Ein Widerstand kann als passives Element eines Stromkreises beschrieben werden. Widerstände werden hauptsächlich zur Steuerung elektrischer Parameter (Spannung und Strom) in einem Stromkreis verwendet, indem die physikalische Eigenschaft eines Widerstands, Widerstand genannt, genutzt wird.
Es gibt verschiedene Arten von Widerständen:
In diesem Artikel gehen wir ausführlich auf das Funktionsprinzip eines Varistors, den Anschlussplan und den Einsatz eines Varistors in der Praxis ein. Aber zunächst müssen wir wissen, was ein Varistor ist.
Varistor- Dies ist ein besonderer Typ, dessen Widerstand sich unter dem Einfluss der an ihn angelegten Spannung ändert. Daher wird er auch als spannungsabhängiger Widerstand (VDR) bezeichnet. Dieses nichtlineare Halbleiterelement hat seinen Namen vom Wort variabler Widerstand (VARiable-Widerstand).
Diese Varistoren werden als Schutzvorrichtung verwendet, um vorübergehende Spannungsstöße in einem Stromkreis zu verhindern. Ein Varistor ähnelt in Aussehen und Größe einem Kondensator und wird daher oft mit diesem verwechselt.
Im normalen Betriebszustand weist der Varistor einen hohen Widerstand auf. Immer wenn die Übergangsspannung stark ansteigt, sinkt der Widerstand des Varistors sofort. Dadurch beginnt es, Strom durch sich selbst zu leiten, wodurch die Spannung auf ein sicheres Niveau reduziert wird.
Es gibt verschiedene Typen, in elektronischen Geräten werden jedoch am häufigsten Metalloxid-Varistoren verwendet. Wie oben erwähnt besteht der Hauptzweck eines Varistors in elektronischen Schaltkreisen darin, den Schaltkreis vor übermäßigen transienten Spannungsspitzen zu schützen. Diese Transienten treten typischerweise aufgrund statischer Elektrizitätsentladungen und Blitzstößen auf.
Das Funktionsprinzip eines Varistors lässt sich leicht verstehen, wenn man sich die Kurve des Widerstands gegenüber der angelegten Spannung ansieht.
Die obige Grafik zeigt, dass bei normaler Betriebsspannung (z. B. Niederspannung) sein Widerstand sehr hoch ist und wenn die Spannung den Nennwert des Varistors überschreitet, beginnt sein Widerstand zu sinken.
Die Strom-Spannungs-Kennlinie (Volt-Ampere-Kennlinie) des Varistors ist in der Abbildung oben dargestellt. Aus der Abbildung können Sie ersehen, dass eine kleine Spannungsänderung eine erhebliche Stromänderung verursacht.
Der Spannungspegel (Klassifizierungsspannung), bei dem der durch den Varistor fließende Strom 1 mA beträgt, ist der Pegel, bei dem der Varistor von einem nichtleitenden Zustand in einen leitenden Zustand wechselt. Dies liegt daran, dass immer dann, wenn die angelegte Spannung größer oder gleich der Nennspannung ist, ein Lawineneffekt auftritt, der den Varistor aufgrund des verringerten Widerstands in den leitenden Zustand bringt.
Daher wird die Spannung trotz des schnellen Anstiegs des kleinen Leckstroms leicht über dem Nennwert liegen. Daher reguliert der Varistor die Übergangsspannung relativ zur angelegten Spannung.
Die obige Abbildung zeigt Beispiele für den Einsatz eines Varistors in verschiedenen Leistungsschutzsystemen. Betrachten wir jeden Fall einzeln.
Diese Schaltung stellt den Schutz einer einphasigen Stromleitung dar. Wenn vom Netzwerk eine vorübergehende Spannung an die Leistungsklemmen des Geräts angelegt wird, verringert dieser Spannungsstoß den Widerstand des Varistors und schützt so den Stromkreis.
Varistoren(Der Name leitet sich von zwei Wörtern ab: Variable Widerstände – variabler Widerstand) – dabei handelt es sich um Halbleiterwiderstände (Metalloxid oder Zinkoxid), die die Eigenschaft haben, ihren Widerstand stark von 1000 MOhm auf mehrere zehn Ohm zu reduzieren, wenn die Spannung an ihnen über a ansteigt Schwellwert. Dabei wird der Widerstand umso kleiner, je größer die angelegte Spannung ist. Die typische Strom-Spannungs-Kennlinie eines Varistors weist eine ausgeprägte nichtlineare symmetrische Form auf, d. h. er kann auch mit Wechselspannung betrieben werden. Ein Varistor muss an das Netz angeschlossene elektrische Geräte vor Überspannungen schützen – das ist seine Hauptaufgabe. Im Netz können nicht nur kurzfristige Hochspannungsspannungsimpulse auftreten, sondern auch ein längerfristiger Spannungsanstieg auf bis zu 380 V. Bei längerfristigen Überspannungen, zum Beispiel bei Phasenungleichgewichten beim Einsatz eines Schweißgeräts an einer anderen Phase, muss der Varistor der Überspannung standhalten und darf nicht zusammenbrechen, bis die vor ihm liegende Schutzeinrichtung oder Sicherung auslöst. Mit zunehmender Spannung steigt der Strom durch den Varistor und steigt steil auf den Nennwert des Varistors an. Elektrophysikalische Keramiken werden häufig in der Hochspannungselektrotechnik eingesetzt. Ein Beispiel hierfür sind Varistoren – die Basis von Geräten zum Schutz elektrischer Netze vor Schalt- und Blitzüberspannungen. Zinkoxid-Varistoren (ZOV) sind der beliebteste Typ. Sie bestehen aus einem polykristallinen Mehrkomponentensystem, das neben Zinkoxid (Zn0) auch Oxide von Wismut (Bi2O3), Antimon (Sb2O3), Kobalt (Co3O4), Mangan (MnO2), Chrom (Cr2O3) und einer Reihe von anderen umfasst andere Elemente.
Dies sind die Arten von Varistoren:
Varistor 220KD07 (14V)
Varistor 270KD07 (17V)
Varistor 330KD07 (20V)
Varistor 390KD07 (25V)
Varistor 560KD07 (35V)
Varistor 680KD07 (40V)
Varistor 101KD07 (60V)
Varistor 121KD07 (75V)
Varistor 121KD10 (75V)
Varistor 151KD07 (95V)
Varistor 151KD10 (95V)
Varistor 181KD07 (115V)
Varistor 181KD10 (115V)
Varistor 221KD10 (140V)
Varistor 241KD07 (150V)
Varistor 241KD10 (150V)
Varistor 241KD14 (150V)
Varistor 271KD07 (175V)
Varistor 271KD10 (175V)
Varistor 301KD14 (200V)
Varistor 331KD10 (210V)
Varistor 331KD14 (210V)
Varistor 361KD10 (230V)
Varistor 361KD14 (230V)
Varistor 361KD20 (230V)
Varistor 391KD07 (250V)
Varistor 391KD10 (250V)
Varistor 391KD14 (250V)
Varistor 391KD20 (250V)
Varistor 431KD07 (275V)
Varistor 431KD10 (275V)
Varistor 431KD14 (275V)
Varistor 431KD20 (275V)
Varistor 471KD07 (300V)
Varistor 471KD10 (300V)
Varistor 471KD14 (300V)
Varistor 471KD20 (300V)
Varistor 561KD14 (350V)
Varistor 561KD20 (350V)
Varistor 561KD32 (350V)
Varistor 621KD10 (385V)
Varistor 621KD14 (385V)
Varistor 621KD20 (385V)
Varistor 681KD14 (420V)
Varistor 681KD20 (420V)
Varistor 821KD20 (510V)
Varistor 102KD20 (625V)
Varistoren werden parallel zu den geschützten elektrischen Geräten installiert. Bei einer dreiphasigen Last werden sie bei Sternschaltung in jeder Phase zwischen Phase und Erde geschaltet, bei Dreieckschaltung zwischen den Phasen. Der günstigste Einbauort für Varistoren ist unmittelbar nach dem Schaltgerät auf der Seite der zu schützenden Last. Das PROGRESS-Werk produziert einen sehr praktischen dreiphasigen Überspannungsbegrenzer „Impulse-1“, ein Gerät zur Befestigung von Varistoren auf einer Schalttafel, das in einem Gehäuse untergebrachte Geräte enthält – Halter für drei Varistoren, ausgestattet mit Leitungen. Mit diesem Gerät können Sie auf einfache Weise Schutzsysteme für dreiphasige Lasten implementieren, die sowohl in Stern- als auch in Dreieckschaltung angeschlossen sind, sowie bis zu drei unabhängige Elektroinstallationen schützen, die von einem einphasigen Netzwerk gespeist werden.
Auswahl des zu verwendenden Varistortyps und die Bestimmung seiner Klassifizierungsspannung erfolgt auf der Grundlage einer Analyse des Betriebs des Varistors in zwei Modi: im Betriebsmodus und im Impulsmodus.
1. Die Analyse des Betriebs eines Varistors im Betriebsmodus besteht darin, aus Tabelle 1 eine solche Klassifizierungsspannung zu ermitteln, bei der die langfristige maximale Spannung an der Last dem Tabellenwert am nächsten kommt, diesen jedoch nicht überschreitet. Diese Tabellen gelten für Varistoren mit maximalen Abweichungen der Klassifizierungsspannung von nicht mehr als 10 %. Bei im Ausland hergestellten Varistoren wird dies in den meisten Fällen als Teil der Kennzeichnung angegeben.
2. Analyse Varistorbetrieb im Pulsbetrieb besteht aus der Berechnung der maximalen Momentanenergie anhand der Formel:
E=P*tg(phi)/2ï*f*n
Dabei ist E die maximale Momentanenergie in Joule, P die Nennlastleistung pro Phase (W), f die Frequenz der Wechselspannung (Hz) und n der Wirkungsgrad der geschützten Last. Solche Berechnungen werden üblicherweise für Lasten von mehreren Kilowatt oder mehr durchgeführt.
Wählen Sie gemäß Tabelle 2 den Varistortyp aus, der für die Energiedissipation sorgt, dessen Wert anhand der angegebenen Formel berechnet wird.
Tabelle 1 In Volt
|
maximal zulässige Dauerwechselspannung |
Klassifizierungsspannung |
maximal zulässige Dauerwechselspannung |
maximal zulässige Dauerspannung |
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Tabelle 2
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Einstufung- |
Maximale Verlustenergie von Varistoren, J |
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|
nationaler Nap- sich verkleiden, B |
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Denken Sie daran, dass einige Hersteller schreiben Varistoren-Klassifizierungsspannung des Varistors und ein gewisser Wert für Wechselstrom.
Bei in Russland hergestellten Varistoren ist die Klassifizierungsspannung angegeben.
Die wichtigsten Parameter, die zur Beschreibung der Eigenschaften von Varistoren verwendet werden, sind:
Die Unklassifizierungsspannung, normalerweise gemessen bei einem Strom von 1 mA, ist ein bedingter Parameter, der beim Markieren von Elementen angegeben wird;
Um – maximal zulässige aktive Variable
Spannung (Effektivwert);
Um= - maximal zulässige Gleichspannung;
P ist die durchschnittliche Nennverlustleistung, die der Varistor während seiner gesamten Lebensdauer abführen kann, während die Parameter innerhalb der festgelegten Grenzen bleiben;
W ist die maximal zulässige absorbierte Energie in Joule (J), wenn sie einem einzelnen Impuls ausgesetzt wird. Dieser Wert bestimmt, wie lange die Überlastung (bei maximaler Leistung Рт) anhalten kann, ohne dass die Gefahr einer Beschädigung des Varistors besteht.
Die Nennspannung bestimmt die maximal mögliche Spannung, die an den Varistor angelegt werden kann. Nur ein kurzer Überspannungsimpuls kann die Nennspannung überschreiten, nämlich den Überlaststrom (Impuls) Imax und die Impulsenergie Wmax. Beim Betrieb eines Varistors werden die Amplitude und die Anzahl der Impulse an ihn angelegt, was für Standardimpulsformen charakteristisch ist.
Wmax ist die Energie, die ein Varistor abgibt, wenn ein Stromimpuls von 10/1000 durch ihn fließt. Die Pmax-Kennlinie sollte berücksichtigt werden, wenn der Varistor die Wärmeableitung in Pausen zwischen angelegten Stromimpulsen nicht bewältigen kann und überhitzt. Im Allgemeinen hängt Pmax von der Größe und dem Design der Varistorleitungen ab.
Bezeichnung der Varistoren:
Die Zahl vor den Buchstaben gibt den Durchmesser des Varistors in mm an. Die Zahlen nach den Buchstaben geben die Spannung 431 = 430 V, 471 = 470 V an. Es kommt vor, dass Markierungen oft ohne Buchstaben geschrieben werden. Typ 7271, 10751.
Beispiele: Schutz vor Spannungsspitzen in der USV HBOX-360 aus England, wo 240 V vorhanden sind, es gab 2 Varistoren parallel bei 431 (430 V).
Der Varistor in der 120-V-USV der WII-Spielekonsole aus den USA war 7Z271 bei 270 V.
Der Varistor in der 220-V-USV des DVD-Players für Russland war 10Z471 bei 470 V.
Der Varistor in der 220-V-USV des 21-Zoll-Röhrenfernsehers von Samsung war TVR10751 (750 V).
Die typische Reaktionszeit von Varistoren bei Überspannung beträgt nicht mehr als 25 ns, reicht jedoch möglicherweise nicht aus, um einige Arten von Geräten zu schützen (für den elektrostatischen Schutz ist nicht mehr als 1 ns erforderlich). Daher zielt die Verbesserung der Varistor-Herstellungstechnologie weltweit auf eine Steigerung ihrer Leistung ab. Beispielsweise kann die Firma „S+M Epcos“ durch den Einsatz bei der Herstellung von Varistoren der Mehrschichtstruktur SIOV-CN und deren SMD-Bauweise (Leadless Design for Surface Assembly) eine Reaktionszeit von weniger als erreichen 0,5 ns (wenn sich solche Elemente auf der Leiterplatte befinden, um die angegebene Geschwindigkeit zu erreichen, muss die Induktivität der externen Verbindungsleiter bereits minimiert werden). Beim Scheibenaufbau von Varistoren erhöht sich die Reaktionszeit aufgrund der Induktivität der Leitungen auf mehrere Nanosekunden.
Für ein Netz mit einer Effektivspannung von 220 V (50 Hz) werden üblicherweise Varistoren mit einer Klassifizierungsspannung von mindestens 380...430 V eingebaut. Für einen Varistor mit einer Klassifizierungsspannung von 430 V, mit einem Stromimpuls von 100 A wird die Spannung auf etwa 600 V begrenzt.
Varistoren können in Reihe oder parallel geschaltet werden, ihr Widerstand ist nichtlinear, die Spannung zwischen ihnen gleicht sich aus. Tatsächlich kann ein Varistor als bidirektionale (polaritätsabhängige) Zenerdiode betrachtet werden, nur mit einer weicheren Charakteristik. Sie benötigen beispielsweise einen 360-V-Varistor. Dazu nehmen wir jeweils zwei 180-V-Varistoren und schalten sie in Reihe! Um die Leistung eines Varistors aus mehreren kleinen Varistoren zu erhöhen, können Sie durch Parallelschaltung eine leistungsstarke Baugruppe erhalten. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, dass die Kljedes Varistors von der Baugruppe her eine gewisse Streuung aufweisen die Verwendung eines leistungsstärkeren Varistors ist vorzuziehen. Um einen normalen Parallelbetrieb von Varistoren zu gewährleisten, ist eine strikte Übereinstimmung der Strom-Spannungs-Kennlinien erforderlich. Dieses Problem ist mit einer Reihen-Parallel-Schaltung vollständig lösbar – also Varistoren werden in Reihe zu Säulen montiert und die Säulen werden parallel geschaltet. In diesem Fall wird durch die Auswahl von Varistoren die Übereinstimmung der I-V-Kennlinien der Varistorsäulen sichergestellt. Das ist es, was sie tun, wenn sie leistungsstarke Hochspannungs-Überspannungsschutzgeräte (OSS) entwickeln.
Eine häufige Ursache für Geräteausfälle, beispielsweise bei Netzteilen, ist das Vorhandensein von Überspannungsimpulsen im Netzwerk. Sie können durch verschiedene elektromagnetische Störungen im Zusammenhang mit Blitzentladungen oder beim Schalten und Entladen induktiver und kapazitiver Schaltungselemente sowie entsprechende transiente Prozesse verursacht werden.
Varistoren- ein zuverlässiges Mittel für Überspannungsunterdrückung in primären Stromkreisen. Unternehmen Kleine Sicherung produziert eine breite Palette dieser Produkte, bestehend aus mehreren Serien, darunter branchenführende Industrievaristoren der Energiedissipation C-III.
Um von der zuverlässigen Funktion des zu entwickelnden Geräts überzeugt zu sein, muss bereits in den frühen Entwicklungsstadien über die Unterdrückung von Spannungsspitzen nachgedacht werden. Dies kann eine komplexe Aufgabe sein, da elektronische Komponenten sehr empfindlich auf Transienten reagieren. Der Konstrukteur muss die Art der Gefahr bestimmen, die zu Spannungsspitzen führen kann, und welche Standards das Gerät je nach Anwendung erfüllen muss. Varistoren werden am häufigsten zur Unterdrückung von Spannungsspitzen in Primärkreisen eingesetzt. Es gibt viele Hersteller von Varistoren auf dem Markt. Schauen wir uns verschiedene Arten von Varistoren an, verweilen wir bei ihrem physikalischen Wesen und vergleichen wir Varistoren des Marktführers auf dem Markt für Schutzkomponenten – des Unternehmens Kleine Sicherung– mit Varistoren anderer namhafter Hersteller – Epcos Und Fenghua.
Ein Varistor ist ein elektronisches Gerät, dessen Widerstand sich nichtlinear mit Änderungen der ihm zugeführten Spannung ändert; seine Strom-Spannungs-Kennlinie (CV) ähnelt der Strom-Spannungs-Kennlinie von bidirektionalen Zenerdioden. Der Varistor besteht hauptsächlich aus Zinkoxid ZNO mit geringen Mengen Wismut, Kobalt, Magnesium und anderen Elementen. Ein Metalloxid-Varistor (MOV) wird während des Herstellungsprozesses zu einem keramischen Halbleiter mit einer kristallinen Mikrostruktur gesintert, die die Ableitung sehr großer Energien ermöglicht, weshalb Varistoren häufig zum Schutz vor Spannungsspitzen durch Blitzeinschläge, Transienten usw. eingesetzt werden induktive Lasten, elektrostatische Entladungen in Wechsel- und Gleichstromkreisen sowie in industriellen Stromleitungen. Darüber hinaus werden Varistoren in Konstantspannungsnetzen eingesetzt, beispielsweise in Niederspannungsnetzteilen oder Automobilschaltungen. Der Herstellungsprozess von Varistoren ermöglicht eine Vielzahl von Formen. Der häufigste Formfaktor von Varistoren ist jedoch eine Scheibe mit radialen Anschlüssen.
Der Varistorkörper ist eine isotrope körnige Struktur aus Zinkoxid ZnO (Abbildung 1). Die Körnchen sind voneinander getrennt und ihre Trenngrenze weist eine Strom-Spannungs-Charakteristik auf, die einem pn-Übergang in Halbleitern ähnelt. Diese Grenzen weisen bei niedrigen Spannungen eine sehr geringe Leitfähigkeit auf, die mit zunehmender Spannung am Varistor nichtlinear zunimmt.
Eine symmetrische Strom-Spannungs-Kennlinie ist in Abbildung 2 dargestellt. Dank ihr leistet der Varistor hervorragende Arbeit bei der Unterdrückung von Spannungsstößen. Wenn sie im Stromkreis auftreten, verringert sich der Widerstand des Varistors um ein Vielfaches: von einem nahezu nichtleitenden Zustand in einen hochleitenden Zustand, wodurch der Spannungsimpuls auf einen für den Stromkreis sicheren Wert reduziert wird. Somit wird die Energie des Eingangsspannungsimpulses, die möglicherweise gefährlich für die Schaltungselemente ist, vom Varistor absorbiert und schützt Komponenten, die gegenüber Spannungsspitzen empfindlich sind.
An den Kontaktpunkten zwischen den Varistor-Mikrokügelchen entsteht ein Leitungseffekt. Da die Anzahl der Körnchen im Volumen des Varistors sehr groß ist, übersteigt die vom Varistor absorbierte Energie die Energie, die durch einen einzelnen pn-Übergang in Zenerdioden fließen kann, deutlich. Beim Stromdurchgang durch den Varistor wird die gesamte durchströmende Ladung gleichmäßig über das gesamte Volumen verteilt. Somit hängt die Energiemenge, die ein Varistor aufnehmen kann, direkt von seinem Volumen ab. Die Betriebsspannung des Varistors und der maximale Strom hängen vom Abstand zwischen den Elektroden ab, zwischen denen sich Zinkoxidkörnchen befinden. Es gibt jedoch noch viele andere technologische Aspekte, die diese elektrischen Parameter bestimmen: Granulations- und Sintertechnologie, die sich auf die Größe der Granulatkörner und deren Kontaktfläche auswirkt, Anschluss von Metallleitungen, Varistorbeschichtung, Legierungszusätze. Beispielsweise hängt der Betriebstemperaturbereich von Scheibenvaristoren von der Art der Scheibenbeschichtung ab: Bei epoxidbeschichteten Varistoren beträgt der Bereich -55...85 °C, bei einer Phenolbeschichtung, wie sie bei Varistoren der Littelfuse-Serie zu finden ist C-III, dieser Bereich wurde auf 125°C erweitert. Außerdem verfügen die meisten Serien oberflächenmontierbarer Varistoren über einen erweiterten Betriebstemperaturbereich.
Schauen wir uns das Funktionsprinzip eines Varistors genauer an.
In seinem Körper befinden sich zwischen den Metallkontakten Körnchen mit einer durchschnittlichen Größe d (Abbildung 3).
Reis. 3. Schematische Darstellung der Mikrostruktur eines Metalloxid-Varistors
Leitfähige Zinkoxidkörnchen mit einer mittleren Korngröße d sind durch intergranulare Grenzen voneinander getrennt.
Bei der Auslegung eines Varistors für eine gegebene Nennspannung Vn ist der Hauptparameter die Anzahl der zwischen den Kontakten enthaltenen Körnchen n, die sich wiederum auf die Größe des Varistors auswirkt. In der Praxis ist sein Material durch einen Spannungsgradienten V/mm gekennzeichnet, der in einer kollinearen Richtung mit der Normalen zur Ebene des Varistors gemessen wird. Um die Zusammensetzung und Produktionsbedingungen steuern zu können, muss der Gradient konstant sein. Da die physikalischen Abmessungen eines Varistors bestimmte Grenzen haben, ermöglicht die Kombination von Verunreinigungen im Gerät, eine bestimmte Granulatgröße und das gewünschte Ergebnis zu erzielen.
Eine grundlegende Eigenschaft eines ZnO-Varistors ist sein nahezu konstanter Spannungsabfall an den Korngrenzen über das gesamte Volumen. Beobachtungen zeigen, dass unabhängig vom Typ des Varistors der Spannungsabfall an der Kontaktgrenze der Granulatkörner immer 2...3 V beträgt. Der Spannungsabfall an den Granulatgrenzen hängt nicht von der Größe der Granulatkörner selbst ab. Lässt man also die unterschiedlichen Verfahren zur Herstellung und Legierung von Zinkoxid außer Acht, hängt die Spannung des Varistors von seiner Dicke und der Größe der Körnchen ab. Diese Abhängigkeit lässt sich leicht in folgender Form ausdrücken (Formel 1):
wobei d die durchschnittliche Granulatgröße ist.
Angesichts
,
Wir erhalten die in Tabelle 1 dargestellten Daten.
Tabelle 1. Abhängigkeit der Strukturparameter des Varistors von der Spannung
Varistorspannung Vn– Dies ist die Spannung auf der Strom-Spannungs-Kennlinie, bei der ein Übergang von einem Zustand mit geringer Leitfähigkeit im linearen Abschnitt des Diagramms in den nichtlinearen Modus eines Zustands mit hoher Leitfähigkeit erfolgt. Nach allgemeiner Übereinstimmung wurde zur Standardisierung der Messungen ein Strom von 1 mA gewählt.
Obwohl Varistoren in wenigen Mikrosekunden große Energiemengen absorbieren können, können sie nicht lange leitend bleiben. Daher beginnt der Varistor in manchen Fällen, wenn beispielsweise die Spannung im Netzwerk über einen längeren Zeitraum auf den Auslösepegel ansteigt, sehr heiß zu werden. Bei Überhitzung kann es zu einem Brand kommen (Abbildung 4). Um sich davor zu schützen, wurden Thermistoren eingesetzt. Ein Varistor mit eingebautem Thermistor ist vor Überhitzung geschützt, was seine Lebensdauer verlängert und das Gerät vor einem möglichen Brand schützt.
Lassen Sie uns eine vergleichende Analyse der beliebtesten Varistoren von Littelfuse, Epcos und Fenghua mit Betriebsspannungen von 250 und 275 V (AC rms) und Scheibendurchmessern von 10, 14 und 20 mm durchführen.
Wie aus Tabelle 2 hervorgeht, hängt die Verlustleistung eines Varistors nicht nur von seiner Größe ab, sondern auch von der Produktionstechnologie und den verwendeten Materialien zur Herstellung der Serie. Bitte beachten Sie, dass es sich um die Industriequalitätsserie handelt C-III Den ersten Platz belegte die von Littelfuse produzierte Serie UltraMOV zeigte ebenfalls eine sehr hohe Leistung und lag auf dem Niveau seiner Konkurrenten - der Serie Fortschrittlich Produktion Epcos. Es kann auch festgestellt werden, dass C-III-Varistoren mit einer kleineren Größe (D = 14 mm) eine größere Energiedissipation aufweisen als die Standardserie der Wettbewerber, die größere Abmessungen (D = 20 mm) haben, und dass der Unterschied in der Energiedissipation besteht zwischen hochwertigen Varistoren im Gehäuse beträgt D = 20 mm und Standardvaristoren im Gehäuse D = 10 mm können sich um eine Größenordnung unterscheiden.
Tabelle 2. Vergleichsanalyse der beliebtesten Varistoren von Littelfuse, Epcos und Fenghua
| Name | Hersteller | Serie | D, mm | VRMS, V | Imax (8/20 µs), A | Wmax (2 ms), J |
| Kleine Sicherung | C-III | 20 | 275 | 10000 | 320 | |
| Kleine Sicherung | C-III | 20 | 250 | 10000 | 300 | |
| , | Epcos | Fortschrittlich | 20 | 275 | 10000 | 215 |
| , | Epcos | Fortschrittlich | 20 | 250 | 10000 | 195 |
| Kleine Sicherung | UltraMOV® | 20 | 275 | 6500 | 190 | |
| Kleine Sicherung | UltraMOV® | 20 | 250 | 6500 | 170 | |
| , | Epcos | Standard | 20 | 275 | 8000 | 151 |
| Kleine Sicherung | C-III | 14 | 275 | 6500 | 145 | |
| Fenghua | Allgemein | 20 | 275 | 6500 | 140 | |
| , | Epcos | Standard | 20 | 250 | 8000 | 140 |
| Kleine Sicherung | C-III | 14 | 250 | 6500 | 135 | |
| Fenghua | Allgemein | 20 | 250 | 6500 | 130 | |
| , | Epcos | Fortschrittlich | 14 | 275 | 6000 | 110 |
| Kleine Sicherung | UltraMOV® | 14 | 275 | 4500 | 110 | |
| , | Epcos | Fortschrittlich | 14 | 250 | 6000 | 100 |
| Kleine Sicherung | UltraMOV® | 14 | 250 | 4500 | 100 | |
| Fenghua | Allgemein | 14 | 275 | 4500 | 75 | |
| , | Epcos | Standard | 14 | 275 | 4500 | 71 |
| Fenghua | Allgemein | 14 | 250 | 4500 | 70 | |
| Kleine Sicherung | C-III | 10 | 275 | 3500 | 70 | |
| , | Epcos | Standard | 14 | 250 | 4500 | 65 |
| Kleine Sicherung | C-III | 10 | 250 | 3500 | 60 | |
| , | Epcos | Fortschrittlich | 10 | 275 | 3500 | 55 |
| Kleine Sicherung | UltraMOV® | 10 | 275 | 2500 | 55 | |
| , | Epcos | Fortschrittlich | 10 | 250 | 3500 | 50 |
| Kleine Sicherung | UltraMOV® | 10 | 250 | 2500 | 50 | |
| Fenghua | Allgemein | 10 | 275 | 2500 | 45 | |
| , | Epcos | Standard | 10 | 275 | 2500 | 43 |
| Fenghua | Allgemein | 10 | 250 | 2500 | 40 | |
| , | Epcos | Standard | 10 | 250 | 2500 | 38 |
Eine Übersicht der von Littelfuse produzierten Varistoren, gegliedert nach Serien und Einsatzgebieten, finden Sie in Tabelle 3.
Tabelle 3. Anwendungsbereiche von Littelfuse-Varistoren
| Segment | Typische Anwendungen und Beispiele | Serie | Technologie | SMD-Montage |
| Niederspannungsgeräte, Einplatinengeräte | Hand- und Handgeräte, Steuerungen, Messgeräte, Computer, Fernsensoren, I/O-Ports und Schnittstellen, medizinische Geräte | CH | MOV | + |
| MA, ZA, RA, UltraMOV, CIII | MOV | |||
| ML, MLE, MLN, MHS | MLV | + | ||
| Elektrische Netzwerke, Überspannungsschutz | Unterbrechungsfreie Stromversorgungen, Leistungsmesser, AC-Netzteile, LED-Treiber, Netzteile, Industrie-Netzteile, Leistungsschalter, Überspannungsschutz, Unterhaltungselektronik, Energiemanagement | TMOV, UltraMOV, CIII, LA, HA, HB, HG, HF, DHB, TMOV34S, RA | MOV | – |
| SM20, SM7, CH | MOV | + | ||
| Automobilelektronik | ABS, Datenbusse, Motorsteuerungen, Servos, Airbags, Steuerung von Spiegeln, elektrische Fensterheber, Bürsten | SM7, CH | MOV | – |
| ZA, LV UltraMOV | MOV | – | ||
| AUML, ML, MLE, MLN, MHS | MLV | + | ||
| Telekommunikationsausrüstung | Mobilfunk- und DECT-Telefone, Router, Modems, Netzwerkkarten, Teilnehmerschutz, T1/E1/ISDN, Datenbusschutz | SM7, CH | MOV | – |
| ZA, LV UltraMOV | MOV | – | ||
| SM20, SM7, ML, MLE, MLN, MHS | MLV | + | ||
| Leistungsstarke Industrieausrüstung | Leistungsrelais, Magnetspulen, Motortreiber, Netzteile, Roboter, große Motoren/Pumpen/Kompressoren | DA/DB, BA/BB, CA, HA, HB, HC, HG, HF, DHB, TMOV34S, CIII, UltraMOV | MOV | – |
Die Eigenschaft von Halbleitern, ihre elektrische Leitfähigkeit unter dem Einfluss äußerer Anregungen zu ändern, wird beim Aufbau einer Reihe einfacher Halbleiterbauelemente (kontaktlos), der sogenannten Halbleiterwiderstände, genutzt.
Unter Halbleiterwiderständen versteht man viele Arten von Widerständen, die aus verschiedenen Halbleitermaterialien bestehen und deren elektrischen Widerstand von verschiedenen Faktoren abhängt, die den Widerstand beeinflussen. Dementsprechend unterscheiden sie:
Varistoren (Abhängigkeit von R von der Spannung U);
Thermistoren (abhängig von der Temperatur T);
Fotowiderstände (vom Lichtstrom F);
Magnetowiderstände (vom Magnetfeld B);
Dehnungsmessstreifen (aus mechanischem Druck P).
Symbole für Halbleiterwiderstände sind in Abb. dargestellt. 1.
Das Vorhandensein von Halbleiterwiderständen mit einem so breiten Spektrum an Abhängigkeiten ermöglicht deren Verwendung in elektronischen Geräten, die zur Lösung vieler verschiedener Probleme entwickelt werden:
als Sensoren zur Messung des entsprechenden Parameters (U, T, F, V, P);
in Geräten zur Stabilisierung von Objektparametern;
in Alarmanlagen und Überlastschutz;
in Systemen zur Regelung physikalischer Größen;
in Signalumwandlungssystemen.
Ein Varistor ist ein Halbleiterwiderstand, dessen Widerstand nichtlinear von der angelegten Spannung abhängt, sowohl positiv als auch negativ. Der Varistor hat zwei Anschlüsse.
Derzeit werden Varistoren vor allem als Überspannungsschutzelemente recht häufig eingesetzt; aufgrund der Symmetrie der stark nichtlinearen Strom-Spannungs-Kennlinie mit einer einzigartig hohen Impulsstabilität sind Oxid-Halbleiter-Varistoren derzeit praktisch die einzigen echten und weit verbreiteten Schnellschaltelemente Mittel zum Schutz komplexer und teurer Halbleitersysteme für verschiedene Zwecke.
Die Strom-Spannungs-Kennlinie (CVC) des Varistors ist nichtlinear und symmetrisch (Abb. 2).
Reis. 2. Volt-Ampere-Kennlinie des Varistors
Die Hauptmaterialien zur Herstellung von Varistoren sind Siliziumkarbid und Zinkoxid.
Um diese Art von Sucht zu bekommen ICH(U) Varistoren bestehen hauptsächlich aus Siliziumkarbid SiC, pulverisierte Körner mit einer Größe von 20 ... 180 Mikrometern werden mit 10 ... 40 % eines dielektrischen Bindemittelmaterials - Ton, Keramik - gemischt, gepresst und bei hohen Temperaturen gebrannt. Dadurch ist der Varistor im Inneren ein Konglomerat aus Körnern mit sehr unterschiedlich großen Lücken und Kontaktflächen.
Die Nichtlinearität der Strom-Spannungs-Kennlinie dieses Varistortyps ist auf eine Erhöhung der Leitfähigkeit von Oberflächenpotentialbarrieren oder Oxidfilmen auf Kristallen in starken elektrischen Feldern zurückzuführen. Und auch eine Erhöhung der Leitfähigkeit von Punktkontakten zwischen Kristallen aufgrund der Erwärmung aufgrund der auf sie freigesetzten Leistung.
Da die Dicke der Oberflächenpotentialbarrieren und Oxidfilme auf Siliziumkarbidkristallen gering ist, können dort bereits bei niedrigen Varistorspannungen starke elektrische Felder entstehen, die zum Tunneln von Ladungsträgern durch die Potentialbarrieren oder durch dünne Oxidfilme führen. Bei niedrigen Spannungen am Varistor hängt die Nichtlinearität der Strom-Spannungs-Kennlinie daher mit der Abhängigkeit der Leitfähigkeit von Oberflächenpotentialbarrieren und Oxidfilmen vom Spannungswert zusammen.
Bei hohen Spannungen am Varistor und dementsprechend hohen Strömen durch den Varistor fällt die Stromdichte in den Punktkontakten sehr hoch aus. An den Punktkontakten fällt die gesamte am Varistor anliegende Spannung ab. Daher erreicht die bei Punktkontakten freigesetzte spezifische Leistung Werte, die nicht ignoriert werden können. Die Erwärmung von Punktkontakten führt zu einer Verringerung ihres Widerstands und zu einer Nichtlinearität der Strom-Spannungs-Kennlinie.
Bei einer feinkörnigen Struktur sind diese Mechanismen praktisch unabhängig von der Polarität der angelegten Spannung – dementsprechend fällt die Strom-Spannungs-Kennlinie des Varistors symmetrisch aus.
Der Widerstand von Punktkontakten wird durch den Ausbreitungswiderstand bestimmt, d.h. der Widerstand kleiner aktiver Bereiche des Halbleiters unter den Punktkontakten. Aufgrund der Kleinheit der aktiven Flächen führt deren Erwärmung praktisch nicht zu einer Temperaturerhöhung des gesamten Varistors. Darüber hinaus sorgen kleine Volumina aktiver Regionen für eine geringe Trägheit thermischer Prozesse. Theoretische Berechnungen zeigen, dass die thermische Zeitkonstante aktiver Regionen 10,6...1,7 s betragen kann. Betrachtet man die Erwärmung aktiver Bereiche als einen der Hauptprozesse, die zur Nichtlinearität der Strom-Spannungs-Kennlinie im Betriebsbereich von Spannungen und Strömen für einen Varistor führen, können eine Reihe wichtiger Abhängigkeiten und Eigenschaften des Varistors ermittelt werden.
Die Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeit von Halbleitern entspricht der Gleichung: 
.
Ausbreitungswiderstand zweier sich berührender Kristalle: 
,
Wo D– Punktkontaktdurchmesser, B– Tempeder Oberflächenschichten des Kristalls.
Dann der statische Widerstand des Varistors, bestehend aus N parallel verbundene Ketten mit eigener Drehung N’ in Reihe geschaltete Kontaktierungskristalle: 
.
Wärmebilanzgleichung für die aktiven Bereiche des Varistors:
Wo N– Streukoeffizient der aktiven Regionen, T– Temperatur der aktiven Regionen, T– Temperatur der Umgebung der aktiven Regionen.
Die Strom-Spannungs-Kennlinie kann näherungsweise durch die Gleichungen dargestellt werden:
,
,
Wo U,ICH– Varistorspannung und -strom, C,B,
,
– einige Koeffizienten und 
,
.
Parameter und Eigenschaften von Varistoren auf Basis von Siliziumkarbid
Nichtlinearitätskoeffizient 
charakterisiert die Nichtlinearität der Strom-Spannungs-Kennlinie des Varistors. Bei linearen Widerständen ist er gleich eins, bei nichtlinearen Widerständen deutlich größer als eins, und zwar mit steigender Tendenz 
die Nichtlinearität der Strom-Spannungs-Kennlinie nimmt zu. Der Ausdruck zur Berechnung des Nichtlinearitätskoeffizienten kann aus der Beziehung zwischen den statischen und dynamischen Widerständen des Varistors an einem bestimmten Punkt der Strom-Spannungs-Kennlinie erhalten werden:
.
I-V-Kennlinie eines Varistors im doppelten logarithmischen Maßstab (Abb. 3):
lg U=lg ICH+lg C
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Reis. 3. I-V-Kennlinien eines Varistors im doppelten logarithmischen Maßstab
Der Nichtlinearitätskoeffizient ist in diesem Fall numerisch gleich dem Kotangens des Neigungswinkels der Kennlinie zur aktuellen Achse: β = ctg 
= (log ICH 2 - lg ICH 1)/(lg U 2 -lg U 1).
Um die Abhängigkeit des Varistorwiderstands vom durch ihn fließenden Strom oder der angelegten Spannung zu berechnen, verwenden Sie die folgende Beziehung:
R =C.I.α-1/ B
In praktischen Berechnungen ist es manchmal unpraktisch, analytische Ausdrücke der Strom-Spannungs-Kennlinie zu verwenden. In diesem Fall können Sie über einen ziemlich großen Spannungsbereich die empirische Gleichung verwenden: 
,
Wo 
– elektrische Leitfähigkeit des Varistor-Arbeitsmediums in schwachen Feldern, A– konstant. Die Strom-Spannungs-Kennlinie des Varistors ist in Abb. dargestellt. 2.
Dann nehmen der Nichtlinearitätskoeffizient β und die Konstante B die folgende Form an:
,
.
Die berechneten Abhängigkeiten von β von der externen Spannung sind in Abb. dargestellt. 4.
Reis. 4. Berechnete Abhängigkeit des Nichtlinearitätskoeffizienten von der Spannung bei verschiedenen Temperaturen (V = 600 K)
Varistorserie 07K, 10K, 14K, 20K– ein Zinkoxid-Schutzelement, das unter dem Einfluss der angelegten Spannung seinen eigenen Widerstand sofort ändern kann. Charakteristisch ausgeprägt nichtlineare und symmetrische Strom-Spannungs-Kennlinien bieten die Möglichkeit, Varistoren in Gleich-, Wechsel- und Impulsstromkreisen zu betreiben.
Arbeitsprinzip Varistor liegt in seiner Fähigkeit in einer Sache von Nanosekunden (bis zu 25 ns) reduzieren ihren Eigenwiderstand auf ein Niveau von mehreren Ohm, wenn sie einer Spannung ausgesetzt werden, die den Nennwert überschreitet – die Ansprechspannung, Betriebsstrom es kann erreichen 100A.
Im Normalzustand erreicht der Varistorwiderstand mehrere hundert MOhm, und da Varistoren angeschlossen sind parallel zur Schaltung, dann fließt kein Strom durch es und es wirkt als Dielektrikum. Ein Impulssprung aktiviert den Varistor und verringert seinen Widerstand – es entsteht ein Kurzschluss und die Sicherung, die vor dem Varistor installiert werden muss, löst aus und der Stromkreis öffnet sich.
Im Moment des Betriebs wird die überschüssige Last umgeleitet, absorbierte Energie(Vor 282 J mit einem Stromimpuls 2,5 ms) wird in Form von Wärmestrahlung abgegeben. Dabei spielen die Gesamtabmessungen des Varistors eine wesentliche Rolle – die Gesamtoberfläche des Varistors hat einen proportionalen Einfluss auf die Fähigkeit, einen Spannungsimpuls zu dämpfen, ohne das Gerät selbst zu zerstören.
Varistoren der Serien 07K, 10K, 14K, 20K eine Scheibenform haben(Scheibenvaristoren) unterschiedlicher Dicke mit unidirektionalen radialen Drahtanschlüssen. Die vorgestellten Varistoren werden im Pressverfahren hergestellt pulverisiertes Zinkoxid(ZnO).
Das Varistorgehäuse ist mit der Nennspannung und der entsprechenden Spannungstoleranz gekennzeichnet ( ±10 %). Bei Mustern importierter Varistoren wird bei der Kennzeichnung der Toleranz eine symbolische Bezeichnung verwendet, zum Beispiel gibt der Buchstabe K eine Toleranz von ±10 % an, der Buchstabe M gibt eine Toleranz von ±20 % an.
Varistoren werden parallel zum geschützten Gerät installiert durch Löten von Leitungen. Um den größtmöglichen Schutz zu erreichen, wird empfohlen, zwei identische Varistoren zu verwenden, die parallel zueinander geschaltet sind, und eine zusätzliche Sicherung in Reihe vor den Varistoren zu installieren.
Anwenden Bereitstellung von Varistoren 07K, 10K, 14K, 20K zum Schutz von Elementen vor Überspannung in Stromversorgungen und -systemen, Haushalts- und Militärgeräten, Telekommunikations- und Messgeräten.
Detaillierte Eigenschaften, Identifizierung von Markierungen, Gesamtabmessungen, allgemeiner Aufbau von Varistoren 07K, 10K, 14K, 20K Sind unten aufgeführt. Unser Unternehmen garantiert die Qualität und Leistung von Varistoren für 2 Jahre ab Kaufdatum; Qualitätszertifikate werden zur Verfügung gestellt.
Der Endpreis für Zinkoxid-Varistoren 07K, 10K, 14K, 20K hängt von der Menge, der Lieferzeit und der Zahlungsweise ab.
