Tsinkoksiidvaristorid liigpingepiirikutele
Tsinkoksiidi varistorid on pooljuhttooted, millel on sümmeetrilised mittelineaarsed voolu-pinge (CVC) omadused. Selliseid varistoreid kasutatakse kõige enam. liigpingekaitsetes (SPN), eriti elektriseadmete kaitsmiseks äikese ja lülituspingete eest. Selle seadme parameetrite ja omaduste kohta - allpool avaldatud artiklis.
Tsinkoksiidi varistor (OZV) on mittelineaarse liigpingepiiriku (SPD) konstruktsiooni peamine tööelement, seetõttu kehtestatakse varistori elektrilistele omadustele erinevate mõjutegurite korral kõrgendatud stabiilsusnõuded.
Seega peavad varistorid olema pideva tööpingega kokkupuutel vananemiskindlad, suutma hajutada vabanevat energiat teatud vooluimpulsside läbimisel ja piirama pinget ülepingete korral ohutu väärtuseni.
Teadus- ja arendustegevus tsinkoksiidil põhinevate piirajate varistorite väljatöötamiseks algas juba 1980. aastatel Ülevenemaalise Elektrotehnikainstituudi kaitseseadmete osakonnas.
peamised parameetrid
Ülepingepiiraja mittelineaarne — elektriseade, mis on ette nähtud elektriseadmete isolatsiooni kaitsmiseks äikese ja lülituspingete eest.
Nende seadmete eeliseks on see, et neis pole sädemeid. Sellised seadmed suudavad piirata nii äikest kui ka lülituspingeid mis tahes pingeklassi elektripaigaldistes ja on väga töökindlad.
Liigpingepiirik on järjestikku ühendatud üksikute varistoride kolonn, ja selle peamised parameetrid on samaaegselt väga mittelineaarsete varistoride parameetrid.
Tsinkoksiidvaristoridel, mis on liigpingepiirikute põhielement, on kõrged nõuded voolu-pinge karakteristiku stabiilsusele. Tänu sellele, et varistorid on pidevalt pinge all, on neil ka kõrged nõuded termilisele stabiilsusele.
Üks olulisemaid parameetreid on jääkstress, mis on defineeritud kui piiraja (varistori) maksimaalne pinge väärtus, kui seda läbivad antud amplituudi ja kujuga vooluimpulsid.
Selguse huvides on tavaks töötada suhteliste väärtustega, st arvestada jääkpingeid jääkpinge suhtes antud vooluimpulsi (näiteks vooluimpulsi 500 A, 8/20 μs korral).
Teine oluline parameeter, mis iseloomustab piiriku võimet neelata liigpingete lülitusenergiat kahjustamata, on läbilaskevõimevaristorite võimet korduvalt (tavaliselt 18-20 korda) taluda teatud amplituudi ja kestusega (tavaliselt 2000 μs) vooluimpulsse ilma nende omadusi purunemata ja muutmata.
Läbilaskevõime on tootja määratud ristkülikukujulise vooluimpulsi maksimaalne väärtus kestusega 2000 μs (läbilaskevool). Püüdur peab taluma 18 sellist mõju nende aktsepteeritud rakendamisjärjekorraga ilma jõudlust kaotamata. Liigpingepiirikud jagunevad nende võimsuse järgi klassidesse. Spetsiifiline impulsienergia vastab igale klassile.
Lõpuks on tänapäevaste tsinkoksiidvaristoride oluline omadus stabiilsus pikaajalisel kokkupuutel vahelduvpingega.
Kiirendatud vananemiskatsete ajal peaks varistoridel olema varistorite võimsuskadude (P) vähenev sõltuvus vahelduvpinge kokkupuuteajast (t) kõrgendatud temperatuuril. Sellised "mittevanandavad" varistorid võimaldavad samadel tingimustel pikemat kasutusiga võrreldes piirajatega, mis kasutavad "vananevaid" varistore.
Varistorite tootmine
Varistorid neil on mittelineaarne voolu-pinge karakteristik, mis on tingitud nende materjali pooljuhtivusomadustest. Need omadused määravad varistori mikrostruktuuri omadused ja selle materjali keemiline koostis.
Isegi väike muutus varistori materjali moodustavate elementide vahekorras või väikese koguse uute lisandite lisamine võib kaasa tuua selle voolu-pinge karakteristiku ja muude elektriliste parameetrite olulise muutuse.
Varistorite mikrostruktuuri ja elektrilisi omadusi mõjutavad ka muutused varistori tootmisprotsessis. Kvaliteetsete varistoride saamiseks on äärmiselt oluline nende valmistamise tehnoloogilise protsessi kõigi näitajate stabiilsus.
Tsinkoksiidi varistorid on valmistatud keraamilise tehnoloogia abil. Siiski on mitmeid omadusi, mis tulenevad sellest, et pooljuhtkeraamikas ei määra elektrilisi omadusi mitte mikrostruktuuri põhikomponent (kristalliidid), vaid kristallidevahelised piirid. Seetõttu on keraamilise tehnoloogia abil mittelineaarsete pooljuhtide tootmisel püstitatud kaks peamist ülesannet.
Esiteks on vaja tagada küpsetatud materjali tihe struktuur minimaalse poorsusega. Teiseks on vaja luua teradevaheline tõkkekiht.
Barjäärikiht on kontakt kahe kõrvuti asetseva kristalliidi vahel, mille pinnad sisaldavad dopingu ja adsorptsiooni teel tekkinud lokaliseeritud elektroonilisi olekuid. Seetõttu peab varistoritehnoloogia vastama mitmetele erinõuetele puhtuse, lähtematerjalide hajutamise ja pulbri segamise režiimi osas. Lähteainetena kasutatakse pulbreid, mille põhiainesisaldus on vähemalt 99,0 — 99,8%.
Laeng (lähteainete segu) koosneb peamiselt tsinkoksiidist, millele on lisatud erinevaid metallioksiide. Laetud materjalide homogeniseerimine ja segamine destilleeritud veega toimub dispergeerimisveskites ja sfäärilistes trumlites.
Teatud libisemiskontsentratsiooni korral juhitakse selle viskoossust viskosimeetriga.Lägakuivatus ja granuleerimine viiakse läbi pihustuskuivatis optimaalsel töörežiimil, millest saadakse presspulbri graanulid vahemikus 50-150 mikronit. Selles etapis kontrollitakse graanulite suurust, niiskusesisaldust ja pulbri voolavust. Varistorid pressitakse hüdraulilise pressi abil.
Pressid peavad vastama teatud nõuetele tiheduse, mõõtmete ja tasapinna paralleelsuse osas. Pressitud tükid läbivad sideaine eemaldamiseks eelpõletamise ja lõpliku põletamise, mille käigus moodustuvad potentsiaalsed barjäärid ja vahefaas.
Põletamine toimub kamberahjudes. Pärast viimast põletamist osad lihvitakse, otspinnale kantakse metalliseerimine ja külgpinnale spetsiaalne kate.