Как выбрать варистор
Варисторы — достаточно простые и доступные устройства, которые позволяют надежно защитить различную технику от выхода из строя вследствие скачка напряжения в стандартной сети питания. Для разного оборудования необходимо точно подбирать компоненты по техническим характеристикам. Рассмотрим, как правильно выбрать вариатор.
Устройство и назначение варисторов
Варистор представляет собой полупроводник с нелинейными вольтамперными характеристиками, который позволяет стабилизировать напряжение за счет разности потенциалов. При повышении напряжения сопротивление варистора падает, и он может хорошо пропускать ток. Элемент подключается к цепи параллельно и позволяет при всплесках напряжения снизить нагрузку на ее элементы, увеличивая емкость цепи.
Назначение варистора — предотвращение сбоев в работе и перегорания техники. Он при высоких импульсах напряжения в постоянных и переменных сетях преобразует ток в тепловую энергию, которая может максимум разрушить варистор, но не вызовет поломки техники.
Варистор — кристалл из прессованного карбида кремния или оксида цинка в оболочке из материала-диэлектрика с выводами. Благодаря простому, но функциональному устройству, эти элементы не подвержены поломкам, обеспечивают надежную защиту от сбоев в системе из-за нагрузок, доступны по цене.
При выборе варистора важно правильно подобрать его по характеристикам. В противном случае малая мощность варистора, не соответствующая параметрам сети, приведет к тому, что он просто выйдет из строя из-за постоянного повышения температуры из-за импульсной энергии.
Характеристики варисторов
Наиболее важные технические характеристики варисторов определяют его соответствие цепи и способность защитить ее компоненты от нагрузок.
- Мощность варистора — это максимально допустимое значение мощности электрического тока, которое может рассеять элемент.
- Максимум энергии импульса — величина импульсной энергии, которую рассеивает прибор без разрушения кристалла.
- Максимальное напряжение — предел напряжения, при котором элемент начинает пропускать ток.
- Скорость срабатывания — промежуток, за который снижается внутреннее сопротивление при импульсном скачке.
Основные характеристики варисторов в каталоге устройств защиты указаны в товарных карточках. Также для корректного подбора элементов можно проконсультироваться с нашими менеджерами — с ними удобно связаться по бесплатному номеру телефона.
Варистор
Варистор является пассивным двухвыводным, твердотельным полупроводниковым прибором, который используется для обеспечения защиты электрических и электронных схем. В отличие от плавкого предохранителя или автоматического выключателя, которые обеспечивают защиту по току, варистор обеспечивает защиту от перенапряжения с помощью стабилизации напряжения подобно стабилитрону.
Варистор (Varistor — variable resistor, переменный резистор) — это резистор, имеющий переменное сопротивление, что в свою очередь описывает режим его работы. В отличие от «классического» переменного резистора, сопротивление которого может быть изменено вручную, варистор меняет свое сопротивления автоматически с изменением напряжения на его контактах, что делает его сопротивление зависимым от напряжения, другими словами его можно охарактеризовать как нелинейный резистор.
Рис. 1 — Внешний вид и условное обозначение варистора
Варисторы изготавливают из полупроводникового материала. Это позволяет использовать его как в цепях переменного, так и постоянного тока.
Рис. 2 — Устройство варистора
Варистор во многом похож по размеру и внешнему виду на конденсатор и его часто путают с ним. Тем не менее, конденсатор не может подавлять скачки напряжения таким же образом, как варистор.
Всплески напряжения часто возникают в самой схеме или поступают в нее от внешних источников. Высоковольтные всплески напряжения могут быстро нарастать и доходить до нескольких тысяч вольт, и именно от этих импульсов напряжения необходимо защищать электронные компоненты схемы.
Рис. 3 — Форма волны переменного тока в переходном процессе
Варисторы подключаются непосредственно к цепям электропитания (фаза — нейтраль, фаза-фаза) при работе на переменном токе, либо плюс и минус питания при работе на постоянном токе и должны быть рассчитаны на соответствующее напряжение. Варисторы также могут быть применены для стабилизации постоянного напряжения и главным образом для защиты электронной схемы от высоких импульсов напряжения.
Варисторы для защиты бытовой электроники обычно выпускаются в виде диска с двумя выводами. Чем больше диаметр диска, тем более мощный импульс напряжения способен погасить варистор. Мощность импульса или энергию, которую способен «погасить» варистор обычно измеряют в джоулях (Дж).
На рис. 4 показаны несколько варисторов. Значение диаметра варистора в миллиметрах, как правило, вводится в маркировку самого варистора, например, JVR-07N391K (диаметр – 7 мм.).
Рис. 4 — Варисторы (слева направо) MYG-14K391, MYG-10K471, JVR-07N391K
Диаметр самого большого варистора (рис. 4) типа MYG-14K391 – 14 мм. (~70 Дж), чуть поменьше варистор MYG-10K471 – 10 мм. (~45 Дж), а маленького JVR-07N391K – 7 мм. (~30 Дж).
В скобках указана величина энергии поглощения в джоулях (Дж). Как видим, варистор, обладающий самым большим диаметром в 14 мм. способен погасить энергию опасного импульса в 70 джоулей, в то время как самый маленький варистор диаметром 7 мм. способен погасить всего лишь 30 джоулей. Таким образом, по величине диаметра варистора можно косвенно судить о его максимальной энергии поглощения. Понятно, что в электронные схемы предпочтительнее устанавливать варисторы, рассчитанные на большую энергию поглощения. Также рекомендуется устанавливать в схему по два одинаковых варистора, включенных параллельно.
Также существуют варисторы и для SMD монтажа. По внешнему виду они напоминают SMD диоды и поэтому их достаточно сложно отличить.
К варисторам отечественного производства относятся изделия марки СН2-1А, СН1-2-1, ВР-4В и др.
Конечно, у варисторов имеются недостатки, но они не столь значительны по сравнению с газоразрядными приборами. Прежде всего, варисторы обладают довольно большими шумами на низкой частоте, а также меняют свои параметры со временем и от воздействия температуры.
Cопротивление варистора
Ваpистоp хаpактеpизуется статическим сопpотивлением в точке
и динамическим или диффеpенциальным сопpотивлением
где dU и dI — пpиpащение напpяжения и тока в выбpанной точке вольтампеpной хаpактеpистики.
При нормальной работе, варистор имеет очень высокое сопротивление, поэтому его работа схожа с работой стабилитрона. Однако, когда на варисторе напряжение превышает номинальное значение, его эффективное сопротивление сильно уменьшается, как показано на рис. 5.
Рис. 5 — Зависимость сопротивления варистора от напряжения
Вольтамперная характеристика (ВАХ) варистора не является прямолинейной, поэтому в результате небольшого изменения напряжения происходит значительное изменение тока. На рис. 6 приведена кривая зависимости тока от напряжения для типичного варистора.
Рис. 6 — Вольт-амперная характеристика) варистора
Мы можем видеть сверху, что варистор имеет симметричную двунаправленную характеристику, то есть варистор работает в обоих направлениях (квадрант I и III) синусоиды, подобно работе стабилитрона.
Когда нет всплесков напряжения, в квадранте IV наблюдается постоянное значение тока, это ток утечки, составляющий всего несколько мкА, протекающий через варистор.
Из-за своего высокого сопротивления, варистор не оказывает влияние на цепь питания, пока напряжение находится на номинальном уровне. Номинальный уровень напряжения (классификационное напряжение) — это такое напряжение, которое необходимо приложить на выводы варистора, чтобы через него проходил ток в 1 мА. В свою очередь величина этого напряжения будет отличаться в зависимости от материала, из которого изготовлен варистор.
При превышении классификационного уровня напряжения, варистор совершает переход от изолирующего состояния в электропроводящее состояние. Когда импульсное напряжение, поступающее на варистор, становится больше, чем номинальное значение, его сопротивление резко снижается за счет лавинного эффекта в полупроводниковом материале. При этом малый ток утечки, протекающий через варистор, быстро возрастает, но в тоже время напряжение на нем остается на уровне чуть выше напряжения самого варистора. Другими словами, варистор стабилизирует напряжение на самом себе путем пропускания через себя повышенного значения тока, которое может достигать не одну сотню ампер.
Емкость варистора
Поскольку варистор, подключаясь к обоим контактам питания, ведет себя как диэлектрик, то при нормальном напряжении он работает скорее как конденсатор, а не как резистор. Каждый полупроводниковый варистора имеет определенную емкость, которая прямо пропорциональна его площади и обратно пропорциональна его толщине.
При применении в цепях постоянного тока, емкость варистора остается более-менее постоянной при условии, что приложенное напряжение не больше номинального, и его емкость резко снижается при превышении номинального значения напряжения. Что касается схем на переменном токе, то его емкость может влиять на стабильность работы устройств.
Подбор варистора
Чтобы для конкретного устройства правильно подобрать варистор, желательно знать сопротивление источника и мощность импульсов переходных процессов. Варисторы на основе оксидов металлов имеют широкий диапазон рабочего напряжения, начиная от 10 В и заканчивая свыше 1000 В переменного или постоянного тока. Вообщем необходимо знать на каком уровне напряжения нужно защитить схему электроприбора и взять варистор с небольшим запасом, например для сети 230 В подойдет варистор на 260 В.
Максимальное значение тока (пиковый ток) на которое должен быть рассчитан варистор, определяется длительностью и количеством повторений всплесков напряжения. Если варистор установлен с малым пиковым током, то это может привести к его перегреву и выходу из строя. Таким образом, для безотказной работы, варистор должен быстро рассеивать поглощенную им энергию переходного импульса и безопасно возвращаться в исходное состояние.
Применение варисторов
Рис. 7 — Варианты подключения варистора
Для обычной сети 220 В устанавливают защитные варисторы с напряжением срабатывания 275–420 В. На рис. 8 приведена схема сетевого фильтра.
Рис. 8 — Схема сетевого фильтра
Этот сетевой фильтр защищают три варистора. Блокируется проникновение импульса не только по фазовой цепи, но и по цепи нуля. Варистор RU1 стоит между фазой и нулевым проводником. Он осуществляет основную защиту. Два других RU2 и RU3 подключаются между фазой и землёй и между нулём и землёй.
Очень часто бывает ситуация когда на линии электроснабжения вместо фазы и нуля по обоим проводам пошла фаза. Это почти верная смерть для незащищённой бытовой аппаратуры. То есть между проводами N и PE, если всё нормально, напряжения быть не должно. В случае появления фазы на проводе N варистор RU2 благополучно зашунтирует защищаемый блок.
Миниатюрные многослойные варисторы уже давно используются в схемах мобильных телефонов и защищают их от статического электричества. Так же варисторы используются для надёжной защиты компьютерных разъёмов и выводов микропроцессоров от той же статики. Варисторы активно применяются в автомобильной электронике и телекоммуникационном оборудовании. Варисторы можно встретить во входных цепях блоков питания (рис. 9).
Рис. 9 — Варистор 391KD14 на плате блока питания
Рис. 10 — Варистор FNR-14K391 на плате охранного прибора
Используются варисторы и на платах электронного балласта для люминесцентных ламп (рис. 11).
Рис. 11 — Варистор MYG-10K471 на плате ЭПРА
Источники:
Электроника © ЦДЮТТ • Марсель Арасланов • 2022
Arduino.ru
Собственно имеем ардуино мегу управляющую 24-мя релюшками на шестнадцати-канальном и двух по четыре модулях, синенькие такие с али, на 12 вольт, к каждой релюхе подключены по три электромагнитных клапана 24v AC. земли у ардуино и релюх объединены, питание на реле от 12 вольтового бп, ардуино от понижайющего на 16-ти канальном модуле.
В предыдущей генерации устройства было по 1-му э/м клапану на релюху и все работало отлично, но теперь мега периодически отказывается переваривать одновременное отключение сразу трех клапанов и зависает.
Судя по гуглу проблема распространенная и нужно ставить варистор параллельно электромагнитным клапанам.
Но что-то я не смог найти а как именно подобрать нужный номинал.
В соседней теме есть такая схема:
вроде 430 вольт варистор но непонятно может это не мой случай, у меня все-таки бп на 24 вольта
С другой стороны, разобрал подобное заводское устройство, но там случай несколько иной и там вместо релюх — симисторы и никаких варисторов на каждый клапан да и вообще вроде ничего подобного, но сам контроллер питается от того же бп 24ac что и эти клапаны и вот у него по входу стоит такой защитный варистор vdr-14d560 на 56 вольт, опять же непонятно, мне же не на вход питания.
Как понять какой номинал нужно брать?
430 vs 56, а там и другие параметры ведь еще есть)
Клапан такой: 24v ac, 0.34 A на запуск и 0.2 удержание
Arduino.ru
Какова индуктивность коммутируемой нагрузки.
20K431 например если не часто хлопать будете и небольшая индуктивность.
- Войдите на сайт для отправки комментариев
Ср, 13/03/2019 — 20:19
qwerty13rus
Зарегистрирован: 05.12.2018
trembo пишет:
Какова индуктивность коммутируемой нагрузки.
20K431 например если не часто хлопать будете и небольшая индуктивность.
На счет индуктивности не знаю, в планах сделать вай фай розетку, поэтому индуктивность может быть разной
- Войдите на сайт для отправки комментариев
Ср, 13/03/2019 — 20:40
Зарегистрирован: 08.04.2011
Тогда не парьтесь,
я подумал что вы про мотор на 5 -10 киловатт.
И так сойдёт.
Хотя лучше реле брать на 30-40 Ампер.
Допустим автомобильные.
- Войдите на сайт для отправки комментариев
Ср, 13/03/2019 — 20:48
qwerty13rus
Зарегистрирован: 05.12.2018
trembo пишет:
Тогда не парьтесь,
я подумал что вы про мотор на 5 -10 киловатт.
И так сойдёт.
Хотя лучше реле брать на 30-40 Ампер.
Допустим автомобильные.
Спасибо. Реле взял с запасом, на 30 ампер.
- Войдите на сайт для отправки комментариев
Ср, 13/03/2019 — 21:33
Зарегистрирован: 08.04.2011
qwerty13rus пишет:
trembo пишет:
Тогда не парьтесь,
я подумал что вы про мотор на 5 -10 киловатт.
И так сойдёт.
Хотя лучше реле брать на 30-40 Ампер.
Допустим автомобильные.
Спасибо. Реле взял с запасом, на 30 ампер.
И так сойдёт я говорил что варистор крайне желателен.
И про напряжение 220 Вольт .
Я их сейчас всегда пихаю куда угодно.
Хуже не будет.
20K431
20 — это диаметр шайбы.
431 — это 430 Вольт амплитудного напряжения.
- Войдите на сайт для отправки комментариев
Ср, 13/03/2019 — 21:35
Зарегистрирован: 04.05.2015
Варисторы не защищают от искрения. Они ограничивают перенапряжение и подбираются по поглощающей мощности. От искрения защищают снабберные цепи из резистора и конденсатора параллельно контактам реле.
- Войдите на сайт для отправки комментариев
Ср, 13/03/2019 — 21:44
Зарегистрирован: 08.04.2011
nik182 пишет:
Варисторы не защищают от искрения. Они ограничивают перенапряжение и подбираются по поглощающей мощности. От искрения защищают снабберные цепи из резистора и конденсатора параллельно контактам реле.
Ограничить напряжение для исключения
возникновения искры на размыкающихся контактах
при индуктивной нагрузке — основная задача варистора на переменном токе.
На постоянном токе для этого используют демпферный диод.
А снаббер используют для сглаживания РЕЗКОГО изменения напряжения.
То есть убрать «иголки».
Варистор — преобразовать в тепло энергию запасенную в индуктивности.
- Войдите на сайт для отправки комментариев
Ср, 13/03/2019 — 22:11
Зарегистрирован: 04.05.2015
Ссылку дайте по основной задаче варистора. Мне кажется что искра возникает всегда при отключении и пока горит дуга, между контактами не может быть высокого напряжения. Зачем тогда варистор для защиты при отключении?
- Войдите на сайт для отправки комментариев
Ср, 13/03/2019 — 22:33
qwerty13rus
Зарегистрирован: 05.12.2018
trembo пишет:
И так сойдёт я говорил что варистор крайне желателен.
И про напряжение 220 Вольт .
Я их сейчас всегда пихаю куда угодно.
Хуже не будет.
20K431
20 — это диаметр шайбы.
431 — это 430 Вольт амплитудного напряжения.
А по току выдержат? как их подключать не подскажете?
- Войдите на сайт для отправки комментариев
Ср, 13/03/2019 — 23:51
Зарегистрирован: 08.04.2011
Ток там идёт недолго, пока энергия запасенная в индуктивности не уйдет в тепло.
При этом если допустим вы разрываете 10 Ампер и варистор имеет рабочее напряжение 430 Вольт то в первый момент после коммутации мгновенная мощность будет 4300 Ватта.
А упадет она достаточно быстро так как вы не сможете «вырабатывать» 4 с лишним киловатта достаточно долго.
А ток как был 10 Ампер так и остался.
Хотя на переменном токе вы можете случайно разорвать цепь когда ток был равен нулю.
Тогда вообще никаких переходных процессов не будет.
Подключать параллельно вашей нагрузке.
- Войдите на сайт для отправки комментариев
Чт, 14/03/2019 — 00:09
Зарегистрирован: 04.05.2015
Ссылок не будет? Только ваши совершенно не соответствующие реалиям измышления? Ещё один раз. Пока горит дуга на контактах реле весь ток индуктивности течёт в сеть и напряжение на варисторе равно текущее напряжение сети плюс напряжение дуги, что всегда меньше напряжения срабатывания варистора. Дуга будет гореть пока есть энергия на её поддержание. В какой момент напряжение на нагрузке станет больше напряжения пробоя варистора? Когда погаснет дуга энергии в индуктивности останется мало. Расчётные мощности в таком включении существенно меньше.
- Войдите на сайт для отправки комментариев
Чт, 14/03/2019 — 09:29
qwerty13rus
Зарегистрирован: 05.12.2018
Понял, спасибо！В наличии есть только 14D431, не подойдет?
- Войдите на сайт для отправки комментариев
Чт, 14/03/2019 — 10:08
Зарегистрирован: 08.04.2011
nik182 пишет:
Детский сад, трусы на лямках.
>>> Ссылок не будет? Ссылок не будет.
Я обычно мозг использую.
И вам рекомендую.
Снаббер- это простейший RC фильтр с МИЗЕРНОЙ постоянной времени.
Посчитайте сами тау для 100 Ом и 1000 пик.
Сравните с периодом 50 Герц.
Это борьба с паразитными колебаниями которые нам пофик.
У нас другая задача:
есть большая энергия запасённая в индуктивности,
способная при разрыве цепи создать на контактах напряжение
равное току до разрыва умноженному на сопротивление этого разрыва. ( закон Ома )
При сопротивлении стремящемся к бесконечности
напряжение тоже будет стремиться к бесконечности. ( результат вычислений по закону Ома)
Блондинки это называют «искрит».
Я называю это дугой.
Надоело уже всем рассказывать про первый закон коммутации.
Ссссссссылки ищите сами, вы в этом специалист.
Варистор- это особый двухстороний стабилитрон,
который, в отличии от полупроводниковых,
способен поглотить ГИГАНТСКУЮ мгновенную мощьность
так как изготовлен не на основе обратного пробоя перехода хилого полупроводника,
а из жаростойкой керамики.
И его задача именно рассеивать мощьность.
Кстати если вернуться к снабберу то ёмкость 20 миллиметрового варистора около 1000 пик.
>>> Пока горит дуга на контактах реле весь ток индуктивности течёт в сеть
и напряжение на варисторе равно текущее напряжение сети плюс напряжение дуги,
что всегда меньше напряжения срабатывания варистора.
1. Ток индуктивности не течёт в сеть. он течёт через варистор.
Мы как раз для этого его туда и поставили.
2. Раскрою тайну: максимальное напряжение на варисторе будет равно тем цифрам которые написаны на его боку.
Это его ФИЗИЧЕСКИЕ параметры, ВАХ если вам так понятнее будет.
И изменить это вам не под силу.
Без всяких текущих напряжений сети ( мы её только-что нахрен оторвали ) всевозможных плюсов и любой другой хренотени.
Ну а если по вашему дуга возможна при напряжении 430 Вольт.
Вам срочно нужно писать письма во все автоконцерны.
Зачем оно ставят катушку зажигания на 20 — 30 киловольт когда достаточно и 430 простых Вольт
>>> Дуга будет гореть пока есть энергия на её поддержание. Дуга не будет гореть.
У нас есть 430 Вольт и зазор в контактах в полмиллиметра.
Моя вера говорит мне о том что в таких условиях дуга невозможна.
Сравните с пробивной напряжённостью воздуха.
Остатки памяти мне подсказывают про 30 киловольт на сантиметр.
>>> В какой момент напряжение на нагрузке станет больше напряжения пробоя варистора? Никогда. Снова перечитайте цифры на боку.
>>> Когда погаснет дуга энергии в индуктивности останется мало. Забудьте этот кошмарный сон.
Успокойтесь.
Дуги не будет.
От слова «совсем».
Мы её победили.
Ура.