¿Qué es un Varistor Y Cual es su Función?

Un varistor es un componente electrónico que modifica su resistencia eléctrica en función de la tensión que se aplica en sus extremos o patillas. También se suele llamar por su abreviatura VDR (Voltaje Dependent Resistor).

El tipo más común de varistor de oxido metálico (MOV). Un MOV contiene una masa cerámica de granos de óxido de zinc, en una matriz de otros óxidos metálicos (como pequeñas cantidades de bismuto, cobalto, manganeso) intercalados entre dos placas de metal (los electrodos).

El valor de la resistencia de la vdr disminuye al aumentar la tensión aplicada en sus extremos, tal como puedes apreciar en su curva característica de la siguiente figura.

Como puedes observar, cuando la tensión aplicada a través del varistor es mayor que la de su valor nominal, la resistencia efectiva del varistor cae drásticamente y continúa disminuyendo a medida que aumenta la tensión aplicada a él. Veamos su funcionamiento.

Funcionamiento del Varistor

Inicialmente, en su funcionamiento normal, la resistencia del varistor es muy alta, por eso es un elemento que dentro de un circuito para tensiones inferiores a la nominal, se comporta prácticamente como un interruptor abierto (resistencia muy alta = aislante).

Cuando el varistor se ve sometido a una tensión mayor a la nominal, rápidamente baja su resistencia hasta un valor muy bajo, comportándose como un elemento dentro del circuito en cortocircuito (interruptor cerrado), toda la corriente del circuito pasa prácticamente por el varistor al no tener casi resistencia y evita que pase por el resto de componentes del circuito y que puede dañarlos por la sobretensión.

Los varistores protegen de sobretensiones. Si tenemos un circuito que trabaja a una tensión de 9V, el varistor debe proteger a los elementos del circuito cuando por algún motivo se sobrepase este tensión. Lógicamente la tensión nominal del varistor debe ser un poco superior a los 9V.

Cada vez que el varistor actúa, se ve sometido a una corriente elevada, esto hace que después de actuar para proteger unas cuantas veces (pocas), se suela estropear. Por este motivo siempre es recomendable que trabaje dentro de un circuito en serie con un fusible. En caso de que el varistor se estropee, saltará el fusible si hay una sobretensión. Muchas veces un fusible fundido es porque detrás de el hay un varistor quemado. Habrá que cambiar los dos.

Proteccion con fusible y con varistor

En el primer circuito se conecta un fusible en serie con el circuito a proteger, seguido de un varistor en paralelo. De este modo, cuando la tensión supera el valor nominal, toda la corriente circula a través del varistor, provocando el corte del fusible. Con este método aunque se queme el varistor el resto del circuito queda protegido con el fusible, cosa que no ocurre con el segundo circuito. Este es el circuito que más se utiliza.

En el segundo circuito el fusible se quemará cuando por una sobretensión pase más corriente por la rama del varistor de la que pueda soportar el varistor, pero el fusible solo protege al varistor.

  

El comportamiento del varistor hace que sea un componente muy bueno para proteger los circuitos durante sobretensiones, por ejemplo por rayos, descargas electrostáticas (electricidad estática) o en el cierre/apertura de elementos inductivos (bobinas). Hoy en día se utiliza mucho en los aparatos eléctricos y electrónicos para protegerlos de la electricidad estática (teléfonos móviles, televisores. etc.). Luego veremos como lo consigue.

Aunque el objetivo del varistor es variar su resistencia, el funcionamiento de un varistor es diferente al de un potenciómetro o reóstato. La resistencia de un varistor es muy alta en condiciones normales de operación. La de un potenciómetro varia según nosotros queramos (manualmente) entre sus valores máximo y mínimo. También hay que decir que visualmente el varistor se parece bastante a un condensador, pero no tiene nada que ver el uno con el otro, por lo que no debemos confundirlos.

Curva Tensión - Intensidad del Varistor

De acuerdo con la ley de Ohm, la curva características de tensión de una resistencia es una línea recta, suponiendo que el valor de la resistencia se mantiene constante. En este caso, la corriente que fluye a través de una resistencia es directamente proporcional a la tensión aplicada a través de los extremos de la resistencia (V = I x R).

En el caso de un varistor, la curva de características de corriente-voltaje no es una línea recta. Esto se debe al comportamiento de resistencia inusual del varistor. En el caso de un varistor, cuando la sobrepase la tensión nominal la curva de intensidad se dispara.

Curva tension corriente del varistor

Hasta la tensión nominal, el varistor actúa prácticamente como un aislante, tiene una resistencia muy grande. Si el voltaje o tensión aplicada del varistor alcanza su voltaje nominal, umbral o de activación, el comportamiento del varistor cambia del estado de aislamiento al estado de conducción en cortocircuito.

 Si te fijas, mientras no se sobrepase la tensión umbral (límite) el varistor no consume nada (no pasa corriente por el), no afectando para nada al circuito donde se coloque. Solo cuando se alcanza la tensión umbral, disminuye mucho su resistencia y por lo tanto empieza su consumo, pero por mucho que intente aumentar la tensión, el varistor no lo permite, porque según la gráfica, una vez alcanzada la tensión umbral es casi la misma siempre. Recuerda que los receptores conectados en paralelo están a la misma tensión todos.

Varistor protege receptor

Conclusión: aunque la corriente que fluye a través del varistor aumente mucho, el voltaje a través de él y de todos los componentes conectados en paralelo con el varistor se limita a un valor cercano al voltaje nominal del varistor. Esto significa que el varistor actúa como un autorregulador de los voltajes transitorios aplicados a través de él. La tensión nominal del varistor será la máxima (de bloqueo) que alcanza la carga en paralelo al varistor.

Además si te fijas en la curva, el varistor tiene características simétricas bidireccionales, es decir trabaja igual para tensiones positivas que negativas. Esto significa que el varistor puede operar o funcionar en cualquier dirección o polaridad de una onda sinusoidal, por lo que se puede utilizar en corriente continua y en alterna. Esta funcionalidad y su curva es similar a la de los diodos Zener.

Una carga inductiva son aquellas que tienen alguna bobina, por ejemplo los motores, las reactancias de los fluorescentes, etc. Estas bobinas almacenan carga eléctrica mientras pasa la corriente por ellas por el fenómeno de la autoinducción, y cuando deja de pasar corriente por ellas esta carga acumulada se descargará por el circuito produciendo picos de tensión que pueden estropear el aparato.

Esto mismo ocurre por ejemplo en un aparato eléctrico o electrónico por acumulación de corriente estática, cuando la corriente estática almacenada en algún aparato se descarga por el circuito. Estos picos de tensión los podemos controlar mediante el varistor.

En la siguiente imagen puedes ver un circuito para la extinción del arco en contactos mediante una vdr o varistor del tipo MOV.

Circuito varistor carga inductiva

Cuando se abre el contacto del interruptor, la bobina, que se ha cargada durante su funcionamiento, desarrolla una fuerza electromotriz elevada debido a la autoinducción que esta posee; esta elevada tensión provoca un arco entre los contactos que, con el tiempo, se acaba deteriorando; la VDR disminuye su valor óhmico drásticamente cuando se produce esta sobretensión, canalizando la energía producida por la bobina a través de la VDR, evitando que se produzca el arco.

Características del Varistor

Nota: En la mayoría de las ocasiones, para elegir un varistor, debes de tener en cuenta el voltaje al que trabaja, la potencia disipada y la corriente a la que trabaja. Estos valores deben ser un poco mayores de los que va a trabajar realmente en el circuito. Así un varistor de 240V, será adecuado para una red de 220V.

Dicho esto, al elegir un varistor para una aplicación determinada, hay una serie de parámetros que deben tenerse en cuenta. Algunas de las especificaciones claves de un varistor se enumeran a continuación:

- Tensión nominal: esta tensión, ya sea declarada como CA o CC, es la tensión máxima a la que se puede utilizar el dispositivo. Normalmente, es mejor tener un buen margen entre la tensión nominal y la tensión de funcionamiento.

- Corriente máxima: esta es la corriente máxima que el dispositivo puede utilizar. Puede expresarse como una intensidad por un tiempo dado. Si se sobrepasa el varistor se quema.

- Energía de pulso máxima: esta es la energía máxima de un pulso, expresada en julios, que el dispositivo puede disipar.

- Tensión de sujeción: es la tensión a la que el varistor comienza a mostrar una conducción significativa.

- Tiempo de respuesta Este es el momento para que el varistor comience la conducción después de aplicar el pulso. En muchos casos esto no es un problema. Los valores típicos son inferiores a 100nS.

- Corriente en espera: la corriente en espera es el nivel de corriente que es dibujado por el varistor cuando está operando por debajo del voltaje de sujeción. Normalmente, esta corriente se especificará en un voltaje de operación dado a través del dispositivo.