Co to jest warystor i dlaczego jest potrzebny?

Zasada działania

Warystor jest urządzeniem półprzewodnikowym o symetrycznej nieliniowej charakterystyce prąd-napięcie. Zgodnie z jego postacią możemy stwierdzić, że warystor działa zarówno na prąd przemienny, jak i stały. Rozważmy to bardziej szczegółowo.

W stanie normalnym prąd przez warystor jest niezwykle mały, nazywa się to prąd upływowy. Można go uznać za element dielektryczny o określonej pojemności elektrycznej i możemy powiedzieć, że nie przepuszcza prądu. Ale przy pewnym napięciu (na zdjęciu jest to + - 60 woltów) zaczyna przepuszczać prąd.

Innymi słowy, zasada działania warystora w obwodach ochronnych przypomina iskiernik, tylko w urządzeniu półprzewodnikowym nie występuje wyładowanie łukowe, ale zmienia się jego rezystancja wewnętrzna. Wraz ze spadkiem rezystancji prąd z jednostek mikroamperów wzrasta do setek lub tysięcy amperów.

Warunkowy obraz graficzny warystora w obwodach:

Oznaczenie elementu na schematach przypomina konwencjonalny rezystor, ale przekreślony po przekątnej przez linię, na której można zastosować literę U. Aby znaleźć ten element na płycie lub w obwodzie, zwróć uwagę na podpisy, najczęściej są one oznaczone jako RU lub VA.

Wygląd warystora:

Warystor jest zainstalowany równolegle do obwodu, aby go zabezpieczyć. Dlatego przy impulsie napięcia chronionego obwodu energia nie dostaje się do urządzenia, ale jest rozpraszana w postaci ciepła na warystorze. Jeśli energia impulsu jest zbyt wysoka, warystor się pali. Ale koncepcja wypala się niewyraźnie, istnieją dwie opcje rozwoju. Albo warystor po prostu rozerwie się na kawałki, albo jego kryształ rozpadnie się, a elektrody zostaną zwarte. Doprowadzi to do przepalenia torów i przewodów lub wybuchnie pożar w elementach obudowy i innych częściach.

Aby tego uniknąć przed warystorem, bezpiecznik jest instalowany szeregowo z całym obwodem w przewodzie sygnałowym lub zasilającym. Następnie, w przypadku silnego impulsu napięcia i długotrwałej pracy lub przepalenia warystora, bezpiecznik również się przepali, przerywając obwód.

Krótko mówiąc, dlaczego taki element jest potrzebny - jego właściwości chronią obwód elektryczny przed niszczącymi skokami napięcia, które mogą wystąpić zarówno na liniach informacyjnych, jak i na liniach elektrycznych, na przykład przy przełączaniu potężnych urządzeń elektrycznych. Omówimy tę kwestię nieco poniżej.

Urządzenie

Warystory są rozmieszczone w prosty sposób - wewnątrz znajduje się kryształ materiału półprzewodnikowego, najczęściej jest to tlenek cynku (ZiO) lub węglik krzemu (SiC). Prasowany proszek tych materiałów poddawany jest obróbce w wysokiej temperaturze (wypiekany) i powlekany powłoką dielektryczną.Istnieją wersje z zaciskami osiowymi do montażu w otworach na płytce drukowanej, a także w obudowie SMD.

Poniższy rysunek wyraźnie pokazuje wewnętrzną strukturę warystora:

główne parametry

Aby poprawnie wybrać warystor, musisz znać jego główne parametry techniczne:

1. Napięcie klasyfikacyjne może być oznaczone jako Un. Jest to takie napięcie, przy którym prąd 1 mA zaczyna przepływać przez warystor, przy dalszym nadmiarze prąd rośnie jak lawina. Ten parametr jest wskazany w oznaczeniu warystora.
2. Nominalne rozpraszanie mocy P. Określa, ile element może rozproszyć przy zachowaniu jego charakterystyk.
3. Maksymalna energia pojedynczego impulsu W. Mierzona w dżulach.
4. Maksymalny prąd impulsu Ipp. Podczas gdy przód rośnie w ciągu 8 μs, a jego całkowity czas trwania wynosi 20 μs.
5. Zamknięta pojemność - Co. Ponieważ w stanie zamkniętym warystor jest rodzajem kondensatora, ponieważ jego elektrody są oddzielone nieprzewodzącym materiałem, to ma pewną pojemność. Jest to ważne, gdy urządzenie jest używane w obwodach wysokiej częstotliwości.

Rozróżnia się również dwa typy naprężeń:

• Um ~ jest maksymalną skuteczną lub zmienną skuteczną;
• Um = jest maksymalną stałą.

Oznaczanie i wybór warystora

W praktyce, na przykład podczas naprawy urządzenia elektronicznego, musisz pracować z oznaczeniem warystora, zwykle jest on wykonany w postaci:

20D 471 K.

Co to jest i jak to zrozumieć? Pierwsze 20D znaków to średnica. Im większy i grubszy, tym więcej energii warystor może rozproszyć. Dalsze 471 to napięcie klasyfikacyjne.

Mogą być obecne inne dodatkowe znaki, zwykle wskazujące producenta lub funkcję komponentu.

Teraz zastanówmy się, jak prawidłowo wybrać warystor, aby poprawnie spełniał swoją funkcję. Aby wybrać element, musisz wiedzieć w obwodzie, jakie napięcie i rodzaj prądu będzie działać. Na przykład możemy założyć, że do ochrony urządzeń pracujących w obwodzie 220 V konieczne jest zastosowanie warystora o napięciu klasyfikacyjnym nieco wyższym (aby działało, gdy wartość nominalna zostanie znacznie przekroczona), czyli 250-260 V. To jest zasadniczo błędne.

Faktem jest, że w obwodach prądu przemiennego wartość skuteczna wynosi 220 V. Jeśli nie wejdziesz w szczegóły, to amplituda sygnału sinusoidalnego do pierwiastka 2 razy większa niż wartość rzeczywista, to znaczy 1,41 razy. W rezultacie napięcie amplitudy w naszych gniazdach wynosi 300-310 V.

240 * 1,1 * 1,41 = 372 V.

Gdzie 1,1 jest współczynnikiem bezpieczeństwa.

W takich obliczeniach element zacznie działać, gdy napięcie prądu wzrośnie o więcej niż 240 woltów, więc jego napięcie klasyfikacyjne musi wynosić co najmniej 370 woltów.

Poniżej przedstawiono typowe oceny warystorów dla sieci prądu przemiennego o napięciu:

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

Użytek krajowy

Celem warystorów jest ochrona obwodu podczas impulsów i przepięcie na linii. Ta właściwość pozwoliła rozważanym elementom znaleźć ich zastosowanie jako ochronę:

• linie komunikacyjne;
• informacje wejściowe urządzeń elektronicznych;
• obwody mocy.

Większość tanich zasilaczy nie instaluje żadnych zabezpieczeń. Ale w dobrych modelach warystory są instalowane na wejściu.

Ponadto wszyscy wiedzą, że komputer musi być podłączony do zasilania za pomocą specjalnego przedłużacza z przyciskiem - filtr sieciowy. Nie tylko filtruje zakłócenia, warystory są również instalowane w normalnych obwodach filtrów.

Często elektrycy zalecają ochronę chińskich lamp LED, instalując warystor równolegle do wkładki. Inne urządzenia również chronią, niektóre montują warystor w gnieździe lub wtyczce, aby chronić podłączony sprzęt.

Aby chronić całe mieszkanie - możesz zainstalować warystor na szynie dyn, w dobrych urządzeniach w obudowie są naprawdę potężne warystory o średnicy pięści.Przykładem takiego urządzenia jest SPE-1, który pokazano na poniższym zdjęciu:

Podsumowując, chciałbym zauważyć, że celem warystora jest ochrona dowolnego obwodu elektrycznego. Zasada działania opiera się na zmianie rezystancji struktury półprzewodnika pod wpływem wysokiego napięcia. Napięcie, przy którym prąd 1 mA zaczyna przepływać przez element, nazywa się klasyfikacją. To i średnica elementu są głównymi parametrami przy wyborze. Być może jasno wyjaśniliśmy, czym jest warystor i dlaczego jest potrzebny, zadawaj pytania w komentarzach, jeśli czegoś nie rozumiesz.

Na koniec zalecamy obejrzenie przydatnych filmów na temat tego artykułu:

Na pewno nie wiesz:

• Jakiego rodzaju zakłócenia występują w sieci?
• Zasada działania SPD
• Jak zrobić zrób to sam ochrony przeciwprzepięciowej
• Jak przetestować rezystor w domu