O que é um varistor e por que é necessário?
Princípio de operação
Um varistor é um dispositivo semicondutor com uma característica de tensão de corrente não linear simétrica. De acordo com sua forma, podemos concluir que o varistor funciona em corrente alternada e direta. Vamos considerá-lo em mais detalhes.
No estado normal, a corrente através do varistor é extremamente pequena, é chamada corrente de fuga. Pode ser considerado como um componente dielétrico com uma certa capacidade elétrica e podemos dizer que não passa corrente. Mas, a uma certa tensão (na imagem é de + - 60 Volts), começa a passar a corrente.
Em outras palavras, o princípio de operação do varistor em circuitos de proteção se assemelha a uma centelha, apenas em um dispositivo semicondutor não ocorre uma descarga de arco, mas sua resistência interna muda. Com uma diminuição na resistência, a corrente de unidades de microamperes aumenta para centenas ou milhares de amperes.
A imagem gráfica condicional do varistor nos circuitos:
A designação do elemento nos diagramas se assemelha a um resistor convencional, mas riscado na diagonal por uma linha na qual a letra U pode ser aplicada. Para encontrar esse elemento no quadro ou no circuito, preste atenção às assinaturas, na maioria das vezes elas são indicadas como RU ou VA.
A aparência do varistor:
Um varistor é instalado paralelamente ao circuito para protegê-lo. Portanto, com um pulso de tensão do circuito protegido, a energia não entra no dispositivo, mas é dissipada como calor no varistor. Se a energia do pulso estiver muito alta, o varistor queima. Mas o conceito queima fora de foco, existem duas opções de desenvolvimento. Ou o varistor simplesmente rasga em pedaços ou seu cristal entra em colapso e os eletrodos ficam em curto-circuito. Isso levará à queima das pistas e dos condutores, ou haverá um incêndio nos elementos da carcaça e de outras partes.
Para evitar isso na frente do varistor, um fusível é instalado em série com todo o circuito no sinal ou no fio de alimentação. Então, no caso de um pulso forte de tensão e operação ou queima de longo prazo do varistor, o fusível também queimará, interrompendo o circuito.
Em resumo, por que esse componente é necessário - suas propriedades protegem o circuito elétrico de surtos destrutivos que podem ocorrer tanto nas linhas de informação quanto nas linhas elétricas, por exemplo, ao trocar aparelhos elétricos potentes. Discutiremos esse problema um pouco abaixo.
Dispositivo
Os varistores são organizados de maneira simples - no interior existe um cristal de material semicondutor, na maioria das vezes é óxido de zinco (ZiO) ou carboneto de silício (SiC). O pó prensado desses materiais é submetido a processamento de alta temperatura (cozido) e revestido com uma bainha dielétrica.Existem versões com terminais axiais para montagem em orifícios em uma placa de circuito impresso, bem como em um gabinete SMD.
A figura abaixo mostra claramente a estrutura interna do varistor:
Parâmetros-chave
Para escolher o varistor corretamente, é necessário conhecer suas principais características técnicas:
- A tensão de classificação pode ser designada como Un. Essa é uma tensão na qual uma corrente de 1 mA começa a fluir através do varistor, com um excesso adicional, a corrente aumenta como uma avalanche. Este parâmetro é indicado na marcação do varistor.
- Dissipação nominal de potência P. Determina quanto um elemento pode dissipar enquanto mantém suas características.
- Energia máxima de um único impulso W. Medido em Joules.
- Pulso Ipp de corrente máxima. Enquanto a frente cresce dentro de 8 μs, e sua duração total é de 20 μs.
- Capacidade Fechada - Co. Como no estado fechado o varistor é uma espécie de capacitor, porque seus eletrodos são separados por um material não condutor, então ele possui uma certa capacitância. Isso é importante quando o dispositivo é usado em circuitos de alta frequência.
Dois tipos de tensões também são distinguidos:
- Um ~ é a variável efetiva ou rms máxima;
- Um = é a constante máxima.
Marcação e seleção de varistor
Na prática, por exemplo, ao reparar um dispositivo eletrônico, você deve trabalhar com a marcação do varistor, geralmente feita da seguinte forma:
20D 471K
O que é e como entendê-lo? Os primeiros caracteres 20D são o diâmetro. Quanto maior e mais grosso, mais energia o varistor pode dissipar. Além disso, 471 é uma voltagem de classificação.
Outros caracteres adicionais podem estar presentes, geralmente indicando o fabricante ou o recurso do componente.
Agora vamos descobrir como escolher o varistor corretamente, para que ele execute corretamente sua função. Para selecionar um componente, você precisa saber no circuito com qual voltagem e tipo de corrente ele funcionará. Por exemplo, podemos assumir que, para a proteção de dispositivos que operam em um circuito de 220V, é necessário usar um varistor com uma tensão de classificação ligeiramente superior (para que funcione quando o valor nominal for excedido significativamente), ou seja, 250-260V. Isso é fundamentalmente errado.
O fato é que nos circuitos CA 220V é o valor efetivo. Se você não entrar em detalhes, a amplitude do sinal sinusoidal para a raiz é 2 vezes mais que o valor real, ou seja, 1,41 vezes. Como resultado, a tensão de amplitude em nossas tomadas é de 300 a 310 V.
240 * 1,1 * 1,41 = 372 V.
Onde 1,1 é o fator de segurança.
Nesses cálculos, o elemento começará a operar quando a tensão atual ultrapassar 240 volts, portanto sua tensão de classificação deve ser de pelo menos 370 volts.
Abaixo estão as classificações típicas de varistores para redes CA com uma tensão de:
- 100V (100 ~ 120) - 271k;
- 200V (180 ~ 220) - 431k;
- 240V (210 ~ 250) - 471k;
- 240V (240 ~ 265) - 511k.
Uso doméstico
O objetivo dos varistores é proteger o circuito durante pulsos e sobretensão na linha. Essa propriedade permitiu que os elementos em consideração encontrassem sua aplicação como proteção:
- linhas de comunicação;
- entradas de informações de dispositivos eletrônicos;
- circuitos de potência.
A maioria das fontes de alimentação baratas não instala nenhuma proteção. Mas, em bons modelos, os varistores são instalados na entrada.
Além disso, todos sabem que o computador deve estar conectado à energia através de um cabo de extensão especial com um botão - protetor contra surtos. Além de filtrar a interferência, os varistores também são instalados nos circuitos normais do filtro.
Freqüentemente, os eletricistas recomendam proteger as lâmpadas LED chinesas instalando um varistor paralelo ao cartucho. Outros dispositivos também protegem, alguns montam o varistor em um soquete ou em um plugue para proteger o equipamento conectado.
Para proteger todo o apartamento - você pode instalar o varistor em um dyn-rail, em bons dispositivos, no caso, são verdadeiros varistores poderosos com o diâmetro de um punho.Um exemplo desse dispositivo é o SPE-1, mostrado na foto abaixo:
Concluindo, gostaria de observar que o objetivo do varistor é proteger qualquer circuito elétrico. O princípio de operação é baseado em uma alteração na resistência da estrutura do semicondutor sob a influência de alta tensão. A tensão na qual uma corrente de 1 mA começa a fluir através do elemento é chamada de classificação. Este e o diâmetro do elemento são os principais parâmetros na escolha. Talvez tenhamos explicado claramente o que é um varistor e por que ele é necessário, faça perguntas nos comentários se você não entender alguma coisa.
No final, recomendamos assistir a vídeos úteis sobre o tópico do artigo:
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