(E, T)= 0 $ e A(E) $ e T

Transkript

1 Leitfähigkeit σ und Feldstärke E des MO-Materials Der Zusammenhang zwischen der elektrischen Leitfähigkeit σ und der Feldstärke E kann analytisch ausgedückt werden mit der Formel: (E, T)= 0 $ e A(E) $ e T T 1 Es werden 3 Bereiche unterschieden: I Vordurchbruchsbereich II Durchbruchsbereich III Sättigungsbereich Seite 1 von 15 Bereich I II III σ 0 in 1/Wcm 1, , ,1 A(E) für E in V/cm E/1230 E/61, /E T 1 in K 25,46 oo oo 1 (E, T)=1, 69 $ $ 2 (E, T)=5, 23 $ $ 1 cm $ exp( 1 cm $ exp( E 1230 cm V E 61,6 cm V ) ) $ exp( T 25,46K ) Bereich I Bereich II 3 (E, T)=67, 1 $ 1 cm $ V exp( cm E ) Bereich III

2 Seite 2 von 15 Strom und Spannung I(U) Kennlinie eines Ableiters Umrechnung aus den Materialwerten (σ,e) in makroskopische Werte (I,U): U = E $ l St I = U $ G St = U $ $A St l St hierin ist: l St Länge des MO-Stapels G St elektrischer Leitwert des Stapels A St Fläche der MO-Scheibe E Feldstärke im Material U Spannung am MO-Ableiter I Strom durch den Ableiter

3 Die Beschreibung der Kennlinie U(I) von MO Varistoren hat die mathematische Form Seite 3 von 15 Gleichungen siehe Siemens Matsushita, SIOV metal oxide varistor.pdf Seite 69 log( U V)=b1 + b2 $ log( I A )+b3 $ exp( log( I A )) + b4 $ exp(log( I A )) U V = 10 log( U V ) In Microcap findet man die 4 Koeffizienten, z.b. für den Varistor S20K250.SUBCKT S20K PARAMS: TOL=0 X1 1 2 SIOV PARAMS: T={1+TOL/100} C=700pF L=13.0nH B1= B2= B3= B4= ENDS b1=2, b2=0, b3=-0, b4=0,

4 IV:= 100A Seite 4 von 15 b1 := b2 := b3 := b4 := Ulog := b1 + b2 log IV + b3 exp log IV + b4 exp log IV Ulog = A A A UV:= 10 Ulog V UV = V IV:= 1mA Ulog := b1 + b2 log IV + b3 exp log IV + b4 exp log IV Ulog = A A A UV:= 10 Ulog V UV = V Mit obiger Gleichung wurden 2 Wertepaare U(I) berechnet IV = 100A UV = 587V IV = 1 ma UV = 391V

5 Seite 5 von 15 SIOV-S20K250 und andere siehe SIOV_Leaded_StandarD.pdf Seite 25 11/07 Seite 7, 8 U(I) existiert in 4 Kurven 1. U(I) nach Gleichung auf obiger Seite 2. U(I) + 10% 3. U(I) - 10% 4. U(I) User Characteristic

6 Seite 6 von 15 U(I) Varistor S20K U / V S20K250 S20K250+10% S20K250-10% User Characteristic 1,0E-05 1,0E-04 1,0E-03 1,0E-02 1,0E-01 1,0E+00 1,0E+01 1,0E+02 1,0E+03 1,0E Die schwarze Kennlinie User Characteristic muss benutzt werden. Sie gibt die jeweils kritischen Werte an. Unter 1mA betrachtet man die größeren Ströme, über 1mA betrachtet man die größeren Spannungen.

7 Seite 7 von 15 Das Toleranzband SIOV_General.pdf

8 Seite 8 von 15

9 Seite 9 von 15 SIOV_Design.pdf

10 Seite 10 von 15 SIOV_TypeSeries.pdf

11 Seite 11 von 15 SIOV_TypeSeries.pdf

12 Übung 10. Seite 12 von 15.SUBCKT S20K PARAMS: TOL=0 X1 1 2 SIOV PARAMS: T={1+TOL/100} C=700pF L=13.0nH B1= B2= B3= B4= Berechnen Sie für den Varistor S20K250 die Ableiterrest-Spannung für IV = 1 ma, 10 ma, 100 ma,..., 1000 A die Varistorspannung UV! 10.2 Vergleichen Sie die Varistoren S20K250, S14K250, S10k250 bei IV = 1000A.SUBCKT S14K PARAMS: TOL=0 X1 1 2 SIOV PARAMS: T={1+TOL/100} C=350pF L=12.0nH B1= B2= B3= B4= SUBCKT S10K PARAMS: TOL=0 X1 1 2 SIOV PARAMS: T={1+TOL/100} C=215pF L=12.0nH B1= B2= B3= B4= SUBCKT S07K PARAMS: TOL=0 X1 1 2 SIOV PARAMS: T={1+TOL/100} C=105pF L=10.0nH B1= B2= B3= B4= SUBCKT S05K PARAMS: TOL=0 X1 1 2 SIOV PARAMS: T={1+TOL/100} C=55pF L=8.0nH B1= B2= B3= B4=

13 Seite 13 von 15 Hybridgenerator - für die Erzeugung von Blitzstoßspannung 1,2/50 im Leerlauf und Blitzstoss-Strom 8/20 im Kurzschluss - für die Messung von u(t) und i(t) bei Blitzimpulsen Die Ergebnisse der Simulation mit MicroCap siehe unten. Aus u(t) = v(var) und i(t) = i(lmes) kann die Energie W berechnet werden, welche der Varistor aufnimmt. Schreibweise für die Integralfunktion in MicroCap: SDT(v(VAR)*i(Lmes)) Der Varistor nimmt hier eine Energie von W = 14,8 J = 14,8 Ws auf und wandelt diese Energie in Wärme um. Der S20K250 kann Stromimpulse von î = 8000A und eine Energie pro Puls von 140 J vertragen.

14 Seite 14 von 15 Ergebnisse der Simulation aus Schaltbild oben: Strom, Spannung und Energie am Varistor S20K250

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