Resistencia dependiente de la tensión del varistor

Introducción

El varistor es un portento de resistencia variable. Se trata de un sistema semiconductor pasivo no lineal de dos terminales.

Varistor presente seguridad contra sobretensiones a los circuitos eléctricos y digitales, a diferencia de los disyuntores o fusibles, que ofrecen seguridad a los circuitos más actuales. El Varistor presenta seguridad por la metodología de sujeción de la tensión que tiene similitudes con la del Diodo Zener.

A pesar de que la identificación de varistor se deriva de las frases resistencia variable, la resistencia en el varistor no puede ser variada manualmente en contraste con el potenciómetro o reóstato donde la resistencia será variada manualmente entre sus valores más y menos.

Varistor

La resistencia de un varistor varía en función de la tensión utilizada en él. El cambio de tensión a través de un varistor provocará un cambio en su resistencia, lo que lo convierte en un sistema dependiente de la tensión. Por tanto, el varistor también puede denominarse Resistencia dependiente de la tensión (VDR).

A continuación se demuestran los 2 símbolos comunes de los varistores.

IEEE imagen común para el varistor

IEC imagen común para el varistor

Normalmente, los varistores se construyen a partir de fuentes semiconductoras. Las trazas de tensión y corriente de un varistor son de naturaleza no lineal. Además, las trazas de tensión y corriente de un varistor son adecuadas para cada corriente continua y alterna suministrada.

Corporalmente, un varistor parece ser como un condensador en algunos aspectos. Debido a su similitud, un varistor suele confundirse con un condensador. Sin embargo, desde el punto de vista del software, un condensador no puede evitar los picos de tensión {que un} varistor sí puede.

Los resultados de una subida involuntaria de tensión excesiva en cualquier circuito serán catastróficos. Por lo tanto, el uso del varistor dentro de la seguridad de los circuitos eléctricos o digitales delicados por los picos de tensión excesivos y los picos de conmutación es esencial.

Resistencia de un varistor

Independientemente de que la finalidad del varistor sea proporcionar resistencia, el funcionamiento de un varistor es totalmente diferente al de un potenciómetro o reóstato. La resistencia de un varistor puede ser muy excesiva en situaciones de trabajo normales.

El rendimiento del varistor es muy similar al de un diodo Zener, en el lugar que permite que las tensiones de umbral caigan sin ser afectadas.

El rendimiento de un varistor modifica unt tensiones de trabajo excesivascuando la tensión utilizada a través de un varistor es superior a su valor nominal, la resistencia eficaz del varistor disminuye drásticamente y sigue bajando porque la tensión utilizada aumenta.

A continuación se muestra la curva que representa la resistencia estática del varistor frente a la tensión utilizada.

Trazos V-I

Según la ley de Ohm, la curva de las trazas de corriente-voltaje de una resistencia es una línea recta, suponiendo que el valor de la resistencia se guarda fijo. En este caso, el flujo de corriente a través de una resistencia es inmediatamente proporcional a la tensión utilizada a través de los extremos de la resistencia.

En el caso de un varistor, la curva de las trazas de corriente-tensión no es una línea recta. Esto se debe a la extraña conductancia de la resistencia del varistor. En el caso de un varistor, un pequeño cambio en la tensión utilizada para él provocará un cambio lo suficientemente bueno en el flujo presente por medio de él.

A continuación se muestra la curva de tensión real de un varistor.

De la curva de atributos de tensión-corriente demostrada anteriormente, se deduce que el varistor tiene trazos bidireccionales simétricos. Lo que significa que el varistor puede funcionar u operar en ambas direcciones o polaridades de una onda sinusoidal. Este rendimiento de un varistor es muy similar al de los diodos Zener relacionados de nuevo.

La curva de atribución corriente-tensión de un varistor presenta una relación lineal entre el presente y la tensión cuando el varistor está no conductor. Esto se debe a que la corriente que fluye a través del varistor será fija y el valor puede ser muy bajo.

Se trata de la fuga presente en el varistor y su valor es del orden de unos pocos miliamperios. La explicación es la excesiva resistencia del varistor. Este pequeño presente permanecerá fijo hasta que la tensión utilizada a través del varistor alcance la tensión nominal del mismo.

La tensión nominal del varistor también puede denominarse tensión de apriete. La tensión nominal de un varistor es la tensión que se mide con una corriente continua específica de 1mA. Este adicional se definirá porque la tensión continua utilizada a través de todos los terminales del varistor permite que un miliamperio presente se mueva a través de él.

El flujo actual por medio del físico del varistor depende del tejido utilizado para desarrollar el varistor. A este grado de tensión nominal, el rendimiento del varistor empieza a variar.

Hasta la tensión nominal, el varistor actúa como aislante. Si la tensión utilizada del varistor alcanza su tensión nominal, el comportamiento del varistor cambia del estado de aislamiento al de conducción.

La resistencia del varistor se vuelve muy pequeña cuando la tensión transitoria utilizada a través del varistor es mayor o igual que la tensión nominal del varistor. Esto se debe a un fenómeno denominado Avalanche Breakdown en las fuentes semiconductoras.

La ruptura de avalancha es un tipo de multiplicación presente que permite corrientes gigantescas dentro de suministros que previamente actúan como aislantes. Como resultado de este caso, el pequeño presente que fluye a través del varistor, que es el presente de fuga, aumentará en breve.

Independientemente de que la corriente que pasa por el varistor aumente o no, la tensión a través de él se limita a un precio simplemente cercano a la tensión nominal del varistor. Lo que significa que el varistor actúa como autorregulador de las tensiones transitorias utilizadas a través de él, pasando o permitiendo que el extra presente se mueva por medio del varistor.

Por lo tanto, después de cruzar la tensión nominal del varistor, la curva corriente-tensión se convierte en una curva empinada y no lineal. Como resultado de esta característica, un varistor puede atravesar ampliamente varias corrientes en una variación de tensión realmente fina, cortando cualquier pico de tensión.

Capacitancia en un varistor

Cuando la tensión utilizada en el varistor es inferior a la tensión nominal o de apriete, un varistor actúa como un condensador relativamente más que como una resistencia. La explicación de esta conclusión es que la conducción del espacio conductor principal del varistor como dieléctrico entre los 2 terminales del varistor.

Los 2 bornes y el dieléctrico son del tipo de un condensador. Esto es legítimo hasta que la tensión alcanza la tensión de apriete. Cada varistor compuesto por un material semiconductor puede tener una capacitancia que vale la pena. Este valor viene determinado por el mundo del varistor y es inversamente proporcional a su grosor.

El comportamiento del condensador varistor es totalmente diferente en los circuitos de CC y de CA. En los circuitos de corriente continua, la capacitancia de un varistor existe cuando la tensión utilizada es inferior a la tensión nominal del varistor y disminuye bruscamente cuando la tensión utilizada se acerca a la tensión nominal.

Cuando se utiliza un varistor en circuitos de corriente alterna, la frecuencia desempeña una función esencial. En los circuitos de corriente alterna, cuando el varistor funciona en su zona de fuga no conductora, la capacitancia del varistor tendrá un efecto sobre su resistencia física.

Los varistores se suelen relacionar en paralelo con aparatos eléctricos o digitales para protegerlos de la sobretensión.

Por ello, la resistencia de fuga del varistor disminuye al aumentar la frecuencia. La relación entre la frecuencia y la resistencia en paralelo que sigue es aproximadamente lineal. La reactancia de CA XC se calculará mediante la fórmula

XC = 1 / (2 ×π × f×C) = 1/(2 πfC)

Aquí C es la capacidad y f es la frecuencia.

Por lo tanto, al aumentar la frecuencia, la fuga presente también aumentará.

Varistor de óxido metálico (MOV)

Para superar las limitaciones de los semiconductores basados principalmente en varistores, como los de carburo de silicio, se desarrollaron los varistores de óxido metálico (MOV). El varistor de óxido metálico es una resistencia dependiente de la tensión. Además, es un sistema no lineal y ofrece una gran seguridad en caso de sobretensión transitoria.

Los materiales de resistencia de un varistor de óxido de acero están formados principalmente por granos de óxido de zinc que pueden ser prensados como una masa cerámica. La combinación consiste en un 90% de granos de óxido de zinc y el 10% opuesto está hecho con diferentes óxidos de acero como cobalto, bismuto y manganeso.

Esta combinación se intercala entre dos electrodos (placas de acero). Los materiales de relleno actúan como aglutinantes de los granos de óxido de zinc, de modo que el elemento se mantiene intacto entre dos placas de acero. Los cables de conexión de un varistor de óxido de acero son cables radiales.

Varistor de óxido metálico
Varistor de óxido metálico

Los varistores de óxido metálico son, probablemente, los elementos más utilizados como aparatos de sujeción de tensión para proteger los aparatos pequeños o pesados de los picos de tensión transitoria. Como se utiliza un óxido de acero en su desarrollo, el poder de absorber breves transitorios de tensión y el poder de manejar la capacitancia son extraordinariamente excesivos.

El funcionamiento del varistor de óxido de acero y del varistor de carburo de silicio son muy comparables. Un varistor de óxido de acero comienza a conducir en presencia de la tensión nominal y deja de conducir si la tensión utilizada es inferior al valor de enlace.

La principal distinción entre un varistor de carburo de silicio y un varistor de óxido de acero es la cantidad de fugas presentes. La fuga presente en el MOV puede ser muy pequeña en situaciones normales de trabajo.

La explicación de las corrientes de fuga más pequeñas se definirá como sigue. En un varistor de óxido de acero, los 2 granos de zinc rápidos vecinos encenderán una unión de diodos entre sus límites.

Por tanto, un varistor de óxido de acero se considerará como un conjunto de una gran variedad de diodos que pueden relacionarse en paralelo. Por ello, cuando se utiliza una tensión pequeña entre los electrodos, la fuga inversa presente a lo largo de la unión del diodo puede ser muy pequeña.

Cuando la tensión utilizada aumenta y alcanza la tensión de apriete, la unión del diodo se rompe debido a la ruptura de avalancha y al túnel de electrones, y permite que haya un enorme presente a través de ella. Los varistores de óxido metálico presentan rangos excesivos de tensión no lineal.

El pico máximo que puede soportar un varistor dependerá de la anchura del pulso transitorio y de la variedad de repeticiones del pulso. Las anchuras típicas de los pulsos transitorios están en el rango de 20 microsegundos a 50 microsegundos.

Existe la posibilidad de que se produzca un sobrecalentamiento si el pico de impulso nominal presente es inadecuado. Por tanto, para no sobrecalentar el circuito, es muy importante disipar rápidamente la energía absorbida por el impulso transitorio.

Seguridad en caso de sobretensión

Tanto si la disponibilidad es de CA como de CC, los picos de tensión transitorios se originan en muchas fuentes y circuitos eléctricos, sea cual sea el suministro. Se debe a que los transitorios se generan dentro del circuito o se transmiten desde fuentes externas al mismo.

Los transitorios que se pueden generar en todo el circuito pueden mejorar rápidamente y harán que la tensión se extienda hasta un precio de mil voltios. Estos picos de tensión pueden desencadenar problemas extremos en aparatos eléctricos o digitales delicados, por lo que hay que evitar que aparezcan en todos ellos.

Algunas de las fuentes generalizadas de transitorios de tensión son las siguientes:

  • El impacto de la tensión L di / dt (Ldi/dt) inducida en los circuitos inductivos. Este impacto se debe a la conmutación de las bobinas inductivas y a las corrientes magnetizantes de los transformadores.
  • La energía proporciona picos.
  • Conmutación del motor de corriente continua.

Se relaciona un varistor a través de la red para evitar los transitorios de tensión. Esta conexión será entre la pieza y el imparcial o entre la pieza y el imparcial en caso de alimentación de CA.

En el caso de la alimentación de corriente continua, el varistor se relaciona a lo largo de la disponibilidad entre los terminales constructivos y los desfavorables. En los circuitos digitales de CC, el varistor puede utilizarse para estabilizar la tensión y protegerla de los impulsos de sobretensión.

Especificaciones del varistor

Las siguientes son las especificaciones de un varistor típico.

La mayor parte de la tensión de trabajo: Es la tensión continua de pico regular o la tensión sinusoidal rms que puede utilizarse repetidamente a una temperatura determinada.

Tensión del varistor: Es la tensión entre los terminales del varistor con una corriente continua determinada.

Tensión de apriete: Es la tensión entre los terminales del varistor con un impulso específico presente, que se utiliza para adquirir la tensión de pico.

Sobrecarga presente: El máximo presente que fluye a través del varistor.

La mayor vitalidad: La potencia máxima que se disipa al utilizar un impulso transitorio.

Cambio de oleada: El desplazamiento de la tensión después de dar la tensión actual.

Capacitancia: Se mide cuando la tensión es inferior a la del varistor.

Fuga presente: El presente fluye a través del varistor cuando está en estado no conductor.

Tiempo de respuesta: El tiempo entre el dispositivo de tensión nominal y la transición del estado no conductor al conductor.

Funciones del varistor

Los varistores se utilizan en casi todos los circuitos eléctricos pesados para los pequeños diseños digitales. Los varistores presentan un exceso de seguridad contra los picos de tensión en todos los circuitos de CA y CC.

Algunas de las funciones son

  1. Para proteger los circuitos eléctricos de la sobretensión. El siguiente circuito muestra una conexión de varistor de óxido de acero para proporcionar seguridad de línea a línea.

El siguiente circuito es comparable, además de dar línea a la seguridad del suelo.

2.En los circuitos digitales, los aparatos son demasiado delicados para las modificaciones de tensión. Por eso se utiliza el varistor. El siguiente circuito es para señalar un típico varistor que defiende un transistor.

3.Para proporcionar seguridad contra sobretensiones a los motores de CA o CC.

Limitaciones de los varistores

Cuando se utiliza un varistor en los supresores de sobretensiones transitorias, puede no presentar seguridad energética para el sistema. La razón es que la presencia de un varistor en este escenario desencadenará problemas en el engranaje y en el propio sistema.

El varistor puede no presentar seguridad a partir del siguiente

  1. Comienza la sobrecarga presente en todo el sistema
  2. Presente de un breve circuito.
  3. Presencia de tensiones bajas o apagadas.
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