المقاومة المتغيرة: مكون رئيسي في حماية الدوائر

مقدمة حول مثبطات أكسيد المعدن (MOVs)

أ مثبط أكسيد معدني (MOV) هو جهاز شبه موصل غير خطي يعتمد على مواد أكسيد المعدن، عادة ما يكون أكسيد الزنك (ZnO). يستجيب بسرعة للفولتية غير الطبيعية العالية من خلال حدوث تغيير مفاجئ في المقاومة، مما يؤدي إلى ضبط الفولتية واستيعاب طاقة السورج. عندما تكون الفولتية المطبقة أقل من عتبة الانهيار، فإن حركة التيار الكهربائي تظهر مقاومة عالية في نطاق الميجاوم مع تيار تسرب قليل للغاية. عندما تتجاوز الفولتية عتبة الانهيار، تنخفض المقاومة بشكل حاد إلى مستوى الأوم، مما يسمح لحركة التيار الكهربائي باستيعاب تيارات السورج الكبيرة وحماية الدوائر اللاحقة من أضرار الفولتية الزائدة. تشمل أرقام الأجزاء الشائعة لـ MOV LCRR07D391K , LCRR10D561K , و LCRR14D471K .

مبدأ التشغيل وخواص الجهد-التيار

منحنى الجهد-التيار (V-I) لحركة التيار الكهربائي يتم تقسيمه عادةً إلى ثلاث مناطق:

1. منطقة تيار التسرب

يُعرف أيضًا باسم منطقة ما قبل الانهيار. في هذه المنطقة، يكون الجهد المطبق على جهاز الحماية من السيلMOV أقل من جهده الكبحي. يتم تحديد التوصيل بواسطة الإلكترونات المثارة حراريًا، ويؤدي جهاز الحماية من السيل إلى التصرف كعازل بمقاومة تزيد عن 10 ميجا أوم (Rb ≫ Rg). يكون التيار في نطاق الميكرو أمبير، ويبدو جهاز الحماية من السيل كدارة مفتوحة - وهذا هو حالته العادية أثناء التشغيل.

2. منطقة الانهيار (العمل)

تُعرف أيضًا باسم منطقة الكبح. عندما يتم تطبيق جهد أعلى من مستوى الكبح، يحدث التوصيل عبر آلية النفق (Rb ≈ Rg). يظهر جهاز الحماية من السيل خصائص توصيل غير خطي قوي وفقًا لقانون القوة: I = C × V^α
حيث:

I هو التيار عبر جهاز الحماية من السيل

V هو الجهد الكهربائي عبر العنصر MOV

C هو ثابت يعتمد على معاملات العملية

α هو معامل اللاخطية (عادة ما يكون بين 30 و 50)، وهو مؤشر رئيسي لجودة عنصر MOV

في هذه المنطقة، التغيرات الصغيرة في الجهد تسبب تغييرات كبيرة في التيار، مما يمكّن العنصر MOV من قمع الزيادات المفاجئة في الجهد وإمتصاص أو تحويل الطاقة المرتبطة بها.

3. منطقة الارتفاع

عندما يتجاوز التيار المفاجئ ~100 أ/سم²، تصبح خصائص الجهد-التيار مهيمنة بسبب مقاومة حبيبات الزنك أكسيد. يعمل جهاز الحماية (MOV) بشكل خطي:
I = V / Rg
في هذه المنطقة، قد يبدأ جهاز الحماية (MOV) بالتدهور ويفقد قدرته على حماية الفولتية الزائدة.

وقت الاستجابة والمعالم الرئيسية

الوقت القياسي لاستجابة جهاز الحماية (MOV) هو 20–25 نانوثانية ، يعتمد على نوع التغليف والتكنولوجيا المستخدمة. وعلى الرغم من كونه أبطأ من ثنائي التلفزيون (<1 نانوثانية)، فإنه فعال بما يكفي لأنظمة الطاقة وأنظمة المحركات. عند اختياره بشكل صحيح، توفر حساسات MOV حماية ممتازة ضد الارتفاعات الفجائية في الجهد، مما يحمي الدوائر من التلف.

الوظائف الرئيسية لحساسات MOV

حماية من زيادة الجهد :

تقليل الذبذبات الكهربائية الناتجة عن البرق أو تذبذبات الشبكة أو الإجراءات التبديلية، ومنع تلف المكونات الحساسة مثل الدوائر المتكاملة والمستشعرات.

قمع الموجات :

يُستخدم عند مداخل الطاقة أو خطوط الاتصال لقمع موجات الزحfs的标准 8/20 μs. سعة تيار الزحف تتراوح بين 1 إلى 10 كيلو أمبير حسب قطر حركية الأكسيد المعدني (على سبيل المثال، 7D، 10D، 14D، 20D) والعملية.

تبدد الطاقة :

يستوعب طاقة الزحف ويحولها إلى حرارة عبر التوصيل الداخلي على حدود الحبيبات.

حماية ثنائية الاتجاه :

العناصر المضادة للجهد (MOVs) غير متحيزة ويمكنها الاستجابة بشكل متناظر لكل من الزيادات الكهربائية الإيجابية والسالبة، وهي مثالية لحماية التيار المتردد / التيار المستمر.

سيناريوهات التطبيق

1. أنظمة الطاقة

مدخلات التيار المتردد : مثبتة عبر خطوط L/N و PE لحماية ضد زيادة الجهد الناتجة عن البرق

مخرجات التيار المباشر : تحمي محول الطاقة من التغيرات السريعة الناتجة عن تغييرات الحمل أو الدوائر القصيرة

2. الأجهزة الإلكترونية

معدات الاتصال : تمتص الضوضاء المشتركة والضوضاء التفاضلية في RS-485، إيثرنت، وغيرها

الإلكترونيات الاستهلاكية : مدمجة في الشواحن والمتحولات لحماية بطاريات الليثيوم والتحكم الأساسي

3. أنظمة التحكم الصناعية

محركات الموتور : يُقمع الطفرات الكهربائية عند مدخلات وحدات التحكم في السرعة، مما يمدد عمر المعدات

حماية المستشعر : يحمي من Esd وتشويشEMP في البيئات الصناعية

4. أنظمة طاقة جديدة

أنظمة الطاقة الشمسية : يمتص الموجات الكهربائية الزائدة على جانب DC للمحول، متوافق مع UL 1449

السيارات الكهربائية : يعزز التوافق الكهرومغناطيسي من خلال حماية محطات الشحن ونُظم إدارة البطاريات

خاتمة

بفضل نسبتها الممتازة بين التكلفة والأداء، وسعتها العالية لموجات الطاقة الزائدة، وتوافقها الواسع، MOVs تلعب دورًا أساسيًا في حماية الأجهزة من الموجات الكهربائية الزائدة عبر الإلكترونيات، أنظمة الطاقة، قطاع السيارات، والطاقة المتجددة. عن طريق اختيار MOV المناسب ودمجه مع أجهزة أخرى مثل دايودات TVS و أنابيب التفريغ الغازي (GDTs) ، يمكن تحسين مناعة النظام الكلي ضد تهديدات البرق والجهد الزائد بشكل كبير.