Was ist ein Varistor und warum wird er benötigt?
Funktionsprinzip
Varistor ist eine Halbleitervorrichtung mit einer symmetrischen nichtlinearen Strom-Spannungs-Kennlinie. Aufgrund seiner Form können wir schließen, dass der Varistor sowohl im Wechsel- als auch im Gleichstrom arbeitet. Betrachten wir es genauer.
Im Normalzustand ist der Strom durch den Varistor extrem klein, heißt es Leckstrom. Es kann als dielektrische Komponente mit einer bestimmten elektrischen Kapazität betrachtet werden und wir können sagen, dass es keinen Strom durchlässt. Ab einer bestimmten Spannung (im Bild sind es + - 60 Volt) beginnt der Strom zu fließen.
Mit anderen Worten, das Funktionsprinzip des Varistors in Schutzschaltungen ähnelt einer Funkenstrecke, nur in einer Halbleitervorrichtung tritt keine Lichtbogenentladung auf, sondern sein Innenwiderstand ändert sich. Mit abnehmendem Widerstand steigt der Strom von Einheiten von Mikroampere auf Hunderte oder Tausende von Ampere.
Das bedingte grafische Bild des Varistors in den Schaltungen:
Die Bezeichnung des Elements in den Diagrammen ähnelt einem herkömmlichen Widerstand, ist jedoch diagonal durch eine Linie durchgestrichen, auf die der Buchstabe U angewendet werden kann. Um dieses Element auf der Platine oder in der Schaltung zu finden, achten Sie auf die Signaturen. Meistens werden sie als RU oder VA angegeben.
Das Aussehen des Varistors:
Parallel zum Stromkreis ist ein Varistor installiert, um ihn zu schützen. Daher tritt bei einem Spannungsimpuls des geschützten Stromkreises die Energie nicht in das Gerät ein, sondern wird in Form von Wärme am Varistor abgeführt. Wenn die Impulsenergie zu hoch ist, brennt der Varistor. Aber das Konzept brennt verschwommen aus, es gibt zwei Entwicklungsmöglichkeiten. Entweder zerreißt der Varistor einfach oder sein Kristall kollabiert und die Elektroden werden kurzgeschlossen. Dies führt zum Ausbrennen der Gleise und Leiter oder zu einem Brand in den Gehäuseelementen und anderen Teilen.
Um dies vor dem Varistor zu vermeiden, ist eine Sicherung in Reihe mit dem gesamten Stromkreis im Signal- oder Versorgungskabel installiert. Im Falle eines starken Spannungsimpulses und eines Langzeitbetriebs oder eines Durchbrennens des Varistors brennt dann auch die Sicherung und unterbricht den Stromkreis.
Kurz gesagt, warum eine solche Komponente benötigt wird - ihre Eigenschaften schützen den Stromkreis vor zerstörerischen Überspannungen, die sowohl an Informationsleitungen als auch an elektrischen Leitungen auftreten können, beispielsweise beim Schalten leistungsfähiger Elektrogeräte. Wir werden dieses Problem weiter unten diskutieren.
Gerät
Varistoren sind recht einfach angeordnet - im Inneren befindet sich ein Kristall aus Halbleitermaterial, meistens Zinkoxid (ZiO) oder Siliziumkarbid (SiC). Das gepresste Pulver dieser Materialien wird einer Hochtemperaturbehandlung (gebrannt) unterzogen und mit einer dielektrischen Hülle beschichtet.Es gibt entweder Versionen mit axialen Anschlüssen für die Montage in Löchern auf einer Leiterplatte sowie in einem SMD-Gehäuse.
Die folgende Abbildung zeigt deutlich die interne Struktur des Varistors:
Schlüsselparameter
Um den Varistor richtig zu wählen, müssen Sie seine wichtigsten technischen Eigenschaften kennen:
- Klassifizierungsspannung kann als Un bezeichnet werden. Dies ist eine solche Spannung, bei der ein Strom von 1 mA durch den Varistor zu fließen beginnt, mit einem weiteren Überschuss steigt der Strom wie eine Lawine an. Dieser Parameter ist in der Varistormarkierung angegeben.
- Nennverlustleistung P. Bestimmt, wie viel ein Element unter Beibehaltung seiner Eigenschaften verbrauchen kann.
- Maximale Energie eines einzelnen Impulses W. Gemessen in Joule.
- Maximaler Strom Ipp-Impuls. Während die Front innerhalb von 8 μs wächst und ihre Gesamtdauer 20 μs beträgt.
- Geschlossene Kapazität - Co. Da der Varistor im geschlossenen Zustand eine Art Kondensator ist, weil seine Elektroden durch ein nichtleitendes Material getrennt sind, hat er eine bestimmte Kapazität. Dies ist wichtig, wenn das Gerät in Hochfrequenzschaltungen verwendet wird.
Es werden auch zwei Arten von Spannungen unterschieden:
- Um ~ ist die maximal effektive oder Effektivvariable;
- Um = ist die maximale Konstante.
Kennzeichnung und Auswahl des Varistors
In der Praxis müssen Sie beispielsweise bei der Reparatur eines elektronischen Geräts mit der Varistormarkierung arbeiten. Diese erfolgt normalerweise in der folgenden Form:
20D 471K
Was ist das und wie kann man es verstehen? Die ersten 20D-Zeichen sind der Durchmesser. Je größer und dicker es ist, desto mehr Energie kann der Varistor abführen. Ferner ist 471 eine Klassifizierungsspannung.
Andere zusätzliche Zeichen können vorhanden sein, die normalerweise den Hersteller oder das Merkmal der Komponente angeben.
Lassen Sie uns nun herausfinden, wie der Varistor richtig ausgewählt wird, damit er seine Funktion korrekt ausführt. Um eine Komponente auszuwählen, müssen Sie in der Schaltung wissen, mit welcher Spannung und Art des Stroms sie arbeiten wird. Beispielsweise können wir davon ausgehen, dass zum Schutz von Geräten, die in einem 220-V-Stromkreis betrieben werden, ein Varistor mit einer geringfügig höheren Klassifizierungsspannung verwendet werden muss (damit er funktioniert, wenn der Nennwert erheblich überschritten wird), dh 250 bis 260 V. Das ist grundsätzlich falsch.
Tatsache ist, dass in Wechselstromkreisen 220 V der effektive Wert ist. Wenn Sie nicht auf Details eingehen, ist die Amplitude des sinusförmigen Signals zur Wurzel doppelt so hoch wie der tatsächliche Wert, dh 1,41-mal. Infolgedessen beträgt die Amplitudenspannung in unseren Steckdosen 300-310 V.
240 * 1,1 * 1,41 = 372 V.
Wobei 1,1 der Sicherheitsfaktor ist.
Bei solchen Berechnungen beginnt das Element zu arbeiten, wenn die Stromspannung mehr als 240 Volt springt, sodass seine Klassifizierungsspannung mindestens 370 Volt betragen muss.
Nachfolgend finden Sie typische Nennwerte von Varistoren für Wechselstromnetze mit einer Spannung von:
- 100 V (100 ~ 120) - 271 k;
- 200 V (180 ~ 220) - 431 k;
- 240 V (210 bis 250) - 471 k;
- 240 V (240 ~ 265) - 511 k.
Hausgebrauch
Der Zweck der Varistoren ist es, den Stromkreis während Impulsen und zu schützen Überspannung auf der Linie. Diese Eigenschaft ermöglichte es den betrachteten Elementen, ihre Anwendung als Schutz zu finden:
- Kommunikationsleitungen;
- Informationseingaben von elektronischen Geräten;
- Stromkreise.
Die meisten billigen Netzteile installieren keinen Schutz. Bei guten Modellen sind jedoch Varistoren am Eingang installiert.
Darüber hinaus weiß jeder, dass der Computer über ein spezielles Verlängerungskabel mit einem Knopf an die Stromversorgung angeschlossen werden muss - Überspannungsschutz. Es filtert nicht nur Störungen, sondern auch Varistoren in normalen Filterkreisen.
Oft empfehlen Elektriker, chinesische LED-Lampen durch die Installation eines Varistors parallel zur Patrone zu schützen. Andere Geräte schützen ebenfalls, einige montieren den Varistor in einer Steckdose oder in einem Stecker, um die angeschlossenen Geräte zu schützen.
Um die gesamte Wohnung zu schützen - Sie können den Varistor auf einer Dyn-Schiene installieren, in guten Geräten sind in dem Fall wirklich leistungsstarke Varistoren mit einem Durchmesser von einer Faust.Ein Beispiel für ein solches Gerät ist SPE-1, das auf dem Foto unten gezeigt wird:
Abschließend möchte ich darauf hinweisen, dass der Zweck des Varistors darin besteht, jeden Stromkreis zu schützen. Das Funktionsprinzip basiert auf einer Änderung des Widerstands der Halbleiterstruktur unter dem Einfluss von Hochspannung. Die Spannung, bei der ein Strom von 1 mA durch das Element zu fließen beginnt, wird als Klassifizierung bezeichnet. Dies und der Durchmesser des Elements sind die Hauptparameter bei der Auswahl. Vielleicht haben wir klar erklärt, was ein Varistor ist und warum er benötigt wird. Stellen Sie in den Kommentaren Fragen, wenn Sie etwas nicht verstehen.
Am Ende empfehlen wir, nützliche Videos zum Thema des Artikels anzusehen:
Sicher wissen Sie nicht:
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