موسوعة الإلكترونيات الحرة وتعليم البرمجيات.

مواضيع جديدة

الاثنين، 7 أكتوبر 2019

الفاريستور Varistor


شرح الفاريستور

ما هو الفاريستور؟

تعريف الفاريستور أو الفارستور؛ هو مقاومة كهربائية تصنع من أشباه الموصلات، ذات مقاومة عالية جداً، حيث تتغير مقاومتها وتقل عند زيادة مقدار تعرضها لفرق جهد كهربائي معين بين طرفيه. لذلك فهو مقاومة معتمدة على الجهد الكهربائي على غرار المقاومات الأخرى الكربونية المعتمدة على التيار الكهربائي وتقاومه. ولا يدخل في الاستخدامات التي تستخدم فيها المقاومات الأخرى والتي تعيق حركة التيار الكهربائي.

رمز الفاريستور في الدارات الكهربائية؟

هنالك عدة رموز والتي تشير إلى الفاريستور في الدارات الكهربائية، أهمها مبرز ومبين في الجدول التالي:
 
 

 
 
رموز متعددة للفاريستور

أما بالنسبة لشكل الفاريستور في الطبيعة، فهو يصنع على عدة أشكال وألوان وأنواع وسنعرض أهمها كما يلي:


كيف يعمل الفاريستور؟

مبدأ عمل الفاريستور يقوم على أنه؛ عندما يتم تعريض طرفي الفاريستور لجهد صغير عبر الأقطاب الكهربائية، لا يتدفق إلا تيار كهربائي قليل جداً، وذلك بسبب خاصية الانحياز العكسي التي تمتاز به تلك الوصلات الثنائية. أما عند توفير فرق جهد كبير بين طرفي الفاريستور، يحدث انهيار في النفق الالكتروني الحاجب لمرور التيار الكهربائي عبره مما يؤدي إلى تدفق كميات أكبر من الالكترونات والتي بدورها تشكل تياراً كهربائياً مرتفعاً محدثاً قطع في الدارة الكهربائية التي يعمل بها. ويطلق على مثل هذه الخاصية أو السلوك بخاصية جهد التيار غير الخطي Non Linear Current Voltage.
باختصار نلاحظ أن الفاريستور يتمتع بمقاومة عالية عند الفولتية المنخفضة ومقاومة منخفضة عند الفولتية العالية.

طريقة تركيب وتوصيل الفاريستور في الدارة الكهربائية

يتم ربط وتوصيل الفاريستور في الدارة الالكترونية على التوازي مع العنصر الالكتروني أو الجهة المراد حمايتها. إذ أن الهدف من التوصيل على التوازي هو توفير خاصية القفلة أو الشورت الكهربائي Electrical Shortage عند تعرض ذلك العنصر أو اللوحة الالكترونية أو البوردة لفرق جهد عالي مفاجئ وغير منتظم. لذلك فإنه من الجيد ربط وتوصيل أكثر من فاريستور واحد مع الخط الحار أي الفاز والمتعادل أي النيوترال. 
 لكن، وكما نعلم، فإن التقصير أو الشورت الكهربائي من شأنه أن يحدث حريقاً ناتج عن التماس الكهربائي الذي تولده تلك القفلة الكهربائية بسبب احتقان الالكترونات في الموصل الكهربائي. لذلك، ولتفادي حدوث ذلك الحريق، يتم ربط فيوز كهربائي مع الفاريستور على التوالي ليحترق ذلك الفيوز عند ارتفاع كمية التيار المارة في ذلك السلك والشكل التالي يوضح المبدأ وطريقة توصيل الفاريستور في الدارة الكهربائية:


طريقة اختيار قيمة الفاريستور المناسب للحماية من فرق الجهد الزائد

من الأمور المهمة والأساسية التي يجب مراعاتها عن تركيب وتوصيل الفاريستور في الدارات الكهربائية والالكترونية هو جهد ذلك الفاريتسور والمسمى بـ Varistor Voltage وهو يتراوح بحسب وظيفته والهدف الذي صنع من أجله، حيث يأخذ قيماً مختلفةً بحسب فرق الجهد الذي سيطبق عليه. لذلك، عند اختيار فاريستور لتركيبه في دارة تعمل على فرق جهد 120 فولت، فإن جهد الفاريستور يجب أن يكون أكبر من ذلك أي بمقدار 130 فولت. وكذلك الأمر لفرق الجهد المنزلي ذات 230 فولت، فيتم موازاة تركيب فاريستور بمقدار 240 فولت.

أماكن تواجد الفاريستور

يتواجد الفاريستور في معظم الأجهزة الكهربائية التي تعمل على فرق جهد منزلي أي 120 فولت أو 220 فولت سواء كان ذلك الجهاز الكهربائي مصمم للعمل على طور واحد (1 فاز) أو ثلاثي الأطوار (3 فاز). أيضاً يتواجد في معظم الأجهزة الالكترونية التي تعمل على محولات كهربائية بتيار 600 مللي أمبير فما أعلى. أما بالنسبة للمحركات الكهربائية، فإن ربط وتوصيل الفاريستور مع المحرك الكهربائي يعد عملاً صائباً جداً، إذ من شأنه حماية ملفات المحرك الكهربائية من التلف والاحتراق الناتج عن ارتفاع مفاجئ في فرق الجهد الكهربائي.

ميزات وخصائص الفاريستور

1- قادر على تحمل التيارات الذروية التي تبلغ المئات من الأمبيرات.
2- تتراوح قيمته ومتوفر بفرق جهد من 10 فولت وحتى 1000 فولت سواء تيار متردد AC أم مباشر DC.
3- تصل قيمتها العظمى لمقاومة التيار الكهربائي عند غياب فرق الجهد المخصصة للعمل عليه إلى ما لا نهاية. 
4- سهلة التغيير الاستبدال، إذ أن لها طرفين توصيل فقط فكل ما عليك هو إزالة اللحام عن الطرفين واستبدال العنصر التالف.
5- الاستجابة السريعة للتغير في فرق الجهد.
6- ثباته في الدارة الكهربائية دون التأثير عليها.

استخدامات واستعمالات الفاريستور

يستخدم الفاريستور كعنصر تحكم أو حماية في الدوائر الكهربائية والالكترونية إما لتوفير ظروف تشغيل مثالية أو للحماية من الفولتات العالية اللحظية أو العابرة، والمقصود بالجهد العابر هو ما يشبه الجهد كما في حالة البرق. وهو عبارة عن قيمة عالية من الجهد الكهربائي، تمر بسرعة كبيرة لفترة زمنية قصيرة جداً. وتسمى في الإنجليزية بالاسم Spike. فعند استخدام الفاريستور كعنصر حماية، فإنه يعمل على تحويل التيار الناتج عن الجهد الزائد بعيداً عن المكونات الحساسة في الدائرة. والشكل التالي يوضح مخططاً لقيمة فرق الجهد عند نقاط عدم الانتظام والتي تبين الارتفاع المفاجئ في قيمة الجهد خلال التردد عند موجة جيبية واحدة:


أيضاً، يتم تضمين واستعمال الفاريستور في التطبيقات الأخرى كما في الهاتف لحماية الدوائر الكهربائية والالكترونية الدقيقة من زيادات الجهد Voltage Spikes وتداخل الموجات، بالإضافة إلى الضغط على عناصر الاستقبال (سماعة الأذن) لحماية آذان المستخدمين من تداخل موجات التفرقع Popping Noises عند تبديل الدوائر أي الفتح والاقفال. لكن هنالك تطبيقات أخرى للفاريستور سنتطرق اليها بعد قليل.

أهم تطبيقات وفوائد الفاريستور

تتمتع الفاريستورات بمزايا عديدة، حيث يمكن استخدامها في العديد من أنواع التطبيقات المختلفة كقمع دخول فرق جهد عالي إلى الأجهزة المنزلية والإضاءة، كذلك إلى المعدات الصناعية على كل من خطوط التيار المتناوب AC أو التيار المستمر DC. يمكن توصيل الفاريستورات مباشرة مع المستلزمات الخاصة بالتيار الكهربائي وعبر مفاتيح أشباه الموصلات كحماية الترانزستورات وجسور الموسفت والثايرستور وغيرها من العناصر الالكترونية خاصة أطراف التوصيل في المرحل أو الريلي.

عيوب وسيئات الفاريستور

1- يجب تغييرها في حال التلف.
2- لا تعمل الدارة الكهربائية في حال بقاء الفاريستور التالف فيها.
3- لا يوجد فاريستور مخصص لجميع الفولتيات، إذ أنه يجب تحديد الفولتية التي يعمل الفاريستور عليها قبل تركيبه في الدارة الكهربائية.
4- لا يحمي الدارة من تدفق التيار الكهربائي الكبير نسبياً.

طريقة فحص الفاريستور في الدارات الكهربائية

يتم عادة بالنظر، فغالباً ما يترك الفاريستور المحترق أثرا واضحا عليه كاللون الأسود أو الانتفاخ في هيكله الخارجي. أيضا يطلق الفاريستور التالف رائحة كريهة بعد خروج الدخان منه. لكن لقطع الشك باليقين، نستخدم جهاز الأوميتر لفحصه بالخطوات التالية كما يلي:
1- قم بتشغيل جهاز الملتيميتر وقم بضبطه على قراءة المقاومة من الفئة 1000 أوم أو أكثر.
2-  قم بتوصيل الأقطاب الخاصة بالفاريستور مع سلكي جهاز الفحص أي الملتيميتر.
3- قم بقراءة المقاومة على العداد.
4- فإذا كانت قراءة الفاريستور قريبة من اللانهاية، فلا يزال الفاريستور يعمل جيداً.
5- إذا كانت القراءة منخفضة المقاومة للحد الأدنى، فهذا يشير إلى أن الفاريستور تالف وبحاجة إلى تغيير.

كيف يتم قراءة البيانات والكتابات المطبوعة على الغلاف الخارجي للفاريستور؟

تشير الرموز المكتوبة على الهيكل الخارجي للفاريستور على قطر ذلك الفاريستور بالميليمتر، نوعه، أدنى فرق جهد يستجيب له، نسبة الخطأ، وأخيرا تخصصه (إن وجد). والمثال التالي يوضح الفكرة:


* كود المنتج أي Product Code: 10D471K
- الرقم 10 يشير إلى قطر الدائرة التي يشكلها الهيكل الخارجي للفاريستور.
- الحرف D يشير إلى أن نوع هذا الفاريستور أو شكله هو قرص أي Disk.
- الرقم 471 هو الحد الأدنى من فرق الجهد بوحدة الفولت الذي سيستجيب اليه الفاريستور وتقل المقاومة عنده.
- الرقم K يشير إلى نسبة الخطأ وهي تعادل +10% أو - 10% من مقدار فرق الجهد السابق.
- أي أن هذا الفاريستور مناسب للتطبيقات التي تعمل على فرق جهد 220 فولت.

أسئلة شائعة عن الفاريستور

سؤال: ماذا يحدث للجهاز الكهربائي عند احتراق الفاريستور بداخله؟

جواب: يجب استبداله أو التخلص منه في الدارة الالكترونية. علماً أن الدائرة الكهربائية ستبقى تعمل حتى بعدم وجوده، فهو يحمي الدائرة الكهربائية ولكنه ليس جزء منها.

سؤال: ما هي وظيفة الفاريستور؟ (الهدف منه)

جواب: الاحتراق والتلف لتكوين قفلة كهربائية تمنع اكمال مرور التيار الكهربائية إلى العنصر الالكتروني أو الدارة المعنية عند الارتفاع المفاجئ عند فرق جهد معين.

سؤال: ما هي المدة التي يستغرقها الفاريستور ليحترق ويقطع الدائرة لحمايتها؟

جواب: تتراوح فترة استجابة الفاريستور ما بين 20 إلى 50 مايكرو ثانية، أي 20 إلى 50 جزء بالمليون من الثانية الواحدة.

سؤال: ما علاقة قانون أوم بالفاريستور؟

جواب: ليس هنالك أي علاقة بين الفاريستور وقانون أوم. إذ أن قانون أوم يصبح قابلا للتطبيق في حال توفر حسابات لها علاقة بالتيار الكهربائي. وبما أن الفاريستور لا يتأثر بكميات التيار الكهربائي المار من خلاله، فهذا يجعل قانون أوم غير قابل للتطبيق في حالة الفاريستور.

سؤال: كيف يتم التمييز بين الفاريستور والمواسع أو المكثف المصنوع من السيراميك؟

جواب: كما نلاحظ في الشكل في بداية الشرح، هنالك انبعاج قليل نسبياً أو انثناء بارز وواضح في هيكل الفاريستور. تلك السمة هي التي تميزه على مواسعات السيراميك الخالية من الانبعاجات أو الثنيات.

سؤال: ما هو تركيب ومكونات الفاريستور؟

جواب: تم إنشاء وصنع الفاريستور من خلال وضع عدد زوجي من الأقراص المقومة للجهد Rectifier Disks وذلك لتيسير اتجاه التيار لعمل قفلة أو شورت كهربائي عند الوصول إلى فرق جهد معين. ذلك الفرق في الجهد والذي يطلق عليه جهد الانهيار هو الذي يجعل التيار الكهربائي يسري في وضع الانحياز العكسي. والدارة البسيطة التالية توضح مبدأ عمل وتمثيل الفاريستور عن طريق الثنائي (الدايود):


سؤال: ما الفرق بين الفاريستور والمقاومة العادية؟

جواب: هنالك فرق شاسع بين المقاومات الكهربائية بأنواعها المختلفة والفاريستور، إذ أن المقاومات الكهربائية جميعها تشترك في خاصية واحدة أساسية وهي مقاومة وإعاقة مرور التيار الكهربائي من خلالها بكميات مختلفة بحسب قيمتها. أما الفاريستور فيتخصص في تقليل أثر الصدمة الكهربائية الناشئة عن ارتفاع مفاجئ في قرق الجهد الكهربائي. وليس له علاقة بكمية ذلك التيار المار من خلاله.

سؤال: ما الفرق بين الفاريستور والفيوز الكهربائي؟

جواب: هنالك فرقان أساسيان بين الفيوز الكهربائي والفاريستور من حيث طريقة التوصيل والوظيفة. فالفيوز الكهربائي يربط مع الدارة المراد حمايتها على التوالي بينما يتم شبك وربط الفاريستور على التوازي. أما من حيث الوظيفة فيعنى الفيوز الكهربائي بحماية الأجهزة الالكترونية والكهربائية من أثر ارتفاع كمية التيار الكهربائي المار من خلاله، أما الفاريستور فيعنى بالتصدي لارتفاع فرق الجهد الناتج هن عدم انتظام ذلك الجهد. مع ذلك، فإن الفاريستور والفيوز الكهربائي يتواجدان معاً دائماً ويتم ربطهما وتوصيلهما على التوالي لإتمام المهمة الأساسية وهي حماية الأجهزة الكهربائية والإلكترونية من التلف وحتى الاحتراق.

سؤال: كم عدد الفاريستورات التي توضع لحماية الدارة؟

جواب: من الأفضل وضع أكثر من ثلاثة فاريستورات على المدخل الأساسي لفرق الجهد الرئيسي وذلك لزيادة درجة الأمان والاحتياط لوجود بديل للفاريستور المحروق والتالف. وبالطبع يتم توصيل جميعها على التوازي. لذلك، ولحماية أفضل نستخدم ثلاثة فاريستور على الأقل؛ واحد عبر كل ثلاثة أزواج من الموصلات الرئيسية. أيضاً، ولحماية مضاعفة، يتم ربط فاريستور واحد على الأقل على التوازي مع القطع الالكترونية التي قد تتعرض للتلف بفعل فرق الجهد العالي.

سؤال: ما اختصار الكلمة فاريستور؟

جواب: جائت الكلمة فاريستور من تركيب كلمتين، فسبب تسمية الفاريستور بهذا الاسم هو مشتق من الكلمتين الإنجليزيتين Variable Resistor.

سؤال: هل هنالك تسميات أخرى للفاريستور؟

جواب: نعم. يطلق أيضا على الفاريستور أسماء أخرى مثل المقاومة المعتمدة على الجهد أي VDR اختصارا للكلمات Voltage Dependant Resistor، أو فاريستور أكسيد المعادن MOV اختصاراً للكلمات الإنجليزية Metal-Oxide Varistor.

ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق

???????