Che cos'è un varistore e perché è necessario?

Principio di funzionamento

Un varistore è un dispositivo a semiconduttore con una caratteristica simmetrica corrente-tensione non lineare. Secondo la sua forma, possiamo concludere che il varistore funziona sia in corrente alternata che in corrente continua. Consideriamolo in modo più dettagliato.

Nello stato normale, la corrente attraverso il varistore è estremamente piccola, si chiama corrente di dispersione. Può essere considerato come un componente dielettrico con una certa capacità elettrica e possiamo dire che non passa corrente. Ma, a una certa tensione (nella foto è + - 60 Volt), inizia a passare corrente.

In altre parole, il principio di funzionamento del varistore nei circuiti di protezione assomiglia a una scintilla, solo in un dispositivo a semiconduttore non si verifica una scarica ad arco, ma la sua resistenza interna cambia. Con una diminuzione della resistenza, la corrente da unità di microampere aumenta a centinaia o migliaia di ampere.

L'immagine grafica condizionale del varistore nei circuiti:

La designazione dell'elemento sui diagrammi ricorda una resistenza convenzionale, ma barrata in diagonale da una linea su cui può essere applicata la lettera U. Per trovare questo elemento sulla scheda o nel circuito, prestare attenzione alle firme, molto spesso sono indicate come RU o VA.

L'aspetto del varistore:

Un varistore è installato parallelamente al circuito per proteggerlo. Pertanto, con un impulso di tensione del circuito protetto, l'energia non entra nel dispositivo, ma viene dissipata come calore sul varistore. Se l'energia dell'impulso è troppo elevata, il varistore brucerà. Ma il concetto si esaurisce sfocato, ci sono due opzioni di sviluppo. O il varistore si romperà semplicemente a pezzi, o il suo cristallo crollerà e gli elettrodi verranno cortocircuitati. Ciò comporterà l'esaurimento delle tracce e dei conduttori, oppure si verificherà un incendio negli elementi dell'alloggiamento e di altre parti.

Per evitare ciò davanti al varistore, viene installato un fusibile in serie con l'intero circuito nel segnale o nel cavo di alimentazione. Quindi, nel caso di un forte impulso di tensione e di funzionamento a lungo termine o esaurimento del varistore, anche il fusibile brucerà, rompendo il circuito.

In breve, perché è necessario un componente del genere: le sue proprietà proteggono il circuito elettrico da picchi distruttivi che possono verificarsi sia sulle linee di informazione che sulle linee elettriche, ad esempio quando si cambiano potenti apparecchi elettrici. Discuteremo questo problema un po 'di seguito.

dispositivo

I varistori sono disposti in modo abbastanza semplice: all'interno c'è un cristallo di materiale semiconduttore, il più delle volte è ossido di zinco (ZiO) o carburo di silicio (SiC). La polvere pressata di questi materiali è sottoposta a trattamento ad alta temperatura (cotto) e rivestita con una guaina dielettrica.Esistono versioni con terminali assiali per il montaggio in fori su una scheda a circuito stampato, nonché in una custodia SMD.

La figura seguente mostra chiaramente la struttura interna del varistore:

Parametri chiave

Per scegliere correttamente il varistore, è necessario conoscere le sue principali caratteristiche tecniche:

1. La tensione di classificazione, può essere designata come Un. Questa è una tale tensione alla quale una corrente di 1 mA inizia a fluire attraverso il varistore, con un ulteriore eccesso, la corrente aumenta come una valanga. Questo parametro è indicato nella marcatura del varistore.
2. Dissipazione di potenza nominale P. Determina quanto un elemento può dissipare mantenendo le sue caratteristiche.
3. Energia massima di un singolo impulso W. Misurata in Joule.
4. Impulso Ipp corrente massima. Mentre la parte anteriore cresce entro 8 μs e la sua durata totale è di 20 μs.
5. Capacità chiusa - Co. Poiché nello stato chiuso il varistore è una specie di condensatore, poiché i suoi elettrodi sono separati da un materiale non conduttivo, ha una certa capacità. Ciò è importante quando il dispositivo viene utilizzato in circuiti ad alta frequenza.

Si distinguono anche due tipi di stress:

• Um ~ è la massima variabile efficace o efficace;
• Um = è la costante massima.

Marcatura e selezione del varistore

In pratica, ad esempio, quando si ripara un dispositivo elettronico, è necessario lavorare con la marcatura del varistore, di solito è realizzata nella forma:

20D 471K

Cos'è e come capirlo? I primi caratteri 20D sono il diametro. Più è grande e spesso, più energia può dissipare il varistore. Inoltre 471 è una tensione di classificazione.

Possono essere presenti altri caratteri aggiuntivi, che di solito indicano il produttore o la funzionalità del componente.

Ora scopriamo come scegliere correttamente il varistore, in modo che svolga correttamente la sua funzione. Per selezionare un componente, è necessario sapere nel circuito con quale tensione e tipo di corrente funzionerà. Ad esempio, possiamo supporre che per la protezione dei dispositivi che operano in un circuito a 220 V, è necessario utilizzare un varistore con una tensione di classificazione leggermente superiore (in modo che funzioni quando il valore nominale viene significativamente superato), cioè 250-260 V. Questo è fondamentalmente sbagliato.

Il fatto è che nei circuiti AC 220V è il valore effettivo. Se non vai nei dettagli, allora l'ampiezza del segnale sinusoidale alla radice di 2 volte in più rispetto al valore reale, cioè 1,41 volte. Di conseguenza, la tensione di ampiezza nelle nostre prese è di 300-310 V.

240 * 1.1 * 1.41 = 372 V.

Dove 1,1 è il fattore di sicurezza.

In tali calcoli, l'elemento inizierà a funzionare quando la tensione di corrente salta più di 240 volt, quindi la sua tensione di classificazione deve essere di almeno 370 volt.

Di seguito sono riportati i valori nominali tipici dei varistori per reti CA con una tensione di:

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

Uso domestico

Lo scopo dei varistori è proteggere il circuito durante gli impulsi e strapazzo sulla linea. Questa proprietà ha permesso agli elementi in esame di trovare la loro applicazione come protezione:

• linee di comunicazione;
• input di informazioni di dispositivi elettronici;
• circuiti di potenza.

La maggior parte degli alimentatori economici non installa alcuna protezione. Ma in buoni modelli, i varistori sono installati all'ingresso.

Inoltre, tutti sanno che il computer deve essere collegato all'alimentazione tramite uno speciale cavo di prolunga con un pulsante: protezione da sovratensioni. Non solo filtra le interferenze, ma i varistori sono installati anche nei normali circuiti di filtraggio.

Spesso, gli elettricisti raccomandano di proteggere le lampade a LED cinesi installando un varistore parallelo alla cartuccia. Anche altri dispositivi proteggono, alcuni montano il varistore in una presa o in una spina per proteggere l'apparecchiatura collegata.

Per proteggere l'intero appartamento - è possibile installare il varistore su una guida di scorrimento, in buoni dispositivi nel caso siano veri varistori con un diametro di un pugno.Un esempio di tale dispositivo è SPE-1, che è mostrato nella foto qui sotto:

In conclusione, vorrei notare che lo scopo del varistore è proteggere qualsiasi circuito elettrico. Il principio di funzionamento si basa su un cambiamento nella resistenza della struttura a semiconduttore sotto l'influenza dell'alta tensione. La tensione alla quale una corrente di 1 mA inizia a fluire attraverso l'elemento si chiama classificazione. Questo e il diametro dell'elemento sono i parametri principali nella scelta. Forse abbiamo spiegato chiaramente cos'è un varistore e perché è necessario, fai domande nei commenti se non capisci qualcosa.

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