторная защита подключается параллельно основному оборудованию, которое необходимо защитить. После возникновения импульса напряжения, благодаря наличию нелинейной характеристики, варистор шунтирует нагрузку и уменьшает величину сопротивления до нескольких долей Ома. Энергия, при перенапряжении, поглощается и рассеивается в виде тепла. Варистор как бы срезает импульс опасного перенапряжения, поэтому защищаемое устройство остается невредимым, что возможно даже с низким уровнем изоляции.
Рис. №1. Конструктивная схема варистора и его характеристика.
Условное обозначение варистора, например, СНI-1-1-1500. СН означает, нелинейное сопротивление, первая цифровое значение – материал, вторая – конструкцию ( 1- стержневой; 2 – дисковый), третья цифра – номер разработки, последняя цифра обозначает значение падения напряжения.
Таблица классификации варисторов
Конструктивные особенности варисторов
Наиболее технологически востребованные материалы для изготовления варистора оксид цинка или порошок карбида кремния, он позволяет успешно поглощать импульсы напряжения с высокоэнергетическими импульсами. Процесс изготовления строится на основе «керамической» технологии, которая заключается на запрессовке элементов с обжигом, установкой электродов, выводов и покрытие приборов электроизоляцией и влагозащитным слоем. Благодаря стандартной технологии варисторы можно делать по индивидуальному заказу.
Параметры варисторов
- Номинальное классификационное напряжение Uкл – считается постоянным показателем, при этом значении через прибор проходит расчетный ток.
- Максимально допустимое значение напряжения импульса, для варисторов стержневого типа входит в границы от 1,2 В до 2 В, для дисковых устройств в пределы от 3 до 4 В.
- Коэффициент нелинейности β – он показывает отношение сопротивления варистора к постоянному току к его сопротивлению переменному току.
- Быстродействие или время срабатывания, обозначает переход из высокоомного положения в низкоомное и может составить несколько нс, примерно, 25 нс.
Защита варисторами
Варисторы защитного типа, марок: ВР-2, ВР-2; СН2-1; СН2-2 рассчитаны на напряжение в границах от 68В до 1500 В, энергия рассеивания в диапазоне от 10 до 114 Дж, коэффициент нелинейности должен превышать значение 30.
Напряжение варисторов защитного класса удовлетворяет показателям максимально возможного пикового напряжения силовой связи, обязательно должно учитываться границы нестабильности напряжения до 10% и разброс величин классификационного напряжения в зависимости от технологических условий.
Uкл ≥ Uном * *1,1 * 1,1
Для сети U = 220В, Uкл ≥ 375 В.
Для трехфазной сети напряжением Uном = 380 В; Uкл ≥ 650 В
Сфера применения варисторов
Приборы используются в устройствах стабилизирующих высоковольтные источники напряжения в телевизорах, для обеспечения стабильного протекания токов в отклоняющих катушках кинескопов, они используются для размагничивания цветных кинескопов и в системах автоматического регулирования.
Варистор применяется в конструкции сетевого фильтра, он производит блокировку импульса перенапряжения и осуществляет защиту и по фазной, и по нулевой цепи.
Рис. №2. Сетевой фильтр с использованием варисторной защиты от импульсных перенапряжений, современная защита может погасить выброс энергии до 3400 Дж, это условие обеспечивает защиту от любых экстренных неожиданных ситуаций.
Большое распространение варисторы получили в конструкции мобильных телефонов для предохранения их от статичного электричества.
Автомобильная электроника и телекоммуникационные сети, еще одна распространенная сфера применения варисторов. Варисторы используются для люминесцентного освещения для защиты от перенапряжения ЭПРА.
Аналогом варисторной защиты служит молниезащита ОПН от перенапряжений и от гроз в высоковольтных цепях, на воздушных линиях и подстанциях.
Внутренняя электросеть в здании оборудуется шкафами от импульсных перенапряжений.
Рис. №3. ЩЗИП – щит от импульсного перенапряжения.
Конструктивная особенность защиты от перенапряжений в здании и размещения ее в щите. Это разнос шины заземления и фазного провода на большое расстояние друг от друга более 1 метра. Подборка элементов в шкафу и установка УЗИП требует внимательного расчета и выбирается в индивидуальном порядке для каждой определенной электроустановки.
Пишите комментарии,дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.
Поделиться ссылкой:
Похожее
Как подобрать аналог варистора
В предыдущей статье, посвящённой варисторам, мы рассказали как именно заменить варистор и маркировку варисторов.
Но очень часто нам задают вопрос, каким варистором заменить сгоревший, как подобрать аналог и у всех-ли варисторов одинаковая маркировка.
Подбирать варисторы для замены логичней не по фирме производителю и не по цвету, а по:
- напряжению
- диаметру.
Диаметр соответствует способности варистора поглотить определённую мощность импульса, поэтому следует заменять на такой же, или больше.
Напряжение срабатывания можно узнать по маркировке — из таблицы и по нему подобрать аналог из имеющихся.
Если маркировка не сохранилась, то подобрать можно по:
- функциональному назначению
- по электронной схеме
К примеру, если он стоит на входе прибора работающего от переменной сети 220 В, то как правило, он рассчитан на классификационное напряжение — 470 В, 560 В реже 430 В.
Это соответствует среднеквадратичному значению переменного напряжения 300 В, 350 В и 275 В соответственно. В подавляющем большинстве случаев ставят на напряжение 470 В, тогда исключаются частые сгорания предохранителя и радиоэлементы платы защищены надёжней.
Параметры и маркировка варисторов разных производителей
Как измерить параметры варистора
Если у вас есть варистор со стёртой маркировкой или такой нет в таблице аналогов, то вполне возможно измерить напряжение срабатывания варистора.
Для этого достаточно подключить его к блоку питания, который может обеспечить необходимое напряжение и у которого можно ограничить максимальный ток, чтобы варистор не разрушился (полярность подключения не имеет значения)
У меня к сожалению такого под рукой не оказалось, поэтому я выбрал другой способ. Я подключил варистор к мегомметру, который измеряет сопротивление высоким напряжением, у данного прибора три предела 250 В, 500 В и 1000 В, что оказалось вполне достаточно.
Я проверял два варистора — на 470 В и на 680 В, первый на пределе 500 В, второй 1000 В.
Как видно на фото, параметры вполне укладываются в допуск 10%.
Перед измерением обязательно прочтите инструкцию к прибору и убедитесь, что данная операция не повредит его, а также соблюдайте все требования по технике безопасности при работе с высоким напряжением.
Что такое варистор? Определение, конструкция, работа, характеристики, преимущества, недостатки и применение варистора
Определение : Варистор — это 2-контактный полупроводниковый прибор, который защищает электрические и электронные устройства от переходных процессов перенапряжения. Его сопротивление зависит от приложенного входного напряжения.
Слово варистор формируется путем объединения варистора и resi stor . Он также известен как резистор, зависящий от напряжения , VDR , сопротивление которого изменяется автоматически при соответствующем изменении напряжения на нем.
Он всегда подключается к защищаемому устройству. В основном это делается для защиты схемы от скачков напряжения.
На рисунке ниже показано символическое изображение варистора:
Они в основном используются для защиты схемы от колебаний высокого напряжения.
Конструкция варистора
Варисторы образуются при вдавливании кристаллов карбида кремния или оксидов металлов в керамический материал.
После высыхания материала производится спекание при высокой температуре.Электрические характеристики устройства зависят от температуры и атмосферных условий.
Для обеспечения хороших электрических контактов контакты материала металлизируются серебром или медью. Затем к контактам припаиваются выводы, комплектуются и кодируются варисторы.
На рисунке ниже показан варистор дискового типа:
В настоящее время это самые распространенные фиксаторы напряжения , которые можно использовать в широком диапазоне напряжений. Это нелинейное устройство , которое поглощает разрушительную энергию и рассеивает ее в виде тепла, чтобы предотвратить повреждение системы.
Обычно при его производстве используется оксид цинка , , поэтому он также известен как варистор на основе оксида металла .
На рисунке ниже показана структура металлооксидного варистора:
Здесь варистор состоит на 90% из оксида цинка, а остальное — из присадочного материала , образующего переход. Стандартный карбид кремния отличается от варистора на основе оксида металла тем, что MOV имеет меньший ток утечки, а его рабочая скорость выше.
Работа и характеристики варистора
Прежде чем приступить к работе, давайте сначала поймем взаимосвязь между напряжением и сопротивлением варисторов.
На рисунке ниже показана кривая зависимости сопротивления от напряжения для варистора:
Варисторы проявляют необычное поведение в случае сопротивления. Здесь мы видим, что когда напряжение низкое, сопротивление на нем высокое. Но сопротивление быстро падает с увеличением напряжения выше номинального.
Давайте теперь посмотрим на подробное описание работы варистора:
Когда на устройство подается определенное низкое напряжение, оно создает высокое сопротивление, из-за чего через него проходит очень слабый ток. Когда напряжение увеличивается и достигает напряжения фиксации, то есть номинального напряжения, ток увеличивается.
Именно в это время замечается изменение в работе варисторов. Таким образом, после этого напряжения устройство, которое до сих пор работало как изолятор, теперь начинает вести себя как проводник.Таким образом, после номинального напряжения сопротивление, предлагаемое им, станет очень низким, позволяя проходить через него очень сильному току.
Таким образом, говорят, что напряжение имеет нелинейную характеристику с током .
На рисунке ниже показана вольт-амперная характеристика варистора:
Здесь, как мы видим, пока не будет достигнуто напряжение фиксации, устройство остается в непроводящем состоянии. Таким образом, мы можем видеть линейную зависимость между напряжением и током.В это время через него проходит ток утечки очень небольшого значения. Из-за оказываемого им высокого сопротивления.
Однако, после этого конкретного уровня напряжения, проводящее состояние достигается варисторами. Таким образом, мы можем видеть, что сопротивление стало очень низким и через него протекает большой ток даже после того, как напряжение ограничено после номинального напряжения.
Преимущества варистора
- Обеспечивает отличную защиту от перенапряжения.
- Поскольку не показывает полярного эффекта , двунаправленность достигается легко.
Недостаток варистора
Применение варистора
Он показывает широкое применение в защите устройств, таких как защита линии связи, микропроцессора и защиты источников питания. В защите переменного тока и кабельного телевидения от перенапряжения и т. Д.
an9767
% PDF-1.5 % 457 0 объект > / OCGs [552 0 R] >> / OpenAction 458 0 R / Резьбы 459 0 R / Тип / Каталог >> endobj 461 0 объект > endobj 62 0 объект > endobj 578 0 объект > поток 1999-05-04T09: 08: 01ZAdobe Illustrator CS32010-04-23T16: 20: 21-05: 002010-04-23T16: 20: 21-05: 00
Что такое варистор против TVS-диода? Как выбрать лучший варистор для защиты вашей схемы
Что такое варистор против диода TVS? Как выбрать лучший варистор для защиты вашей схемы
Варистор — это устройство, сопротивление которого изменяется в зависимости от напряжения на его выводах, но в нелинейной зависимости. Некоторые электрические устройства демонстрируют такое поведение, но термин «варистор» зарезервирован для компонентов, которые рассеивают энергию в твердом материале, а не в переходе.
В нормальных условиях эксплуатации варистор действует как разомкнутая цепь с высоким импедансом. Преимущество нелинейной зависимости между сопротивлением и напряжением становится очевидным при наличии высокого переходного напряжения. Сопротивление варистора уменьшается с увеличением напряжения, и он ограничивает напряжение до безопасного уровня, эффективно защищая параллельные компоненты в цепи.
Варистор против диода TVS
Способность защищать чувствительные части схемы от высоких переходных напряжений — это та же функция, что и TVS-диод. Есть заметные различия при сравнении варистора и TVS-диода, которые мы рассмотрим.
Варисторы — это двунаправленные компоненты, подходящие как для цепей переменного, так и для постоянного тока. Они бывают разного дизайна. Самая популярная конструкция, радиальный диск, очень напоминает конденсатор, но не следует путать с ним.
Какие типы варисторов использовать?
Варисторы могут изготавливаться из разных материалов. Их состав определяет их электрические свойства. Изучение и сравнение характеристик различных варисторов позволяет проводить интересные эксперименты и исследования. Коммерческие производственные компании даже создали собственные смеси.
Отношение тока к напряжению варистора можно выразить с помощью следующего соотношения:
I =
кВГде K и — постоянные варистора.K является функцией геометрии варистора и определяет степень нелинейности сопротивления, испытываемого устройством. Высокое значение обычно означает лучший зажим. Для идеального резистора с линейным соотношением V-I это 1.
Наиболее распространенным типом варистора на рынке сегодня является металлооксидный варистор MOV.
Ищете металлооксидные варисторы? В магазине MDE Semiconductor представлен широкий ассортимент варисторов, тиристоров, TVS-диодов
Однако до того, как были представлены MOV, предпочтительным варистором был карбид кремния SiC. Варисторы из SiC производятся путем сплавления зерен SiC вместе для образования керамической основы и объединения добавок, таких как графит, различные соли и оксиды, для улучшения свойств конечного материала. Недостатком варисторов SiC, и почему MOV в значительной степени их заменили, является значительное количество электрического тока, который они потребляют в режиме ожидания. Варисторы на основе SiC имеют типичную мощность в диапазоне 3-7.
С другой стороны, MOV имеют более высокие значения по сравнению с варисторами SiC, между 20-50. В процессе производства оксиды металлов, а именно оксид цинка (ZnO), сплавлены в керамическую основу и объединены с такими добавками, как оксиды висмута, марганца или кобальта.Типичное распределение — 90% ZnO и 10% добавок. Полученный материал имеет поликристаллическую микроструктуру, которая может рассеивать большое количество энергии по всей своей массе. Затем материал помещается между металлическими электродами.
В оставшейся части этой статьи варисторы будут относиться к MOV.
Как варисторы защищают схемы от высоких переходных напряжений на уровне микроструктуры
Переходные напряжения — это временные скачки напряжения, которые могут возникать в результате колебаний источника питания, ударов молнии, переключения индуктивной нагрузки, электростатического разряда и т. Д.Последствия этих переходных процессов могут варьироваться от незначительных до катастрофических, отсюда и необходимость защиты от их возникновения.
Кристаллическая структура MOV состоит из случайно ориентированных зерен оксида металла, которые являются проводниками, разделенными резистивной межзеренной границей. Эти границы демонстрируют полупроводниковые характеристики P-N-перехода.
В цепи, работающей нормально и испытывающей низкое напряжение, только небольшая величина тока течет в варисторе из-за обратной утечки через переходы.Когда прикладывается высокое переходное напряжение, которое превышает напряжение пробоя варистора, на переходах происходит лавинный пробой, и варистор становится проводником (варистор ограничивает напряжение до безопасного уровня, когда он проводит).
Важно отметить, что варисторы не могут обеспечить защиту от непрерывного скачка напряжения, даже если величина напряжения значительно ниже, чем переходные напряжения, для которых он рассчитан. В этом случае разработчик схем должен рассмотреть другие варианты между варистором и TVS-диодом.
Технические характеристики, которые необходимо знать перед выбором варистора
Длительный срок службы варистора и его эффективность при обеспечении требуемого уровня защиты зависит от использования варистора в правильной цепи и соблюдения спецификаций производителя.
Ниже приведены типовые характеристики, включенные в листы технических данных, предоставленные производителями. Кроме того, предоставляются кривые номинальных импульсов или диаграммы возможностей повторяющихся скачков напряжения, которые рисуют картину типов событий, которые могут выдерживать варисторы.
Номинальное напряжение: Максимальное продолжительное напряжение постоянного или синусоидального среднеквадратичного значения, которое может быть приложено.
- Напряжение ограничения: напряжение на клеммах варистора, при котором он замыкается.
- Импульсный ток: Максимальный пиковый ток данной формы волны для указанной длительности импульса, который может быть приложен к варистору без его выхода из строя.
- Ток утечки (ток в режиме ожидания): ток, протекающий через варистор, когда он находится в разомкнутом состоянии (непроводящее состояние ниже напряжения ограничения).Ток указан для данного напряжения на варисторе.
- Максимальное поглощение энергии: максимальное количество энергии, которое варистор может рассеять за заданную длительность импульса заданной формы волны
- Емкость: Типичный диапазон от 100 до 1000 пФ
- Время отклика: время, за которое варистор переходит из непроводящего состояния в проводящее состояние после подачи номинального напряжения. То есть продолжительность, в течение которой схема подвергается воздействию переходного напряжения, пока варистор не снизит напряжение.
Процедура выбора лучшего варистора для вашей схемы
Приведенные ниже шаги представляют собой быстрое и приблизительное руководство по выбору лучшего варистора для вашей конструкции.
Ищете металлооксидные варисторы? В магазине MDE Semiconductor представлен широкий ассортимент варисторов, тиристоров, TVS-диодов
- Понимание нормальных условий работы схемы для определения рабочего напряжения варистора
Максимально допустимое рабочее напряжение выбранного варистора должно быть равно или немного превышать рабочее напряжение (переменного или постоянного тока) цепи.Допустимо увеличение на 10-15%.
- Приблизительное значение энергии, поглощаемой варистором во время переходного процесса
Номинальная мощность варистора — это мера максимально допустимой энергии для указанного импульса и продолжительности тока при приложении постоянного напряжения.
Если переходный процесс вызван разрядом индуктивности (например, трансформатора), энергию источника можно легко вычислить. Выберите варистор с рейтингом поглощения энергии, который равен или немного превышает значения энергии, связанные с событием, которое может возникнуть в цепи.Однако если переходное напряжение вызвано внешним событием, величина энергии источника неизвестна. В этом сценарии необходимо следовать процедуре аппроксимации для оценки энергии с использованием имеющейся в вашем распоряжении информации (тестирование, математическое приближение или графическая итерация).
3. Определите пиковый переходный ток через варистор (импульсный ток)
Если переходной процесс вызван индуктивностью, пиковый ток не будет превышать ток катушки индуктивности во время переключения.Рабочее напряжение, определенное на шаге 1, сузило выбор варисторов до полезного диапазона моделей. Графический анализ также может быть выполнен для определения переходного тока из характеристических кривых V-I, зная переходное напряжение и полное сопротивление источника.
4. Определите требования к средней рассеиваемой мощности варистора
Требуемая рассеиваемая мощность — это энергия, генерируемая за импульс, умноженная на количество импульсов в секунду.Номинальная мощность выбранного варистора должна быть эквивалентной или превышать это значение. Напомним, что варисторы не являются устройствами регулирования мощности и не подходят там, где периодически возникают переходные процессы.
- Выберите модель с требуемой характеристикой ограничения напряжения
Ограничивающее напряжение выбранного варистора должно приблизительно соответствовать максимальному напряжению, которое должны испытывать компоненты, расположенные ниже по сети.
Варисторные применения
Желаемые свойства варисторов делают их полезными для подавления переходных процессов как в бытовых, так и в промышленном оборудовании.Некоторые примеры практического использования:
- Защита телекоммуникационных линий и оборудования: смартфоны, блоки питания, зарядные устройства
- Protect Промышленное контрольное оборудование: системы дистанционного управления, управление машинами, системы сигнализации, бесконтактные переключатели, ЖК-дисплеи
- Защита силовой электроники: мостовые выпрямители, электросварка, импульсное питание, мощные преобразователи тока, преобразователи постоянного / переменного тока, силовые полупроводники
- Защита энергетического оборудования: трансформаторы, обмотки двигателя и генератора, индукторы, счетчик электроэнергии
- Защита автомобильного электрооборудования: блоки управления двигателя, выпрямители генератора, системы центрального замка, бортовые компьютеры, двигатели стеклоочистителей, светофор, светофоры
- Медицинское оборудование Protect: Диагностическое оборудование, терапевтическое оборудование, блоки питания
- Защита бытовой электроники и микропроцессоров: телевизоры, компьютеры, средства управления стиральными машинами, диммеры, лампы, термостаты, разветвители для защиты от перенапряжения
При выходе из строя варисторов: их ограничения
Варисторыимеют несколько ограничений, связанных с их конструкцией и способом поглощения переходной энергии.После многих крупных переходных процессов варисторы разрушаются (разрушается керамический слой). В их ухудшенном состоянии величина тока утечки через варистор увеличивается, что приводит к повышению температуры, даже когда цепь работает нормально. Если варистор не защищен, повышенный нагрев может привести к тепловому разгоне.
Так зачем нам продолжать использовать варисторы, учитывая эту хорошо известную и опасную неизбежность? Ответ кроется в варисторах современного поколения со встроенной функцией теплового отключения.Тепловой разъединитель обнаруживает повышение температуры MOV по мере ее ухудшения. Когда срок службы варистора истечет, тепловой выключатель размыкает цепь, защищая от возгорания.
Варистор против диода TVS
Подобно варисторам, TVS-диоды являются устройствами подавления переходных напряжений, которые используются для защиты электронных компонентов. Какой из них выбрать, зависит от того, какой реакции вы хотите добиться в своей цепи. В общем, лучшая защита будет иметь быстрое время отклика, низкое напряжение зажима, низкий ток в режиме ожидания, не забывая о физических факторах, таких как механизм отказа, стоимость, место на плате и надежность.Вот их сравнение:
TVS диоды
- Зажим для пониженного напряжения
- Не деградировать со временем
- Имеют низкую емкость, подходят везде, где чувствительность сигнала имеет высокий приоритет, например USB-порты
- Дороже
Варисторы (MOV)
- Напряжение зажима выше
- Со временем ухудшается, даже если используется в соответствии со спецификацией, и становится более проводящим
- Более эффективен для защиты цепей, требующих высокой емкости
- Имеют большую устойчивость к высокой энергии / температурам, используемым в средах с высоким напряжением, например.г., электросеть
- Более рентабельно
Ищете металлооксидные варисторы? В магазине MDE Semiconductor представлен широкий ассортимент варисторов, тиристоров, TVS-диодов
PPT — Обзор продуктов варистора Презентация PowerPoint, бесплатная загрузка
Обзор продуктов варистора 7 апреля 2010 г. РЕШЕНИЯ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЦЕПИ
Программа 1.Основы MOV (металлооксидный варистор) — Механизм действия — Электрические характеристики 2. Типы и применения MOV / MLV (многослойный варистор)
ТЕЛЕКОМНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ • КОМПЬЮТЕРЫ • ESD • EFT • ОПЕРАЦИИ • АВТОМОБИЛЬ • НАГРУЗКА • ИНДУКТИВНЫЕ НАГРУЗКИ • ПЕРЕХОДНЫЕ ПОРОСЫ Littelfuse • ПОРТАТИВНОЕ ЭЛЕКТРОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ • БЕЛЫЕ ТОВАРЫ ESD ПРОМЫШЛЕННЫЕ ПАНЕЛИ ДОМАШНИЕ РАЗВЛЕЧЕНИЯ Переходные скачки напряжения повсюду электрическая цепь.Его также называют варистором или переменным резистором, потому что его сопротивление изменяется с приложенным напряжением. Иногда некоторые производители называют их VDR или резисторами, зависимыми от напряжения. • MOV — это устройство, зависящее от напряжения, электрическое поведение которого аналогично обратным стабилитронам. • При воздействии переходных процессов высокого напряжения сопротивление MOV изменяется с почти разомкнутой цепи до очень низкого значения, тем самым ограничивая переходное напряжение до безопасного уровня. • Потенциально разрушительная энергия входящего переходного импульса поглощается варистором, тем самым защищая уязвимые компоненты схемы.
Термины • Переходные процессы напряжения • Скачки • Скачки напряжения • События перенапряжения (кратковременные) Все означают одно и то же.
Молния Переходные процессы 70 В на расстоянии 1 мили 10000 В на расстоянии 500 футов Подземные провода Электромагнитная связь с воздушными и подземными проводами
Ходьба по ковру: 35000 Вольт при относительной влажности = 20% 500 Вольт при относительной влажности = 65% Хождение по виниловому полу: 12000 В при относительной влажности = 20% 250 В при относительной влажности 65% Электростатический разряд ESD
Линия Переходный процесс в линии Рассеиваемая энергия MOV Напряжение зажима Vline Vline Зажимное действие на землю
Электрические параметры MOV рабочее напряжение Напряжение варистора фиксирующего напряжения при определенном токе Номинальная мощность 1 импульса Типичная емкость Номинальный ток 1 импульса После всего 1 достижения этих двух максимальных пределов необходимо заменить MOV.
Характеристики кривой V-I • Область утечки / низкого тока Действует как большой резистор, пока не достигнет области фиксации. • Зажимная область Действует как проводник в этой области. Пропускает большой ток для небольшого увеличения напряжения. • 3. Область высокого тока / подъема Меньший срок службы при использовании в этой области
Характеристики кривой V-I • Область утечки / низкого тока Действует как большой резистор до достижения области фиксации.• Зажимная область Действует как проводник в этой области. Пропускает большой ток для небольшого увеличения напряжения. • 3. Область высокого тока / подъема Меньший срок службы при использовании в этой области
Характеристики кривой V-I • Область утечки / низкого тока Действует как большой резистор до достижения области фиксации. • Зажимная область Действует как проводник в этой области. Проводит большой ток для небольшого увеличения напряжения. • Область сильного тока / подъема Ограниченный срок службы при использовании в этой области.
Характеристики кривой V-I Для того же номинального напряжения MOV: • Детали малого диаметра имеют более высокое напряжение зажима. • Детали большого диаметра обладают более высокой допустимой токовой нагрузкой.
MOVCharacteristics MOV с постоянным рассеянием мощности используются только для подавления переходных процессов, а не для непрерывного регулирования напряжения. Их номинальная мощность при длительном токе очень низкая. Их номинальная мощность для коротких миллисекундных переходных процессов очень высока.Ток утечки Ток утечки будет увеличиваться с ростом температуры. Напряжение MOV Ток MOV
Кривая мощности импульсов Сколько событий до замены • Гарантированный срок службы, то есть сдвиг напряжения варистора менее 10%. • События сильного тока быстро сокращают срок службы. • Следует избегать широких переходных процессов, таких как 100 мс.
MOVselection 1. Номинальное постоянное напряжение, среднеквадратичное или постоянное, должно быть> 110% от максимального ожидаемого напряжения.2. Размер устройства зависит от ожидаемой переходной энергии или тока или от требуемого напряжения ограничения. 3. Значения энергии и пикового тока являются мерой возможностей. 4. Максимальное напряжение зажима является контрольной точкой на кривой V-I и является мерой уровня защиты. 5. Напряжение варистора можно использовать для входящего контроля и внутренних производственных испытаний.
MOVSelection Table
MOV Radial Portfolio 5 серий MOV с выводами LALowest energy130V — 1000V UltraMOV Средняя энергия 130V — 625V C-III Наивысшая энергия 130V — напряжение 320V ZALow Energy Низкая энергия 5V — 460 115 — 750 В Термозащита
MOV Радиальные размеры Диаметр диска (мм) LA …………….. …… 5, 7, 10, 14, 20 UltraMOV ……….…. 7, 10, 14, 20, 25 C III ……………………………… …… 14, 20 ZA …… .. ………….…. 5, 7, 10, 14, 20 TMOV …………… ……………… ……… 14, 20, 25, 34 Диаметр
MOV Радиальные характеристики Пиковый ток Серия 7 мм 10 мм 14 мм 20 мм 25 мм 34 мм LA1.2kA 2.5kA 4.5kA 6.5kA C III 6.0kA 9.0kA UltraMOV 1,75kA 3.5kA 6.0kA 10.0kA 22kA ZA 100-1.2 кА 250-2,5 кА 1- 4,5 кА 2- 6,5 кА TMOV 6 кА 10 кА 20 кА 40 кА Серия Energy 7 мм 10 мм 14 мм 20 мм 25 мм 34 мм LA11-35 20-70 38-220 70-360 C III 45-130 90-220 UltraMOV12.5- 48 25-100 50-200 100-400 230-890 ZA .4-10 .8-18 3.5-35 7-52 TMOV 35-600052-480 170-670 235-1050
TMOV Термозащита MOV Что такое варистор TMOVTM? • Варистор TMOV — это металлооксидный варистор со встроенным термически активируемым элементом.• Устройство автоматически и постоянно размыкает цепь, когда происходит перегрев из-за определенных длительных перенапряжений, тем самым обеспечивая дополнительную тепловую безопасность цепи. MOV будет отключен навсегда. • Встроенный термоэлемент означает, что он не воспламеняется, не фрагментируется или не обугливается в условиях ненормального постоянного перенапряжения, определенного в стандарте UL 1449.
Тепловой предохранитель Вывод монитора MOV Линейный предохранитель Предохранитель Диод TMOV LED Нормально включен iTMOV К защищенной цепи К защищенной цепи R Нейтраль Нейтраль TMOV и iTMOV TMOV iTMOV
Варистор TMOVTM Типичная температура тела TMOV во время испытания на ненормальное перенапряжение ограниченного тока UL1449
Оборудование ПК Стиральная машина Радиоприемник и т. д. Прикладные решения Типовая установка для съемного или постоянно подключенного оборудования Предохранитель Вход питания переменного тока
Прикладные решения Типичное размещение MOV на входе источника питания Нейтральное заземление линии
Прикладные решения Размещение MOV с межфазным током изоляция заземления Line Neutral GDT последовательно wi th MOV Ground
Источник питания приставки • Предохранитель обеспечивает защиту от перегрузки по току.• Первичная защита обеспечивается MOV. • Дополнительная защита может быть обеспечена за счет включения дополнительных MOV на вторичной стороне.
MOV Industrial Series Описание • Устройства с выводами и в корпусе для приложений высокой энергии. • Доступны несколько вариантов монтажа. • Технология аналогична устройствам с радиальными выводами. • Все серии находятся в диапазоне 130 В переменного тока и выше.
Краткое описание промышленной серии Размер серии Напряжение питания CA 60 мм 250 — 2800 В переменного тока Голый диск HA 32 мм 130 — 750 В переменного тока Болт или крепление на плату через прорезь 40 мм 130 — 750 В переменного тока HB / DHB 34 мм 130 — 750 В переменного тока Болт или крепление через прорезь для платы DA / DB 40 мм 130 — 750 В переменного тока Коробка, прямая или плоская.BA 60 мм 130 — 880 В переменного тока, вертикальный BB 60 мм 1100 — 2800 В переменного тока, вертикальный
Промышленная серия HASeries Паяемые контакты Диапазон напряжения Размер (диаметр) 130 В переменного тока — 750 В переменного тока 32/40 мм Номер детали: V321HA40 В переменного тока, где 1 = x10, т.е. 321 = 320 В переменного тока Диаметр диска A = Болт на клемме C = Монтаж на печатной плате
Промышленная серия Серия HB Паяемые контакты Диапазон напряжения Размер 130 В переменного тока — 750 В переменного тока 34 мм квадратный номер детали: V321HB34 В переменного тока, где 1 = x10 i.е. 321 = 320 В переменного тока Диаметр диска
Промышленная серия Серия DA / DB Винтовые контакты Диапазон напряжения Размер (диаметр) 130 В переменного тока — 750 В переменного тока 40 мм Номер детали: V321DA40 В среднеквадратичного значения, где 1 = x10, т.е.
Industrial Series BA / BB Series Винтовые контакты Тип Диапазон напряжения Размер (диаметр) BA 130VAC — 750VAC 60 мм BB 1100VAC — 2800VAC 60 мм Номер детали: V321BA60 Диаметр диска VAC, где 1 = x10 2 = x100 i.е. 321 = 320 В переменного тока Различные типы коробок A и B
Уровни испытаний • Все стандарты пытаются применить уровни серьезности к описанным формам сигналов, например: ANSI 62 / UL1449 Форма сигнала ABC 6 кВ 200A 6 кВ 500A 0,5 мс — 150 кГц 1,2 / 50 мкс 8 / 20us 6kV 3kA 10kV 10kA
Промышленное применение • Промышленное управление • Электроприводы • Защита генераторов • Промышленные распределительные панели • Электровозы • Тиристорная защита переключения мощности • Защита блока выключателя DIN-рейки • Защита базовой станции
Электрический привод Моторный привод Контроллер привода Применения Ввод питания для обеспечения «чистой» входной мощности Может включать защиту от переходных процессов от двигателя
MOVs для поверхностного монтажа Размеры диска 7 мм и 20 мм внутри.
Многослойный варистор Прозвище ML или MLV • Безвыводная форма микросхемы для поверхностного монтажа • Объединение функций защиты от скачков напряжения, электростатического разряда и фильтрации • Прочная, прочная, надежная • Четыре различных версии: ML — поддерживает самый широкий диапазон приложений MHS — низкая емкость , высокоскоростной ML MLE — предназначен для защиты от электростатических разрядов, обеспечивая при этом функции фильтрации. AUML — защита от переходных процессов при сбросе автомобильной нагрузки.
Многослойные варисторы Что такое MLV? • MLV — это зависимые от напряжения нелинейные устройства, используемые для подавления переходных процессов перенапряжения.• MLV изготавливаются путем мокрой печати слоев оксида цинка (ZnO) и металлических внутренних электродов, спекания, заделки концов, остекления и, наконец, покрытия. • MLV доступны в размерах от 0402 до 2220 • MLV доступны с напряжением от 3,5 до 120 В постоянного тока
Как MLV выглядит внутри? Черное керамическое стекло с оксидом цинка пористое и наносится перед окончанием Ni и Sn. Стандартное окончание заделки — это олово (Sn), покрытое никелем (Ni) поверх серебра (Ag). Металлические внутренние электроды Платина (Pt) или серебро- Многослойный варистор из палладия (AgPd)
Металлические внутренние электроды Концевые заделки Sn Ni (вид сбоку) Ag (вид с торца) Многослойные варисторы (MLV) Как выглядит MLV внутри? продолжение
Напряжение варистора Напряжение фиксации при определенном токе Номинальная мощность 1 импульса Типичная емкость 1 номинальный ток импульса MLV Электрические параметры Рабочее напряжение После только 1 достижения этих двух максимальных пределов необходимо заменить MOV.
Характеристики кривой V-I Для того же номинального напряжения MOV: • Меньшие детали имеют более высокое напряжение фиксации при более высоких токах. • Более крупные детали обладают большей энергоемкостью.
Многослойные изделия Серия Размер напряжения • MLA3,5 В — 30 В постоянного тока 0603 — 1210 30 В — 120 В постоянного тока 1206 — 1210 • MLE18 В постоянного тока 0603 — 0805 — 1206 • MHS9 В — 42 В постоянного тока 0402 — 0603 • MLN5,5 В — 18 В постоянного тока 1206 • AUMLA18VDC 1206-1210 — 1812-2220
0805 1206 0603 0402 2.0 мм 1,6 мм 1 мм 3,0 мм .5 мм. 8 мм 1,3 мм 1,5 мм Многослойная серия Пять размеров 1210 3,2 мм 2,5 мм
SurgeArrayTMMLN • Сеть из четырех независимых многослойных варисторов в одном корпусе 1206 для поверхностного монтажа. • Доступны 5,5, 9, 14, 18 В постоянного тока. • Собственная емкость обеспечивает возможность фильтрации, устраняя необходимость в дополнительном конденсаторе. • Уменьшает место на плате и стоимость размещения сборки, увеличивая при этом сборочную способность и надежность системы.
Четыре размера 2220 1812 1206 1210 3.2 мм 3,2 мм 4,5 мм 5,7 мм 1,6 мм 2,5 мм 3,2 мм 5,0 мм Многослойные покрытия для автомобильного применения AUMLA Используется для выполнения требований к сбросу нагрузки
MLAPerformance Испытательное напряжение ESD 100 8 кВ 4 кВ V18MLA0805 2 кВ Пиковое напряжение зажима 1 кВ 0,5 кВ V5.5MLA0805 10 0,1 1,0 10,0 100,0 Пиковый импульсный ток
8 кВ V18MLA0805 6 кВ 80 4 кВ 2 кВ 60 1 кВ 500 В Напряжение 40 20 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Наносекунды Характеристики подавления переходных процессов График зависимости напряжения от времени для контактного разряда ESD
CH Series Оригинальная серия варисторов для поверхностного монтажа с использованием технологии дискового пресса • Диапазон напряжения 14–275 В переменного тока • Большой корпус 5×8 мм • Преимущество по сравнению с ML • Более высокое напряжение до 275 В переменного тока • Повышенная энергоемкость • Более высокий пиковый ток • Стандартный цвет темно-синий.Многослойные черные.
ПРИНЦИП И КОНСТРУКЦИЯ ЗАЩИТЫ ОТ НАПРЯЖЕНИЯ
Схема защиты от перенапряжения — это та, которую многие называют защитой от скачков напряжения в линиях сети переменного тока; однако это не ограничено конкретно линиями сети переменного тока. Устройство защиты от перенапряжения или устройство защиты от перенапряжения — это устройство, которое обеспечивает подавление перенапряжения или скачков напряжения, так что чувствительные устройства не будут повреждены.Устройство защиты от перенапряжения может выдерживать скачки напряжения до нескольких киловольт (в зависимости от типа устройства защиты от перенапряжения).Существуют также ограничители перенапряжения, рассчитанные только на несколько сотен вольт, и так далее. Хотя устройство защиты от перенапряжений спроектировано так, чтобы выдерживать скачки высокого напряжения в течение короткого периода времени, оно не рассчитано на работу с высокими напряжениями в течение длительного времени.
Что такое скачок напряжения?
Всплеск в целом — это внезапное увеличение уровня или величины от нормального или стандартного значения. В электричестве скачок напряжения часто используется для описания переходного процесса напряжения, скачка напряжения или скачков напряжения.Скачки напряжения, скачки или переходные процессы не являются постоянным событием. Это происходит только в течение короткого периода времени, но более чем достаточно, чтобы разрушить устройства, если нет контрмер.
Скачок напряжения присутствует не только в линиях электропередач, но и в цепях с индуктивными свойствами. Однако скачок напряжения в линиях электропередачи является наиболее разрушительным, поскольку он может достигать нескольких киловольт.
На рисунке ниже показан скачок напряжения в сети переменного тока.
Устройство защиты от перенапряжения для переходных процессов в сети переменного тока обычно устанавливается в домах, офисах и зданиях для предотвращения повреждения приборов или устройств.Его следует устанавливать в том разделе, где все устройства или приборы получают свои источники. Таким образом, все устройства будут защищены от скачков и скачков напряжения в сети. Такой подход называется универсальной защитой от перенапряжения . Универсальный сетевой фильтр может не понадобиться, если все приборы или устройства имеют свою локальную схему защиты от перенапряжения.
Две основные категории схем защиты от перенапряжения, используемых в линиях электропередач
1. Первичное устройство защиты от перенапряжений
Устройство первичной защиты от перенапряжения устанавливается в точке ввода электропроводки дома, офиса или здания.Он защитит все устройства или устройства, которые подключаются к линии после точки входа. В общем, первичный сетевой фильтр очень мощный; однако он огромный и громоздкий, а также дорогой.
2. Вторичный сетевой фильтр
Вторичный сетевой фильтр не такой эффективный и мощный, как первичный.
Однако он портативный и удобный в использовании. В основном, этот тип устройства защиты от перенапряжения легко подключается к розеткам.Он будет обеспечивать защиту только устройствам, которые получают питание от розетки, к которой установлен вторичный сетевой фильтр.
На схеме ниже показано, как в здании устанавливаются первичные и вторичные сетевые фильтры.
Общие типы вторичных цепей защиты от перенапряжения
Известно несколько вторичных схем защиты от перенапряжения. Один из них — это так называемые удлинители . Сетевые фильтры легко подключаются к розетке.Помимо этого, он поставляется с несколькими розетками, к которым могут подключаться несколько устройств и приборов, которые защищены от скачков напряжения. Самая важная особенность удлинителя — способность отключать питание в случае скачка напряжения.
Другой известный тип вторичного устройства защиты от перенапряжения — это хорошо известный ИБП или источник бесперебойного питания . Некоторые сложные ИБП имеют встроенное устройство защиты от перенапряжения, которое обеспечивает те же функции безопасности, что и удлинитель.
Как работает сетевой фильтр?
Есть разновидность устройства защиты от перенапряжения
, который может отключать питание при скачке напряжения. Этот тип сетевого фильтра сложнее, сложнее и, конечно, дорого. Основными компонентами этого типа являются датчик напряжения , контроллер и схема фиксации / разблокировки . Датчик напряжения будет контролировать линейное напряжение, контроллер считывает измеренное напряжение и решает, когда сигнализировать о прекращении напряжения в цепи фиксации / разблокировки.Цепь фиксации / разблокировки представляет собой управляемый силовой контактор или выключатель питания, который может подключать или отключать сетевое напряжение.
Существует также устройство защиты от перенапряжения, которое не обеспечивает отключение напряжения, а просто ограничивает переходные процессы напряжения и поглощает энергию. Этот тип защиты от перенапряжения обычно используется как встроенная защита от перенапряжения, например, в импульсном источнике питания. Этот тип защиты эффективен до нескольких тысяч вольт. Этот тип защиты от перенапряжения лучше всего описать в схеме, показанной на рисунке ниже.
Устройство защиты от перенапряжения 1 в ЛИНИЯХ 1 и 2 переменного тока называется подавлением перенапряжения в дифференциальном режиме. В то время как оба устройства защиты от перенапряжений 2 и 3 называются синфазным подавлением перенапряжения. Подавление перенапряжения в дифференциальном режиме ограничивает любые скачки напряжения на ЛИНИИ 1 и 2 переменного тока. Это называется дифференциальным, потому что оно устанавливается на двух проводах под напряжением. С другой стороны, общий режим — это термин, используемый для устройств защиты от перенапряжения 2 и 3, поскольку оба являются ограничением переходных процессов напряжения на отдельном горячем проводе по отношению к земле или земле.При не столь жестких требованиях к перенапряжениям устройства защиты от перенапряжения 1 уже достаточно, чтобы соответствовать стандарту. Однако
для очень строгих требований, таких как повышенное импульсное напряжение, добавляются устройства защиты от перенапряжения 2 и 3.
Причины скачков напряжения
Существует несколько факторов, вызывающих скачок напряжения. Это может быть из-за молнии, переключения энергосистемы, например, конденсаторных батарей, резонансных цепей с переключающими устройствами, неисправной проводки, а также внезапного включения и выключения переключателей, электродвигателей и других высокоиндуктивных приборов и устройств.Скачки напряжения в сети переменного тока присутствуют в любой точке мира. Поэтому рекомендуется защитить устройства и приборы от этого разрушительного события.
Некоторая распространенная среда перенапряжения
Это распространенный путь, по которому скачки напряжения или скачки напряжения могут попасть в устройства или устройства, использующие его.
Линии электропередач — это среда номер один для перенапряжения, поскольку все электрические и электронные устройства используют питание от линии переменного тока. Скачки напряжения в сети переменного тока распространены во всем мире.
RF линии — включая антенну. Антенна восприимчива к ударам молнии. Молния способна вызвать всплеск очень высокого напряжения за короткое время. Когда молния поражает антенну, она проникает в РЧ-приемник.
Автомобильный генератор переменного тока — В автомобильной электронике также определяется скачок напряжения. Это связано с тем, что генератор переменного тока может создавать выбросы высокого напряжения во время сброса нагрузки.
Индуктивные цепи / нагрузки — любые индуктивные цепи или нагрузки всегда создают импульсное напряжение.Чаще всего такой выброс называют индуктивной отдачей.
Стандарт перенапряжения, определенный в IEC
IEC 61000-4-5 определяет стандарт для перенапряжения в линиях переменного тока. В таблице ниже приведены конкретные объяснения классов и уровней напряжения. Таблица взята из ссылки ниже
В соответствии с этим стандартом максимальное переходное напряжение, которое устройство должно выдерживать и выдерживать, составляет 4 кВ в классе 4 (хотя есть класс 5, но он по-прежнему называет класс 4).
Переходное напряжение, определенное стандартом IEC 61000-4-5 , смоделировано с помощью рисунка ниже.Он имеет нарастание на 1,2 мсек при ширине импульса 50 мксек. Таблица взята из ссылки ниже
AN4275 компании STMicroelectronics.
IEC 61000-4-5 также определяет формы тока короткого замыкания, как показано на рисунке ниже. Он имеет нарастание 8 мкс и ширину импульса 20 мкс. Таблица взята из AN4275 компании STMicroelectronics.
В таблице ниже указан соответствующий уровень импульсного тока или тока короткого замыкания для каждого класса. Наихудшее значение — 2000 А. Таблица взята из AN4275 компании STMicroelectronics.
Что это за ток короткого замыкания согласно IEC 61000-4-5? Чтобы ответить на этот вопрос, позвольте мне начать с того, что все оборудование, подключенное к линиям электропередач, должно иметь защиту от перенапряжения. Защита от перенапряжения работает, ограничивая переходные напряжения до более безопасного уровня. После срабатывания схемы защиты от перенапряжения произойдет короткое замыкание от источника к устройству защиты и обратно к заземлению источника.
Как разработать схему защиты от перенапряжения
Спроектировать устройство защиты от перенапряжения несложно.Фактически, встроенная защита от перенапряжения для некоторого электронного оборудования может быть только одним устройством. Это может быть MOV, металлооксидный варистор или ограничители переходных напряжений TVS. Предположим, что на иллюстрации ниже устройства защиты от перенапряжения 1–3 могут быть MOV или TVS.
Иногда устройства защиты от перенапряжения между линиями переменного тока достаточно, чтобы соответствовать стандарту IEC. В некоторых случаях требуется схема защиты от перенапряжения между линией и землей. Это особенно важно при более высоких требованиях к импульсному напряжению (4 кВ и выше).
Использование MOV в качестве устройства защиты от перенапряжения
Основные свойства
- MOV — варистор из оксида металла; обычно используется защита от перенапряжения в линиях электропередач
- MOV — резистор, зависящий от напряжения
- MOV Работа похожа на диод, который имеет нелинейные и неомические характеристики тока и напряжения, но двунаправленный
- Его работу также можно сравнить с двунаправленным ограничителем переходного напряжения TVS .
- Когда напряжение зажима не достигается, действует разрыв цепи
Ниже представлена вольт-амперная кривая MOV.Как видите, напряжение в квадрантах 1 и 3 практически постоянное, что делает его двунаправленным устройством. ZnO и SiC обозначают оксид цинка и карбид кремния соответственно. Это два распространенных материала, из которых изготавливается MOV.
Выбор устройства
Для универсальной линии 90–264 В переменного тока обычное номинальное напряжение MOV будет 300 В среднеквадратического значения. 300Vrms — это среднеквадратичное значение или постоянное приложенное напряжение, которое может выдержать MOV. Это еще не напряжение зажима. Например, мы собираемся использовать предохранитель TMOV14RP300ML2B7 от Littel, его номинальное напряжение переменного тока составляет 300 В переменного тока, но его напряжение фиксации составляет 775 В при пиковом токе 50 А, в соответствии с таблицей данных.
Следующее, что нужно проверить, это то, что номинальный импульсный ток MOV способен выдерживать уровень, указанный в таблице 2 выше (с учетом максимального уровня). Основываясь на выбранной таблице данных MOV ниже, при 2000 А и длительности импульса 20 мкс, MOV способен обрабатывать более 15 ударов, но менее 100 ударов. Я нанес пунктирную линию на графике устройства, оценивая 2000А.
Хотя в таблице данных указано напряжение зажима, оно может больше не действовать при 2000 А. График ниже показывает соответствующее напряжение зажима при 2000 А с использованием выбранного MOV.Пересечение желтых линий — это напряжение зажима. Обратите внимание, что оно уже превышает 1000 В. Убедитесь, что все устройства, используемые в оборудовании, могут выдерживать этот уровень напряжения. В противном случае рассмотрите другой MOV с более низким напряжением ограничения.
MOV Идеальное место для защиты от скачков напряжения в линии электропередач
MOV, который действует как устройство защиты от перенапряжения, должен быть установлен в непосредственной близости от предохранителя, как показано на рисунке ниже. При таком подключении, когда импульсный ток становится слишком большим, чтобы его мог обработать MOV, предохранитель выйдет из строя и разомкнет цепь и предотвратит возможный катастрофический отказ.
Подавление перенапряжения в автомобильной промышленности
Как упоминалось выше, скачки напряжения происходят не только в линиях электропередачи переменного тока. Скачки напряжения также очень распространены в автомобильных системах. В автомобильной системе используется только свинцово-кислотный аккумулятор с типичным напряжением полной зарядки около 12,9 В для 6 последовательно соединенных ячеек с напряжением 2,15 В. В расчетах часто используется максимальное напряжение батареи 14 В. Этот уровень не является разрушительным, и устройств с рейтингом 30 В более чем достаточно, чтобы выжить в долгосрочной перспективе.Однако такое восприятие верно только в установившемся режиме, но не во время так называемого «сброса нагрузки». Сброс нагрузки — это термин, используемый для описания внезапного отключения аккумуляторной батареи во время ее зарядки от генератора. Для системы на 12 В сброс нагрузки может привести к скачку напряжения до 120 В, что более чем достаточно для разрушения устройств, если не принять во внимание.
Чтобы противодействовать этому сценарию сброса нагрузки, часто используется схема защиты от перенапряжения, такая как варистор.
В автомобилестроении форма сигнала сброса нагрузки определяется стандартом ISO 7637, как показано на рисунке ниже.Пиковое напряжение составляет максимум 125 В. Нарастание и длительность импульса (T1 и T) больше по сравнению со стандартом, определенным IEC 61000-4-5.
Идеальное расположение ограничителей перенапряжения в автомобилестроении
Пример выбора варистора для низкого напряжения постоянного тока, например, для автомобильных систем
Требования к конструкции
Вход: 24 В постоянного тока
Форма волны тока для скачка напряжения 8/20 мкс; напряжение равно 1.2/50 мкс
Пиковый импульсный ток: 800A
Должен пережить 40 скачков
Чувствительные устройства для защиты рассчитаны на 250 В максимум
Определение постоянного напряжения варистора
Для системы на 24 В также не выбирайте варистор с номинальным напряжением 24 В. Вместо этого включите минимум 20% запаса прочности. Однако не следует преувеличивать запас, поскольку он будет соответствовать физически большому варистору и более высокому напряжению ограничения.
Итак,
Напряжение варистора = 24 В x 1.2 = 28,8 В
На основании списка низковольтных варисторов Littelfuse, я бы предпочел использовать деталь с напряжением 31 В постоянного тока
рейтинг.
Выберите часть, которая соответствует импульсному току и количеству импульсов
Вышеуказанные части с номиналом 31 В постоянного тока являются кандидатами. Однако есть еще несколько критериев, которым необходимо удовлетворить. Рассмотрим пиковый импульсный ток и количество импульсов и выберем ту часть, которая сможет удовлетворить его с запасом.
Ниже представлена длительность импульса в микросекундах в сравнении с допустимым пиковым импульсным током в амперах для 14-миллиметровой детали, указанной в таблице выше. Судя по графику, при токе 800А 14-миллиметровая деталь не может выдержать необходимое количество импульсов. Поэтому не выбирайте эту часть.
Ниже представлен график для детали диаметром 20 мм. При пиковом импульсном токе 800 А устройство может гарантировать более 40 импульсов. Поэтому выбирайте деталь размером 20мм.
В приведенной выше таблице есть две части размером 20 мм.Мы рассмотрим первый V20E25P. Как упоминалось ранее, мы не можем выбирать часть, потому что она будет соответствовать более высокому напряжению зажима.
Проверка напряжения зажима
Последний шаг — проверка напряжения зажима. Все, что мы сделали до сих пор, будет бесполезно, если максимальное напряжение зажима превышает требования. Ниже указано максимальное напряжение зажима для деталей диаметром 20 мм. Как видно из графика, V20E25P — идеальное устройство для защиты от перенапряжения.
Связанные
Глава 10 Учебное пособие: Распространение электромагнитных волн,
522 ГЛАВА 10 РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН
I 0,9 В хорошем проводнике E и H совпадают по фазе. (правда (b) Неверно
I 0,10 Вектор Пойнтинга физически обозначает плотность мощности, выходящую или входящую в данную объем в изменяющемся во времени поле. (правда (b) Неверно
Ответы: 10.lb, 10.2f, 10.3a, 10.4b, c 10.Sb, e, f, 10.6c, 10.7c, 10.8b, 10.9b, 10.10a.
Раздел 10.2. Волны в целом
10.1 ЭМ волна, распространяющаяся в определенной среде, описывается
E = 25 sin (27T X 106 t — 6x) az В / м
(а) Определите направление распространения волны. (b) Вычислите период T, длину волны A и скорость u. (c) Нарисуйте волну при t = 0, T / 8, T / 4, T / 2.
I 0,2 Рассчитайте длину волны плоских волн в вакууме на следующих частотах: (а) 60 Гц (линия электропередачи) (b) 2 МГц (AM-радио) (c) 120 МГц (FM-радио) (г) 2.4 ГГц (микроволновая печь)
I 0,3 ЭМ волна в свободном пространстве описывается
H = 0,4cos (10 8 t + / 3y) AIM
Определите (a) угловую частоту w, (b) волновое число f3, (c) длину волны A, (г) направление распространения волны, (д) значение H (2, 3, 4, 10 нс).
10.4 (a) Покажите, что E (x, t) = cos (x + wt) + cos (x — wt) удовлетворяет скалярному волновому уравнению.
(б) Определите скорость распространения волны.
Раздел 10. Распространение волн в диэлектриках с потерями
10.5 (а) Вывести уравнения. (10.23) и (10.24) из ур. (10.18) и (10.20). (б) Используя ур. (10.29) вместе с уравнениями Максвефа показывают, что
jwμ, 17 = — / ‘
(c) Из части (b) выведите уравнения. (10.32) и (10.33).
Проблемы 523
10,6 На частоте 50 МГц диэлектрический материал с потерями характеризуется s = 3,6 с 0, μ = 2,1 мкм, 0 и u = 0,08 сим. Если Es = 6e-yx az V / m, вычислить (a) y, (b) A, (c) u, (d) YJ, (e) H 5 •
- 7 Определите тангенс угла потерь для каждой из следующих немагнитных сред на частоте 12 МГц.а) влажная земля (s = 10s 0, u = 10-2 Sim)
(б) сухая земля (s = 4s 0,
10,8 Оксид алюминия — это керамический материал, используемый для изготовления печатных плат. На частоте 15 ГГц s = 9. 6s 0, μ, = μ, 0, tan 8 = 3 X 10 — 4 • Рассчитайте (а) глубину проникновения, (б) общую затухание на толщине 5 мм.
10.9 Среда характеризуется s = 4s 0, μ, = 2.5μ, 0, u = 8 X 10-3 Sim. Рассчитайте разность фаз между E и H на 20 МГц.
10,10 Atf = 100 МГц, покажите, что серебро (u = 6,1 X 107 Sim, JLr = 1, er = 1) является хорошим кон- проводник, а резина (u = 10-15 Sim, / Lr = 1, sr = 3,1) — хороший изолятор.
10.11 Морская вода играет жизненно важную роль в изучении подводных коммуникаций. Предполагая, что для
морская вода, u = 4 Sim, sr = 80, μ ,, = 1 и f = 100 кГц, рассчитайте (a) фазовую скорость,
(b) длину волны, (c) глубину скин-слоя, (d) собственное сопротивление.
10,12 В определенной среде с μ = μ, 0, s = 4s 0,
Найдите (a) период волны T, (b) длину волны A, (c) электрическое поле E, (d) фазу разница между E и H.
10,13 В немагнитной среде
H = 50e-rnox cos (21T X 109 t — 200x) ay mAlm
Найдите E.
10.14 Определенная среда имеет u = 1 Sim, s = 4s 0 и μ, = 9 μ, 0 на частоте 1 ГГц. Определите (а) постоянную затухания, (б) фазовую постоянную, (в) собственное сопротивление и (г) скорость волны.
Секции 10.4 и 10.5 — Волны в диэлектриках без потерь и в свободном пространстве
10.15 Электрическое поле сигнала телевещания, распространяющегося в эфире, равно
E (z, t) = 0.2 cos (wt — 6.Sz) ax В / м
(a) Определите частоту волны и длину волны A. (b) Эскиз Ex как функция от t при z = 0 и z = A.12. (c) Найдите соответствующую H (z, t).
10,16 Плоская волна 60 МГц распространяется в среде без потерь с = 3s 0 и μ = 4μ 0 • Найти скорость волны u, ее длина волны A и собственный импеданс 1J среды.
10.25 Какие из следующих сред можно рассматривать как проводящие на частоте 8 МГц? (а) Влажная заболоченная почва (s = lSs 0, μ., = μ., 0, a = 10-2 сим) (б) Собственный германий (s = l6s 0, μ., = μ., 0, a = 0,025 Sim) (c) Морская вода (E = 8ls 0, μ = μ 0, a = 25 Sim)
Проблемы 525
10.26 Рассчитайте глубину скин-слоя и скорость распространения однородной плоской волны. на частоте 6 МГц в поливинилхлориде (ПВХ) (μr = 1, Er = 4,
10,27 (a) Определите сопротивление круглого медного провода (a = 5,8 X 107 Sim, μr = 1, Er = 1) радиусом 1,2 мм и длиной 600 м.(b) Найдите сопротивление переменному току на частоте 100 МГц. (c) Рассчитайте приблизительную частоту, при которой сопротивления de и ac равны.
10,28 Для алюминия (a = 3,5 · 107 Sim, s = E 0, μ, = μ, 0) на частоте 150 МГц найдите (а) распространение постоянная y; b — скин-слой 8; c — скорость волны u.
10,29 Для серебра a = 6,1 X 107 Sim, JLr = 1, Br = 1, определить частоту, на которой глубина проникновения 2 мм. 10.30 Покажите, что в хорошем проводнике глубина скин-слоя 8 приблизительно равна B = 2’TTIA.
10.31 Латунные волноводы часто покрывают серебром для уменьшения потерь. Если толщина серебра (μ = μ 0, s = E 0, a = 6,1 X 107 Sim) должно быть 58, найдите минимальную требуемую толщину для волновода, работающего на частоте 12 ГГц.
10.32 Насколько глубоко радарная волна на частоте 2 ГГц распространяется в морской воде, прежде чем ее амплитуда уменьшится до 10-5 его амплитуды чуть ниже поверхности? Предположим, что μ, = μ, 0, s = 24s 0, a = 4 См / м.
Раздел 10. 7-Волновая поляризация
10.33 Напряженность электрического поля однородной плоской волны в среде (a = 0, μ, = μ 0, e = B 0 Br) равно
E = 12 sin (2’TT X 107 t — 3y) az В / м
(а) Определите поляризацию волны. (б) Найдите частоту. (c) Рассчитайте Er- (d) Получите напряженность магнитного поля H.
10.34 Пусть E = 2 sin (wt — {3x) ay — 5 sin (wt — {3x) az Vim. Какая поляризация волн?
10,35 Определите волновую поляризацию каждой из следующих волн:
####### (а) E 0 cos (wt + {3y) ax + E 0 sin (wt + {3y) az Vim
(б) E 0 cos (wt — {3y) ax — 3E 0 sin (wt + {3y) az В / м 10.36 Определите поляризацию следующих волн: (а) Es = 40ej 10 zax + 60ej 10 za V Im
(b) Es = 12ej’7T / 3 e-jlOxay + s: -j’TT / 3 e-jIOxaz Vim
526 ГЛАВА 10 РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЫ
10,37 Напряженность электрического поля однородной плоской волны в свободном пространстве равна
.E = 40 cos (wt — {3z) ax + 60 sin (wt — {3z) a 1 В / м
(a) Какова поляризация волны? (б) Определите напряженность магнитного поля.