וריסטורים של תחמוצת אבץ לבולמי נחשולי מתח

וריסטורי תחמוצת אבץ הם מוצרים מוליכים למחצה עם מאפיינים סימטריים של מתח זרם לא ליניארי (CVC). וריסטורים כאלה הם הנפוצים ביותר. במגני מתח (SPN), במיוחד להגנה על ציוד חשמלי מפני ברקים ונחשולי מיתוג. על הפרמטרים והמאפיינים של ציוד זה - במאמר שפורסם להלן.

וריאטור תחמוצת אבץ (OZV) הוא מרכיב העבודה העיקרי בתכנון של מעצור נחשולים לא ליניארי (SPD), לכן, דרישות יציבות מוגברות מוטלות על המאפיינים החשמליים של הווריסטור תחת גורמים משפיעים שונים.

לכן וריסטורים חייבים להיות עמידים בפני הזדקנות כאשר הם נחשפים למתח פעולה מתמשך, להיות מסוגלים לפזר את האנרגיה המשתחררת במהלך מעבר של פולסי זרם מסוימים, ולהגביל את המתח לערך בטוח במקרה של מתחי יתר.

מחקר ופיתוח בפיתוח וריסטורים למגבילים על בסיס תחמוצת אבץ החלו כבר בשנות ה-80 במחלקת התקני הגנה של המכון האלקטרוטכני הכל-רוסי.

פרמטרים עיקריים

מגביל נחשול לא ליניארי - מכשיר חשמלי שנועד להגן על בידוד ציוד חשמלי מפני ברקים ונחשולי מיתוג.

היתרון של מכשירים אלו הוא שאין בהם ניצוצות. מכשירים כאלה יכולים להגביל הן ברק והן על נחשולי מיתוג במתקנים חשמליים מכל סוג מתח והם אמינים מאוד.

מעכב הנחשולים הוא עמודה של וריסטורים בודדים המחוברים בסדרה, והפרמטרים העיקריים שלו הם בו זמנית הפרמטרים של וריסטורים מאוד לא ליניאריים.

וריסטורי תחמוצת אבץ, שהם המרכיב העיקרי של מעכבי נחשולי מתח, יש דרישות גבוהות ליציבות מאפיין המתח הזרם. בשל העובדה שהווריסטורים נמצאים כל הזמן במתח, יש להם גם דרישות גבוהות ליציבות תרמית.

אחד הפרמטרים החשובים ביותר הוא מתח שיורי, המוגדר כערך המתח המרבי של המגביל (ווריסטור) כאשר עוברים דרכו פולסי זרם בעלי משרעת וצורה נתונות.

לשם הבהירות, נהוג לעבוד עם ערכים יחסיים, כלומר לשקול את המתחים השיוריים ביחס למתח השיורי בפולס זרם נתון (לדוגמה, בפולס זרם של 500 A, 8/20 μs).

פרמטר חשוב נוסף המאפיין את יכולתו של מעצר לספוג את אנרגיית המיתוג של נחשולים ללא נזק הוא תפוקההיכולת של וריסטורים לעמוד שוב ושוב (בדרך כלל 18-20 פעמים) בפני פולסי זרם בעלי משרעת ומשך מסוימים (בדרך כלל 2000 μs) מבלי להישבר ולשנות את המאפיינים שלהם.

תפוקה היא הערך המרבי שצוין על ידי היצרן של דופק זרם מלבני של משך 2000 מיקרון (זרם תפוקה). המעצר חייב לעמוד ב-18 השפעות כאלה ברצף המקובל של היישום שלהן ללא אובדן ביצועים. בולמי הנחשולים מחולקים למחלקות לפי יכולתם. אנרגיית הדופק הספציפית מתאימה לכל מחלקה.

לבסוף, תכונה חשובה של וריסטורים מודרניים של תחמוצת אבץ היא יציבות בחשיפה ממושכת למתח חילופין.

במהלך בדיקות ההזדקנות המואצות, לווריסטורים צריכה להיות תלות פוחתת של הפסדי הספק בווריסטורים (P) בזמן החשיפה (t) של מתח החילופין בטמפרטורה מוגברת. וריסטורים "לא מזדקנים" כאלה מאפשרים חיי שירות ארוכים יותר באותם תנאים בהשוואה למגבילים המשתמשים בווריסטורים "מזדקנים".

ייצור וריסטורים

וריסטורים בעלי מאפיין מתח זרם לא ליניארי בשל תכונות המוליכות למחצה של החומר שממנו הם מורכבים. מאפיינים אלה נקבעים על ידי התכונות של מבנה המיקרו של הווריסטור וההרכב הכימי של החומר שלו.

גם שינוי קטן ביחס האלמנטים המרכיבים את החומר של הווריסטור, או תוספת של כמות קטנה של זיהומים חדשים, יכולים להביא לשינוי משמעותי במאפיין הזרם-מתח שלו ובפרמטרים חשמליים נוספים.

המיקרו-מבנה והמאפיינים החשמליים של וריסטורים מושפעים גם משינויים בתהליך ייצור הווריסטורים. על מנת להשיג וריסטורים באיכות גבוהה, היציבות של כל האינדיקטורים של התהליך הטכנולוגי של הייצור שלהם חשובה ביותר.

וריסטורי תחמוצת אבץ מיוצרים בטכנולוגיה קרמית. עם זאת, ישנם מספר מאפיינים הנובעים מהעובדה שבקרמיקה מוליכים למחצה התכונות החשמליות נקבעות לא לפי המרכיב העיקרי של המיקרו-מבנה (גבישים), אלא לפי הגבולות הבין-גבישיים. לכן, בייצור של מוליכים למחצה לא ליניאריים באמצעות טכנולוגיה קרמית, נקבעות שתי משימות עיקריות.

ראשית, יש צורך להבטיח מבנה צפוף של החומר האפוי עם נקבוביות מינימלית. שנית, יש צורך ליצור שכבת מחסום בין-גרגירית.

שכבת מחסום היא מגע בין שני גבישים צמודים אשר פני השטח שלהם מכילים מצבים אלקטרוניים מקומיים שנוצרו על ידי סימום וספיחה. לכן, טכנולוגיית הווריסטורים חייבת לעמוד במספר דרישות ספציפיות לטוהר, פיזור חומרי מקור ומשטר ערבוב אבקה. אבקות עם תכולת חומר בסיסי של לפחות 99.0 - 99.8% משמשות כחומרי מוצא.

המטען (תערובת של חומרי מוצא) מורכב בעיקר מתחמוצת אבץ בתוספת תחמוצות מתכות שונות. הומוגניזציה וערבוב של חומרים טעונים עם מים מזוקקים מתבצעת בטחנות פיזור ובתופים כדוריים.

בריכוז החלקה נתון, צמיגותו נשלטת על ידי מד ויסקומטר.ייבוש וגרגיר תפוחים מתבצעים במייבש ריסוס, במצב פעולה אופטימלי, ממנו מתקבלים גרגירים של אבקת העיתונות בטווח של 50 - 150 מיקרון. בשלב זה, גודל הגרגיר, תכולת הלחות ויכולת הזרימה של האבקה נשלטים. הווריסטורים נלחצים באמצעות מכבש הידראולי.

המכבשים חייבים לעמוד בדרישות מסוימות לצפיפות, ממדים ומקביליות מישורית. חלקים מהודקים עוברים שריפה מקדימה להוצאת הקלסר ושריפה סופית במהלכה נוצרים מחסומים פוטנציאליים ושלב ביניים.

הירי נעשה בתנורים קאמריים. לאחר השריפה הסופית, החלקים נטחנים, מיושם מתכת על משטח הקצה, וציפוי מיוחד מוחל על משטח הצד.