Подавитель перенапряжения

<час />

Фон

Согласно исследованиям Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE), нарушения в электросети случаются в среднем четыре раза в день. Эти нарушения - увеличение тока, которое может повредить электронные устройства, подключенные к розеткам, - могут быть вызваны молнией или другими погодными происшествиями; дорожно-транспортные происшествия с поражением линий электропередач; использование электротехнической продукции, такой как двигатели, компрессоры и люминесцентные лампы; мощное электрооборудование и колебания напряжения по инициативе энергокомпании; и высокочастотный шум. Такие помехи могут прервать или вывести из строя энергоснабжение и повредить электрооборудование. И скачки, и скачки можно предотвратить, используя ограничитель перенапряжения, устройство, которое служит для заземления помех или, другими словами, направляет помехи в землю, а не в электрическое оборудование, и / или поглощает избыточный ток, протекающий повсюду. электрическая система. Скачки и скачки напряжения могут повредить электронное оборудование, даже если оно не включено.

История

Один из первых ограничителей перенапряжения был разработан компанией General Electric в 1950-х годах. Примерно в то же время подобное устройство разрабатывалось в Японии. Первоначальные ограничители перенапряжения использовали селеновые выпрямители (компоненты, используемые для преобразования постоянного тока в переменный), а затем углеродные сваи (компоненты в форме дисков, используемые для передачи тока).

В большинстве подавителей перенапряжения, обычно используемых сегодня, используется технология искровых разрядников - система, с помощью которой подавитель размыкает или замыкает токи, когда напряжение, подаваемое на электронное устройство, превышает максимальный допуск или номинал устройства. Существует три типа ограничителей перенапряжения на искровом промежутке, ограничители газовых трубок, ограничители металл-оксидного варистора (MOV) и кремниевые ограничители лавин (специальный тип ограничителя переходного напряжения [TVS]). Названия типов относятся к материалам, которые являются основным компонентом каждого типа ограничителя перенапряжения.

TVS использует процесс, называемый «фиксация напряжения обратного смещения». В этом процессе избыточный ток, протекающий через TVS-диод (трубчатое полупроводниковое устройство, похожее на резистор), выходит из строя и становится коротким замыканием, когда напряжение, приложенное к цепи, превышает номинальный лавинообразный или максимальный уровень этой цепи. TVS используется только с цепями постоянного тока (DC), где ток течет только в одном направлении (например, в автомобильной батарее), но два TVS, размещенные спиной к спине, будут защищать систему переменного тока (AC), где ток течет в обоих направлениях. способами.

Глушитель с газовой трубкой обычно используется с линиями связи и электропитания. Глушитель с газовой трубкой замыкает скачок напряжения и передает связанный с ним высокий ток на землю, минуя цепь, которая в противном случае могла бы быть затронута, обеспечивая низковольтный путь для избыточного тока через керамическую или металлическую трубку. Газ в трубке ионизируется во время выброса и создает проводящее состояние внутри глушителя. В этой проводящей атмосфере выброс преобразуется в разрядную дугу, которая закорачивает подавитель, и любой сильный ток заземляется. После этого газ деионизируется, и подавитель сбрасывается.

Принципиальная схема ограничителя перенапряжения.

MOV использует переменные резисторы или варисторы и, таким образом, наиболее функционально работает с системой переменного тока. Подавитель MOV поглощает дополнительное напряжение во время как положительных, так и отрицательных колебаний в системе переменного тока посредством процесса, известного как фиксация. Когда напряжение, приложенное к цепи, превышает номинальное значение MOV - нагрузку, выше которой MOV должен срабатывать, - возникает короткое замыкание, и напряжение передается на абсорбирующее тело ограничителя MOV, тем самым обходя цепь, которая могла бы в противном случае было нарушено.

Сырье

Собственно сборка ограничителя перенапряжения относительно проста. Сложность инструмента заключается в функциях различных компонентов. Основным компонентом глушителя газовой трубки является цилиндрическая керамическая или металлическая трубка, в которой содержится газообразный кислород, который будет пропускать избыточный ток. В подавителях этого типа также используются паяльные шайбы из меди или сплава меди и серебра, тонкостенные полые электроды из такого вещества, как Ковар, с радиальными фланцами и абсорбирующим газопоглощающим материалом.

Основными компонентами подавителя MOV являются керамические MOV в форме диска, которые поглощают избыточный ток. В этом типе подавителя также используются кольцевые компоненты, окруженные катушками. Эти компоненты называются сбалансированными тороидальными дросселями - типом индуктора, который представляет собой компонент, накапливающий электрическую энергию в виде электромагнитного поля. Индуктор расширяется и сжимается, чтобы поддерживать постоянный ток через катушку. Плоские прямоугольные или дисковые высокочастотные конденсаторы и конденсаторы УКВ могут использоваться для фильтрации электромагнитных и радиопомех. Конденсатор накапливает электростатический заряд и увеличивает или уменьшает заряд, чтобы поддерживать постоянный поток напряжения через компонент. Все компоненты смонтированы на печатной плате из жесткого непроводящего материала, например стекловолокна.

Производственный
процесс

Глушитель газовой трубки

• 1 Во-первых, концы керамической или металлической трубки должны быть покрыты проводящим металлическим материалом, например медью. Это называется металлизацией.
• 2 Затем к металлизированным концам трубки прикрепляются паяльные шайбы.
• 3 Затем в оба конца трубки вставляются полые тонкостенные электроды с радиальными фланцами для соединения с шайбами.
• 4 Затем сборка нагревается для пайки компонентов, а внутренняя часть трубки вакуумируется.
• 5 Трубка также может быть покрыта газопоглотителем для поглощения любых нежелательных газов внутри трубки.

Подавитель MOV

• 6 Во-первых, печатная плата металлизируется (контур отслеживается) с помощью медной фольги, осаждения меди или другого материала с высокой проводимостью.
• 7 Затем на металлизированной печатной плате протравливаются гнезда для резисторов и конденсаторов.
• 8 MOV, тороидальные дроссели и конденсаторы припаяны к печатной плате.
• Прикреплены 9 розеток и двухпозиционный выключатель, блок ввинчивается в пластиковый или металлический корпус с отверстиями для розеток и выключателя.

Контроль качества

Электронные устройства должны соответствовать строгим требованиям спецификации и контроля качества. IEEE, который является органом по установлению стандартов, аккредитованным Американским национальным институтом стандартов, устанавливает стандарты, которым должно соответствовать американское электрическое оборудование для продажи. Большая часть, если не все, электрическое оборудование, продаваемое в Соединенных Штатах, также проверяется Underwriters Laboratories (UL), независимой компанией, которая обеспечивает безопасность продукции и испытания производительности. Печать UL на упаковке электрического оборудования указывает на то, что эти продукты выдержали это испытание. UL также присваивает продуктам рейтинги на основе факторов безопасности и производительности. Таким образом, печать не только указывает на то, что продукт прошел испытания UL, но и рейтинг показывает, насколько хорошо продукт показал себя в этих испытаниях.

Будущее

Поскольку конструкция ограничителя перенапряжения довольно проста, новые инновации сосредоточены больше на улучшении исходного продукта, а не на изменении его внешнего вида. В то время как ограничители перенапряжения MOV остаются наиболее распространенным устройством для защиты от перенапряжения в жилых и коммерческих помещениях, доступно множество моделей ограничителей перенапряжения MOV. Некоторые модели обладают устойчивостью к помехам телефонной линии и современными методами устранения шумовых помех. Многие изменения ориентированы на пакеты. Конфигурация розетки изменена, чтобы позволить большему количеству устройств быть подключенными к ограничителю и разместить подключаемые трансформаторы; корпус выполнен из более прочных материалов, таких как алюминий; и диагностические светодиодные индикаторы (индикаторы, показывающие состояние линии и наличие каких-либо помех). Поскольку потребности в бытовой и коммерческой электронике продолжают расти быстрыми темпами, а защита электронного оборудования - особенно компьютерного и телекоммуникационного - становится первостепенной задачей, это небольшое простое электронное устройство быстро становится необходимым компонентом любой электронной системы.