Cada dispositivo electrónico ligado a uma rede necessita de protecção contra a ultrapassagem dos limiares de corrente ou tensão. Vários fusíveis e disjuntores são utilizados para protecção de corrente, mas os varistores são mais frequentemente utilizados para protecção de sobretensão. Neste artigo vamos analisar o princípio do varistor, as suas características e as vantagens e desvantagens desta componente electrónica.
Conteúdos
O que é um varistor e onde é utilizado
Varistor - Um varistor é uma resistência variável de estado sólido com a capacidade de alterar a sua resistência eléctrica de acordo com a tensão que lhe é aplicada.
O princípio de funcionamento deste componente electrónico é diferente do de um resistor ou potenciómetro normal. A resistência padrão resistor O potenciómetro tem uma resistência constante em qualquer altura independentemente da tensão no circuito, enquanto que o potenciómetro permite alterar manualmente a resistência rodando o botão de controlo. Um varistor, por outro lado, tem uma característica de corrente volts simétrica não linear e a sua resistência é totalmente dependente da tensão do circuito.
Devido a esta propriedade, os varistores são ampla e eficazmente utilizados para proteger redes eléctricas, máquinas e equipamentos, bem como componentes electrónicos, placas e chips, independentemente do tipo de tensão. São baratos de fabricar e são robustos e capazes de resistir a cargas elevadas.
Os varistores são utilizados tanto em aplicações de alta tensão até 20 kV como em aplicações de baixa tensão de 3V a 200V, como limitador de tensão. Podem ser utilizados tanto em circuitos AC como DC. São utilizados para regular e estabilizar a corrente e a tensão e em dispositivos de protecção contra sobretensão. São utilizados na construção de filtros de rede, fontes de alimentação, telemóveis, PROTECTORES DE PICOS DE CORRENTE e outros dispositivos.
Tipos e princípio de funcionamento
Em condições normais de funcionamento, um varistor tem uma enorme resistência que pode diminuir à medida que a tensão sobe acima de um valor limite. Se a tensão subir consideravelmente, o varistor muda o seu estado isolante para um estado condutor e estabiliza a tensão passando uma corrente elevada através dele através do efeito de avalanche no semicondutor.
Os varistores podem lidar com altas e baixas tensões e estão, portanto, divididos em dois grupos de dispositivos que partilham o mesmo princípio de funcionamento:
- Alta tensão: capaz de operar em circuitos com valores de corrente até 20 kV (utilizado em sistemas de protecção de redes e equipamentos, protectores de picos de corrente).
- Componentes de baixa tensão: as tensões nominais deste tipo variam de 3V a 200V (utilizadas para proteger dispositivos electrónicos e componentes de equipamento com uma corrente de 0,1 a 1A e instaladas à entrada ou saída da fonte de alimentação).
Tempo de resposta dos varistores em caso de pico de voltagem é cerca de 25 ns, o que é um valor excelente mas, em alguns casos, insuficiente. Assim, os fabricantes de componentes electrónicos desenvolveram tecnologia para fabricar uma resistência smd que tem um tempo de resposta de 0,5 ns ou melhor.
Todos os tipos de varistores são feitos de carboneto de silício ou óxido de zinco através da sinterização deste material com um ligante (resina, argila, vidro) a alta temperatura. Uma vez obtido o elemento semicondutor, este é metalizado em ambos os lados e os terminais de ligação metálicos são soldados.
Marcação, principais características e parâmetros
Cada fabricante de varistores marca o seu produto de uma forma definitiva, pelo que existe um grande número de variantes de marcação e a sua decifração. Os varistores mais comuns na Rússia são K275, e os componentes estrangeiros populares são 7n471k, kl472m e outros.
Pode decifrar a designação do varistor CNR-10d751k da seguinte forma: CNR - varistor de óxido de metal; d - significa que o componente tem a forma de um disco; 10 - é o diâmetro do disco; 751 -é a tensão de resposta para o dispositivo (o cálculo é feito multiplicando os dois primeiros dígitos por 10 até à potência do terceiro dígito, ou seja, 75 vezes 10 até à potência de 750 V); k - o desvio admissível da tensão nominal, que é de 10% em qualquer direcção (l - 15%, M - 20%, P - 25%).
As principais características dos varistores são as seguintes:
Tensão de classificação - Tensão a um certo valor de corrente que flui através do varistor (este valor é normalmente 1 mA). Este parâmetro é relativo e não afecta a escolha do dispositivo;
A tensão máxima admissível - gama de voltagem (RMS ou rms.) em que o varistor começa a reduzir a sua resistência;
Máxima energia de absorção - uma característica que indica a quantidade de energia que um varistor dissipa e não falha após ser sujeito a um único impulso (medido em Joules);
Corrente máxima de impulso - normaliza o tempo de subida e a duração do impulso actual (medido em Ampere);
Capacitância - é um parâmetro muito importante que é medido em estado fechado e a uma dada frequência (cai a zero se for aplicada uma corrente elevada ao varistor);
Desvio admissível - o desvio da diferença de potencial nominal em ambos os sentidos (é dada em percentagem).
tempo de tropeçar - Tempo após o qual o varistor muda de fechado para aberto (Normalmente algumas dezenas de nanossegundos).
Vantagens e desvantagens dos varistores
As vantagens importantes da resistência não linear (varistor) são o seu desempenho estável e fiável a altas frequências e cargas elevadas. É utilizado em muitas aplicações com tensões de 3V a 20kV, é relativamente simples e barato de fabricar, e é eficiente de operar. Outras vantagens importantes são:
- alta velocidade de disparo (nanossegundos);
- longa vida útil;
- a capacidade de monitorizar as flutuações de tensão (método sem inércia).
Embora esta componente electrónica tenha muitas vantagens, também tem desvantagens que afectam a sua utilização em vários sistemas. Estes incluem:
- ruído de baixa frequência durante a operação;
- O envelhecimento do componente (perda dos parâmetros ao longo do tempo);
- alta capacitância: depende da tensão e do tipo de elemento, está na gama de 70 a 3200 pF e afecta o desempenho do dispositivo;
- sem dissipação de energia à voltagem máxima - sobreaquece significativamente e falha à voltagem máxima prolongada.
Selecção do varistor
A fim de seleccionar o varistor correcto para um determinado dispositivo, é necessário conhecer as características da sua fonte de alimentação: resistência e potência transitória. O valor máximo de corrente permitido é determinado, entre outras coisas, pela duração da exposição e pelo número de repetições, portanto, se um varistor for instalado com um valor de corrente de pico inferior, falhará muito rapidamente. Em suma, para proteger eficazmente o dispositivo, o varistor deve ser seleccionado com uma voltagem que tenha uma pequena margem sobre a voltagem nominal.
Também importante para o funcionamento sem problemas de tal componente electrónico é a taxa de dissipação da energia térmica absorvida e a capacidade de regressar rapidamente a um estado de funcionamento normal.
Diagrama de ligação de variistores e variantes de ligação
Via circuitos varistores são normalmente indicado em .Como uma resistência normal, mas com a letra U ao lado da barra. Esta barra indica nos diagramas que o elemento tem uma dependência de resistência em relação à tensão do circuito. Também em diagrama de cablagem este componente é marcado com duas letras R e U com um número ordinal acrescentado (RU1, RU2 ... etc.).
Há um grande número de opções de ligação para varistores, mas comum a todos os métodos é que este componente seja ligado em paralelo com o circuito de alimentação. Portanto, na ausência de impulsos de tensão perigosos, a corrente que flui através do varistor é pequena (devido à sua alta resistência) e não afecta de forma alguma o desempenho do sistema. Se ocorrer uma sobretensão, o varistor altera a sua resistência para um valor pequeno, a carga é contornada e a energia absorvida é dissipada para o espaço circundante.
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