Как работает варистор?
Введение
Варисторы, также известные как резисторы, зависящие от напряжения, представляют собой электронные компоненты
которые играют решающую роль в защите электрических устройств от чрезмерного напряжения, скачков напряжения и переходных процессов. Они служат чувствительными к напряжению переключателями, быстро меняющими сопротивление в ответ на изменяющиеся электрические условия. В этой статье мы углубимся во внутреннюю работу варисторов, объясним их структуру, принципы работы и применение.
Понимание варисторов
Что такое варистор?
Варистор — разновидность полупроводникового прибора
который имеет нелинейную характеристику сопротивления. Он состоит из керамического или полимерного материала с плотно упакованной решетчатой структурой. Двумя основными элементами варисторов являются зерна оксида цинка (ZnO) и связующий материал, который удерживает их вместе. Зерна легируются небольшим количеством других материалов, таких как висмут, кобальт и марганец, для оптимизации их электрических свойств.
Как работает варистор?
Варисторы работают на основе явления
Удельное сопротивление зависит от напряжения, что означает, что их сопротивление меняется в зависимости от приложенного напряжения. В нормальных условиях эксплуатации варистор проявляет высокое сопротивление .
и пропускает через него лишь небольшой ток. Однако при воздействии скачка напряжения или переходных процессах сопротивление варистора быстро снижается .
, позволяя протекать большому току.
Такое поведение можно объяснить наличием зерен ZnO в материале варистора. Когда напряжение на варисторе ниже определенного порога, зерна ZnO обладают высоким сопротивлением из-за изолирующих свойств самого материала варистора. Однако когда напряжение превышает пороговое значение зерна ZnO становятся проводящими
, благодаря явлению, известному как лавинный эффект. Под лавинным эффектом понимается генерация электронно-дырочных пар при достаточно высоком приложенном напряжении, что приводит к быстрому уменьшению сопротивления.
Защита от скачков напряжения
Одной из основных функций варисторов является защита электрических устройств
от скачков напряжения, также называемых переходными напряжениями. Переходные процессы возникают из-за ударов молнии, помех в электросети, скачков напряжения или электромагнитных помех. Эти внезапные скачки напряжения могут повредить чувствительные электронные компоненты, что приведет к сбою системы или сокращению ее срока службы.
Путем включения варисторов в электронные схемы избыточное напряжение эффективно отводится от чувствительных компонентов
. Это достигается путем подключения варистора параллельно защищаемому компоненту или цепи. При возникновении переходного напряжения сопротивление варисторов быстро уменьшается, создавая путь с низким импедансом. Это, в свою очередь, отводит избыточное напряжение от защищаемого устройства .
, обеспечивая его безопасность.
Применение варисторов
Подавление перенапряжений
Одним из ключевых применений варисторов является подавление перенапряжений .
. Они обычно используются в блоках питания, сетевых фильтрах и стабилизаторах напряжения для защиты электрических устройств от внезапных скачков напряжения. Варисторы могут выдерживать повторяющиеся скачки напряжения, что делает их отличным выбором для защиты чувствительного оборудования как в жилых, так и в промышленных условиях.
Управление двигателем
Варисторы применяются в схемах управления двигателями
для ограничения скачков напряжения и переходных процессов, возникающих во время работы двигателей. Путем включения варисторов в системы управления двигателями можно защитить компоненты и схемы, связанные с двигателями .
от потенциального ущерба, вызванного электрическими помехами, возникающими во время работы двигателей.
Молниезащита
Варисторы являются неотъемлемой частью систем молниезащиты
. Они обеспечивают эффективное подавление переходных напряжений, вызванных ударами молнии, снижая риск электрического повреждения или возгорания. Варисторы часто используются вместе с громоотводами для защиты зданий, телекоммуникационных вышек и других сооружений от разрушительной энергии молнии.
Заключение
варисторы являются обязательными компонентами
которые обеспечивают эффективную защиту от скачков напряжения и переходных процессов. Их уникальное сопротивление, зависящее от напряжения, помогает отводить избыточное напряжение от чувствительных электронных устройств, предотвращая повреждение и обеспечивая целостность системы. Будь то ограничители перенапряжения, схемы управления двигателем или системы молниезащиты, варисторы играют жизненно важную роль в обеспечении безопасности и надежности электрооборудования.
Часто задаваемые вопросы (часто задаваемые вопросы)
1. Сколько служат варисторы?
Варисторы имеют длительный срок службы, поскольку они обычно не подвергаются постоянным интенсивным переходным процессам. Однако их долговечность может постепенно снижаться с течением времени из-за старения или воздействия постоянного высокого напряжения.
2. Может ли варистор выйти из строя из-за скачка напряжения?
Да, варисторы могут быть повреждены, если они подвергаются воздействию переходных процессов очень высокого напряжения, превышающего их номинальные возможности. В таких случаях варистор может не эффективно подавлять напряжение и даже может закоротиться.
3. Варисторы используются только в цепях переменного тока?
Варисторы можно использовать как в цепях переменного тока (переменного тока), так и в цепях постоянного тока (постоянного тока). Однако важно убедиться, что номинальное напряжение варистора соответствует схеме, в которую он встраивается.
4. Чем варисторы отличаются от ТВС-диодов?
Хотя варисторы и диоды TVS (подавление переходных напряжений) обеспечивают защиту от перенапряжений, они имеют явные различия. Варисторы обладают более высокой энергоемкостью и больше подходят для обработки повторяющихся переходных процессов, в то время как TVS-диоды имеют более быстрое время отклика и идеально подходят для защиты от одиночных переходных процессов с высокой энергией.
5. Существуют ли различные типы варисторов?
Да, существуют различные типы варисторов, включая варисторы из оксида металла (MOV), варисторы из карбида кремния (SiC) и варисторы на основе полимеров. Каждый тип имеет свои характеристики и используется в конкретных приложениях в зависимости от таких факторов, как возможности обработки энергии и время отклика.