วาไรสเตอร์: องค์ประกอบสำคัญในระบบป้องกันวงจร

แนะนำเกี่ยวกับวาไรสเตอร์ออกไซด์โลหะ (MOVs)

A วาไรสเตอร์ออกไซด์โลหะ (MOV) เป็นอุปกรณ์กึ่งตัวนำแบบไม่เชิงเส้นที่พัฒนาขึ้นจากวัสดุออกไซด์โลหะ โดยทั่วไปจะเป็นซิงค์ออกไซด์ (ZnO) อุปกรณ์นี้ตอบสนองอย่างรวดเร็วเมื่อมีแรงดันไฟฟ้าผิดปกติสูงโดยเกิดการเปลี่ยนแปลงความต้านทานอย่างฉับพลัน ทำให้สามารถควบคุมแรงดันไฟฟ้าและดูดซับพลังงานของกระแสไฟฟ้าชั่วขณะได้ เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ประยุกต์ใช้อยู่ต่ำกว่าค่า порогการแตกตัว MOV จะแสดงความต้านทานสูงในระดับเมกโอห์มพร้อมกับกระแสรั่วไหลที่เล็กน้อย เมื่อแรงดันไฟฟ้าเกินค่า порогการแตกตัว ความต้านทานจะลดลงอย่างรวดเร็วถึงระดับโอห์ม ทำให้ MOV สามารถนำกระแสไฟฟ้าชั่วขณะปริมาณมากและป้องกันวงจรด้านหลังจากการเสียหายเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าเกิน หมายเลขส่วน MOV ที่ใช้กันทั่วไปรวมถึง LCRR07D391K , LCRR10D561K , และ LCRR14D471K .

หลักการทำงานและการแสดงลักษณะ V-I

เส้นโค้งแรงดันไฟฟ้า-กระแสไฟฟ้า (V-I) ของ MOV มักแบ่งออกเป็นสามเขต:

1. เขตกระแสรั่วไหล

ยังเป็นที่รู้จักกันในชื่อโซนก่อนการสลายตัว ในโซนนี้ แรงดันไฟฟ้าข้าม MOV อยู่ต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าระดับการกดทับ การนำกระแสไฟฟ้าถูกควบคุมโดยอิเล็กตรอนที่เกิดจากการกระตุ้นทางความร้อน และ MOV จะแสดงพฤติกรรมเหมือนฉนวนที่มีความต้านทานมากกว่า 10 MΩ (Rb ≫ Rg) กระแสไฟฟ้าอยู่ในช่วงไมโครแอมป์ และ MOV จะปรากฏเหมือนวงจรเปิด—ซึ่งเป็นสถานะการทำงานปกติของมัน

2. โซนการสลายตัว (โซนทำงาน)

บางครั้งเรียกว่าโซนการกดทับ เมื่อมีแรงดันไฟฟ้าเหนือระดับการกดทับถูกนำไปใช้ การนำกระแสไฟฟ้าจะเกิดขึ้นผ่านกลไกการเจาะทะลุ (Rb ≈ Rg) MOV จะแสดงการนำกระแสไฟฟ้าแบบไม่เชิงเส้นอย่างเข้มแข็งตามกฎของกำลัง: I = C × V^α
ที่ไหน:

I คือกระแสไฟฟ้าผ่าน MOV

V คือแรงดันไฟฟ้าข้าม MOV

C คือค่าคงที่ที่ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ของกระบวนการ

α คือสัมประสิทธิ์ความไม่เป็นเส้นตรง (โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 30 ถึง 50) เป็นตัวชี้วัดสำคัญของคุณภาพ MOV

ในบริเวณนี้ การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของแรงดันไฟฟ้าจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าอย่างมาก ซึ่งช่วยให้ MOV สามารถกดแรงดันไฟฟ้าพุ่งและดูดซับหรือเบี่ยงเบนพลังงานที่เกี่ยวข้องได้อย่างมีประสิทธิภาพ

3. ภูมิภาคการเพิ่มขึ้น

เมื่อกระแสสูงสุดเกิน ~100 A/cm² ลักษณะการทำงานของแรงดันต่อกระแสจะถูกควบคุมโดยความต้านทานของผลึก ZnO ตัว MOV จะทำงานแบบเส้นตรง:
I = V / Rg
ในพื้นที่นี้ ตัว MOV อาจเริ่มเสื่อมและสูญเสียความสามารถในการป้องกันแรงดันเกิน;

เวลาตอบสนองและการกำหนดค่าสำคัญ

เวลาตอบสนองปกติของ MOV เป็น 20–25 นาโนวินาที , ขึ้นอยู่กับการบรรจุภัณฑ์และเทคโนโลยีวัสดุ แม้ว่าจะช้ากว่า ไดโอเดสทีวี (<1 นาโนวินาที) แต่ก็มีประสิทธิภาพเพียงพอสำหรับระบบพลังงานและมอเตอร์ เมื่อเลือกใช้อย่างเหมาะสม MOVs จะให้การป้องกันการกระเพื่อมของแรงดันไฟฟ้าได้อย่างยอดเยี่ยม โดยปกป้องวงจรจากการเสียหาย

หน้าที่หลักของ MOVs

ระบบป้องกันแรงดันเกิน :

ควบคุมสัญญาณไฟฟ้าที่พุ่งสูงจากฟ้าผ่า การเปลี่ยนแปลงของเครือข่าย หรือการกระทำของการสลับ ป้องกันไม่ให้เกิดความเสียหายต่อองค์ประกอบที่ไวต่อสัญญาณ เช่น IC และเซ็นเซอร์

การกดแรงดันไฟฟ้าสูง :

ใช้งานที่จุดนำเข้าพลังงานหรือเส้นทางการสื่อสารเพื่อกดแรงดันไฟฟ้าสูงในรูปคลื่นมาตรฐาน 8/20 μs ความจุกระแสไฟฟ้าสูงสามารถปรับได้ตั้งแต่ 1 ถึง 10 kA ขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางของ MOV (เช่น 7D, 10D, 14D, 20D) และกระบวนการผลิต

การระบายพลังงาน :

ดูดซับพลังงานจากแรงดันไฟฟ้าสูงและแปลงเป็นความร้อนผ่านการนำภายในขอบเมล็ดวัสดุ

การป้องกันแบบสองทิศทาง :

MOVs เป็นตัวนำที่ไม่มีขั้วและสามารถตอบสนองอย่างสมมาตรต่อแรงดันไฟฟ้าเกินทั้งบวกและลบ เหมาะสำหรับการป้องกัน AC/DC

สถานการณ์การใช้งาน

1. ระบบไฟฟ้า

การเข้า AC : ติดตั้งระหว่างสาย L/N และ PE เพื่อป้องกันแรงดันไฟฟ้าจากฟ้าผ่า

การออก dc : ป้องกันตัวควบคุมแรงดันแบบสลับจากการเปลี่ยนแปลงของโหลดหรือวงจรสั้น

2. อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

อุปกรณ์การสื่อสาร : ดูดซับเสียงรบกวนในโหมดปกติและโหมดแตกต่างใน RS-485, Ethernet, ฯลฯ

อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค : รวมเข้าไว้ในเครื่องชาร์จและอะแดปเตอร์เพื่อป้องกันแบตเตอรี่ลิเธียมและตัวควบคุมหลัก

3. ระบบควบคุมอุตสาหกรรม

ขับเคลื่อนมอเตอร์ : ลดการกระชากของแรงดันที่อินพุตของ VFD ทำให้อายุการใช้งานของเครื่องมือยาวนานขึ้น

การป้องกันเซนเซอร์ : ป้องกันจาก เอสดี และสัญญาณรบกวน EMP ในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรม

4. ระบบพลังงานใหม่

ระบบไฟฟ้าไฟฟ้า : ดูดซับกระแสไฟฟ้าจากฟ้าผ่าบนด้าน DC ของอินเวอร์เตอร์ รองรับมาตรฐาน UL 1449

รถไฟฟ้า : เพิ่มประสิทธิภาพ EMC โดยการป้องกันสถานีชาร์จและระบบจัดการแบตเตอรี่

สรุป

ด้วยอัตราส่วนคุณภาพต่อราคาที่ยอดเยี่ยม ความจุในการดูดซับกระแสไฟฟ้าสูง และความเข้ากันได้ที่กว้างขวาง MOVs มีบทบาทสำคัญในระบบป้องกันกระแสไฟฟ้าจากฟ้าผ่าในอิเล็กทรอนิกส์ ระบบพลังงาน อุตสาหกรรมยานยนต์ และพลังงานหมุนเวียน การเลือก MOV ที่เหมาะสมและใช้งานร่วมกับอุปกรณ์อื่นๆ เช่น ไดโอดทีวีเอส และ หลอดปล่อยแก๊ส (จีดีทีเอส) , ภูมิคุ้มกันของระบบโดยรวมต่อภัยคุกคามจากฟ้าผ่าและแรงดันเกินสามารถเพิ่มขึ้นอย่างมาก