Застосування варисторів для обмеження струмів короткого замикання

Основні сфери застосування

Основна область застосування варисторів — промислові джерела живлення, перетворювачі частоти та ДБЖ, вихідна потужність яких перебуває в діапазоні від 0.5 до 50 кВт. У цих пристроях конденсатори використовуються головним чином як накопичувачі енергії.

Для усунення небажаних кидків струму під час заряджання конденсаторів послідовно з ними зазвичай вмикають постійні резистори або резистори з від’ємним ТКС, які після завершення процесу заряджання замикають накоротко за допомогою реле (рис. 1). Обмеження струму заряджання необхідне для запобігання спрацьовуванню пристроїв захисту від перевантаження за струмом.

Використання варисторів J20x

Для зменшення збитків, завданих виробу при короткому замиканні в конденсаторі або відмові реле, рекомендується застосовувати самовідновлювані запобіжники сімейства J20x. У нормальному режимі вони працюють як звичайні резистори, обмежуючи струм заряджання. У разі короткого замикання в конденсаторі їх температура, а отже, і опір, зростають (рис. 2). У результаті величина струму, що протікає через них, знижується до безпечного рівня.

Приклад застосування варисторів

Приклад застосування варисторів показано на рис. 3. Напруга трифазного випрямляча надходить на конденсатор ємністю 940 мкФ. Для обмеження струму заряджання конденсатора паралельно увімкнено два варистори опором 100 Ом кожен. Паралельне вмикання варисторів необхідне для зменшення кількості тепла, що виділяється на кожному з них. Вмикання одного варистора недостатньо, оскільки в процесі заряджання конденсатора він може нагрітися до високої температури. При цьому його опір значно зросте, унаслідок чого напруга на конденсаторі виявиться нижчою за необхідну.

Розрахунок кількості варисторів

Кількість варисторів (n), які необхідно ввімкнути паралельно, можна обчислити за формулою:

де:

C – ємність конденсатора, Ф

V – максимальна напруга на конденсаторі, В

Cth – теплоємність варистора, Дж/K

T_Ref – температура перемикання варистора, °C

T_Amax – максимальна температура повітря в місці встановлення варистора, °C.

Допускається як паралельне, так і послідовне з’єднання варисторів.

Якщо кількість варисторів вибрано відповідно до наведеної формули, то їх максимальна температура під час заряджання конденсаторів не перевищить температуру перемикання, а отже, їх опір залишиться низьким.

Робота схеми в аварійних режимах

У нормальному режимі заміна резисторів варисторами не позначається на роботі схем. Однак ситуація змінюється при виникненні несправностей.

Розглянемо, наприклад, поведінку схеми при відмові реле. За наявності в схемі резисторів через них протікатиме великий струм, що спричиняє їх нагрівання. Якщо ж замінити їх варисторами, то через 2–4 секунди після вмикання їх опір багаторазово зросте, а струм зменшиться до безпечного значення, яке не перевищує кількох десятків міліампер (рис. 4).