Tabla de contenido
Introducción
Varistor es un acrónimo de resistencias variables. Es un dispositivo semiconductor pasivo no lineal de estado sólido de dos terminales.
Barista proporcionado Protección contra sobretensiones En circuitos eléctricos y electrónicos, a diferencia de los disyuntores y fusibles, que protegen los circuitos de la sobrecorriente. El varistor está protegido por un esquema de sujeción de voltaje similar al de un diodo Zener.
El nombre varistor proviene del término resistencia variable, pero la resistencia de un varistor no se puede cambiar manualmente, a diferencia de los potenciómetros y reóstatos, que permiten cambiar manualmente la resistencia entre valores máximos y mínimos.
La resistencia de un varistor varía en función de la tensión que se le aplique. Cuando cambia el voltaje a través del varistor, la resistencia cambia, lo que lo convierte en un dispositivo dependiente del voltaje. Por lo tanto, un barista también se llama Resistencias dependientes de voltaje (VDR).
A continuación se muestran los dos símbolos estándar para el barista.
IEEE Símbolos estándar para varistores
Certificaciones IEC Símbolos estándar para varistores
Generalmente, los varistores están hechos de materiales semiconductores. Las características de voltaje y corriente de los varistores son de naturaleza no lineal. Además, las características de voltaje y corriente del varistor son adecuadas para fuentes de alimentación de CC y CA.
Físicamente, un varistor se parece a un condensador en muchos sentidos. Los varistores a menudo se confunden con los condensadores porque son similares. Sin embargo, cuando se trata de aplicaciones, los condensadores no pueden evitar las sobretensiones que los varistores pueden prevenir.
Las consecuencias de una sobretensión accidental de alto voltaje en un circuito pueden ser devastadoras. Por lo tanto, es muy importante utilizar varistores para proteger los circuitos eléctricos y electrónicos delicados y sensibles de las sobretensiones de alto voltaje y los picos de conmutación.
Resistencia del varistor
El propósito de un varistor es proporcionar resistencia, pero el funcionamiento de un varistor es diferente al de un potenciómetro o reóstato. La resistencia del varistor es muy alta en condiciones normales de funcionamiento.
La función del varistor es similar a la de un diodo Zener, en el que el voltaje del umbral inferior pasa sin verse afectado.
Las funciones del barista son:t Alta tensión de funcionamientoSi el voltaje aplicado al varistor es mayor que el valor nominal, la resistencia efectiva del varistor Gran caída Y continúa disminuyendo a medida que aumenta el voltaje que se le aplica.
A continuación se muestra la curva que representa la resistencia estática del varistor a la tensión aplicada.
Características de V-I
De acuerdo con la ley de Ohm, la curva característica corriente-voltaje de una resistencia es recta si el valor de la resistencia se mantiene constante. En este caso, la corriente que fluye a través de la resistencia es directamente proporcional al voltaje aplicado a través de la resistencia.
En el caso de los varistores, la curva característica corriente-tensión no es lineal. Esto se debe al comportamiento anormal de resistencia del varistor. En el caso de los varistores, un pequeño cambio en el voltaje aplicado al varistor provoca un cambio suficientemente grande en la corriente que fluye a través del varistor.
La curva característica de corriente-voltaje del varistor se muestra en la siguiente figura.
A partir de la curva característica de corriente-voltaje en la figura anterior, se puede ver que el varistor tiene características de simetría bidireccional. Esto significa que el varistor puede operar o funcionar en la dirección de la onda sinusoidal o en la polaridad. Esta función del varistor es similar a la de los diodos Zener conectados espalda con espalda.
La curva característica de corriente-voltaje del varistor es Relación lineal Si el barista No implementadoEsto se debe a que la corriente que fluye a través del varistor se mantiene constante y el valor es muy bajo.
Esta es la corriente de fuga del varistor, y el valor de esta corriente es del orden de unos pocos miliamperios. La razón es el barista. Esta pequeña corriente se mantiene constante hasta que el voltaje aplicado al varistor alcanza el voltaje nominal del varistor.
El voltaje nominal del varistor también se denomina voltaje de sujeción. La tensión nominal del varistor es la tensión a través del varistor, medida a una corriente continua especificada de 1 mA. Esto se puede describir además como un voltaje de CC aplicado entre los terminales del varistor, con una corriente de 1 miliamperio que fluye a través del varistor.
La corriente que fluye a través del cuerpo del varistor depende del material utilizado en la construcción del varistor. A este nivel de voltaje nominal, la función del varistor comienza a cambiar.
Hasta la tensión nominal, el varistor actúa como aislante. Cuando el voltaje aplicado del varistor alcanza el voltaje nominal, el funcionamiento del varistor cambia de un estado aislado a un estado conductor.
La resistencia del varistor se vuelve muy pequeña cuando el voltaje transitorio aplicado al varistor es mayor o igual al voltaje nominal del varistor. Esto se debe a un fenómeno llamado descomposición por avalancha de materiales semiconductores.
La ruptura de avalanchas es una forma de multiplicación de corrientes que permite que grandes corrientes fluyan a través de un material que anteriormente servía como aislante. Esta situación hace que una pequeña corriente que fluye a través del varistor, es decir, la corriente de fuga, aumente rápidamente.
Incluso si la corriente que fluye a través del varistor aumenta, el voltaje a través del varistor se limita a un valor ligeramente cercano al voltaje nominal del varistor. Esto significa que el varistor actúa como un autorregulador del voltaje transitorio aplicado en todo el varistor al permitir que fluya más corriente a través de él.
Por lo tanto, después de cruzar el voltaje nominal del varistor, la curva corriente-voltaje se convierte en una curva no lineal empinada. Esta característica permite que el varistor transporte una amplia gama de corrientes variables en un rango muy estrecho de voltajes al cortar los picos de voltaje.
Capacitancia del varistor
Si el voltaje aplicado a través del varistor es menor que el voltaje nominal o el voltaje de sujeción, el varistor actúa como un condensador en lugar de una resistencia. La razón de esta conclusión es el comportamiento de la región de conducción primaria del varistor como un dieléctrico entre los dos terminales del varistor.
Dos terminales y un dieléctrico forman un condensador. Esto es válido hasta que la tensión alcance la tensión de sujeción. Todos los varistores compuestos de materiales semiconductores tienen un valor de capacitancia. Este valor depende del área del varistor y es inversamente proporcional a su espesor.
El funcionamiento del condensador en el varistor es diferente para los circuitos de CC y CA. En un circuito de CC, la capacitancia del varistor está presente cuando el voltaje aplicado cae por debajo del voltaje nominal del varistor y disminuye bruscamente cuando el voltaje aplicado se acerca al voltaje nominal.
Cuando se utiliza un varistor en un circuito de CA, la frecuencia juega un papel importante. En los circuitos de CA, cuando el varistor opera en un área de fuga no conductora, la capacitancia del varistor afectará la resistencia del cuerpo.
Los varistores generalmente se conectan en paralelo con equipos eléctricos o electrónicos para protegerse contra sobretensiones.
Debido a esto, la resistencia a las fugas del varistor disminuye con el aumento de la frecuencia. La relación entre la frecuencia y la resistencia paralela resultante es casi lineal. La reactancia de CA XC se puede calcular utilizando la siguiente ecuación:
XC = 1 / (2 ×π × f×C) = 1/(2 πfC)
donde C es la capacitancia y f es la frecuencia.
Por lo tanto, a medida que aumenta la frecuencia, también aumenta la corriente de fuga.
Varistor de óxido metálico (MOV)
Para superar las limitaciones de los varistores basados en semiconductores, como los varistores de carburo de silicio, se han desarrollado varistores de óxido metálico (MOV). Los varistores de óxido metálico son resistencias dependientes del voltaje. También es un dispositivo no lineal y proporciona una muy buena protección contra sobretensiones transitorias.
El material de resistencia de los varistores de óxido metálico se compone principalmente de partículas de óxido de zinc prensadas como masas cerámicas. La mezcla está formada por un 90% de partículas de óxido de zinc, y el 10% restante se elabora con otros óxidos metálicos como el cobalto, el bismuto y el manganeso.
Esta mezcla se intercala entre dos electrodos (placas metálicas). El material de relleno actúa como aglutinante de las partículas de óxido de zinc, asegurando que el componente permanezca intacto entre las dos placas de metal. Los cables de conexión de los varistores de óxido metálico son cables radiales.
Los varistores de óxido metálico son los componentes más utilizados. d como un dispositivo de sujeción de voltaje para proteger dispositivos pequeños o pesados de sobretensiones transitorias. Debido al uso de óxidos metálicos en su estructura, su capacidad para absorber voltajes transitorios cortos y su capacidad para procesar energía son muy altas.
Los varistores de óxido metálico y los varistores de carburo de silicio funcionan de manera muy similar. El varistor de óxido metálico comienza a consumir corriente a la tensión nominal y detiene la conducción cuando la tensión aplicada cae por debajo del umbral.
La principal diferencia entre los varistores de carburo de silicio y los varistores de óxido metálico es la cantidad de corriente de fuga. La corriente de fuga de MOV es muy pequeña en condiciones normales de funcionamiento.
La razón de la menor corriente de fuga se puede explicar de la siguiente manera: En los varistores de óxido metálico, dos partículas de zinc adyacentes forman una unión de diodos entre sus límites.
Por lo tanto, un varistor de óxido metálico puede considerarse como un agregado de una gran cantidad de diodos conectados en paralelo. Por esta razón, cuando se aplica un pequeño voltaje entre los electrodos, la corriente de fuga inversa que aparece en la unión del diodo es muy pequeña.
Cuando el voltaje aplicado aumenta y se alcanza el voltaje de sujeción, la unión del diodo se interrumpe por una falla de avalancha y un túnel de electrones, y fluye una gran corriente.Es. Los varistores de óxido metálico tienen un alto nivel de características de corriente-voltaje no lineales.
La sobrecorriente máxima que puede recibir un varistor depende del ancho del pulso transitorio y del número de repeticiones de pulso. Los anchos típicos de los pulsos transitorios oscilan entre 20 microsegundos y 50 microsegundos.
Una corriente de pulso máxima nominal insuficiente puede causar sobrecalentamiento. Por lo tanto, para evitar el sobrecalentamiento del circuito, es importante disipar rápidamente la energía absorbida del pulso transitorio.
Protección contra sobretensiones de alto voltaje
Independientemente de si la fuente de alimentación es CA o CC, las sobretensiones transitorias provienen de muchas fuentes de alimentación y circuitos, independientemente de la fuente de alimentación. Esto se debe a que los transitorios se generan en el circuito o se envían al circuito desde una fuente externa.
Los transitorios que ocurren en el circuito aumentan bruscamente y el voltaje puede aumentar a valores de varios miles de voltios. Estos picos de tensión pueden causar serios problemas a los equipos eléctricos y electrónicos sensibles, por lo que se debe evitar que aparezcan en ellos.
Las fuentes comunes de transitorios de voltaje incluyen:
- Efecto de tensión Ldi/dt (Ldi/dt) causado en circuitos inductivos. Este efecto se debe a la conmutación de la bobina de inducción del transformador y a la corriente de magnetización.
- Sobrecarga de energía.
- Conmutación de motor de CC.
El varistor está conectado a la red eléctrica para evitar transitorios de tensión. Esta conexión se realiza entre la fase y el cable neutro o entre la fase y la fase, en el caso de la alimentación de CA.
En el caso de una fuente de alimentación de CC, se conecta un varistor entre los terminales positivo y negativo a través de la fuente de alimentación. En la electrónica de CC, los varistores se pueden utilizar para la regulación de voltaje para proteger contra pulsos de sobretensión.
Especificaciones del barista
Las siguientes son las especificaciones de un barista típico:
Voltaje máximo de funcionamiento: Es un voltaje de CC de estado estacionario máximo o un voltaje rms sinusoidal que se puede aplicar continuamente a una temperatura específica.
Voltaje del varistor: Este es el voltaje a través de los terminales del varistor al que se aplica la corriente de medición de CC especificada.
Voltaje de la abrazadera: Este es el voltaje a través de los terminales del varistor al que se aplicó la corriente de impulso especificada para obtener el voltaje máximo.
Sobrecorriente: La corriente máxima que fluye a través del varistor.
Energía máxima: La energía máxima consumida cuando se aplica un impulso transitorio.
Cambio de sobretensión: El cambio en el voltaje después de aplicar una sobrecorriente.
capacitancia: Se mide cuando la tensión es inferior a la tensión del varistor.
Corriente de fuga: La corriente que fluye cuando el varistor está en un estado no conductor.
Tiempo de respuesta: El tiempo desde el momento en que se aplica el voltaje nominal hasta la transición de un estado no conductor a un estado conductor.
¿Para qué sirven los baristas?
Los varistores se utilizan en casi todos los circuitos pesados y pequeños diseños electrónicos. Los varistores proporcionan protección contra sobretensiones de alto voltaje para circuitos de CA y CC.
Algunas de las aplicaciones son:
- Protege los circuitos eléctricos de sobretensiones. El circuito G de seguimiento muestra la conexión de varistores de óxido metálico para proporcionar protección monofásica de línea a línea.
Los siguientes circuitos son similares, excepto que también proporcionan protección de línea a tierra.
Los circuitos electrónicos 2.In, los dispositivos son muy sensibles a los cambios de voltaje. Por lo tanto, se utiliza un varistor. El siguiente circuito muestra un varistor típico que protege un transistor.
3.To Proporciona protección contra sobretensiones para motores de CA o CC.
Limitaciones de los varistores
Si se usa un varistor en un supresor de sobretensiones transitorias, es posible que no proporcione protección de energía para el dispositivo. Esto se debe a que la presencia de un varistor en esta situación causará problemas para el equipo y el propio dispositivo.
Los varistores no pueden proporcionar protección contra
- Aumento de corriente durante el arranque del dispositivo
- Corriente de un cortocircuito.
- De la holgura de voltaje y la caída de tensión.