واریستور توضیح داد: نحوه کار ، انواع ، کاربردها و نکات انتخاب آنها

کاتالوگ

واریستور چیست؟

بوها متغیر یک مؤلفه الکتریکی است که از مدارها از افزایش ولتاژ ناگهانی محافظت می کند.این کلمه از "مقاومت وابسته به ولتاژ" گرفته شده است ، که نحوه عملکرد آن را شرح می دهد: مقاومت آن بر اساس ولتاژ اعمال شده تغییر می کند.در شرایط عادی ، هنگامی که ولتاژ در محدوده مورد انتظار باقی می ماند ، واریستور تقریباً مانند عایق عمل می کند.در برابر جریان جریان مقاومت می کند ، و فقط یک مقدار کوچک از آن عبور می کند.اما اگر ولتاژ به طور ناگهانی پرش کند ، واریستور فوراً واکنش نشان می دهد.مقاومت آن به شدت کاهش می یابد و به آن اجازه می دهد تا قبل از رسیدن به اجزای ظریف ، انرژی افزایش یافته را جذب و هدایت کند.

شکل 2. نمادهای مدار واریستور

نماد سمت چپ یک واریستور اکسید فلزی (MOV) را نشان می دهد ، که توسط یک شکل مقاومت Zigzag قابل عبور است که توسط یک خط مورب عبور می کند.این یک مقاومت وابسته به ولتاژ را نشان می دهد که معمولاً در نمودارهای مدار یافت می شود.MOV ها با بستن سنبله های ولتاژ بیش از حد و جلوگیری از آسیب ، به محافظت از اجزای الکترونیکی کمک می کنند.نماد مناسب یک نماد استاندارد جایگزین است که یک مستطیل ساده را نشان می دهد که توسط یک خط مورب عبور می کند.اگرچه از نظر بصری متفاوت است ، اما یک عملکرد یکسان ، یک مقاومت وابسته به ولتاژ غیرخطی است که برای محافظت از افزایش استفاده می شود.این تغییر در مناطق خاص یا توسط تولید کنندگان خاص پذیرفته شده است.

ساختار واریستور

بیشتر واریستورها ، به ویژه واریستور اکسید فلزی (MOV) که به طور گسترده استفاده می شوند ، از یک دیسک سرامیکی ساخته می شوند که در درجه اول از دانه های اکسید روی تشکیل شده است.این دانه ها با مقادیر کمکی اکسیدهای فلزی دیگر برای عملکرد دقیق مخلوط می شوند.دیسک سرامیکی بین دو الکترود فلزی قرار دارد.هنگامی که جریان جریان می یابد ، از طریق اتصالات میکروسکوپی بی شماری حرکت می کند که در آن دانه های اکسید روی به یکدیگر لمس می کنند.این اتصالات مانند دروازه های برقی عمل می کنند.تحت ولتاژهای عادی ، آنها "بسته" باقی می مانند و جریان را مسدود می کنند.اما هنگامی که ولتاژ از یک آستانه خاص عبور کرد ، اتصالات "باز" ​​شده و اجازه می دهند جریان عبور کند.واریستورها به اشکال مختلفی ارائه می شوند: انواع دیسک برای مدارهای سوراخ ، انواع بلوک برای کاربردهای سنگین و نسخه های کوچک سطح سطح برای الکترونیک جمع و جور.این ساختار داخلی تضمین می کند که واریستور بدون جدا شدن یا به خطر انداختن ایمنی مدار می تواند حوادث پر انرژی را تحمل کند.

شکل 3 ساختار داخلی یک واریستور اکسید فلزی (MOV)

این نمودار ساخت داخلی یک واریستور اکسید فلزی (MOV) را نشان می دهد.این غلات اکسید روی را که بین دو الکترود فلزی فشرده شده است ، نشان می دهد که همه در یک پوشش اپوکسی محافظ محصور شده اند.لایه سرامیکی که بین دانه ها تشکیل می شود ، به عنوان یک سد حساس به ولتاژ عمل می کند.در شرایط عادی ، این سد از جریان جریان جلوگیری می کند ، اما در طی افزایش ولتاژ ، اجازه می دهد تا جریان از آن عبور کند و مدار را از آسیب محافظت کند.سیم های اتصال باعث می شود MOV در سیستم های برقی نصب شود.این طرح به MOV اجازه می دهد تا با خیال راحت انرژی اضافی را از سنبله های ولتاژ جذب و از بین ببرد.

چگونه یک واریستور کار می کند؟

نقش اصلی یک واریستور محافظت از مدارهای الکتریکی و الکترونیکی با کنترل جریان جریان در پاسخ به تغییرات ولتاژ است.این کار را با عمل به عنوان سوئیچ وابسته به ولتاژ ، مسدود کردن یا اجازه جریان بسته به سطح ولتاژ مورد نظر انجام می دهد.

یکی از مزایای یک واریستور این است که پس از پایان وضعیت افزایش ، به طور خودکار مجدداً تنظیم می شود.با بازگشت ولتاژ به سطح ایمن ، واریستور به سرعت وضعیت مقاومت بالا خود را به دست می آورد ، بار دیگر مانند یک مدار باز رفتار می کند.این تنظیم مجدد بدون نیاز به کنترل خارجی ، سوئیچ ها یا مداخله اتفاق می افتد ، و وارستورها را برای محافظت طولانی مدت و بدون مراقبت بسیار مناسب می کند.

انواع واریستورها

واریستورها توسط موادی که از آنها ساخته شده و برنامه های ارائه شده در آنها طبقه بندی می شوند.دو نوع اصلی عبارتند از:

واریسترهای اکسید فلزی (MOVS)

MOV ها متداول ترین نوع هستند.آنها از سرامیک اکسید روی ساخته شده و در هر دو محیط خانه و صنعتی به خوبی کار می کنند.آنها مقرون به صرفه ، قابل اعتماد هستند و در برابر افزایش حفاظت سریع ارائه می دهند.آنها در رتبه بندی های مختلف ولتاژ و اندازه های فیزیکی قرار می گیرند و باعث می شوند آنها در انواع مختلفی از مدارها ، از نوارهای قدرت ساده گرفته تا تجهیزات اتوماسیون پیچیده ، در انواع مختلف مدارها قرار بگیرند.

شکل 4. واریستورهای اکسید فلزی (MOV)

واریستورهای کاربید سیلیکون (SICV)

SICV ها به جای اکسید روی از کاربید سیلیکون استفاده می کنند.این به آنها دوام برتر و توانایی رسیدگی به سطح انرژی بسیار بالاتر می دهد.آنها معمولاً در سیستم های در مقیاس بزرگ یا پرخطر مانند شبکه های انتقال نیرو یا مجموعه های صنعتی سنگین یافت می شوند.SICV ها از MOV ها گران تر هستند ، اما در صورت نیاز به محافظت شدید ، مهم هستند.

شکل 5. واریستورهای کاربید سیلیکون (SICV)

برنامه های واریستورها

خانه ها و دفاتر

واریستورها معمولاً برای اطمینان از ایمنی و طول عمر تجهیزات حساس در دستگاه های الکتریکی روزمره ادغام می شوند.در محیط های مسکونی و اداری ، آنها در محافظ های افزایش یافته ، نوارهای برق ، آداپتورهای برق و لوازم خانگی ساخته می شوند.عملکرد اصلی آنها در اینجا محافظت از لوازم الکترونیکی مصرفی مانند تلویزیون ، رایانه ، روترها و دستگاه های خانه هوشمند از سنبله های ولتاژ ناشی از اعتصاب رعد و برق ، وقایع تعویض شبکه یا قطع برق ناگهانی است.آنها با بستن ولتاژهای بیش از حد ، از فشار بیش از حد برقی جلوگیری می کنند که در غیر این صورت می تواند به مدار ظریف آسیب برساند یا از بین ببرد.

ارتباطات از راه دور

در زیرساخت های ارتباطات از راه دور ، از واریستورها برای محافظت از تجهیزات ارتباطی از افزایش ولتاژ گذرا که در امتداد خطوط سیگنال حرکت می کنند ، استفاده می شود.این شامل محافظت از سیستم های تلفنی ، سخت افزار شبکه و خطوط انتقال داده است.این مؤلفه ها با قرار گرفتن در معرض تداخل الکترومغناطیسی (EMI) ، افزایش ناشی از رعد و برق و تعویض گذرا روبرو هستند که می تواند یکپارچگی سیگنال را مختل کند یا به طور دائم تابلوهای مدار آسیب برساند.واریستورها در این سیستم ها با سرکوب سنبله های ولتاژ مضر قبل از رسیدن به اجزای حساس ، ارتباطات قابل اعتماد را تضمین می کنند.

صنعت

محیط های صنعتی دارای سیستم های الکتریکی پیچیده با عملیات مکرر سوئیچینگ و ماشین آلات با قدرت بالا هستند.واریستورها در درایوهای حرکتی ، کنترل کننده های منطق قابل برنامه ریزی (PLC) ، منبع تغذیه صنعتی و سیستم های اتوماسیون کارخانه مستقر می شوند.این محیط ها مستعد گذرا ولتاژ ناشی از راه اندازی موتور ، تعویض کنتاکتور و وقفه های بار القایی هستند.با کنترل این گذرا ، واریستورها به حفظ قابلیت اطمینان تجهیزات ، کاهش خرابی و جلوگیری از آسیب های گران قیمت به سیستم های کنترل صنعتی کمک می کنند.

انرژی تجدید پذیر

سیستم های انرژی تجدید پذیر مانند تاسیسات خورشیدی فتوولتائیک (PV) و توربین های بادی اغلب در محیط های الکتریکی خشن با شرایط نوسان شبکه کار می کنند.واریستورها در اینورترهای خورشیدی ، کنترل کننده های توربین بادی و سیستم های ذخیره انرژی برای محافظت در برابر شرایط ولتاژ بیش از حد ناشی از اتصالات شبکه ناپایدار ، صاعقه یا سوئیچینگ نصب شده اند.این محافظت برای به حداکثر رساندن طول عمر و عملکرد زیرساخت های انرژی تجدید پذیر ضمن اطمینان از ادغام ایمن با شبکه الکتریکی مهم است.

سیستم های روشنایی و برق

در سیستم های روشنایی و تجهیزات جریان مستقیم ولتاژ بالا (HVDC) ، واریستورها به مدیریت استرس الکتریکی در حین سوئیچینگ کمک می کنند.به عنوان مثال ، در مدارهای روشنایی فلورسنت ، از آنها برای سرکوب قوس ها و کنترل جریانهای درون شغلی هنگام روشن شدن چراغ ها استفاده می شود.به طور مشابه ، در سیستم های HVDC و سایر کاربردهای پر قدرت ، واریستورها به کاهش اثرات مضر برقی برقی و مدیریت پایداری ولتاژ کمک می کنند.این نه تنها از تجهیزات محافظت می کند بلکه عملکرد ایمن تر را نیز تضمین می کند و عمر مؤلفه را طولانی می کند.

چگونه واریستور درست را انتخاب کنیم؟

انتخاب واریستور مناسب به معنای تطبیق ویژگی های الکتریکی آن با سیستمی است که از آن محافظت می کند.عوامل اصلی شامل موارد زیر است:

1. ولتاژ بستن (VC): این ولتاژ است که در آن واریستور شروع به انجام و محدود کردن افزایش می کند.این باید به اندازه کافی بالا باشد تا در حین کار عادی از راه خود خارج شود و به ولتاژ سیستم اجازه می دهد بدون ایجاد واریستور در محدوده معمولی خود نوسان کند.با این حال ، برای محافظت از اجزای پایین دست در برابر سنبله های ولتاژ نیز به اندازه کافی کم است.به عنوان مثال ، در یک برنامه AC 220 ولت ، واریستور با ولتاژ بستن در محدوده 470 ولت تا 620 ولت استفاده می شود.انتخاب ولتاژ بستن خیلی کم می تواند منجر به سایش غیر ضروری یا خرابی زودرس واریستور شود ، در حالی که ولتاژ خیلی زیاد ممکن است اجزای حساس را محافظت کند.

2. افزایش ظرفیت فعلی: این به حداکثر جریان افزایشی اشاره دارد که واریستور می تواند بدون آسیب ، که به طور معمول در آمپر مشخص می شود ، تحمل کند.این باید از بدترین سناریوی افزایش مورد انتظار در محیط شما ، مانند اعتصاب رعد و برق ، سوئیچینگ گذرا یا ترشحات الکترواستاتیک فراتر رود.واریستورهای ظرفیت افزایش بالاتر از نظر جسمی بزرگتر و قوی تر هستند اما اگر برنامه فقط با گذرا متوسط ​​روبرو شود ، ممکن است غیر ضروری باشد.

3. زمان پاسخ: واریستورها به طور معمول در محدوده نانو ثانیه واکنش نشان می دهند.با این حال ، مهم است که تأیید کنیم که زمان پاسخ واریستور انتخاب شده به اندازه کافی سریع برای کاربرد شما است ، به خصوص اگر از دستگاه های نیمه هادی حساس محافظت می کنید که حتی در اثر افزایش کوتاه مدت نیز آسیب دیده است.

4. رتبه بندی انرژی (ژول) : رتبه بندی انرژی مشخص می کند که واریستور چقدر انرژی می تواند در طی یک رویداد افزایشی جذب کند.این باید با سطح انرژی شما که احتمالاً سیستم شما با آن روبرو می شود مطابقت داشته باشد.دست کم گرفتن این رتبه بندی می تواند منجر به نارسایی واریستور پس از یک رویداد بزرگ شود ، در حالی که بیش از حد ارزیابی ممکن است منجر به نگرانی های غیر ضروری یا نگرانی های اندازه شود.

5. ظرفیت و امپدانس: واریستورها ذاتاً ظرفیت و امپدانس را به مدار اضافه می کنند.در مدارهای قدرت ، این معمولاً ناچیز است.با این حال ، در فرکانس بالا ، داده های پر سرعت یا برنامه های حساس به سیگنال ، ظرفیت واریستور می تواند در یکپارچگی سیگنال تداخل داشته باشد یا اثرات فیلتر ناخواسته را معرفی کند.انتخاب واریستورهای کم سرمایه که برای محافظت از خط سیگنال طراحی شده است می تواند این مسائل را کاهش دهد.

مزایا و مضرات واریستور

مزایا

زمان پاسخ سریع: واریستورها به گونه ای طراحی شده اند که تقریباً فوراً به سنبله های ولتاژ ناگهانی یا ولتاژهای گذرا واکنش نشان دهند.پاسخ سریع آنها با بستن ولتاژ اضافی قبل از انتشار بیشتر در مدار ، به جلوگیری از آسیب به اجزای الکترونیکی حساس کمک می کند.

حفاظت دو طرفه: بر خلاف برخی از دستگاه های حفاظت که فقط در برابر ولتاژ از یک جهت محافظت می کنند ، واریستورها از دو طرفه محافظت می کنند.این بدان معناست که آنها قادر به دستیابی به هر دو افزایش مثبت و منفی هستند و آنها را برای برنامه های AC و همچنین DC مناسب می کند.

راه حل مقرون به صرفه: واریستورها یک شکل بسیار اقتصادی از حفاظت از ولتاژ گذرا ارائه می دهند.مقرون به صرفه بودن آنها باعث می شود که آنها در هر دو الکترونیک مصرف کننده و صنعتی انتخابی محبوب شوند ، که در آن راندمان هزینه اغلب یک طراحی است.

محدوده همه کاره: واریستورها در اندازه های متنوعی از اندازه ها ، رتبه بندی های ولتاژ و ظرفیت های مدیریت انرژی قرار می گیرند.این تطبیق پذیری به شما امکان می دهد مناسب ترین واریستور را برای یک برنامه خاص انتخاب کنید ، خواه از یک مدار سنسور کوچک یا یک سیستم توزیع برق بزرگ محافظت کند.

ادغام ساده: یکی از مزایای واریستورها سهولت اجرای آنهاست.آنها به مدار کنترل اضافی ، مؤلفه های فعال یا روش های نصب پیچیده احتیاج ندارند.به طور معمول ، آنها به طور مستقیم در خطوط برق یا مسیرهای سیگنال قرار می گیرند و آنها را به یک راه حل ساده برای محافظت از مدار تبدیل می کنند.

معایب

تخریب عملکرد با گذشت زمان: واریستورها دارای طول عمر محدود هستند و توانایی آنها در جذب انرژی با هر رویداد افزایش یافته کاهش می یابد.قرار گرفتن در معرض مکرر در برابر گذرا با انرژی بالا به تدریج دستگاه را از بین می برد ، به طور بالقوه منجر به کاهش محافظت یا خرابی در صورت عدم نظارت و در صورت لزوم می شود.

تولید گرما در حین وقایع پر انرژی: هنگام جذب مقادیر زیادی انرژی ، واریستورها می توانند گرما ایجاد کنند.اگر این گرما به درستی از بین نرود یا مدیریت شود ، می تواند منجر به آسیب حرارتی شود ، طول عمر واریستور را کاهش دهد یا در موارد شدید خطر ایمنی را ایجاد کند.

در صورت عدم رتبه بندی نادرست خطر شکست: انتخاب واریستور با ولتاژ نادرست یا رتبه بندی انرژی برای برنامه مورد نظر می تواند منجر به خرابی زودرس یا محافظت کافی شود.بیش از حد یا کمبود واریستور ممکن است باعث شود دستگاه در صورت لزوم یا آسیب دیدن در شرایط عادی عمل کند.

پایان

واریستورها قسمتهای مهمی هستند که به جلوگیری از آسیب رساندن به سنبله های ولتاژ ناگهانی کمک می کنند تا به الکترونیک شما آسیب برساند.آنها این کار را با تغییر میزان برق در هنگام افزایش ولتاژ انجام می دهند.انواع مختلفی از واریستور وجود دارد ، و از آنها در بسیاری از مکان ها از وسایل خانگی گرفته تا ماشینهای بزرگ صنعتی استفاده می شود.انتخاب مناسب به معنای بررسی مواردی مانند میزان ولتاژ آن و چقدر سریع کار می کند.واریستورها برای استفاده ، کار سریع و محافظت از هر دو جهت آسان هستند ، اما باید با دقت انتخاب شوند تا طولانی تر و خوب کار کنند.با انتخاب مناسب ، واریستورها می توانند با اطمینان از دستگاه های شما در برابر افزایش قدرت محافظت کنند.