Todos los aparatos electrónicos que se conectan a una red necesitan protección contra la superación de umbrales de corriente o tensión. Para la protección de la corriente se utilizan diversos fusibles y disyuntores, pero los varistores son los más utilizados para la protección contra la sobretensión. En este artículo veremos el principio del varistor, sus características, las ventajas y los inconvenientes de este componente electrónico.
Contenido
Qué es un varistor y dónde se utiliza
Varistor - Un varistor es una resistencia variable de estado sólido con la capacidad de cambiar su resistencia eléctrica según la tensión que se le aplique.
El principio de funcionamiento de este componente electrónico es diferente al de una resistencia normal o un potenciómetro. La resistencia estándar resistencia El potenciómetro tiene una resistencia constante en todo momento, independientemente de la tensión en el circuito; el potenciómetro permite cambiar la resistencia manualmente girando el mando de control. Un varistor, en cambio, tiene una característica voltecorriente simétrica no lineal y su resistencia depende totalmente de la tensión del circuito.
Debido a esta propiedad, los varistores se utilizan ampliamente y con eficacia para proteger las redes eléctricas, la maquinaria y los equipos, así como los componentes electrónicos, las placas y los chips, independientemente del tipo de tensión. Son baratos de fabricar y son robustos y capaces de soportar grandes cargas.
Los varistores se utilizan tanto en aplicaciones de alta tensión de hasta 20 kV como en aplicaciones de baja tensión de 3V a 200V como limitador de tensión. Pueden utilizarse tanto en circuitos de CA como de CC. Se utilizan para regular y estabilizar la corriente y la tensión y en los dispositivos de protección contra la sobretensión. Se utilizan en la construcción de filtros de red, fuentes de alimentación y teléfonos móviles, PROTECTORES DE SOBRETENSIÓN y otros dispositivos.
Tipos y principio de funcionamiento
En condiciones normales de funcionamiento, un varistor tiene una enorme resistencia que puede disminuir a medida que la tensión sube por encima de un valor umbral. Si la tensión aumenta considerablemente, el varistor cambia su estado de aislamiento a un estado de conducción y estabiliza la tensión haciendo pasar una corriente elevada a través de él mediante el efecto de avalancha en el semiconductor.
Los varistores pueden manejar tensiones altas y bajas, por lo que se dividen en dos grupos de dispositivos que comparten el mismo principio de funcionamiento:
- Alta tensión: capaz de operar en circuitos con valores de corriente de hasta 20 kV (utilizado en sistemas de protección de redes y equipos, protectores de sobretensión).
- Componentes de baja tensión: las tensiones nominales de este tipo van de 3V a 200V (se utilizan para proteger dispositivos electrónicos y componentes de equipos con una corriente de 0,1 a 1A y se instalan en la entrada o la salida de la fuente de alimentación).
Tiempo de respuesta de los varistores en caso de pico de tensión es de unos 25 ns, lo cual es un valor excelente pero en algunos casos insuficiente. Por ello, los fabricantes de componentes electrónicos han desarrollado una tecnología para fabricar una resistencia smd que tenga un tiempo de respuesta de 0,5 ns o mejor.
Todos los tipos de varistores se fabrican a partir de carburo de silicio u óxido de zinc mediante la sinterización de este material con un aglutinante (resina, arcilla, vidrio) a alta temperatura. Una vez obtenido el elemento semiconductor, se metaliza por ambas caras y se sueldan los terminales de conexión metálicos.
Marcado, principales características y parámetros
Cada fabricante de varistores marca su producto de una manera determinada, por lo que hay un gran número de variantes de marcado y su descifrado. Los varistores más comunes en Rusia son los K275, y los componentes extranjeros más populares son los 7n471k, kl472m y otros.
Puede descifrar la designación del varistor CNR-10d751k como sigue: CNR - varistor de óxido metálico; d - significa que el componente tiene forma de disco; 10 - es el diámetro del disco; 751 -es la tensión de respuesta del aparato (el cálculo se realiza multiplicando las dos primeras cifras por 10 a la potencia de la tercera cifra, es decir, 75 por 10 a la potencia de 750 V); k - la desviación admisible de la tensión nominal, que es del 10 % en cualquier dirección (l - 15 %, M - 20 %, P - 25 %).
Las principales características de los varistores son las siguientes:
Clasificación de la tensión - Tensión a un determinado valor de corriente que circula por el varistor (este valor suele ser de 1 mA). Este parámetro es relativo y no afecta a la elección del dispositivo;
La tensión máxima permitida - rango de tensión (RMS o rms.) a la que el varistor comienza a reducir su resistencia;
Máxima energía de absorción - una característica que representa la cantidad de energía que un varistor disipa y no falla después de ser sometido a un solo impulso (medido en julios);
Corriente de impulso máxima - normaliza el tiempo de subida y la duración del impulso de corriente (medido en amperios);
Capacitancia - es un parámetro muy importante que se mide en estado cerrado y a una frecuencia determinada (cae a cero si se aplica una corriente alta al varistor);
Tolerancia - la desviación de la diferencia de potencial nominal en ambas direcciones (se da en porcentaje).
tiempo de disparo - Tiempo tras el cual el varistor pasa de cerrado a abierto (Normalmente unas decenas de nanosegundos).
Ventajas e inconvenientes de los varistores
Las ventajas más importantes de la resistencia no lineal (varistor) son su rendimiento estable y fiable a altas frecuencias y cargas elevadas. Se utiliza en muchas aplicaciones con tensiones de 3V a 20kV, es relativamente sencillo y barato de fabricar, y su funcionamiento es eficiente. Otras ventajas importantes son:
- alta velocidad de respuesta (nanosegundos);
- larga vida útil;
- la capacidad de controlar las fluctuaciones de tensión (método sin inercia).
Aunque este componente electrónico tiene muchas ventajas, también tiene desventajas que afectan a su uso en diversos sistemas. Entre ellas se encuentran:
- ruido de baja frecuencia durante el funcionamiento;
- El envejecimiento del componente (pérdida de parámetros con el tiempo);
- alta capacitancia: depende de la tensión y del tipo de elemento, está en el rango de 70 a 3200 pF y afecta al rendimiento del dispositivo;
- no hay disipación de energía a la tensión máxima - se sobrecalienta significativamente y falla a la tensión máxima prolongada.
Selección de varistores
Para seleccionar el varistor correcto para un dispositivo concreto, es necesario conocer las características de su alimentación: resistencia y potencia transitoria. El valor máximo de corriente admisible viene determinado, entre otras cosas, por el tiempo de exposición y el número de repeticiones, por lo que si se instala un varistor con un valor de corriente de pico inferior, fallará con bastante rapidez. En resumen, para proteger eficazmente el dispositivo, el varistor debe seleccionarse con una tensión que tenga un pequeño margen sobre la tensión nominal.
También es importante para el funcionamiento sin problemas de un componente electrónico de este tipo la velocidad de disipación de la energía térmica absorbida y la capacidad de volver rápidamente a un estado de funcionamiento normal.
Esquema de conexión de los variistores y variantes de conexión
A través de diagramas esquemáticos Los varistores suelen ser indicado en .Como una resistencia ordinaria pero con la letra U junto a la barra. Esta barra indica en los diagramas que el elemento tiene una dependencia de la resistencia con la tensión del circuito. También en diagrama de cableado este componente está marcado con dos letras R y U con un número ordinal añadido (RU1, RU2 ... etc.).
Hay un gran número de opciones de conexión para los varistores, pero lo común a todos los métodos es que este componente se conecta en paralelo con el circuito de alimentación. Por lo tanto, en ausencia de impulsos de tensión peligrosos, la corriente que fluye a través del varistor es pequeña (debido a su alta resistencia) y no tiene efecto en el rendimiento del sistema. Si se produce una sobretensión, el varistor cambia su resistencia a un valor pequeño, la carga se puentea y la energía absorbida se disipa en el espacio circundante.
Artículos relacionados:
