Оптимизована примена оксидних металних варистораа (MOVs) у моторским системима

1. Uvod

Štapićni DC motori su široko korišćeni u kompaktnom mašinstvu, elektroalatima, igračkama i automobilskoj elektronici zahvaljujući svojoj jednostavnoj strukturi, niskim troškovima i fleksibilnoj upravljanju. Njihovo delovanje bazira se na komutaciji putem štapića i komutatora, što omogućava neprekidnu rotaciju periodičnim prebacivanjem struje u armatura vinilama.
Nepažljivo od strane izazovima poput oštećenja štapića i električnog buke, štapićni motori ostaju nezamenljivi u određenim primenama zahvaljujući svojim odličnim karakteristikama upravljanja brzinom i dokazanoj pouzdanoj strukturi.

2. Problemi elektromagnetskog nagibanja i strategije zaštite

Tijekom rada, štapićni motori generišu arkove i privremene naponske skokove tijekom štapićne komutacije, što rezultira:

Visoenergetski skokovi koji mogu oštetiti osjetljive komponente kruga.

Previše EMI (Elektromagnetske Interferencije) što može sprečiti saglasnost sa standardima EMC.

Iako se BDL filtri (niskofrekventni filtri sastavljeni od uzajamnih otpornika režimskih tokova i kondenzatora) često koriste za potisnuće buke, ponekad nisu dovoljni u složenim okruženjima. Zbog toga se preporučuje integracija Metalnih Oksida Varistora (MOV-a) paralelno unutar kruga kao pouzdan i efikasan rešenje za zaštitu od nagibova.

3. Način rada MOV-a

MOV-ovi su uređaji sa ograničenjem sa nelinearnim voltamsko-tokovim karakteristikama, sastavljeni od prašnjavih cink oksida mikrokristala i visoko otpornih izolacionih sredstava.
U uslovima normalne napetosti, MOV-ovi prikazuju ekstremno visoku otpornost i ostaju neprovodni. Kada se primenjena napetost poveća iznad praga, unutar uredja se formira putanja sa niskom otpornošću, brzo provedujući struju i ograničavajući preteranu napetost na bezbedan nivo, time štiteći komponente dolje po toku od štete od nagibova.

4. Poređenje sa TVS Diodama

TVS (Privremeno Napon Supresije) diode koriste poluprovodničke PN veze i idealne su za zaštitu visokofrekventnih, brzih podataka. U protivnosti, MOV-ovi, kao polikristalna keramička sastavljena, nude veću mogućnost apsorpcije energije i sposobnosti rukovanja strujom, što ih čini odgovarajućim za AC elektroenergetske mreže i opremu velike snage.
Takođe, zbog njihove relativno velike parazitne kapaciteta, MOV-ovi mogu zameniti 2 do 5 diskretnih filtrirajućih kondenzatora u nekim šemama, doprinosići time optimizovaniju ukupnom dizajnu.

5. Ključni Parametri MOV-a

Vrms / Vw: Maksimalno neprekidno radno napona bez aktivacije.

IL: Struja protjecanja pri maksimalnom radnom naponu, obično ≤ 20 μA.

V1mA: Napredak napona meren pri struji od 1 mA, blizu pragu aktivacije uređaja.

Vc: Maksimalni spregni napon pri standardnom talasnom obliku prekidnog nagona od 8/20 μs (vreme rasta 8 μs, trajanje polovine vrha 20 μs).

IPP: Maksimalna vrhunskа struja prekida u navedenim testnim uslovima (talasni oblik 8/20 μs, dva impulsa, interval od 2 minute).

6. Primene SMD embalaža

Za male četkaste DC motorše i kompaktne elektronske proizvode preporučuju se SMD-tipovi MOV-ova. Ovi komponenti nude malu dimenziju i jednostavnu instalaciju, idealnu za primene sa zahtevima zaštitom od kratak trajanja i niske amplitude.

7. Primene DIP pakovanja

Za visemoćne motove i industrijske pogone, DIP (protezi) MOV-ovi su preferirani. Ovi uređaji imaju veće form-faktore i odličnu sposobnost rukovanja strujom, učinkovito upravljaju visoenergijskim nagibima i osiguravaju stabilnost upravljackih krugova u oštrim okruženjima.

8. Pravila izbora

Izbor MOV-a treba da uzme u obzir radno napona motora, dozvoljenu energiju nagiba i prostorne ograničenja:

Uređaji s niskom snagom → SMD serija MOV dioda

Srednje do visokosnagih sistema → DIP tip MOV dioda

Spajanje MOV dioda sa BDL filterima je takođe preporučljivo kako bi se poboljšala ukupna performansa supresije EMI.

9. Rezultati komparativnih testiranja

Bez zaštite: Zapažena značajna EMI šumova i ozbiljni uticaji nadmašivanja.

Sa rešenjem MOV + BDL: Povremeni naponi učinkovito ograničeni, nivo EMI smanjen, a rezultati testiranja stabilni i u skladu sa standardima.

Za preciznu analizu, preporučuje se da se prikazuju osciloskopske talasne forme pre i posle povremenih događaja, uz mere EMI spektra.

10. Prednosti i ograničenja MOV-a

Prednosti:

Ekonomični

Dovršena tehnologija i stabilno performanse

Visoka kapacitet prelazne struje

Брзо време одговора

Smanjuje potrebu za dodatnim komponentama za filtriranje

Ograničenja:

Relativno veći izmer, nije idealan za visoko integrisane dizajne

Visoka parazitna kapacitetnost, neodgovarajuće za linije visoke-brzine signala

Napomene za korišćenje:

Raditi unutar navedenog temperaturnog opsega

Izbeći čišćenje jačim polarizovanim solventima

Превенција механичког напора или деформације

Регулирајте компоненте пре савијања провода, одржавајући ≥ 2 мм од изолационог слоја

11. Zaključak

У сложеним ЕМЦ окружењима, избор одговарајућих компоненти за заштиту од претераних претерања прилагођених специфичним потребама апликације је од суштинског значаја за дугорочну стабилност система за управљање мотором.
МОВ-ови нуде трошковно ефикасно ЕМЦ решење за системе мотора са четкицама због њиховог одличног управљања струјом, приступачности и зрелог производног процеса. Надамо се да ће ова анализа пружити драгоцене угледе и практичне смернице инжењерима у овој области.