Cada dispositivo electrónico que se incluye en la red necesita protección contra la superación de los valores umbral de corriente o tensión. Se utilizan varios fusibles y disyuntores para la protección de corriente, pero los varistores se utilizan con mayor frecuencia para proteger el dispositivo contra sobretensiones. En este artículo, consideraremos el principio de funcionamiento del varistor, sus características, ventajas y desventajas de este componente electrónico.
Contenido
¿Qué es un varistor y dónde se usa?
varistor - Esta es una resistencia variable hecha de material semiconductor, que es capaz de cambiar su resistencia eléctrica dependiendo del voltaje que se le aplique.
El principio de funcionamiento de dicho componente electrónico difiere de una resistencia y un potenciómetro convencionales. Estándar resistor tiene un valor constante de resistencia en cualquier momento, independientemente del voltaje en el circuito, el potenciómetro le permite cambiar la resistencia manualmente girando la perilla de control. Pero el varistor tiene una característica corriente-voltaje simétrica no lineal y su resistencia depende completamente del voltaje en el circuito.
Debido a esta propiedad, los varistores se utilizan amplia y eficazmente para proteger redes eléctricas, máquinas y equipos, así como componentes electrónicos, tableros y microcircuitos, independientemente del tipo de voltaje. Tienen un bajo costo de fabricación, son fiables en su uso y pueden soportar cargas elevadas.
Los varistores se utilizan tanto en instalaciones de alta tensión hasta 20 kV como en instalaciones de baja tensión de 3 a 200 V como limitador de tensión. Al mismo tiempo, pueden trabajar tanto en redes con corriente alterna como con corriente continua. Se utilizan para regular y estabilizar la corriente y el voltaje, así como en dispositivos de protección contra sobretensiones. Utilizado en el diseño de filtros de red, fuentes de alimentación, teléfonos móviles, SPD y otras SPE.
Tipos y principio de funcionamiento.
Cuando funciona en condiciones normales, el varistor tiene una gran resistencia, que puede disminuir cuando el voltaje supera un valor umbral. Es decir, si el voltaje en el circuito aumenta significativamente, entonces el varistor pasa de un estado aislante a un estado eléctricamente conductor y, debido al efecto de avalancha en el semiconductor, estabiliza el voltaje al pasar una gran corriente a través de sí mismo.
Los varistores pueden funcionar con alta y baja tensión y, en consecuencia, se dividen en dos grupos de dispositivos que tienen el mismo principio de funcionamiento:
- Alta tensión: capaz de operar en circuitos con valores de corriente de hasta 20 kV (utilizado en sistemas de protección de redes y equipos, en dispositivos de protección contra sobretensiones).
- Baja tensión: la tensión nominal para este tipo de componentes varía de 3 a 200 V (utilizados para proteger dispositivos electrónicos y componentes de equipos con una corriente de 0,1 - 1A y se instalan en la entrada o salida de la fuente de alimentación).
Tiempo de respuesta del varistor en sobrecarga de energía es de unos 25 ns, que es un valor excelente, pero en algunos casos insuficiente. Por ello, los fabricantes de componentes electrónicos han desarrollado una tecnología para la fabricación de una resistencia smd, que tiene un tiempo de respuesta de 0,5 ns.
Los varistores de todo tipo están hechos de carburo de silicio u óxido de zinc sinterizando este material con un aglutinante (resina, arcilla, vidrio) a alta temperatura. Después de recibir un elemento semiconductor, se metaliza en ambos lados con cables de metal para soldar para la conexión.
Marcaje, principales características y parámetros.
Cada fabricante de varistores etiqueta su producto de cierta manera, por lo que existe una cantidad bastante grande de opciones de designación y sus interpretaciones. El varistor ruso más común es el K275, y los componentes populares de fabricación extranjera son el 7n471k, el kl472m y otros.
La designación del varistor CNR-10d751k se puede descifrar de la siguiente manera: CNR – varistor de óxido metálico; d - significa que el componente tiene forma de disco; 10 es el diámetro del disco; 751 – voltaje de respuesta para este dispositivo (el cálculo se produce multiplicando los dos primeros dígitos por 10 a la potencia igual al tercer dígito, es decir, 75 por 10 al primer grado, obtenemos 750 V); k - desviación permisible de la tensión nominal, que es del 10% en cualquier dirección (l - 15%, M - 20%, P - 25%).
Las principales características de los varistores son los siguientes parámetros:
Tensión de clasificación - voltaje a ciertos valores de corriente que fluye a través del varistor (típicamente este valor es 1mA). Esta configuración es condicional y no afecta la selección de dispositivos;
Voltaje máximo permitido - rango de voltaje (RMS o RMS), en el que el varistor comienza a disminuir su resistencia;
Máxima energía de absorción - una característica que muestra el valor de la energía que el varistor disipa y no falla cuando se expone a un solo pulso (medido en julios);
Sobrecorriente máxima – normaliza el tiempo de subida y la duración del pulso de corriente (medido en amperios);
Capacidad es un parámetro muy importante, que se mide con el estado cerrado y una frecuencia dada (cae a cero si se aplica una gran corriente al varistor);
Tolerancia - desviación de la diferencia de potencial nominal en ambas direcciones (indicado como un porcentaje).
Tiempo de respuesta - el intervalo de tiempo durante el cual el varistor pasa del estado cerrado al abierto (generalmente unas pocas decenas de nanosegundos).
Ventajas y desventajas de los varistores.
Una ventaja importante de una resistencia no lineal (varistor) es su funcionamiento estable y fiable a altas frecuencias y cargas pesadas. Se utiliza en muchos dispositivos que operan con voltajes de 3 V a 20 kV, es relativamente simple y económico de fabricar y de operación eficiente. Beneficios adicionales importantes son:
- alta velocidad de respuesta (nanosegundos);
- larga vida útil;
- la capacidad de monitorear caídas de voltaje (método sin inercia).
A pesar de que este componente electrónico tiene muchas ventajas, también tiene desventajas que afectan su uso en varios sistemas. Éstos incluyen:
- ruido de baja frecuencia durante el funcionamiento;
- envejecimiento de los componentes (pérdida de parámetros a lo largo del tiempo);
- gran capacitancia: depende del voltaje y el tipo de elemento, está en el rango de 70 a 3200 pF y afecta el rendimiento del dispositivo;
- a valores máximos de voltaje, la energía no se disipa; se sobrecalienta significativamente y falla a valores máximos de voltaje a largo plazo.
Selección de varistor
Para elegir el varistor adecuado para un dispositivo en particular, debe conocer las características de su fuente de alimentación: resistencia y potencia de los pulsos transitorios. El valor de corriente máximo permitido está determinado, entre otras cosas, por la duración de su exposición y el número de repeticiones, por lo tanto, al instalar un varistor con un valor de corriente pico subestimado, fallará rápidamente.En resumen, para una protección eficaz del dispositivo, es necesario elegir un varistor con un voltaje que tenga un pequeño margen con respecto al nominal.
Además, para el funcionamiento sin problemas de un componente electrónico de este tipo, la tasa de disipación de la energía térmica absorbida y la capacidad de volver rápidamente al estado de funcionamiento normal son muy importantes.
Designación en el diagrama y opciones para conectar el varistor.
Sobre el esquemas varistor por lo general denotado, como una resistencia regular, pero con una U agregada al lado de la barra inclinada. Esta característica indica en los diagramas que este elemento tiene una resistencia que depende del voltaje en el circuito. También en diagrama de cableado este elemento está marcado con dos letras R y U con la adición de un número de serie (RU1, RU2 ... etc.).
Hay una gran cantidad de opciones para conectar varistores, pero lo común para todos los métodos es que este componente se conecta en paralelo con el circuito de alimentación. Por lo tanto, en ausencia de valores peligrosos de pulsos de voltaje, la corriente que fluye a través del varistor tiene un valor pequeño (debido a los grandes valores de resistencia) y no afecta de ninguna manera el rendimiento del sistema. Cuando ocurre una sobretensión, el varistor cambia la resistencia a valores pequeños, la carga se desvía y la energía absorbida se disipa en el espacio circundante.
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