Закрыть

Виды предохранителей в электронике: Виды предохранителей, устройство и принцип действия

Содержание

Предохранители. Виды предохранителей в ТОК Электроникс/ ТОК Електронікс

26.10.2015

Предохранитель — защитный компонент, прерывающий цепь питания. В общем смысле — это компонент, непосредственно установленный в цепи питания нагрузки и отключающий её, если потребление тока становится чрезмерно большим, как в случае короткого замыкания или перегрузки.

Параметры

Номинальное напряжение — максимальное рабочее постоянное или переменное напряжение, при котором предохранитель может работать.

Номинальный ток — рабочий ток, на который рассчитан предохранитель. Номинальный ток ниже величины тока, который в течение длительного времени может проходить по предохранителю без размыкания. Различие между этими токами варьируется в разных стандартах (CSA, IEC, Miti, UL).

Время-токовые характеристики показывают отношение между временем срабатывания предохранителя и величиной тока.

Предохранители делятся на две основные группы: быстродействующие и замедленного действия. Быстродействующие предохранители применяются там, где требуется быстрый разрыв цепи, например, при защите измерительных инструментов или активных электронных компонентов в электрических схемах. Предохранители замедленного действия необходимы там, где присутствует высокий пусковой ток, например, при включении электродвигателей. То же самое относится к тороидальным трансформаторам.

Существуют стандартизированные характеристики. Для предохранителей стандарта IEC это FF (очень быстрый), F (быстрый), М (среднего действия), Т (замедленного действия) и ТТ (очень медленного действия). Для стандарта UL это T-D (замедленного действия) и D (замедленного действия). Для автоматов защиты это В (быстрый), С (медленный) и D (очень медленный).

Разрывная способность — наибольший ток, который предохранитель в состоянии пропустить через себя без физического разрушения. Спецификация разрывной способности может включать величину тока отключения, величину и тип рабочего напряжения и cos φ нагрузки. Разрывная способность должна быть достаточной для всех условий и выбрана таким образом, чтобы быть большей, чем максимально возможный ток к. з.

Виды предохранителей

Плавкие предохранители доступны в разных исполнениях.

Наиболее часто используются трубчатые — стеклянные и керамические предохранители. В европейском оборудовании обычно используются предохранители размером 5 х 20 мм, в американском — 6.3 х 32 мм. Керамические модели обладают большей разрывной способностью.

На рынке также имеется большое количество предохранителей других размеров и параметров. Миниатюрные предохранители обычно устанавливаются на входе определенных измерительных приборов для защиты от перегрузки. Имеются модели для установки в держателях или стационарной установки как для отверстного, так и для поверхностного монтажа.

Автомобильные предохранители выпускаются в двух версиях: в виде керамических стержней 6 х 25 мм с расположенной сверху металлической расплавляемой полоской, или в пластиковом корпусе с двумя параллельными плоскими клеммами. Последний тип используется в современных автомобилях. Его преимуществом является то, что контакт с патроном предохранителя выполнен намного безопаснее, чем в старых керамических предохранителях, где окисление могло разрушить предохранитель через несколько лет использования.

Автоматические предохранители с тепловой защитой не нуждаются в замене и могут использоваться многократно после срабатывания. Обычно предохранитель должен быть выполнен таким образом, чтобы предотвратить автоматическое включение пока существует перегрузка. Переустановка осуществляется вручную.

Плавкие прерыватели цепи предназначены для длительного пользования. Они изготавливаются с различными разрывными характеристиками. Некоторые выпускаются с быстрым электромагнитным размыканием для токов, намного превышающих номинальный ток предохранителя. Предохранители замедленного действия обычно используются там, где присутствует высокий пусковой ток.

Плавкие предохранители подвержены влиянию окружающей температуры. Номинальные параметры предохранителя обычно устнавливаются при 20 ˚С. Ассоциация производителей ЕТА предлагает следующие переводные коэффициенты для различной окружающей температуры (номинал предохранителя = отпирающий ток х переводной коэффициент).

Окр. температура  (˚С)  -20   0   20   30   40   50   60   70
Коэффициент    0. 8   0.9   1.0   1.1   1.2   1.3   1.45   1.65

Полимерные предохранители с автоматическим восстановлением заменили обычные трубчатые предохранители во многих низкоточных установках. После размыкания вследствие выброса или избыточной температуры они охлаждаются и возвращаются на уровень низкого сопротивления. Эта же технология используется для защиты от перенапряжения. Полимерные предохранители выпускаются в нескольких версиях для отверстного и поверхностного монтажа и в фольговом варианте для батарей. Они подходят для защиты трансформаторов, источников питания, громкоговорителей, сигнализационных систем, телефонов, измерительного оборудования и т. д.

Термопредохранители срабатывают при достижении ими фиксированной температуры и разрывают цепь, если температура превысит установленный предел. Это дает возможность использовать их в электрическом и электронном оборудовании для защиты от перегрева. Одни предохранители содержат плавкий материал, разрывающий цепь, в других конструкциях используется биметаллическая пружина, которая изгибается под действием тепла и возвращается в исходное состояние при охлаждении.

Предохранители в каталоге ТОК Электроникс

Современные средства защиты в электросхемах SW19.ru

Элементы защиты в электронных схемах выполняют несколько функций. Первое это защита от повреждения самой схемы. Второе это защита от воспламенения при перегрузках, коротком замыкании и превышении допустимой температуры.
Самая популярная защита это предохранители, которые подразделяются на несколько видов.

Есть обычные разовые предохранители, которые сгораю при превышении допустимого тока, затем требуют замены.
Разовые предохранители могут быть в стекле, керамике, пластике. Так же эту роль на схемах выполняют низкоомные сопротивления, индукторы и печатные проводники. Высоковольтные предохранители внутри выполнены в виде натянутой пружины для исключения образования дуги внутри предохранителя при его сгорании.
Есть категория самовосстанавливающиеся предохранители. При превышении тока, сопротивление и температура такого предохранителя вырастает ограничивая через себя ток. После остывания предохранитель снова восстанавливает свои прежние свойства.
Отдельно можно выделить температурные предохранители. Сегодня их можно встретить в нагревательных приборах, трансформаторах и даже в обмотке двигателя. Температурные предохранители выполнены из низкотемпературного сплава 100 — 300 градусов Цельсия. При монтаже нельзя допускать нагрев выводов таких предохранителей выше отметки плавления. Так же часто в схемах встречаются самовосстанавливающиеся термопредохранители на основе биметаллической мембраны.

Следующим наиболее популярным элементом на схемах является варистор.

Этот нелинейный элемент предохраняет схемы от скачков и превышений напряжения.

Небольшие всплески напряжения варистор рассеивает в тепло своего корпуса. Если питающие напряжения превышают допустимый порог, варистор резко снижает своё сопротивление и коротит входную цепь, при этом идёт повышение потребляемого тока и горят защитные предохранители в схеме.
По такому же принципу работает супрессор или по другому — защитный диод. Работа их очень схожа с работой варистора, защитный диод переключается в закрытое состояние при превышении заданного напряжения. В отличие от варистора, у защитных диодов переключение происходит почти мгновенно и они не критичны к температуре окружающей среды.
Иногда для защиты от смены полярности в схемах используют обычный диод в обратном включении. При неправильном подключении полярности диод открывается и коротит цепь питания. Сам диод при этом должен выдерживать ток в несколько раз превышающий ток плавкого предохранителя в этой цепи.

Для ограничения и регулировки протекающего тока в электронных схемах используют термисторы и позисторы.

Или по простому резисторы с отрицательным и положительным коэффициентом зависимости от температуры кристалла.

Маркировка таких элементов обычно NTC и PTC соответственно. Однако производители могут ставит и другие маркировки на корпуса данных элементов. Что бы узнать к какой категории принадлежит такой элемент, необходимо замерить его сопротивление в холодном и нагретом состоянии кристалла. Термистор будет уменьшать своё сопротивление при нагреве, позистор — увеличивать.
Термисторы часто применяют как ограничители тока при заряде накопительных конденсаторов. Позисторы используют для ограничения проходящего тока, по типу самовосстанавливающего предохранителя. Эти свойства позисторов используют в пусковых устройствах двигателей, в размагничивании рамки кинескопа, в замках УБЛ .
Так же эффективно термисторы и позисторы используются в схемах в качестве датчиков температуры.
Для более полной защиты электронных схем используются активные элементы электроники. Так в схемах с программой контроля, идёт опрос состояний схемы перед включением питания. Если напряжения и контрольные позиции в схеме не соответствуют норме, питание не включится. По таким принципам в работают электросхемы под управлением микроконтроллера.

материалы для рабочего элемента и типы предохранителей, показатели выбора и применение

Защита электрических сетей от предельных токов и коротких замыканий осуществляется многими способами, один из них подразумевает использование предохранителя плавкая вставка. Принцип действия основан на использовании в цепи слабого звена, когда при повышении нагрузки разрушается менее стойкий материал, применяемый в качестве рабочего элемента. Термопредохранители отличаются по конструкции, исполнению и выдерживают соответствующую пределу номинала токовую величину.

Материал разрушаемой вставки

Предупреждение аварий в электросетях — назначение плавкого предохранителя, который состоит из корпуса (патрона) с контактным устройством, металлической вставки. Другие конструкции предусматривают использование фибры и заполнение рабочего пространства наполнителем для погашения электрической дуги, образующейся при разрыве цепи. Внутрь трубки или патрона засыпают молотые нерудные минералы — тальк, кварц, мел и другие.

В одном корпусе располагают 1, 2 или 3 стержня с различными токами вставки. Защитные характеристики рабочего элемента зависят от его конструкции и материала:

  1. Легкоплавкие металлы — олово, цинк, алюминий и свинцовые сплавы — обладают низкой теплопроводностью, нагрев стержня происходит медленно, это удобно для защиты от токов перегрузки. Время разрушения вставки смещается, отсечка происходит с временным интервалом.
  2. Тугоплавкие металлы — медь и серебро — имеют низкую теплоёмкость и высокую проводимость, нагрев осуществляется моментально и при большом токе отключения. Сфера применения предохранителей с плавкой вставкой из рабочих элементов, выполненных из медных или серебряных нитей — защита от короткого замыкания.
  3. Комбинированная конструкция с металлургическим эффектом. В середину стержня из тугоплавкого материала напаивают оловянный шарик. Это улучшает защитную характеристику при перегрузках и обеспечивает меньшую температуру плавления по сравнению с основным металлом.

Вставки выполняются в виде массивных пластин, если используются в промышленных сетях с током ≥1000 А, для бытовых приборов применяют тонкие проволоки.

Перегорать защита должна быстрее, чем возрастает нагрузка, поэтому стержню придают особую форму или применяют металлургический эффект. Корпуса для плавких вставок предохранителей изготавливают из прочных сортов специальной керамики — корундо-муллитовой, фарфора, стекла и пластика.

Виды защитных пробок

По схеме исполнения существует два типа предохранителей: разборные с болтовым соединением для замены вставки и неразъёмные в стеклянной колбе для разового применения. В маркировке первых присутствуют буквосочетания ПР, ПП и ПН, вторых — НПН. Термопредохранители для сетей с электроустановками до 1000 В по конструкции разделяют на следующие виды:

  1. Пластинчатые — из одной или нескольких параллельно расположенных проволочек, вмонтированных в плоские наконечники из латуни или меди. Исполнение открытое, при сгорании металл разбрызгивается и создаёт опасность пожара, взрыва. Допущены к использованию только в спецпомещениях — электрощитовых и распределительных устройствах.
  2. Пробочные однополюсные с резьбой предохранители устанавливают для защиты квартирных сетей на электросчётчиках, в осветительных приборах и оберегания маломощных электродвигателей. К ним относят устройства типа Ц, ПД, ПДС.
  3. Трубчатые предохранители названы по форме корпуса, изготавливаемого из фарфора или фибры с расположенной внутри плавкой вставкой. Используют при напряжении до 500 В и токах в диапазоне 15―1000 А. Распространённый тип — ПР.

Перегорание рабочего элемента в термопредохранителе сопровождается образованием электродуги и влечёт распад фибры, обладающей газогенерирующими свойствами. Выделяемые при этом CO2, CO, h3O способствуют подавлению следствия разряда тока.

Предохранители с минеральным наполнителем маркируются буквами КП, МНП и МПР, НПН, ПН.

Существует ещё один тип защитных устройств, которые в полной мере к плавким вставкам не относятся, но принадлежат к термическим — самовосстанавливающиеся предохранители. Принцип их работы основан на резком возрастании сопротивления при повышении температуры, что приводит к обесточиванию. При уменьшении нагрева цепь восстанавливается без замены рабочего элемента. Такой тип защиты используют в цифровой технике и автоматизированных системах управления.

Типоразмеры и применение предохранителей

Для упрощения подбора термопредохранителей к конкретным условиям эксплуатации многие из них маркируют: первая буква кода указывает диапазон защиты — локальная от токов короткого замыкания обозначается символом a. Полный спектр, включая перегрузки — g. Второй знак шифровки относится к сфере применения предохранителя — тип защищаемого оборудования:

  • B — горное и шахтное;
  • F — маломощные цепи;
  • G — универсального использования для трансформаторов, кабелей, электродвигателей;
  • L — распределительные устройства и вводы магистральных линий;
  • M — моторы, их контуры и отключатели;
  • R — полупроводники;
  • S — приборы, требующие защиты от перегрузок и токов короткого замыкания в одно время;
  • Tr — трансформаторы.

Применение плавких предохранителей остаётся актуальным при обустройстве цепей с использованием электронной аппаратуры, систем энергоснабжения, промышленных установок и автомобильных схем. В распределительных щитах жилищного фонда времён СССР успешно работают пробковые предохранители — безотказные и надёжные.

Подбирают их по трём основным параметрам: Iп — номинальный ток предохранителя, на него рассчитан патрон; Iвс — предельная величина электротока, при которой происходит плавление вставки; Un — оптимальное рабочее напряжение.

Для чего применяются плавкие предохранители

Что такое плавкие предохранители и для чего они необходимы?

Защита электрических цепей от КЗ и перегрузок является одной из самых важных задач в электротехнике. С этой целью изобретено множество защитных аппаратов, которые сегодня применяются как в силовых цепях, так и для защиты электрических схем в различных устройствах. Практически в каждом сложном электроприборе можно встретить плавкие предохранители – одноразовые коммутационные устройства, разъединяющие цепь в аварийной ситуации.

Назначение и принцип действия

Основная задача плавких предохранителей – защита электрической сети и электрооборудования от сверхтоков, возникающих при коротком замыкании или в результате критических перегрузок. При этом они обеспечивают бесперебойную работу защищаемых цепей в номинальном режиме.

В отличие от автоматического выключателя, часто применяемого в электротехнике, плавкая вставка срабатывает только один раз, после чего он подлежит замене. Однако срабатывает такое устройство со стопроцентной вероятностью, в то время как автоматика после многократного отключения может подвести. Именно поэтому для защиты дорогостоящего оборудования используют плавкие вставки. Не отказываются от применения этих защитных устройств и в силовых цепях.

Устройство и принцип защиты

В конструкции плавкого предохранителя есть два основных элемента: корпус (держатель) с контактами и плавкую вставку (рисунок 1). Строго говоря, только сочетание этих элементов можно называть предохранителем. Очень часто деталь плавкой вставки (особенно если она заменяемая) называют плавким предохранителем. В данной статье мы тоже иногда будем придерживаться этой традиции.

Рис. 1. Конструкция плавкого предохранителя

Рабочим элементом вставки является проводник из меди или сплава металлов. Благодаря этому плавкому элементу происходят отключения цепи в критических ситуациях.

В качестве плавкого элемента может быть одна или несколько медных проволок, пластина либо фигурная деталь. Эти проводники помещаются в жаропрочный корпус: стеклянный, керамический (рис. 2) или пластиковый. В зависимости от назначения, пространство вокруг плавкого элемента может быть заполнено кварцевым песком или окружено легкоиспаряющимся веществом, предназначенным для гашения электрической дуги.

Рис. 2. Керамические плавкие вставки

При прохождении номинальных токов через проволоку вставки, она незначительно нагревается, не достигая температуры плавления. Но в режиме короткого замыкания резко возрастает величина тока, что приводит к плавлению вставок. Это приводит к разрыву цепи.

Нагревание предохранителя происходит также при перегрузках, то есть в результате превышения номинального напряжения на защищаемом участке цепи. При достижении рабочих напряжений величины, называемой током отключения, температура плавкого элемента возрастает до точки плавления и цепь разрывается. После восстановления параметров цепи плавкую вставку необходимо заменить.

Плавкие вставки имеют некую инерционность срабатывания. При КЗ задержка незаметна, так как в этом случае плавкий элемент нагревается молниеносно.

Иначе обстоит дело в случаях с перегрузками. Для достижения температуры плавления требуется больше времени. Поэтому, чтобы повысить скорость срабатывания, элементам вставок придают специальную форму и нагружают их силами упругости (один конец пластины соединяют с растянутой пружиной).

В некоторых моделях под действием пружины наружу выходит штифт, называемый индикатором срабатывания (рисунок 3). Он выступает в роли указателя срабатывания и свидетельствует о том, что вставку надо менять.

Рис. 3. Строение плавкой вставки

Цифрами на рисунке обозначено:

  • I – патрон;
  • 2 – плавкая пластина;
  • 3 – шарики из олова;
  • 4 – плавкая вставка;
  • 5 – кварцевый песок;
  • 6 – пружина;
  • 7 – текстолитовая шайба;
  • 8 – спусковой механизм указателя срабатывания;
  • 9 – колпачок;
  • 10 – ободок колпачка;
  • 11 – указатель срабатывания;
  • 12 – асбоцементная прокладка;
  • 13 – цементная заливка.

В ряде случаев для увеличения скорости срабатывания используют вставки с параллельно натянутыми проволоками разных диаметров. Перегорание самой тонкой проволоки увеличивает нагрузку на остальные элементы, ускоряя их плавление.

С целью снижения перенапряжений в некоторых конструкциях вставок применяют проволоки с разными сечениями отдельных участков. При срабатывании такого предохранителя, первым перегорает участок с наименьшим сечением вставки. Если пары расплавленного металла спровоцируют в точке разрыва электрическую дугу, то перегорит участок с большим сечением.

Конструктивные особенности предохранителей можно узнать по их маркировке. К сожалению, время-токовые характеристики наносятся не на все типы изделий. Но модели, на которые нанесены буквенно-цифровые коды, можно легко классифицировать по их назначению.

Маркировка

При выборе предохранителей важно знать диапазон защиты. Их всего 2: частичный и полный. При частичной защите предохранитель срабатывает только от токов КЗ. Полная защита включает также срабатывание от перегрузок.

В кодовой маркировке диапазоны защиты обозначены буквами «a» (частичный) и «g» (полный). Эти буквы стоят первыми перед цифрами, обозначающими номинальный ток.

На втором месте проставляются английские прописные буквы, которые обозначают:

  • G — универсальный предохранитель. Применяется для защиты оборудования: трансформаторов, кабелей, электродвигателей;
  • L — для кабелей и распределительных устройств;
  • B — защита горнодобывающего оборудования;
  • F — устройство для маломощных цепей;
  • M — прибор для защиты цепей электромоторов и коммутирующих устройств;
  • R — устройства для защиты полупроводниковых схем;
  • S — моментальное сгорание при КЗ и среднее время срабатывания при перегрузках;
  • Tr —трансформаторные предохранители.

Иногда на вставках проставляют только значения номинального тока. Такие предохранители применяются для защиты лишь от коротких замыканий.

Миниатюрные плавкие вставки маркируются в соответствии с требованиями ГОСТ Р МЭК 60127-1-2005. Согласно этому стандарту указывается номинальный ток и номинальное напряжение.

Перед показателем величины номинального тока проставляются буквенные символы:

  • FF – сверхбыстродействующие предохранители;
  • F – быстродействующие плавкие вставки;
  • М – полузамедленные;
  • Т – замедленные;
  • ТТ – сверхзамедленные.

Допускается цветная маркировка. Пример такой маркировки показан на рис. 4.

Рис. 4. Цветовая маркировка миниатюрных предохранителей

Виды и устройство

В зависимости от решаемых задач классификация предохранителей может быть следующей (рисунок 5):

  • ножевые предохранители;
  • слаботочные плавкие вставки;
  • вилочные предохранители;
  • кварцевые;
  • пробочного типа
  • газогенерирующие.

Эти предохранители служат для защиты электрических устройств небольшой мощности с потреблением тока до 6 А.

Первая цифра – наружный диаметр, 2-я – длина предохранителя.

  • 3 х 15.
  • 4 х 15.
  • 5 x 20.
  • 6 x 32.
  • 7 х 15.
  • 10 х 30.
Вилочные предохранители

Служат для использования в автомобилях, и защищают их цепи от перегрузок. Вилочные вставки изготавливаются на напряжение до 32 В. Внешний вид их конструкции сдвинут в сторону, так как контакты находятся с одной стороны, а плавкая часть с другой.

  • Миниатюрные вставки.
  • Обычные.
Пробковые вставки

Применяются в жилых домах, работают при токе до 63 А.

Такие плавкие предохранители используют для приборов освещения, защиты бытовых устройств, счетчиков, маломощных электродвигателей. Они отличаются от трубчатых вставок методом крепления.

Трубчатые вставки

Такие вставки изготавливают в закрытом виде с корпусами из материала – фибры, которая образует газ, создающий большое давление, разрывающее цепь. Контакты.

Ножевые предохранители
Рабочий ток достигает 1,25 кА. Типоразмеры ножевых видов:
  • 000 – до 100 А.
  • 00 – до 160 А.
  • 0 – до 250 А.
  • 1 – до 355 А.
  • 2 – до 500 А.
  • 3 – до 800 А.
  • 4 – до 1250 А.
Кварцевые

Этот вид вставок является токоограничивающим, не образующим газов, служит для внутреннего монтажа. Предохранители кварцевого вида выполняются на напряжение до 36 киловольт.

1 – Патрон (керамика, стекло).
2 – Вставка плавкая.
3 – Колпачки (металл).
4 — Наполнитель.
5 – Указатель.

Патрон закрывается с помощью колпачков, обеспечивая герметичность. К наполнителю предъявляются определенные требования:
  • Прочность (электрическая).
  • Высокая теплопроводность.
  • Не должен образовывать газы.
  • Не должен впитывать влагу.
  • Частицы наполнителя должны быть строго необходимого размера, во избежание их спекания, либо невозможности погасить дугу.

Таким требованиям отвечает песок из кварца. Плавкий элемент выполняется из меди с покрытием серебром. Из-за значительной длины плавкий элемент навивают в виде спирали.

Газогенерирующие

К такому виду относятся разборные предохранители ПР, стреляющие вставки для внешней установки ПСН, выхлопные ПВТ для трансформаторов.

Вставка ПР служит для монтажа внутри помещений в устройствах до 1000 вольт. Она состоит из:
  1. Патрон, сделан из фибры с латунными кольцами по краям. На конце накручены колпачки из латуни.
  2. Колпачки.
  3. Плавкий элемент в виде цинковой пластины.
  4. Контакты.

При сгорании вставки под воздействием электрической дуги образуется значительное количество газа. Его давление возрастает, дуга гаснет в потоке газа. Вставка выполняется V-образной формы, так как во время сгорания узкого места образуется меньшее количество паров металла, препятствующего погашению дуги.

Термопредохранители

Этот вид вставок является одноразовым устройством. Он служит для защиты дорогих элементов оборудования от перегрева выше границы установленной температуры. Внутри корпуса размещены термочувствительные материалы, что обеспечивает установку вставок в цепях с большим током.

Принцип работы заключается в следующем. В нормальном режиме вставка имеет сопротивление, равное нулю. При нагревании корпуса от защищаемого устройства до температуры сработки повреждается термочувствительная перемычка, которая разрывает цепь питания устройства. После сработки нужно произвести замену термопредохранителя и устранить причину поломки.

Такие плавкие предохранители стали популярными в бытовых электрических устройствах: тостерах, кофеварках, утюгах, а также в климатическом оборудовании.

Общие особенности

Плавкие предохранители отличаются по свойствам срабатывания от номинального тока. Плавкие предохранители имеют инертность срабатывания, поэтому у профессионалов они часто применяются для селективной защиты вместе с электрическими автоматами.

Правила регулируют защиту воздушных линий так, чтобы вставка срабатывала за 15 с. Важной величиной служит время разрушения проводника при работе с током, превышающим установленное значение. Чтобы снизить это время, некоторые конструкции предохранителей имеют предварительно натянутую пружину. Она разводит края разрушенного проводника, во избежание возникновения электрической дуги.

Корпуса предохранителей производят из прочных сортов керамики. Для малых токов применяют вставки с корпусами из стекла. Корпус вставки играет роль основной детали. На ней закреплен плавкий элемент, указатель срабатывания, контакты, таблица с данными. Также корпус выступает в качестве камеры погашения электрической дуги.

Плавкие предохранители

Современные электрические сети и устройства очень сложные и требуют надежной защиты от возможных перегрузок и коротких замыканий. Основную защитную роль в таких случаях играют различные предохранительные устройства. Среди всего разнообразия этих устройств, наиболее распространенными считаются плавкие предохранители, обладающие высокой степенью надежности, простотой в эксплуатации и сравнительно невысокой стоимостью.

Несмотря на широкое использование автоматических защитных устройств, плавкие вставки сохраняют свою актуальность при защите электронной аппаратуры, автомобильных электросетей, промышленных электроустановок и систем энергоснабжения. Они до сих пор применяются в распределительных щитах многих жилых домов, благодаря надежной работе, небольшим размерам, стабильным характеристикам и возможности быстрой замены.

Для чего применяются плавкие предохранители

В случае соединения двух проводов, подключенных к источнику тока, наступит всем известный эффект короткого замыкания. Причиной может стать испорченная изоляция, неправильное подключение потребителей и т.д. При сравнительно небольшом сопротивлении проводов, в этот момент по ним будет протекать очень высокий ток. В результате перегрева проводов загорается изоляция, что может привести к пожару.

Избежать негативных последствий вполне возможно путем включения в электрическую цепь плавких предохранителей, известных также под наименованием пробок. В случае превышения током допустимой величины, проволочка внутри предохранителя сильно нагревается и быстро расплавляется, разрывая в этом месте электрическую цепь.

Конструкция предохранителей может быть трубчатой или пробочной. Трубочные элементы изготавливаются в закрытом фибровом корпусе, обладающим свойствами газогенерации. В случае повышения температуры внутри трубки создается высокое давление, вызывающее разрыв цепи. Пробочные предохранители имеют стандартную конструкцию, оборудованную проволокой, расплавляющейся под действием высокого электрического тока.

Существует еще одна разновидность так называемых самовосстанавливающихся предохранителей, изготовленных из полимерных материалов, изменяющих свою структуру при разных температурах. Существенный нагрев приводит к резкому изменению сопротивления в сторону увеличения, в результате чего цепь разрывается. Дальнейшее остывание вызывает уменьшение сопротивления, поэтому цепь вновь замыкается. В основном такие предохранители используются в сложных цифровых устройствах. В обычных силовых сетях они не применяются из-за высокой стоимости.

Иногда некоторые умельцы пытаются заменить сгоревший предохранитель, используя вместо него так называемые жучки, представляющие собой кусок толстого провода или тонких проволочек, скрученных в общий пучок. Такие самодельные устройства категорически запрещается использовать, поскольку ток при коротком замыкании будет недопустимо высоким. Сильный нагрев проводки вызовет ее повреждение, возгорание и пожар.

Устройство плавкого предохранителя

В состав входит корпус или патрон, обладающий электроизоляционными свойствами, и сама плавкая вставка. Ее концы соединяются с клеммами, которые последовательно включают предохранитель в электрическую цепь, совместно с защищаемым устройством или электрической линией. Материал плавкой вставки выбирается с таким расчетом, чтобы он мог расплавиться раньше, чем температурный показатель проводов выйдет на опасный уровень, либо потребитель в результате перегрузки выйдет из строя.

Исходя из конструктивных особенностей, плавкие предохранители могут быть патронными, пластинчатыми, пробочными и трубочными. Расчетная сила тока, которую способна выдержать плавкая вставка, указывается на корпусе устройства.

Довольно простая конструкция у низковольтных предохранителей. Под воздействием высокого тока плавкая вставка или токопроводящий элемент подвергается сильному нагреву, после чего при достижении определенной температуры плавится в дугогасящей среде и испаряется, разрывая защищаемую цепь. Именно так работает плавкий предохранитель в электрической цепи.

Для того чтобы горячие газы и жидкий металл не попадали в окружающую среду применяется керамический изолятор, он же корпус устройства, устойчивый к воздействию высоких температур и значительного внутреннего давления. Защитные крышки, расположенные по краям предохранителя, оборудованы специальными планками под унифицированные рукоятки, захватывающие плавкие вставки при замене негодных элементов. С помощью защитных крышек и керамического корпуса создается взрывонепроницаемая оболочка, ограничивающая коммутационную электрическую дугу.

Песок, заполняющий внутреннее пространство, ограничивает силу тока. Материал выбирается с определенными размерами кристаллов, после чего он уплотняется надлежащим образом. Как правило предохранители заполняются кварцевым кристаллическим песком, имеющим высокую химическую и минералогическую чистоту. Соединение плавкой вставки с основанием-держателем осуществляется механическим способом, при помощи контактных ножей. Для их изготовления используется медь или медные сплавы, покрытые оловом или серебром.

Характеристики плавких предохранителей

Основная характеристика заключается в прямой зависимости времени плавления от силы тока. Поэтому, то время, за которое плавкая вставка предохранителя перегорает, соответствует определенному току. Данный параметр больше известен, как времятоковая характеристика.

Кроме временного показателя существуют и другие характеристики, с помощью которых производится определение типов плавких предохранителей. Среди них, в первую очередь, следует отметить номинальный ток. Это наиболее допустимый ток нагрузки по условиям нагрева корпуса предохранителя в течение продолжительного времени. Выбирая устройство по этому показателю, должна учитываться нагрузка электрической цепи, а также условия работы предохранителя.

В некоторых случаях, номинальный ток может быть выше, чем ток в самой электрической цепи. Например, в пусковых устройствах электродвигателей, чтобы избежать перегорания предохранителя во время пуска. Следует учитывать, номинальный ток предохранителя должен соответствовать номинальному току заменяемого элемента.

В свою очередь, номинальный ток заменяемого элемента представляет собой максимально допустимый ток нагрузки в течение длительного времени, когда этот элемент установлен в держателе или в контактах. Кроме того, существуют номинальные токи основания и патрона предохранителя, которые нужно учитывать при выборе защитного устройства. Кроме того, используется такой показатель, как номинальное напряжение. Данный параметр представляет собой межполюсное напряжение, совпадающее с номинальным междуфазным напряжением защищаемых электрических сетей.

Для того, чтобы плавкие предохранители обеспечивали надежную защиту, значение данной величины должно быть больше или равно напряжению защищаемого объекта. Например, предохранитель с номинальным напряжением 400 вольт может использоваться для защиты цепей на 220 вольт, но ни в коем случае, не наоборот. Таким образом, эта величина характеризует возможность предохранителя своевременно разрывать электрическую цепь и гасить дугу.

Поэтому, при выборе предохранителя в качестве защитного средства, необходимо в обязательном порядке учитывать параметры, которые позволяют обеспечить надежную защиту объекта.

Виды плавких предохранителей

Для всех устройств этого типа существуют общая классификация в соответствии с их основными свойствами.

Плавкие вставки могут закрываться по-разному, в связи с этим отличаются и внешние эффекты, возникающие при отключении тока. Такие предохранители разделяются на следующие виды:

  • Открытая плавкая вставка, в которой отсутствуют устройства для ограничения объема дуги, выброса расплавленных металлических частиц и пламени.
  • Полузакрытый патрон с оболочкой, открытой с одной или двух сторон. Он создает определенную опасность для людей, находящихся поблизости.
  • Закрытый патрон. Является наиболее надежным, поскольку у него отсутствуют все вышеперечисленные недостатки. Практически все современные предохранители выпускаются именно с закрытым патроном.

Гашение дуги может выполняться разными способами. В зависимости от этого предохранители бывают с наполнителем или без наполнителя. В первом случае применяются порошкообразные, волокнистые или зернистые компоненты, а во втором – за счет движения газов или высокого давления в патроне. Конструкции самих патронов разделяются на разборные и неразборные. Первый вариант предполагает замену расплавленной вставки, а во втором случае придется менять весь элемент. В некоторых случая неразборные патроны могут быть перезаряжены в специальных мастерских.

Предохранители могут быть заменены или не заменены будучи под напряжением. В первом случае замена может быть произведена прямо руками, не касаясь частей, находящихся под напряжением. Во втором случае устройство в обязательном порядке отключается от напряжения.

Маркировка плавких предохранителей

Каждый плавкий предохранитель на схеме обозначается определенной символикой. Стандартная маркировка состоит из двух буквенных символов. Первые буквы определяют защитный интервал: a – частичный (защита лишь от коротких замыканий) и g – полный (обеспечивается защита от коротких замыканий и перегрузок).

Вторая буква означает типы защищаемых устройств:

  • G – защищает любое оборудование.
  • F – защищаются только цепи с малым током.
  • Tr – защита трансформаторов.
  • М – электродвигатели и отключающие устройства.

Более подробную информацию о маркировке предохранителей можно получить в справочниках, предназначенных для специалистов-электротехников.

{SOURCE}

Самовосстанавливающиеся предохранители. Мифы и реальность / Хабр

В комментариях к моей прошлой статье о способах защиты от неправильного подключения полярности источника питания меня неоднократно корили за то, что не упомянул способ защиты с использованием самовосстанавливающегося предохранителя. Чтобы исправить эту несправедливость поначалу хотел просто добавить в статью дополнительную схему защиты и короткое к ней пояснение. Однако решил, что тема самовосстанавливающихся предохранителей заслуживает отдельной публикации. Дело в том, что устоявшееся их название не слишком отражает суть вещей, а копаться в даташитах и разбираться в принципе работы при применении таких “элементарных” компонентов, как предохранитель, часто начинают уже после того, как начала глючить первая партия плат. Хорошо если не серийная. Итак, под катом вас ждёт попытка разобраться, что же это за зверь такой PolySwitch, оригинальное название, кстати, лучше отражает суть прибора, и понять с чем его едят, как и в каких случаях имеет смысл его использовать.

Физика тёплого тела.

PolySwitch, это PPTC (Polymeric Positive Temperature Coefficient) прибор, который имеет положительный температурный коэффициент сопротивления. По правде, гораздо больше общих черт он имеет с позистором, или биметаллическим термопредохранителем, чем с плавким, с которым его обычно ассоциируют не в последнюю очередь благодаря усилиям маркетологов.
Вся хитрость заключается в материале из которого наш предохранитель изготовлен — он представляет собой матрицу из не проводящего ток полимера, смешанного с техническим углеродом. В холодном состоянии полимер кристаллизован, а пространство между кристаллами заполнено частицами углерода, образующими множество проводящих цепочек.

Если через предохранитель начинает протекать слишком большой ток, он начинает нагреваться, и в какой-то момент времени полимер переходит в аморфное состояние, увеличиваясь в размерах. Из-за этого увеличения углеродные цепочки начинают разрываться, что вызывает рост сопротивления, и предохранитель нагревается еще быстрее. В конце-концов сопротивление предохранителя увеличивается настолько, что он начинает заметно ограничивать протекающий ток, защищая таким образом внешнюю цепь. После остывания прибора происходит процесс кристаллизации и предохранитель снова становится превосходным проводником.
Как выглядит температурная зависимость сопротивления видно из следующего рисунка

На кривой отмечено несколько характерных для работы прибора точек. Наш предохранитель является отличным проводником пока температура находится в рабочем диапазоне Point1 < T<Point2 (normal operating conditions). После того, как она достигает некоего граничного значения сопротивление начинает быстро возрастать и в диапазоне Point3-Point4 изменяется по закону, близкому к экспоненциальному.

Идеальный сферический конь в вакууме.

Пора переходить от теории к практике. Соберём простую схему защиты нашего ценного устройства, настолько простую, что изображённая по ГОСТу она выглядела бы просто неприлично.

Что же будет происходить, если в цепи вдруг возникнет недопустимый ток, превышающий ток срабатывания? Сопротивление материала из которого прибор изготовлен начнёт возрастать. Это приведёт к увеличению падения напряжения на нём, а значит и рассеиваемой мощности равной U*I. В результате температура растёт, это снова приводит к… В общем начинается лавинообразный процесс нагрева прибора с одновременным увеличением сопротивления. В результате проводимость прибора падает на порядки и это приводит к желаемому уменьшению тока в цепи.
После того как прибор остывает его сопротивление восстанавливается. Через некоторое время, в отличие от предохранителя с плавкой вставкой, наш Идеальный Предохранитель снова готов к работе!
Идеальный ли? Давайте вооружившись нашими скромными познаниями в физике прибора попробуем разобраться в этом.

Гладко было на бумаге, да забыли про овраги.

Пожалуй, главная проблема заключается во времени. Время вообще такая субстанция, которую очень трудно победить, хотя многим очень хотелось… Но не будем о политике — ближе к нашим полимерам. Как вы наверное уже догадались, я веду к тому, что изменение кристаллической структуры вещества гораздо более длительный процесс чем перестройка дырок с электронами, например в туннельном диоде. Кроме этого, для того чтобы разогреть прибор до нужной температуры, требуется некоторое время. В результате, когда ток через предохранитель вдруг превысит пороговое значение, его ограничение происходит совсем не мгновенно. При токах, близких к пороговому, этот процесс может занять несколько секунд, при токах близких к максимально допустимому для прибора, доли секунды. В результате за время срабатывания такой защиты сложное электронное устройство успеет выйти из строя, возможно, не один десяток раз. В подтверждение привожу типичный график зависимости времени срабатывания (по вертикали) от вызвавшего это срабатывание тока (по горизонтали) для гипотетического PTVC прибора.

Обратите внимание, что на графике приведены для сравнения две зависимости, снятые при разных температурах окружающей среды. Надеюсь вы ещё помните, что первопричиной перестройки кристаллической структуры служит температура материала, а не протекающий через него ток. Это значит, что при прочих равных, для того чтобы разогреть прибор до состояния метаморфозы от более низкой температуры необходимо затратить больше энергии чем от более высокой, а значит, и процесс этот в первом случае займёт больше времени. Как следствие, получаем зависимость таких важнейших параметров прибора, как максимальный гарантированный ток нормальной работы и гарантированный ток срабатывания от температуры окружающей среды.

Прежде чем привести график уместно упомянуть об о основных технических характеристиках данного класса приборов.

  • Максимальное рабочее напряжение Vmax — это максимально допустимое напряжение, которое может выдерживать прибор без разрушения при номинальном токе.
  • Максимально допустимый ток Imax — это максимальный ток, который прибор может выдержать без разрушения.
  • Номинальный рабочий ток Ihold — это максимальный ток, который прибор может проводить без срабатывания, т.е. без размыкания цепи нагрузки.
  • Минимальный ток срабатывания Itrip — это минимальный ток через прибор, приводящий к переходу из проводящего состояния в непроводящее, т.е. к срабатыванию.
  • Первоначальное сопротивление Rmin, Rmax — это сопротивление прибора до первого срабатывания (при получении от изготовителя).

В нижней части графика находится рабочая область прибора. Что произойдёт в средней части зависит, судя по всему, от взаимного расположения звёзд на небе, ну а побывав в верхней части графика прибор отправится в путешествие (trip), которое вызовет метаморфозы его кристаллической структуры и как следствие срабатывание защиты. Ниже приведена таблица с данными реальных приборов. Разница в токе срабатывания в зависимости от температуры впечатляет!

Таким образом, в устройствах предназначенных для работы в широком температурном диапазоне применять PPTC следует с осторожностью. Если вы считаете, что проблемы у нашего кандидата на звание Идеального Предохранителя закончились, то заблуждаетесь. Есть у него ещё одна слабость, присущая людям. После стрессового состояния, вызванного чрезмерным перегревом, ему необходимо придти в норму. Однако физика горячего тела очень похожа на физику мягкого. Как и человек после инсульта, прежним наш предохранитель уже не станет никогда! Для убедительности приведу очередной график, процесса реабилитации после стресса, вызванного превышением протекающего тока, который, меткие на слово англичане, обозвали Trip Event. и как они не боятся нашего роспотребнадзора?

Из графика видно, что процесс восстановления может длиться сутками, но полным не бывает никогда. С каждым случаем срабатывания защиты нормальное сопротивление нашего прибора становится всё выше и выше. После нескольких десятков циклов прибор вообще теряет способность выполнять возложенные на него функции должным образом. Поэтому не стоит использовать их в случаях когда перегрузки возможны с высокой периодичностью.
Пожалуй на этом стоило бы и закончить, и наконец приступить к обсуждению областей применения и схемотехнических решений, но стоит обсудить ещё некоторое нюансы, для чего посмотрим на основные характеристики широко распространённых серий нашего героя дня.

При выборе элемента, который вы будете использовать в проекте обратите внимание на максимально допустимый рабочий ток. Если высока вероятность его превышения, то стоит обратиться к альтернативному виду защиты, либо ограничить его с помощью другого прибора. Ну например проволочного резистора.
Ещё один очень важный параметр — максимальное рабочее напряжение. Понятно, что когда прибор находится в нормальном режиме напряжение на его контактах очень мало, но вот после перехода в режим защиты оно может резко возрасти. В недалёком прошлом этот параметр был очень мал и ограничивался десятками вольт, что не давало возможности использовать такие предохранители в высоковольтных цепях, скажем для защиты сетевых блоков питания.
В последнее время ситуация улучшилась и появились серии, рассчитанные на достаточно высокое напряжение, но обратите внимание, что они имеют весьма небольшие рабочие токи.

Скрестим ужа и трепетную лань.

Судя по тому, какое разнообразие устройств PolySwitch предлагает рынок, использовать их в разрабатываемых вами устройствах можно, а в отдельных случаях даже нужно, но к выбору конкретного прибора и способа его использования следует подходить с большой тщательностью.
Кстати, что касается схемотехники, прямая замена плавких предохранителей на PolySwitch хорошо проходит только в простейших случаях.
Например: для встраивания в батарейные отсеки, или для защиты оборудования (электродвигатели, активаторы, монтажные блоки) и электропроводки в автомобильных приложениях. Т.е. устройств, которые не выходят из строя мгновенно при перегрузке. Специально для этого имеется широкий класс исполнения данных устройств в виде перемычек с аксиальными выводами и даже дисков для аккумуляторов.

В большинстве же случаев PolySwitch стоит комбинировать с более быстродействующими устройствами защиты. Такой подход позволяет компенсировать многие из их недостатков, и в результате их с успехом применяют для защиты периферийных устройств компьютеров. В телекоммуникации, для защиты АТС, кроссов, сетевого оборудования от всплесков тока, вызванных попаданием линейного напряжения и молниями. А так же при работе с трансформаторами, сигнализациями, громкоговорителями, контрольно-измерительным оборудованием, спутниковым телевидением и во многих других случаях.

Вот простенький пример защиты USB порта.

В качестве комплексного подхода рассмотрим гипотетическую схему комплексно решающую задачу построения сверхзащищённого светодиодного драйвера с питанием от сети переменного напряжения 220В.

В первой ступени самовосстанавливающийся предохранитель применён в связке с проволочным резистором и варистором. Варистор защищает от резких бросков напряжения, а резистор ограничивает протекающий в цепи ток. Без этого резистора в момент включения импульсного источника питания в сеть через предохранитель может течь недопустимо большой импульс тока, обусловленный зарядом входных ёмкостей. Вторая ступень защиты предохраняет от неправильного переключения полярности, или ошибочном подключении источника питания со слишком большим напряжением. При этом, в момент аварийной ситуации, бросок тока принимает на себя защитный TVS диод, а PolySwitch ограничивает протекающую через него мощность, предотвращая тепловой пробой. Кстати, эта связка настолько напрашивается в ходе разработки схемотехники и так широко распространена, что породила отдельный класс приборов — PolyZen. Весьма удачный гибрид ужа и трепетной лани.

Ну, и на выходе наш самовосстанавливающийся предохранитель служит для предотвращения короткого замыкания, а так же на случай выхода из рабочего режима светодиодов, или их драйвера в результате перегрева, либо неисправности.
В схеме также присутствуют элементы защиты от статики, но это уже не тема данной статьи…

Предупреждён — значит вооружён.

На прощание давайте кратко подведём итоги:
  • Polyswitch это не плавкий предохранитель.
  • Применяя Polyswitch необходимо заботиться о том, чтобы ток который через него проходит даже в случае внештатной ситуации не превышал допустимый. Необходимо применение ограничителей тока. В отдельных случаях ограничителем могут служить такие элементы как соединительные провода (электропроводка автомобиля) или внутреннее сопротивление батарей/аккумуляторов. В таких случаях возможна простейшая схема включения в разрыва цепи.
  • Polyswitch весьма инерционный прибор, он не годится для защиты схем чувствительных к коротким броскам тока. В этих случаях его необходимо применять совместно с другими элементами защиты — стабилитронами, супрессорами, варисторами, разрядниками и т. п., что не освобождает вас от необходимости принятия мер, ограничивающих максимальный ток в цепи.
  • Применяя Polyswitch следует следить чтобы напряжение на нём не превышало допустимого. Высокое напряжение может появиться после срабатывания прибора, когда его сопротивление увеличивается.
  • Следует помнить, что количество срабатываний прибора ограниченно. После каждого срабатывания его характеристики ухудшаются. Он не подходит для защиты цепей в которых перегрузки являются обыденным делом.
  • Ну и наконец, не забывайте что ток срабатывания этого прибора существенным образом зависит от температуры окружающей среды. Чем она выше, тем он меньше. Если ваше устройство рассчитано на эксплуатацию в расширенном температурном диапазоне или периодически работает в зоне повышенных температур (мощный блок питания или усилитель НЧ), это может привести к ложным срабатыванием.
P.S
Специально для того, чтобы в очередной раз не оскорблять чувства пользователя kacang хочу отметить, что при подготовке статьи были использованы материалы из следующих источников:
ru.wikipedia.org
www.platan.ru
www.te.com
www.led-e.ru
www.terraelectronica.ru
а также отрывки знаний из моей головы, почерпнутые в ходе реализации различных проектов по разработке радиоэлектронных устройств, обучения в МИЭТе и привычки, привитой со школьной скамьи, во всём искать физический смысл.

Как сделать электронный предохранитель своими руками

Было бы преступлением не упомянуть здесь плавкие предохранители. Как и другие типы предохранительных устройств они призваны защищать участок цепи от губительных перепадов питающего тока.

 

Плавкие предохранители

Отличительная особенность таких предохранителей — их очевидная простота. Устройство представляет собой не что иное, как участок проволоки небольшого диаметра. Последняя легко плавится при превышении силы тока сверх заданного порога.

Конечно, у такого метода защиты есть очевидный недостаток – время реакции (плавление проволоки не происходит мгновенно). То есть от кратковременных, но от этого не менее губительных, импульсов тока он не спасет. Зато он очень эффективен при коротких замыканиях в сети или при превышении допустимой нагрузки.

Принцип работы основывается на тепловой работе, которую совершает ток при прохождении через проводники (и напряжение здесь не имеет особого значения).

Расчет:

Сила тока = Максимально допустимая мощность цепи / Напряжение

То есть максимальная сила тока, которую должен выдерживать плавкий предохранитель в цепи питания 220 В при максимальной нагрузке в 3 кВт – около 15 А.

Ввиду того, что плавкость зависит от множества факторов (диаметр проволоки, теплоотводящая способность окружающей среды, материал, из которого изготовлена проволока, и т.п.), то чаще всего сгоревший элемент меняют согласно готовым расчетам из таблицы ниже (для наиболее популярных металлов).

Таблица 1

 

Предохранители на реле

Как и было сказано выше, плавкие предохранители имеют серьезный недостаток – время реакции. Кроме того, сгоревший элемент необходимо полностью менять (требуется замена проволоки или всего предохранителя).

В качестве альтернативы можно рассмотреть реле.

Один из примеров реализации такой схемы ниже.

Рис. 1. Схема реле

 

При коротком замыкании в питаемой цепи резко возрастает ток, вследствие чего составной транзистор (VT1 VT2) запирается и всё напряжение прикладывается к первому реле, которое, в результате срабатывания, размыкает второе реле и ток остается только на закрытом составном транзисторе.

Обозначенный блок рассчитан только на цепи, ток питания которых не превышает 1,6А, что может быть неудобно для разных задач.

Её можно немного переделать так.

Рис. 2. Переделанная схема реле

 

Номинал R4 не прописан специально, так как он требует расчета в зависимости от параметров питаемой цепи.

В качестве основы можно использовать готовые показатели в таблице ниже.

Таблица 2

R4, Ом

1,6

0,82

0,6

0,39

0,22

Сила тока срабатывания предохранителя, А

0,9

1,3

1,7

2,0

2,4

Обе приведенные схемы рассчитаны на работу только в цепях питания 12 В.

 

Электронные предохранители без реле

Если ваша схема питается током до 5 А и напряжением до 25 В, то вам определенно понравится схема ниже. Порог срабатывания может быть настроен подстроечным резистором, а время реакции можно задать с помощью конденсатора.

Рис. 3. Схема предохранителя без реле

 

Ввиду того, что под постоянной нагрузкой транзистор может греться, его лучше всего разместить на теплоотводе.

В качестве альтернативной реализации, но с тем же принципом.

Рис. 4. Схема предохранителя без реле

 

Еще более простой электронный предохранитель с минимумом деталей на схеме ниже.

Рис. 5. Схема электронного предохранителя с минимумом деталей

 

При возникновении короткого замыкания транзистор блокируется на непродолжительное время. Если блокировка будет снята, а короткое замыкание останется, то «предохранитель» снова сработает и так до тех пор, пока в питаемой цепи не будет устранена проблема. То есть такой предохранитель не требует включения или выключения. Единственный его недостаток – постоянное включение прямой нагрузки в цепи в виде резистора R3.

 

Электронный предохранитель для 220 В

Схемы электронных предохранителей, приведенные выше, могут работать только в цепях с постоянным питанием. Но что, если вам нужен быстродействующий предохранитель для защиты питания в цепях с переменным током 220 В?

Можно использовать схему блока защиты от перегрузок ниже.

Рис. 6. Схема блока защиты от перегрузок

 

Максимальный ток срабатывания этой схемы, выполненной на стабилизаторе 7906 – 2А.

T1 – транзистор TIC225M, а 

T2 — BTA12-600CW (замена не допустима).

В качестве более простых альтернатив для цепей с переменным током могут выступать следующие.

Рис. 7. Схемы для цепей с переменным током

 

Автор: RadioRadar

Работа и строительство в электротехнике и электронике

В прежние времена телеграфии более популярным благодаря своим усилиям стал француз «Бреге». Именно он предложил использовать уменьшенную часть проводов для защиты телеграфных станций от ударов молнии с разжижением, более тонкие провода будут охранять оборудование вместе с проводкой в ​​здании. В 1864 году осветительные установки и телеграфные кабели могут быть защищены с помощью различных фольговых плавких элементов и проводов.В конце концов, Томас Альва Эдисон получил права на предохранитель, который является элементом его системы распределения электроэнергии в 1890 году. А теперь в этой статье обсуждаются предохранители, типы предохранителей и их применение в различных областях.

Что такое предохранитель?

В области электроники или электротехники плавкий предохранитель считается наиболее важным устройством, которое используется в различных электрических цепях, обеспечивающих защиту от условий перегрузки по току. Устройство снабжено металлической полосой, которая растворяется при прохождении расширенного диапазона значений тока.Из-за растворения металла цепь становится разомкнутой и прекращает подачу питания через устройство.

Это также называется автоматическим отключением питания, которое часто сокращается до ADS. Это дешевое устройство, которое используется для защиты электрических цепей в условиях короткого замыкания или большого диапазона значений тока.

Принцип работы предохранителя

Почему нам нужен предохранитель?

Используются для предотвращения повреждения бытовой техники сильным током или перегрузкой.Если мы используем предохранители в домах, электрические неисправности не могут произойти в проводке, и это не повредит приборы от огня или горящей проволоки. Когда предохранитель выходит из строя или повреждается, возникает резкое искрение, которое может напрямую повредить вашу бытовую технику. Это основная причина, по которой нам требуются различные типы предохранителей для защиты нашей бытовой техники от повреждений. Существует множество предохранителей типа , используемых для защиты цепей .

Предохранители обычно рассчитываются в амперах. Хотя их функциональность основана на самовыделении тепла в сценариях дополнительного тока за счет собственного выработанного электрического сопротивления.Как правило, этого можно достичь, сделав плавкий провод как можно короче. Поскольку длина провода не зависит от номинальных значений тока, минимальная длина провода предполагает минимальное значение сопротивления.

Характеристики предохранителей

Существует несколько характеристик предохранителей в электрической области, и они объясняются следующим образом:


  • Номинальное значение тока — Частая проводимость максимальной величины тока, которая удерживает устройство без включения он в расплавленном состоянии называется текущим номинальным значением.Значение измерения выражается в амперах и имеет тепловые характеристики.
  • Номинальное значение напряжения — Здесь напряжение последовательно соединено с предохранителем, что не увеличивает номинальное значение напряжения.
  • Температура — Здесь рабочая температура предохранителя больше, поэтому номинальный ток падает. Это заставляет предохранитель линять.
  • Падение напряжения — Когда через устройство протекает дополнительный ток, плавкий предохранитель оплавляется и образует разрыв цепи.Так как из-за этого произойдет изменение сопротивления и падение напряжения станет минимальным.

Принцип действия предохранителя

Принцип работы предохранителя — «нагревание вследствие тока». Он изготавливается из тонкой полосы или нити металлической проволоки. Предохранитель в электрической цепи всегда подключается последовательно. Когда происходит образование электрических цепей с высоким током, предохранитель размягчается, и цепь оказывается в разомкнутом состоянии.Сильный ток может привести к обрушению провода и предотвратить подачу питания.

Сценарий работы этого устройства в основном зависит от условий нагрева тока. При общем функционировании тока будет нормальное протекание тока через предохранитель. Из-за протекания тока в элементе предохранителя будет выделяться тепло, и выделяемое тепло будет рассеиваться в атмосферу. За счет этого уровень температуры нагрева поддерживается ниже значений точки плавления.

В то время как в условиях неисправности через устройство будет протекать ток короткого замыкания. Величина этого значения тока больше по сравнению с нормальными уровнями величины тока. Это вызывает появление в предохранителе большого диапазона температур. Итак, устройство начинает плавиться и ломаться. В этом случае предохранитель выступает в качестве защитного элемента от перегрузки или короткого замыкания.

Конструкция предохранителя

Поскольку плавкий элемент изготовлен из тщательно подобранного металлического проводника, он удерживает предохранитель.Таким образом, основная работа этого устройства — пропускать через устройство только ограниченные значения тока. В противном случае он разрывает электрическую цепь и имеет способность подавления перенапряжения . Основная конструкция предохранителя показана ниже:

Предохранитель

А в электрической цепи можно заменить, установив новый предохранитель с аналогичными уровнями номинальной мощности. Он может быть разработан с такими элементами, как Cu (медь), Zn (цинк), Al (алюминий) и Ag (серебро). Они также действуют как автоматический выключатель для размыкания цепи, когда в цепи происходит внезапное повреждение.Это работает как мера безопасности или защита людей от рисков. Вот так предохранитель работает.

Номинал предохранителя = (мощность (ватт) / напряжение (вольт)) x 1,25

Выбор предохранителя может быть выполнен путем расчета номинала предохранителя по приведенной выше формуле.

  • Выберите предохранитель.
  • Запишите напряжение (вольты) и мощность (ватты) прибора.
  • Рассчитайте номинал предохранителя.

После получения результата используйте предохранитель максимального номинала.Например, если рассчитанный номинал предохранителя является максимальным номиналом предохранителя. Это означает, что если расчетный номинал предохранителя составляет 7,689 А, то в электрическую цепь должен быть установлен предохранитель на 8 А.

Различные типы предохранителей

Предохранители в основном подразделяются на несколько типов в зависимости от области применения, а именно: предохранитель переменного тока и предохранитель постоянного тока . И снова они подразделяются на различные типы в зависимости от уровней напряжения. На следующей схеме наглядно представлена ​​таблица типов электрических предохранителей в зависимости от предохранителя переменного тока и предохранителя постоянного тока.Типы предохранителей

Предохранители

постоянного тока имеют более высокие размеры и имеют постоянное значение выше «0» вольт, и из-за этого довольно сложно удалить и отключить цепь. Кроме того, между расплавленными проводами может возникать электрический разряд. Чтобы избавиться от этого, несколько электродов расположены на больших расстояниях, и из-за этого появляются предохранители постоянного тока огромных размеров, и конструкция этого усложняется. Базовый предохранитель постоянного тока показан как:

Типы предохранителей переменного тока

Предохранитель переменного тока меньше по размеру по сравнению с предохранителями постоянного тока, и они имеют колебания почти 50-60 раз в каждую секунду от наименьшего до наибольшего.В результате исключается возможность возникновения электрической дуги между расплавленными проволоками. По этой причине их можно забить небольшими размерами. Кроме того, предохранители переменного тока подразделяются на две части: предохранители высокого напряжения и предохранители низкого напряжения. Здесь LV & HV обозначает низкое и высокое напряжение.

Низковольтные предохранители

Низковольтные предохранители делятся на пять типов: сменные, патронные, выпадающие, ударные и переключающие.

Вторичные типы предохранителей

Вторичные предохранители относятся к категории предохранителей низкого напряжения и почти используются в небольших приложениях, таких как электропроводка в доме, на малых предприятиях и в других приложениях с малым током.Эти типы предохранителей включают две основные части, в том числе основание предохранителя с двумя выводами, такими как вход и выход. Как правило, этот элемент изготавливается из фарфора. Другая часть этого предохранителя — держатель предохранителя, который захватывает элемент предохранителя.

Этот элемент изготовлен из алюминия, луженой меди и свинца. Основное преимущество держателя предохранителя заключается в том, что его можно просто вставить и извлечь из основания предохранителя без риска поражения электрическим током. Поскольку предохранитель поврежден из-за сильного тока, мы можем просто удалить держатель предохранителя, а также вставить обратно провод предохранителя.

Встраиваемый предохранитель
Типы предохранителей патронного типа

Предохранители патронного типа имеют полностью закрытые контейнеры и металлический контакт. Применения этого предохранителя в основном включают низкое напряжение (LV), высокое напряжение (HV) и небольшие предохранители. Опять же, эти типы предохранителей подразделяются на два типа: предохранители D-типа и Link-type.

Этот тип предохранителя состоит из патрона, основания предохранителя, переходного кольца и крышки. Основание предохранителя состоит из колпачка предохранителя, который набивается ингредиентом предохранителя картриджем с помощью переходного кольца.

Состоит из патрона, основания предохранителя, крышки и переходного кольца. В основании предохранителя имеется крышка предохранителя, которая через переходное кольцо соединяется с плавким элементом с патроном. Подключение схемы завершено, когда при наклоне картриджа устанавливается контакт через проводник.

Предохранитель перемычки также известен как предохранитель с высокой разрывной способностью (HRC) или предохранитель типа BS. В предохранителях этого типа ток, протекающий через плавкий элемент, определяется при стандартных условиях.

В этом предохранителе типа BS протекание тока через плавкий элемент обеспечивается при нормальных условиях. Дуга, которая возникает в результате перегорания предохранителя, изготавливается из фарфора, керамики и серебра. Емкость плавкого элемента набита кварцевым песком. Этот тип предохранителя снова подразделяется на две части, включая лезвийный и болтовый.

  • Ножевые и болтовые предохранители

Ножевой предохранитель или вставной предохранитель изготовлен из пластика.Этот тип предохранителя можно просто заменить в электрической цепи вне зависимости от нагрузки.

В предохранителе с болтовым креплением пластины этого предохранителя токопроводящие устанавливаются на основание предохранителя.

Ударник Типы предохранителей

Предохранитель ударного типа используется для отключения и замыкания электрической цепи. Эти предохранители обладают большой силой, а также смещением.

Предохранитель переключающего типа

Обычно предохранитель переключаемого типа снабжен металлическим выключателем, а также предохранителем.Эти предохранители в основном используются при низком и среднем уровнях напряжения.

Типы плавких предохранителей с выпадением

В предохранителях этого типа плавление предохранителя приводит к тому, что элемент падает ниже силы тяжести в отношении его минимальной помощи. Эти типы предохранителей используются для защиты внешних трансформаторов.

DropOut Type

Это основные типы предохранителей низкого напряжения .

Типы предохранителей высокого напряжения (высокого напряжения)

Обычно высоковольтные предохранители используются для защиты трансформаторов, таких как измерительные трансформаторы, трансформаторы малой мощности, а также используются в энергосистемах.Эти предохранители обычно заряжаются при напряжении от 1500 до 138000 В.

Плавленая часть высоковольтных предохранителей изготавливается из меди, серебра или, в некоторых случаях, олова, чтобы обеспечить стабильную и стабильную работу. Эти предохранители подразделяются на три типа, включая следующие.

Патронный предохранитель HRC

Плавкий элемент HRC имеет спиральную форму, что позволяет избежать воздействия короны при высоких напряжениях. Он включает в себя два плавленых элемента низкого сопротивления и высокого сопротивления, которые расположены параллельно друг другу.Провода с низким сопротивлением принимают обычный ток, который перегорает, а также снижает ток короткого замыкания на протяжении всего состояния повреждения.

Картридж HRC Тип
Жидкий Предохранитель типа HRC

Этот тип предохранителя набит тетрахлорметаном, также сохраненным на обоих верхних частях крышек. Однажды ошибка возникает, когда протекающий ток выходит за допустимый предел, и элемент предохранителя перегорает. Жидкость предохранителя действует как стандарт гашения дуги для предохранителей типа HRC.Они могут быть использованы для защиты трансформатора, а также защиты поддержки для автоматического выключателя.

Жидкостный предохранитель HRC Тип
Выталкивающие высоковольтные предохранители

Эти типы предохранителей широко используются для защиты фидеров, а также трансформатора из-за их низкой стоимости. Он рассчитан на 11кВ; также их способность к взлому до 250 МВА. Этот тип предохранителя включает в себя незаполненный цилиндр с открытым концом, изготовленный из бумаги на синтетической смоле.

Элементы предохранителя расположены в цилиндре, а верхние части трубок соединены с соответствующим оборудованием на каждой отделке.Возникающая дуга отводится от внутреннего покрытия цилиндра, и сформированные таким образом газы разрушают дугу.

В зависимости от технических характеристик, требований и применения существует несколько типов предохранителей. Люди могут найти несколько типов предохранителей в области электротехники , типы предохранителей , используемые для защиты цепей, типы предохранителей в энергосистеме, типы предохранителей среднего напряжения, предохранители типа am, предохранители с наконечниками, типы предохранителей mcb, gg предохранитель типа, предохранитель коробчатого типа, и многие другие.

Другой важный тип предохранителей, который чаще всего используется, — это стеклянный предохранитель. Преимущество стеклянных предохранителей заключается в том, что они видны, поэтому их легко определить, работает он или нет. Кроме того, эти стеклянные предохранители обладают минимальной тормозной способностью, которая обычно ограничивает использование приложений до 15 ампер. Несколько из различных типов стеклянных предохранителей :

  • Серия AGC, имеющая стеклянный корпус размером 3 дюйма
  • Серия AGU, имеющая стеклянный корпус размером 5 дюймов
  • Серия AGW, имеющая стеклянный корпус размером 7 дюймов
  • Серия AGX, имеющая 3 дюйма размер стеклянного корпуса
  • SFE тип стеклянного предохранителя
Какие типы предохранителей используются для защиты двигателя?

В основном, предохранители с выдержкой времени применяются в системах ответвлений двигателей.Этот тип предохранителя можно легко подобрать по размеру, равному току всей нагрузки двигателя, чтобы предотвратить возникновение условий цепи и короткое замыкание в электрической сети.

Преимущества и недостатки электрического предохранителя

Некоторые из преимуществ и недостатков электрического предохранителя указаны ниже:

Преимущества

Преимущества электрического предохранителя:

  • Это недорого и не имеет дополнительный уход и техническое обслуживание
  • Устройства представляют собой полностью автомобильные предохранители и требуют минимального времени по сравнению с автоматическими выключателями
  • Поскольку предохранители доступны в меньшем размере, они вызывают ограничивающий ток удар в ненормальных условиях
  • Особенности обратимого время-токового разрешить использование устройства для защиты от перегрузки
Недостатки

Недостатки электрического предохранителя:

  • Требуется некоторое время во время замены предохранителя
  • Время-ток не будет каждый раз синхронизирован с что из защитного элемента

Применение различных типов Предохранители

Обсуждаемые различные типы предохранителей и способы их использования являются важными компонентами всех электрических цепей.Некоторые из основных применений предохранителей в области электротехники и электроники включают следующее.

  • Силовые трансформаторы
  • Электрические устройства, такие как кондиционеры (кондиционеры), телевизоры, стиральные машины, музыкальные системы, и
  • многие другие.
  • Электрические кабели в доме
  • Мобильные телефоны
  • Пускатели двигателей
  • Ноутбуки
  • Зарядные устройства
  • Камеры, сканеры, принтеры и копировальные аппараты
  • Автомобили, электронные устройства и игровые автоматы

Из приведенной выше информации, наконец, мы Можно сделать вывод, что предохранители и их типы объяснены.Основная функция предохранителя — защита электрических цепей от перелива тока. В режиме реального времени ток по проводам может не быть постоянным. В таких ситуациях устройство может выйти из строя из-за перегрева. Несмотря на то, что оборудование хорошо развито с точки зрения обращения с автоматическим выключателем, эти типы предохранителей все еще используются в различных местах, например, в основных электрических компонентах. Вот вам вопрос, что называют полупроводниковыми предохранителями?

Авторы фотографий : CircuitDigest

Предохранитель и типы предохранителей

Различные типы предохранителей — сужение, работа и характеристики

Что такое предохранитель?

Предохранитель — это электрическое / электронное или механическое устройство , которое используется для защиты цепей от перегрузки по току, перегрузки и обеспечения защиты цепи.Электрический предохранитель был изобретен Томасом Альва Эдисоном в 1890 году. Существует много типов предохранителей, но функция всех этих предохранителей одинакова. В этой статье мы обсудим различные типы предохранителей, их конструкцию, работу и работу, а также их применение в различных электронных и электрических системах.

Символы предохранителей IEC и IEEE / ANSI

Связанные сообщения:

Конструкция и работа предохранителя

Обычный предохранитель состоит из металлического провода с низким сопротивлением, заключенного в негорючий материал.Он используется для подключения и установки последовательно с цепью и устройством, которые необходимо защитить от короткого замыкания и перегрузки по току, в противном случае электроприбор может быть поврежден в случае отсутствия предохранителя и автоматического выключателя, поскольку они не могут справиться с чрезмерный ток в соответствии с их номинальными пределами

Принцип работы плавкого предохранителя основан на « тепловом эффекте тока », т.е. всякий раз, когда происходит короткое замыкание, перегрузка по току или несогласованное подключение нагрузки, тонкий провод внутри предохранитель плавится из-за тепла, выделяемого сильным током, протекающим через него.Поэтому он отключает питание от подключенной системы. При нормальной работе схемы плавкий предохранитель является компонентом с очень низким сопротивлением и не влияет на нормальную работу системы, подключенной к источнику питания.

Работа предохранителя

Связанное сообщение: Воздушный автоматический выключатель (ACB): конструкция, работа, типы и применение

Как выбрать правильный номинальный размер предохранителя?

Выбор правильного предохранителя и его номинального размера для электроприборов зависит от различных факторов и условий окружающей среды.Но следующая основная формула показывает, как выбрать предохранитель правильного размера?

Номинал предохранителя = (мощность / напряжение) x 1,25

Например, вам нужно найти предохранитель правильного размера для двухконтактной розетки 10А.

(1000 Вт / 230 В) x 1,25 = 5,4 А

В приведенном выше примере 1 кВт — это номинальная мощность, которой можно управлять через 2-контактную розетку, а основное напряжение питания — однофазное 230 В переменного тока (120 В переменного тока в США. ).

Но вы должны выбрать max i.е. Номинал предохранителя 6А вместо 5,4А для безопасной и надежной работы цепи.

Связанные сообщения:

Характеристики предохранителя

Различные типы предохранителей могут быть разделены на категории по следующим характеристикам.

  • Номинальный ток и допустимая нагрузка предохранителя
  • Номинальное напряжение предохранителя
  • Отключающая способность предохранителя
  • I 2 т Значение предохранителя
  • Характеристика срабатывания
  • Номинальное напряжение предохранителя
  • Размер упаковки

Ниже приводится краткое описание перечисленных выше категорий.

Допустимая нагрузка по току предохранителя

Допустимая нагрузка по току — это величина тока, которую предохранитель может легко проводить, не прерывая цепь.

Отключающая способность:

Значение максимального тока, который может быть безопасно отключен предохранителем, называется отключающей способностью и должно быть выше ожидаемого тока короткого замыкания.

Номинальное напряжение предохранителя

Рассчитайте допустимый ток по току, это максимальное номинальное напряжение, с которым предохранитель может безопасно работать.Каждый предохранитель имеет максимально допустимое номинальное напряжение, например, если предохранитель рассчитан на 32 В, его нельзя использовать при 220 В, разные степени изоляции требуются в разных предохранителях, работающих на разных уровнях напряжения. В зависимости от номинального напряжения предохранитель может быть высоковольтным (высоковольтным), низковольтным (низковольтным) и миниатюрными предохранителями.

I 2 т Значение предохранителя

Термины I 2 т, относящиеся к предохранителю, обычно используемому в условиях короткого замыкания. Это количество энергии, которое переносит плавкий элемент, когда электрическая неисправность устраняется плавким элементом.

Характеристики срабатывания предохранителя

Скорость срабатывания предохранителя зависит от силы тока, протекающего по его проводу. Чем выше ток, протекающий по проводу, тем быстрее будет время отклика.

Характеристика отклика показывает время отклика на событие перегрузки по току. Предохранители, которые быстро реагируют на перегрузки по току, называются сверхбыстрыми предохранителями или быстрыми предохранителями. Они используются во многих полупроводниковых устройствах, потому что полупроводниковые устройства очень быстро выходят из строя из-за перегрузки по току.

Существует еще один предохранитель, который называется , плавкий предохранитель , переключающие предохранители не реагируют быстро на событие перегрузки по току, а перегорают после нескольких секунд возникновения перегрузки по току. Такие предохранители нашли свое применение в электронных системах управления двигателями, поскольку двигатели потребляют намного больше тока при запуске, чем при работе.

Размер упаковки

Как мы уже упоминали выше, предохранители переменного и постоянного тока имеют немного разный тип упаковки, точно так же для разных применений требуется точное использование разных корпусов в цепи.

другие факторы и параметры: маркировка , температура снижение номинальных характеристик , падение напряжения и скорость и т. Д.

Классификация предохранителей

Предохранители могут быть классифицированы как «одноразовые предохранители», « Восстанавливаемый предохранитель »,« Токоограничивающие и не ограничивающие ток предохранители »на основе использования в различных приложениях.

Одноразовые предохранители содержат металлический провод, который перегорает, когда происходит перегрузка по току, перегрузка или несоответствие нагрузки, пользователь должен вручную заменить эти предохранители, переключающие предохранители дешевы и широко используются почти во всей электронике и электрические системы.

С другой стороны, сбрасываемый предохранитель автоматически сбрасывается после срабатывания при возникновении неисправности в системе.

В предохранителе с ограничением тока они создают высокое сопротивление в течение очень короткого периода времени, в то время как предохранитель без ограничения тока создает дугу в случае протекания большого тока для прерывания и ограничения тока в связанных и подключенных цепях.

Различные типы предохранителей

Типы предохранителей

На рынке доступно различных типов предохранителей , и они могут быть категорий на основе различных аспектов.

Полезно знать: предохранители используются в цепях переменного и постоянного тока.

Щелкните изображение, чтобы увеличить

Типы и классификация низковольтных и высоковольтных предохранителей

Предохранители можно разделить на две основные категории в зависимости от типа входного напряжения питания.

Между предохранителями переменного и постоянного тока, используемыми в системах переменного и постоянного тока, есть небольшая разница, которая обсуждается ниже.

Предохранители постоянного тока

В системе постоянного тока, когда металлическая проволока плавится из-за тепла, выделяемого сверхтоком, возникает дуга, и очень трудно погасить эту дугу из-за постоянного значения постоянного тока.Таким образом, чтобы свести к минимуму возникновение дуги предохранителя, предохранитель постоянного тока немного больше предохранителя переменного тока, что увеличивает расстояние между электродами, чтобы уменьшить дугу в предохранителе.

Предохранители переменного тока

С другой стороны, то есть в системе переменного тока напряжение с частотой 60 Гц или 50 Гц меняет свою амплитуду от нуля до 60 раз каждую секунду, поэтому дугу можно легко погаснуть по сравнению с постоянным током. Следовательно, предохранители переменного тока немного меньше по размеру по сравнению с предохранителями постоянного тока.

Предохранители также можно разделить на категории на основе однократных или многократных операций.

Патронные предохранители

Патронные предохранители используются для защиты электроприборов, таких как двигатели, кондиционеры, холодильники, насосы и т. Д., Где требуются высокое номинальное напряжение и токи. Они доступны до 600 А и 600 В переменного тока и широко используются в промышленных, коммерческих и домашних распределительных щитах.

Есть два типа предохранителей картриджей. 1. Предохранитель общего назначения без выдержки времени и 2. Патронный предохранитель повышенной прочности с выдержкой времени.Оба доступны в диапазоне от 250 В до 600 В переменного тока, и их номинал можно найти на торцевой крышке или лезвии ножа.

Предохранители картриджа

заключены в основание и могут быть разделены на предохранители картриджного типа Link и картриджные предохранители типа D.

Предохранитель типа D с картриджем

Предохранитель типа D содержит переходное кольцо, основание, крышку и картридж. Основание предохранителя соединено с крышкой предохранителя, где патрон находится внутри крышки предохранителя. Цепь замыкается, когда наконечник патрона входит в контакт через провод плавкой вставки.

Патронные предохранители
HRC (высокая разрывная способность) Предохранитель или вставка картриджного типа

Мы уже очень подробно обсуждали конструкцию, работу и их применение предохранителей HRC (высокая разрывная способность). Он также охватывает различные типы предохранителей HRC, такие как тип DIN, тип NH, тип лезвия, плавкий предохранитель HRC жидкого типа, высоковольтный предохранитель вытяжного типа, преимущества и недостатки и т. Д. Предохранители высокого напряжения

(HV) используются в энергосистемах для защиты силового трансформатора, распределительных трансформаторов, измерительных трансформаторов и т. Д.где автоматические выключатели не могут защитить систему. Предохранители высокого напряжения рассчитаны на напряжение от 1500 В до 13 кВ.

Элемент высоковольтного предохранителя обычно изготавливается из меди, серебра или олова. Камера плавкой вставки может быть заполнена борной кислотой в случае высоковольтных предохранителей выталкивающего типа.

Автомобильные, ножевые и болтовые предохранители

Эти типы предохранителей (также известные как лопаточные или вставные предохранители ) поставляются в пластиковом корпусе и двух металлических заглушках для установки в розетку.В основном они используются в автомобилях и для защиты электропроводки и короткого замыкания. Ограничители предохранителей, стеклянные трубки (также известные как предохранители Bosch) широко используются в автомобильной промышленности. Номинал автомобильных предохранителей составляет от 12 В до 42 В.

В предохранителях с болтовым креплением основание предохранителя контактировало непосредственно с основанием предохранителя, как и предохранители HRC. Чтобы узнать больше о типах лезвий и типах предохранителей с болтовым креплением, связанных с предохранителями HRC, проверьте сообщение. Типы предохранителей HRC. Предохранители

лезвийного типа: используются в автомобилях
Предохранители SMD (предохранители для поверхностного монтажа), микросхемы, радиальные и свинцовые предохранители
Предохранители

SMD (устройство для поверхностного монтажа и название, полученное от SMT = Surface Mount Technology) представляют собой предохранители типа микросхемы (также известный как электронный предохранитель) используются в устройствах питания постоянного тока, таких как жесткий диск, DVD-плееры, камеры, сотовые телефоны и т. д., где пространство играет важную роль, потому что предохранители SMD очень жесткие по размеру и их также трудно заменить.

Ниже приведены некоторые дополнительные типы предохранителей SMD и предохранителей с выводами.

  • Медленные предохранители для микросхем
  • Быстродействующие предохранители для микросхем
  • Очень быстрые предохранители для микросхем
  • Импульсные предохранители для микросхем
  • Сильноточные предохранители для микросхем
  • Предохранители для телекоммуникационных сетей
  • Предохранители для сквозных отверстий
  • Радиальный предохранитель
  • Свинцовый предохранитель
  • Осевой предохранитель

Предохранитель SMD и осевой предохранитель
Сменные предохранители

Самый известный предохранитель kit-kat (также известный как предохранитель с возможностью перенастройки), который в основном используется в промышленности и домашней электропроводке для небольших токов Системы низкого напряжения (LV).

Повторно заменяемый предохранитель состоит из 2 основных частей. Внутренний элемент предохранителя в качестве держателя предохранителя изготовлен из луженой меди, алюминия, свинца и т. Д., А основание — из фарфора с выводами IN и OUT, которые используются последовательно с цепью для защиты.

Основным преимуществом предохранителя с возможностью перенастройки является то, что его можно легко заменить в случае его перегорания из-за короткого замыкания или перегрузки по току, в результате чего плавятся элементы предохранителя. Просто вставьте еще один провод предохранителей с таким же номиналом, что и раньше.

Термопредохранители

Как упоминалось выше, термический предохранитель является одноразовым предохранителем. Это термочувствительные предохранители, а плавкий элемент изготовлен из термочувствительного сплава. Они известны как термические выключатели (TCO) или термические перемычки.

В тепловом предохранителе плавкий элемент удерживает механический пружинный контакт, который обычно замкнут. Когда через элементы предохранителя протекают большие токи из-за перегрузки по току и короткого замыкания, элементы предохранителя плавятся, что приводит к освобождению пружинного механизма и предотвращению возникновения дуги и возгорания, а также к защите подключенной цепи.

Статьи по теме:

Восстанавливаемые предохранители

Восстанавливаемый предохранитель — это устройство, которое можно использовать несколько раз без замены. Они размыкают цепь, когда происходит событие перегрузки по току, и через определенное время снова подключают цепь. Полимерное устройство с положительным температурным коэффициентом (PPTC, широко известное как самовосстанавливающийся предохранитель, поливыключатель или полидредохранитель) — это пассивный электронный компонент, используемый для защиты от коротких замыканий в электронных схемах.

Применение самовосстанавливающихся предохранителей преодолено там, где замена предохранителей вручную затруднена или почти невозможна, например взрыватель в ядерной системе или в аэрокосмической системе.

Восстанавливаемые предохранители | Изображение предоставлено Википедией

Использование и применение предохранителей

Различные типы электрических и электронных предохранителей могут использоваться во всех типах электрических и электронных систем и приложений , включая:

  • Двигатели и трансформаторы
  • Условия воздуха
  • Домашние распределительные щиты
  • Электрооборудование общего назначения и устройства
  • Ноутбуки
  • Мобильные телефоны
  • Игровые системы
  • Принтеры
  • Цифровые камеры
  • DVD-плееры
  • Портативная электроника
  • ЖК-мониторы
  • Сканеры
  • Батарейные блоки
  • Жесткие диски
  • Преобразователи питания

Вы также можете прочитать

Что такое низковольтные предохранители? — Встраиваемый предохранитель и полностью закрытый или патронный предохранитель

Предохранитель представляет собой устройство прерывания тока, которое размыкает или размыкает цепь путем плавления элемента, когда ток в цепи превышает определенное значение.Предохранители в основном делятся на два типа: предохранители высокого напряжения и предохранители низкого напряжения. Предохранители низкого напряжения можно разделить на два типа, а именно на полузамкнутый или многоразовый тип и полностью закрытый картриджный тип.

Встраиваемые предохранители

Повторно заменяемые предохранители чаще всего используются в проводке корпуса и цепях малого тока. Он также известен как комплект — кат предохранитель. Он имеет фарфоровое основание, несущее неподвижный контакт, через который подключаются провода под напряжением. Держатель предохранителя — это самостоятельная деталь, которая легко снимается или застревает в основании.

Плавкий элемент изготовлен из свинца, олова, меди или сплава олово-свинец. Ток, необходимый для плавления плавкого элемента, в два раза превышает значение нормального рабочего тока. Если в предохранителе используется более двух или трех плавких элементов, их следует держать подальше друг от друга. Коэффициент снижения номинала предохранителя составляет от 0,7 до 0,8. При возникновении неисправности плавкий элемент плавится, и электрическая цепь прерывается.

Плавкий элемент предохранителя вынимается из предохранителя, и его заменяет новый.Подача непрерывна, если предохранитель снова вставлен в основание. Преимущество сменного предохранителя заключается в том, что он заменяет плавкий элемент без какого-либо риска. Стоимость замены тоже очень меньше.

Недостатки сменного предохранителя.

Ненадежная работа — Для исправной работы предохранителя важно выбрать элемент подходящего размера. Элемент разлагается из-за окисления. Окисление происходит из-за постоянного нагрева элемента.

Малая отключающая способность — Отключающая способность предохранителя ограничена. Например, 2 кА — это отключающая способность предохранителя, нормальная токовая нагрузка которого составляет 16 А. И предохранители, нормальная токовая нагрузка которых составляет 200А, их отключающая способность 4кА.

Низкая скорость срабатывания — Время срабатывания дуги предохранителя очень велико. И никакого дополнительного источника для гашения дуги не используется.

Риск возникновения пламени и пожара — Из-за возможности повторного монтажа дешевый провод используется для защиты устройств от короткого замыкания и перегрузки.

Закрытые или картриджные предохранители

Элемент предохранителя заключен в закрытый контейнер. Внутри закрытого контейнера плавкий элемент удерживается металлическими контактами. Предохранители далее подразделяются на D-типы и перемычки. Патронные предохранители с перемычкой также бывают двух типов, а именно, ножевые или болтовые.

Картридж предохранитель типа D

Предохранитель не подлежит замене. Основание предохранителя, переходное кольцо, патрон и крышка предохранителя являются основными элементами предохранителя.Патрон перемещается в крышке предохранителя. Колпачок закреплен на основании предохранителя. Кончик основания предохранителя касается плавкого элемента, и цепь замыкается через плавкую вставку.

Стандартный номинал предохранителя — 6, 16, 32 и 63 ампера. Отключающая способность плавкого элемента составляет 4кА для предохранителей на 2 и 4 ампера. 16кА для предохранителей на 6 или 63 ампера. У этого типа предохранителей нет недостатков. Работа предохранителя очень надежна.

Соединительный картридж или предохранители с высокой разрывной способностью

Каркас предохранителя изготовлен из стеатита.Стеатит — это порошок минерала. В плавких предохранителях в основном используется керамический материал, поскольку они обладают хорошей механической прочностью. Латунный колпачок удерживает плавкий элемент в предохранителе. На керамическом корпусе закреплены латунные колпачки. Он фиксируется с помощью специального усилия, чтобы предохранитель выдерживал высокое давление.

Концевые контакты предохранителя приварены к металлической крышке. Порошок кварца заполняется между плавким элементом и корпусом патрона взрывателя. Этот порошок действует как среда гашения дуги в предохранителе.

Порошок кварца поглощает тепло, вызываемое током короткого замыкания. После поглощения тепла кварц превращается в свинец, который сопротивляется напряжению повторного зажигания.

Предохранитель изготавливается из серебра или меди. Он соединен оловянным соединением. Оловянное соединение контролирует температуру предохранителя от тока короткого замыкания. Температура плавления серебра составляет 980 ° C, а температура плавления олова — 240 ° C. Когда в системе возникает неисправность, ток короткого замыкания сначала проходит через олово.Олово предотвращает прохождение тока короткого замыкания через серебро.

Коэффициент плавления предохранителя перемычки составляет 1,45. Коэффициент плавления некоторых специальных предохранителей составляет 1,2. Лезвие ножа и болтовое соединение — это типы предохранителей.

Защита цепи

Защита цепи
Elliott Sound Products Защита цепи

© 2009 — Аарон Вино (под редакцией Рода Эллиотта — ESP)
Обновлено в марте 2019 г. (ESP)

верхний
Указатель статей
Главный указатель

Содержание
Предисловие

Общая идея предохранителя кажется довольно простой, но на самом деле это наука сама по себе.Максимальный и минимальный номинальные значения тока зависят от многих факторов, включая размер и форму самого корпуса предохранителя, материал, из которого он сделан, а также многие другие факторы, которые не сразу очевидны. Существует поразительное множество различных типов предохранителей, но для подавляющего большинства электронных устройств наиболее распространенным является предохранитель с миниатюрным картриджем M205 (5 × 20 мм). Предохранитель 3AG (6,3 × 32 мм) раньше был самым популярным много лет назад, но для большинства применений его заменил меньший M205.Далее показаны доступные токи.

M205 — 5 × 20 мм 32 мА — 16 А
3AG — 6,3 × 32 мм 40 мА — 32 А

Эти диапазоны охватывают большинство обычных применений, которые мы используем в электронике, но для высоких напряжений и больших токов легко доступны более крупные картриджные предохранители до 400 А. Особые методы необходимы для высоких напряжений, особенно при питании от постоянного тока. Если предохранитель не предназначен для этого, поскольку плавкая проволока плавится, он вполне способен вызвать дугу (это происходит даже при низких напряжениях).Если напряжение будет достаточно высоким, чтобы поддерживать дугу дольше предохранителя, вы можете ожидать (и, в свою очередь, получите) ужасные последствия.

Существуют также предохранители для печатных плат (обычно с расстоянием между контактами 5 мм, но предохранители M205 легко доступны с проволочными выводами), которые упрощают процесс сборки. Обычно ожидается, что в случае выхода предохранителя из строя продукт выбрасывается, потому что для большинства людей ремонт устройства экономически нецелесообразен (предохранитель выйдет из строя только после выхода из строя самого устройства!).В некоторых случаях используются плавкие резисторы. Они рассеивают мощность, но если она превышает пороговое значение (на более длительный, чем некоторый заранее определенный период), идея состоит в том, что плавкий резистор станет разомкнутой. Это не всегда происходит так, как предполагалось, но они являются дешевой «страховкой» от катастрофического отказа, который может вызвать пожар или привести к нарушению изоляционных барьеров.

Мощность, рассеиваемая предохранителем при номинальном токе, значительно варьируется. Например, предохранитель на 32 мА имеет типичное холодное сопротивление более 250 Ом (!!) и рассеивает более 250 мВт при номинальном токе.Предохранитель на 15 А из той же серии (осевые свинцовые и картриджные предохранители Littelfuse — 5 × 20 мм, быстродействующие, серия 217) имеет сопротивление 4 мОм и рассеивает мощность 240 мкВт. См. Таблицу 2 для получения дополнительной информации по этой теме.

Для предохранителя 32 мА на нем может быть до 10 В при номинальном токе. Это очень значительная потеря напряжения, и очевидно, что фактический ток обычно будет намного меньше номинала предохранителя. В некоторых технических паспортах предохранителей указывается плавкий материал провода, а во многих нет, поэтому может быть сложно определить фактическую температуру на основе увеличения сопротивления.

Медь (голая или луженая) широко распространена, но медь имеет высокую температуру плавления. Некоторые из материалов, которые вы, вероятно, найдете, перечислены ниже. Алюминий не очень распространен, потому что его нужно сваривать, что сложнее, чем пайка (другие перечисленные металлы можно паять). Обратите внимание, что при пайке серебра с использованием припоя на основе олова полученный сплав имеет более низкую температуру плавления, чем любой из металлов, используемых по отдельности.

Материал Удельное сопротивление, Ом · м³ Температура плавления, ° C Tempco, Δ / ° C
Алюминий 2.65 × 10 -8 660 3,8 × 10 -3
Медь 1,724 × 10 -8 1084 4,00 × 10
9048 1,59 × 10 -8 961 6,1 × 10 -3 Олово 11,0 × 10 -8 232 4,2 × 10 7 -3 Цинк 5.92 × 10 -8 419,5 3,7 × 10 -3 Таблица 1 — Характеристики металлических предохранителей

Также можно использовать различные сплавы. Раньше олово / свинец были обычным явлением (например, «припой»), но теперь они сняты с производства (снова действует RoHS). В некоторых случаях используется олово / цинк, но конкретный сплав обычно не предоставляется. Это затрудняет определение температурного коэффициента, так как он сильно зависит от количества каждого материала. Приведенный выше список не является исчерпывающим, но он охватывает большинство предохранителей, встречающихся в электронике.

Серебро обычно используется для предохранителей с очень низким током, поскольку его высокая проводимость сводит к минимуму количество необходимого материала и позволяет предохранителю быть быстродействующим. Для сильноточных предохранителей (также известных как «HRC» или высокая разрывная способность) количество материала должно быть минимизировано (требуется высокая проводимость). Это уменьшает количество паров металла, образующихся при катастрофическом выходе предохранителя из строя, как в случае короткого замыкания через источник питания с низким сопротивлением.

Поскольку большая масса металла требует больше времени для нагрева, в плавких предохранителях с задержкой срабатывания (также называемых «Т» (время), запаздыванием или запаздыванием) обычно используются сплавы большего диаметра и с более высоким удельным сопротивлением.Другой метод заключается в использовании толстой проволоки с пружиной, которая вызывает быстрое разделение при плавлении плавкой проволоки, но существуют и другие методы. Любой предохранительный провод, имеющий эффективный «радиатор» (как бы он ни был устроен), естественно, потребует больше времени для размыкания в условиях перегрузки по току. Неисправность должна присутствовать в течение более длительного времени, чтобы позволить проволоке и ее «радиатору» нагреться до температуры плавления материала.

Для получения информации о металлах и их характеристиках я рекомендую The Engineering Toolbox, так как это отличный источник информации, которую иногда трудно найти.

Номинальный ток
А
Ток прерывания
А (макс.)
Сопротивление, Ом
0A Номинальное значение A
Падение напряжения при номинальном токе
Рассеиваемая мощность
При токе 150%
0,315 35 A при 250 В перем. Тока 880 м 4,13 1,300 В 1,6
0,4 277 м 3.00 1.200 В 1,6
0,5 206,5 м 2,00 1.000 В 1,6
0,63 190 м 1,03 650 мВ 1,6
0,8 120,3 м 300 м 240 мВ 1,6
1,0 96,4 м 200 м 200 мВ 1,6
1.25 70,1 м 160 м 200 мВ 1,6
1,6 52,8 м 119 м 190 мВ 1,6
2,0 41,6 м 89,5 м 170 мВ 1,6
2,5 33,4 м 68,0 м 170 мВ 1,6
3,15 22,4 м 47,6 м 150 мВ 2.5
4,0 40A @ 250Vac 16,5 м 32,5 м 130 мВ 2,5
5,0 50 А при 250 В перем. Тока 13,7 м 26,0 м 130 мВ 2,5
6,3 63 A при 250 В перем. Тока 9,5 м 20,6 м 130 мВ 2,5
Таблица 2 — Технические характеристики предохранителей для типичных электронных устройств

Приведенная выше таблица адаптирована из таблицы данных Littlefuse (Осевые свинцовые и картриджные предохранители 5 × 20 мм> быстродействующие> серия 217) для быстродействующих стеклянных предохранителей.Я показал значения, которые, скорее всего, будут использоваться в типичных электронных проектах, но полная таблица содержит гораздо больше информации и охватывает предохранители от 32 мА до 15 А. Я добавил столбец, который показывает сопротивление при максимальном токе (предполагается, что медный провод), и выяснилось, что температура провода предохранителя составляет около 300 ° C при полном номинальном токе. (Подробности для расчета температуры показаны в конце этой страницы.)

Высоковольтные предохранители и предохранители «HRC» (высокая разрывная способность) используют керамический корпус (вместо стекла) и содержат гранулированный наполнитель, обычно кварцевый песок высокой чистоты с определенным размером зерна и плотностью упаковки.Размер зерна предназначен для обеспечения пространства для паров и газов, производимых дугой, для расширения. Он также обеспечивает большую площадь поверхности для эффективного охлаждения дуги. Часть наполнителя плавится под воздействием высоких температур дуги, поглощая огромное количество энергии и быстро гася дугу. Это не то, что обычно требуется в типичных электронных проектах, но предохранители HRC распространены в промышленности и распределении электроэнергии.


Введение

В обычной электрической цепи управление напряжением является наиболее практичным подходом для подачи питания, и данная нагрузка будет иметь какое-то сопротивление.Ток протекает через нагрузку в соответствии с законом Ома, V = I × R, где V — потенциал (Вольт), I — ток (Ампер), а R — полное сопротивление нагрузки (Ом). Решите закон Ома для тока, и результат будет I = V / R. Все в порядке, если нагрузка работает правильно, но если произойдет сбой (состояние отказа), что дальше?

Теоретически, если сопротивление приближается к нулю, ток приближается к бесконечности независимо от напряжения. На практике все реальные электрические источники и режимы отказа не могут поддерживать неограниченный ток.Даже в этом случае ток через короткое замыкание может быть достаточно высоким, чтобы вызвать повреждение оборудования, возгорание или даже взрывы. Поскольку это неприемлемые результаты, необходимо быстро отключить источник электричества.

Кроме предисловия (выше) и разделов «Дополнительные комментарии» и «Измерение внутренней температуры трансформатора» (в конце этой страницы), комментарии и дополнения редактора (Род Эллиотт) выделены курсивом с отступом, как этот абзац. Единственные изменения в исходном тексте Аарона очень незначительны, а орфография была изменена на австралийский английский с оригинальный английский (США).Размер изображений был изменен и / или перерисован в соответствии со стандартами изображения ESP.

1 — Предохранители

Предохранитель можно найти во всем, от небольших электронных устройств до высоковольтных систем питания. Двумя основными компонентами являются проводящий элемент, предназначенный для разрушения при термическом плавлении, и диэлектрическая область, способная разорвать любую возникающую дугу. Предохранитель представляет собой одноразовое устройство и обычно появляется в патроне, что позволяет легко заменить его после прерывания.

Плавкий элемент не должен препятствовать нормальному прохождению цепи, но он также должен перегреваться и плавиться в ответ на чрезмерный ток (перегрузка по току).Проще говоря, функция плавления зависит от выражения мощности P = V × I, где P — мощность в ваттах. Путем алгебраической замены с законом Ома выражение становится P = I² × R, показывая, что линейное изменение тока приводит к квадратичному изменению рассеиваемой мощности, что полезно в предохранителе. Но как быстро должен сработать предохранитель? Быстрый? Медленный? Насколько быстро или медленно? Возможности можно суммировать с помощью TCC (Time / Current Curve). Типичный логарифмический масштаб: ток отображается на горизонтальной оси (x), а время — на вертикальной оси (y).

TCC в Рисунок 1 иллюстрирует очень быстрый предохранитель 1A. Во-первых, мы замечаем, что ни один предохранитель этого типа не может выйти из строя от перегрузки по току до тех пор, пока не будет протекать не менее 1,25 А, и ни один из них не гарантированно выйдет из строя, пока не будет достигнут 1,5 А или 150% номинального тока. Коэффициент 1,5 является довольно оптимистичным, и многие реальные предохранители находятся в диапазоне более двух, что соответствует коэффициенту безопасности , который должен быть допустим, когда указан предохранитель.


Рисунок 1 — Возможные ТСС для быстродействующего предохранителя 1 А

Во-вторых, обратите внимание, что TCC — это область, представляющая неизбежные изменения, поскольку режим термического плавления не может быть точным с реальными материалами.Здесь один предохранитель может сработать при 1,25 А и выйти из строя, то есть сбросит неисправность примерно за десять секунд, а другой предохранитель может не сработать, пока 1,5 А не потечет в течение девяноста секунд. Разрыв между номинальным номинальным током и минимальным срабатыванием также неизбежен, поскольку минимальное срабатывание, слишком близкое к номинальному, может подвергнуть плавкий элемент большим механическим нагрузкам, вызванным термическим воздействием, во время нормальной работы.

Характеристика кривой сохраняется в семействе предохранителей. Предохранитель на 10 А того же семейства даст аналогичную кривую, но со смещением вправо, при начальном срабатывании примерно с 12.5-15А.

Для любого предохранителя три точки данных особенно интересны пользователю-хобби:

  • Номинальное напряжение: Когда плавкий элемент отделяется под нагрузкой, в зазоре может возникнуть дуга. Ток поддерживается дугой, и элемент может свариваться. снова вместе на второй разрыв, иначе дуга может сохраниться и продолжить плавление элемента наружу. Номинальное напряжение указывает максимальное напряжение, при котором отключение можно гарантировать. Номинальное напряжение должно учитывать все возможные условия отказа, включая пределы диэлектрической среды (тип и степень физического разделение между концами), испаренные металлические изделия, образующиеся в камере, и любые опорные конструкции, которые могут позволить дуге «отслеживать».Рейтинги переменного тока обычно выше чем номинальные значения постоянного тока, поскольку переход через ноль ускоряет схлопывание дуги. Предохранители, предназначенные для автомобильных электрических систем на 12 В постоянного тока, обычно имеют номинальное значение 32 В постоянного тока. AC номинальное значение часто составляет 250 В, но этого нельзя предполагать, если нет данных, подтверждающих это.
  • Номинальный ток: Номинальный ток — это максимальный ток, который предохранитель может выдерживать непрерывно. Правильно подобранный предохранитель должен иметь длительный срок службы, но предохранитель с завышенным номиналом может не защитить цепь, если требуемый ток запаса прочности превышает ток, который цепь может выдавать в типичном режиме отказа.
  • Временная характеристика: Плавкие предохранители меньшего размера определяют «быстродействующий» (FA) или «медленный» (SB, или временную задержку) и не обеспечивают TCC. Предназначены быстрые предохранители для приложений, в которых любое состояние отказа должно быть быстро устранено. Предохранители с выдержкой времени полезны, когда кратковременная перегрузка может законно существовать в течение короткого времени. (запуск двигателя или трансформатора) и вызывают ложное срабатывание плавкого предохранителя.

Непредвиденный (усталостный) отказ происходит, когда предохранитель состарился в результате многочисленных рабочих циклов, или предохранитель работает немного выше номинального тока, или предохранитель подвергается неправильному обращению, например, скачкам тока или даже механической вибрации.Усталость металла от старения является нормальным явлением, но последние случаи могут указывать на проблему конструкции системы или недостаточный номинал предохранителя. Плавкий предохранитель, который работает немного выше своего номинального тока или подвергается воздействию броска тока, часто может перемещаться внутри картриджа. Он может пережить несколько циклов, но в конечном итоге выйдет из строя.


2 — Тепловые предохранители

«Тепловой предохранитель» постоянно размыкает цепь в ответ на превышение внешним источником тепла пороговой температуры.Приборы с нагревательными элементами (например, кофеварка), в которых отказ системы может привести к возгоранию при нормальном рабочем токе, часто включают один или два. Тепловые предохранители обычно имеют корпус под напряжением, поэтому требования к электрической изоляции с высокой температурной стойкостью означают, что эти устройства могут быть весьма опасными при неправильном обращении.


3 — Тепловые устройства с самовозвратом

Все устройства с самовозвратом никогда не следует использовать для первичной электрической защиты в хобби-проектах.Их правильнее применять к недорогим схемам управления.

«Термовыключатель с самовозвратом» включает в себя круглую металлическую пластину, которая расширяется в ответ на внешнюю температуру, пока не изменится с выпуклой на вогнутую. Новое положение механически срабатывает выключатель. Эти устройства обычно применяются в простых схемах контроля температуры в приборах с нагревательными элементами, а также могут использоваться для хобби-задач, таких как отключение источника питания, запуск вентилятора или отключение цепи управления.

«Самовосстанавливающийся предохранитель» — это тепловой прерыватель цепи, который временно размыкается в ответ на перегрузку по току через биметаллическую пластину. Биметаллическая полоса связывает два металла с разными скоростями теплового расширения. При нагревании полоса искривляется из-за разных напряжений. В коммутационном приложении полоса постоянно прикреплена к проводу на одном конце и обеспечивает контакт только касанием на другом, вызывая размыкание цепи при изгибе полосы.

Хотя «Polyswitches» (термисторы PTC, используемые для защиты громкоговорителей) могут показаться идеальными в качестве самовосстанавливающихся плавких предохранителей, они совершенно не подходят для сетевые напряжения.Иногда указывается максимальное напряжение, но в большинстве каталогов оно отсутствует. Большинство из них рассчитаны максимум на 60 В пиковое напряжение, и если они будут подвергаться напряжению 120 В или (что еще хуже) 230 В, они, вероятно, выйдут из строя при использовании в качестве устройства защиты сети. Могут быть исключения, но ни одного видели до сих пор.

Поскольку отказ такого устройства почти наверняка приведет к выделению дыма и, возможно, некоторого пожара, нет смысла использовать что-то, что будет производить точно такой же режим отказа, который пытаются предотвратить.


4 — Автоматические выключатели

Автоматический выключатель — это сбрасываемое электромеханическое устройство, которое прерывает подачу электроэнергии в ответ на режим отказа. Стандартный автоматический выключатель реагирует только на перегрузку по току, но специализированные конструкции могут очень точно определять условия отказа с помощью электронных детекторов. К последнему типу относятся прерыватели замыкания на землю (GFI) и дугового замыкания (AFI). Обе они достаточно интересны, но мало или вообще не применимы к хобби-проектам.

Автоматические выключатели, используемые для защиты цепей на сервисном распределительном щите, обычно включают электромагнит в цепи цепи. Катушка магнита не мешает работе цепи при нормальных условиях эксплуатации, но быстро размыкает механизм выключателя в ответ на перегрузку по току. Защита электропитания в жилых и коммерческих помещениях является наиболее распространенным применением, но магнитные прерыватели меньшего размера также можно приобрести для использования в хобби. Магнитные типы включают в себя рычаг или коромысло, которое может быть отключено вручную, например, переключатель, а некоторые также имеют третье положение «срабатывания» между «включено» и «выключено», чтобы указать на предыдущую автоматическую операцию.

В тепловых выключателях

используются нагреватель и биметаллическая полоса, включенные последовательно с цепью, и полоса освобождает подпружиненный рычаг при деформации. Нагрев пропорционален P = I 2 × R, а тепловой выключатель имитирует рабочую характеристику предохранителя с выдержкой времени. Тепловые устройства обычно используются в недорогих удлинителях питания и в качестве защелкивающейся замены стандартного держателя предохранителя в приложениях для хобби. Большинство тепловых устройств не могут быть отключены вручную, и у них будет небольшая временная задержка перед сбросом сработавшего устройства.Некоторые типы могут иметь относительно высокое сопротивление включения и непригодны для низковольтных приложений.


5 — Экспериментальные доказательства

Был получен набор автоматических выключателей и предохранителей для испытаний. Набор для тестирования включал мультитестер True-RMS в качестве амперметра, фиктивную нагрузку на 8 Ом и регулируемый автотрансформатор на 500 ВА. Из соображений безопасности между сетью переменного тока и автотрансформатором был включен изолированный источник питания. Выходное напряжение было отрегулировано для получения желаемого тока через фиктивную нагрузку до практического предела около 7А.Затем последовательно с цепью подключались прерыватель или плавкий предохранитель и измерялось время срабатывания. Для испытаний предохранителей была включена цепь визуального монитора отключения путем подключения цепи светодиода параллельно цепи предохранителя. Когда предохранитель выходит из строя, к цепи светодиода прикладывается полный потенциал цепи.

Был испытан только один автоматический выключатель каждого типа, поэтому было выполнено несколько отключений и усреднено. Тепловые устройства охлаждались между циклами испытаний, чтобы получить полный сброс. Текущие рейтинги были выбраны на основе доступности и совместимости с предельным током 7А испытательного комплекта.Здесь представлены только быстродействующие предохранители 3А и предохранители с выдержкой времени, хотя для проверки совместимости были протестированы несколько типов и номиналов. Четыре блока 3A были протестированы для каждого типа и текущего уровня для получения среднего набора данных. Предполагалось, что выдержавшие испытание предохранители повреждены и не использовались повторно.


5.1 — Автоматический выключатель электромагнитный, номинал 4А

Устройство, показанное на , рис. 2 — это автоматический выключатель магнитного типа, рассчитанный на номинальный ток 4 А и максимальный ток 6 А.Другими словами, характеристики этого конкретного блока могут отличаться, но ни одно устройство этого типа не откажется от отключения, если через него протекает ток 6А или более.


Рисунок 2 — Обычный магнитный выключатель на 4А

При повторных испытаниях было обнаружено, что устройство пропускает максимальный непрерывный ток около 4,25 А до отключения. Для мгновенных токов выше 4,25 А время срабатывания было практически мгновенным.


5.2 — Автоматический выключатель, номинал 0,5 А

А в разобранном виде 2.Устройство 5A показано на рис. 3 , но устройство 0,5A практически идентично. Когда термоэлемент перегревает биметаллическую полосу, полоса изгибается назад, и вилочная пружина освобождает расцепляющую пластину. Давление винтовой пружины размыкает цепь. Устройство на 500 мА имело довольно высокое сопротивление холоду 3,4 Ом, которое увеличивалось до более 8 Ом, когда клемма на стороне элемента была кратковременно нагрета паяльником. При номинальном токе 500 мА устройство снимает не менее 2 В с защищаемого источника питания и поэтому не подходит для многих низковольтных приложений.


Рисунок 3 — Покомпонентное изображение типичного теплового выключателя на 2,5 А

При токе 0,75 А или 150% от номинала выключателю требуется около одной минуты для отключения. При токе 1 А, или 200% от номинала, выключателю требуется 14 секунд для отключения. Блоку требовалось 1-2 секунды для срабатывания при 4А, и задержка по-прежнему составляла почти одну секунду при 5,5А, что более чем в десять раз превышает номинальный ток. Хотя такое поведение не типично для всех тепловых автоматических выключателей, наблюдаемые результаты отражают опасность полагаться на устройства с неизвестными характеристиками, если требуются точные результаты.


5.3 — Тепловой выключатель с заменой предохранителя, номинал 3А

Устройство, показанное на Рис. 4 , представляет собой физическую замену держателя предохранителя типа 3AG, устанавливаемого на панели. В отличие от предыдущего теплового прибора, это устройство обеспечивает максимальное нормальное рабочее сопротивление 0,069 Ом, что было экспериментально подтверждено с помощью высокоточного настольного измерителя Agilent. Он не будет существенно ослаблять напряжение питания в пределах своего номинального диапазона тока.


Рисунок 4 — Типовой тепловой выключатель с заменой предохранителя 3 А

На 3.75A, или 125% от номинала, устройство производило диапазон времени очистки от 82 секунд до 122 секунд, в среднем 101 секунду. Небольшое увеличение тока до 4 А (133%) обеспечило более надежное отключение, так как среднее время упало до 51 секунды с уменьшенным разбросом. При 4,5А (150%) и 5,25А (175%) соответствующее среднее время очистки уменьшилось до 17 секунд и 9 секунд, а при 6,0А (200%) было получено последовательное 5-секундное очищение.


Рисунок 5 — Выбор различных устройств защиты цепей

На рисунке вверху показаны (пронумерованные последовательно слева направо) патронные предохранители… (1) M205 (20 x 5 мм), (2) 3AG, (3) 5AG и (4) специальный блок для монтажа на печатной плате. Также существуют пластиковые (автомобильные) плавкие предохранители: (5) Maxi, (6) ATO и (7) Mini. Мы также можем видеть (8) термовыключатель с самовозвратом, (9) термопредохранитель под напряжением и (10) мигающую декоративную (например, рождественскую) лампу, которая использует самовосстанавливающийся биметаллический переключатель. не устройство защиты цепи, а с использованием почти идентичного механизма.


5.4 — Испытания предохранителей, быстрые и медленные типы, номинал 3А

Несколько типов предохранителей и номиналов были проверены на соответствие, но две модели типа 3AG с номиналом 3А были подвергнуты расширенным испытаниям: CQ-ADL, рассчитанный на применение с выдержкой времени, и CQ-AFE, разработанный для быстродействующей работы. Агрегаты были испытаны на постоянных токах 3,75, 4,00, 4,50, 5,25 и 6,00 А. Четыре новых неиспользованных блока каждого типа были протестированы на каждом текущем уровне (всего 40 единиц), и результаты были усреднены.

При токе 3,75 А ни один из типов предохранителей не смог бы выйти из строя, даже если время испытания продлилось до 20 минут. Элемент предохранителя деформировался, и ток немного упал, что свидетельствовало о значительном нагреве элемента, но, в конце концов, ток стабилизировался и установилось состояние. Неприятный отказ в конечном итоге может произойти после повторных циклов, но цепь не будет защищена в этих условиях.

В 4.00A типу ADL требуется от 7 до 13 минут для отказа, а типу AFE отказал чуть менее пяти с половиной минут.Реальная цепь в конечном итоге будет отключена, но никакая часть подключенного устройства не будет надежно защищена от повреждений.

При 4,50 А время отключения обоих предохранителей резко упало до 01:43 (ADL) и 00:30 (AFE). Силовой трансформатор с приемлемой тепловой емкостью будет защищен любым предохранителем, хотя чувствительная цепь слабого сигнала, питающая от трансформатора, будет повреждена. При токе 5,25А время очистки сокращается до 50 секунд (ADL) и 6,3 секунды (AFE), а также 6.00A произвел 16,75 секунды (ADL) и 0,5 секунды (AFE). Схема теперь защищена в максимально возможной степени.

Результаты можно оценить графически как TCC, хотя следует учесть, что шкалы на рис. 6 и рис. 7 не являются логарифмическими:


Рисунок 6 — TCC для результатов испытаний типа ADL

Плавкие предохранители с замедленным срабатыванием (или с выдержкой времени) обычно менее предсказуемы, чем предохранители с быстрым срабатыванием, и существуют также различные технологии производства.Пробовать тестировать все типы непрактично, потому что многие поставщики считают, что разные типы взаимозаменяемы, поэтому получение надежных поставок определенного типа маловероятно. Тем не менее, показанные общие тенденции сохранятся. Кроме того, ожидайте увидеть незначительные различия между тестируемыми типами 3AG и типами M205 (20 мм x 5 мм).


Рисунок 7 — TCC для результатов испытаний типа AFE

Результаты испытаний демонстрируют, что устройство может быть надежно защищено только в том случае, если имеющийся ток короткого замыкания как минимум в два раза превышает номинальный номинал предохранителя.


6 — Приложение

Как выбрать автоматический выключатель или предохранитель? Традиционный подход заключается в использовании доступного устройства, рассчитанного на номинальный ток полной нагрузки, а затем в надежде на лучшее. Некоторые догадки неизбежны, но есть как минимум два способа улучшить шансы. Во-первых, требуется коэффициент безопасности 2,0, поэтому подключенное устройство должно выдерживать ток короткого замыкания, по крайней мере, в два раза превышающий номинальный номинал устройства, чтобы гарантировать чистое отключение. Все, что ограничивает максимальный ток короткого замыкания, должно быть тщательно продумано.Например, если напряжение питания 24 В, а в цепи есть резистор источника 10 Ом, включенный последовательно с источником питания, полное короткое замыкание на стороне низкого напряжения резистора ограничивается:

I = V / R = 24/10 = 2,4 А

С учетом коэффициента безопасности 2,0 номинал предохранителя не может быть больше ближайшего к 1,2 А (возможно 1,25 А, но обычно 1 А или 1,5 А). Измените спецификацию предохранителя, и это будет не более чем еще один отрезок проволоки в цепи подачи.

Во-вторых, во многих хобби-проектах используется трансформатор, и никакой трансформатор не может обеспечить неограниченный ток короткого замыкания.Если сопротивление короткого замыкания трансформатора можно определить, его можно использовать для расчета максимального первичного тока, который когда-либо будет протекать во время вторичного короткого замыкания. Конструкция трансформатора выходит за рамки статьи, но нам нужно кое-что узнать о тесте на короткое замыкание .

Во-первых, тестируемый трансформатор должен быть рассчитан как минимум на 20-25 ВА или около того. Очень маленькие трансформаторы, как правило, имеют высокое номинальное сопротивление в нормальных условиях эксплуатации и будут перегреваться и сгорать при неисправности без срабатывания обычного предохранителя.Там, где это возможно, трансформатор должен быть снабжен плавким предохранителем (как это делается в блоках вилок от «стенных бородавок»), но в некоторых случаях разработчику, возможно, придется принять перегорания трансформатора как нормальный режим отказа. В таком случае следует указать предохранитель для защиты остальной части системы без ложных отказов от скачков напряжения, а сердечник трансформатора должен быть полностью изолирован от шасси или, по возможности, должным образом заземлен. Заземление жилы является нормальной практикой для всех трансформаторов EI «рамы», но не учитывается в оборудовании с двойной изоляцией и не может быть легко достигнуто с помощью тороидов.Среднестатистическому любителю будет сложно (и, возможно, незаконно в соответствии с местными законами об электробезопасности) построить самодельное оборудование с двойной изоляцией, и ему не рекомендуется пытаться, если не используется самозащищенный блок вилок или эквивалентный низковольтный источник питания с изолированной, защищенный выход.

Во-вторых, нужен регулируемый автотрансформатор и два цифровых мультиметра. См. Рисунок 7 . Номинальное напряжение трансформатора и номинальная мощность должны быть известны заранее.Ток полной нагрузки I FL можно рассчитать для любого набора обмоток путем деления номинальной мощности на номинальное напряжение обмотки. Например, если трансформатор имеет одну номинальную первичную обмотку 120 В и номинальную мощность 300 ВА, ток полной нагрузки через первичную обмотку составляет:

I FL = ВА / В = 300/120 = 2,5 A … или …
I FL = 300/230 = 1,3 A

Испытание на короткое замыкание можно проводить с любым набором обмоток. Для наших целей здесь первичная обмотка будет подключена к регулируемому автотрансформатору, причем один мультиметр будет подключен как последовательный амперметр, а другой мультиметр будет измерять приложенное напряжение.Вторичные обмотки закорочены. Небольшие обмотки управляющего напряжения мало повлияют на результаты испытаний и могут перегреться во время процедуры испытания из-за обычных изменений ошибок. Их можно оставить плавающими, но для получения точных результатов необходимо задействовать все силовые обмотки.

Защитный изолирующий трансформатор, хотя он и не используется в приведенных ниже испытаниях, следует считать важным. Это обычный трансформатор с допустимым вторичным током, по крайней мере, вдвое превышающим ожидаемый максимальный испытательный ток.Первичная обмотка должна быть рассчитана на сетевое напряжение в месте вашего проживания, обычно 120 или 230 В.


Рисунок 8 — Схема оборудования для типичного испытания на короткое замыкание

Автотрансформатор должен быть установлен на 0 В, после чего включается питание. Вольтметр должен подтверждать, что напряжение на трансформаторе ниже 1 В, а амперметр не должен измерять значительный ток. Если это не так, ПРЕКРАТИТЕ ТЕСТ и проверьте все настройки и соединения оборудования! В противном случае выходное напряжение автотрансформатора будет медленно повышаться до до тех пор, пока амперметр не сообщит о протекании тока полной нагрузки первичной обмотки трансформатора.Хотя он не измеряется, соответствующий ток полной нагрузки также будет протекать через закороченные вторичные обмотки. Напряжение короткого замыкания теперь можно определить по вольтметру.

Обратите внимание, что не обязательно, чтобы испытательный ток был равен номинальному току полной нагрузки. Я провел несколько тестов и обнаружил, что даже ошибка ± 50% в тесте ток меняется очень мало. Конечный результат остается довольно точным при условии точной регистрации напряжения и тока.Также стоит указать Из этого следует, что если трансформатор обычно нагревается в (предлагаемом) применении, испытание следует проводить при нормальной рабочей температуре или около нее. Потому что медь имеет положительный температурный коэффициент сопротивления, сопротивление обмотки увеличится до , если трансформатор горячий. Особенно для некоторых небольших трансформаторов этого может быть достаточно, чтобы сделать предохранитель предельного номинала совершенно бесполезным.

Чтобы определить полное сопротивление короткого замыкания, просто разделите напряжение короткого замыкания на ток полной нагрузки.Для нашего трансформатора 300 ВА, если приложенное напряжение при испытании на короткое замыкание составляло 10 В на обмотке 120 В при токе 2,5 А, то полное сопротивление короткого замыкания было бы:

R SC = V SC / I FL = (5 / 2,5) = 8 Ом

Результат иногда обозначается Z, а не R, поскольку импеданс содержит как резистивные, так и реактивные компоненты. Для простых расчетов тока его можно понять и использовать как R в законе Ома.

Пример результатов испытаний для нескольких реальных трансформаторов приведен в таблице 3.

90.8696 90 9065 9064 9
Производитель Модель Pri-1 (V) Pri-2 (V) Sec-1 (V) Sec-2 (V) VA I FL (A) V SC (V) R SC (Ом)
Antek, Inc. AN-0212 115 115 12 12 20 0.1739 9,84 56,6
Antek, Inc. AN-0512 115 115 12 12 50 0,4348
Inc. AN-1225 115 115 25 25 100 0,8696 8,77 10,1
Amveco Mag. AA-28263 120 57 CT 288 2.4000 7,29 3,03
Amveco Mag. AA-28263 120 57 CT 288 2,4000 7,33 3,05
ILP Mfg14 — 12064 12048 24 160 1,3333 9,71 7,28
Тороид MD 4230 115 115 18 100 18 5,85 6,72
Австралийские тесты — Показанный ток полной нагрузки является испытательным — может незначительно отличаться от номинального тока полной нагрузки
Altronics (Toroid) M5518 240- 240- 18 18 300 1,23 12,30 10,0
Altronics (тороид) M5525 240 25 1215 13,49 11,1
Harbuch (тороид) 12417 240 48 48 500 2,15

9 9064 9 96501105 110 110 28 28 200 0,909 19,80 21,8
Пользовательские (EI) 28 300 1.24 16.61 13.4
Неизвестно (EI) * НЕТ 120 120 12 12 4 17.0m

0

Таблица 3 — Примерные данные импеданса трансформатора, полученные в результате испытаний на короткое замыкание
* Трансформатор 4 ВА включен только для сравнения.

Теперь мы можем рассчитать максимальный ток, который может протекать через первичную обмотку трансформатора при коротком замыкании на вторичной обмотке, просто разделив номинальное первичное напряжение на импеданс короткого замыкания.Рассмотрим трансформатор 50 ВА из таблицы выше. Номинальное первичное напряжение 115 В, сопротивление короткого замыкания 24,6 Ом:

I SC = V / R SC = 115 / 24,6 = 4,7 A

Даже если оба провода вторичной обмотки прикручены к тяжелой шине, когда трансформатор находится под напряжением, в первичной обмотке будет проходить ток не более 4,7 А, даже если трансформатор начинает дымиться! В этих условиях трансформатор будет работать при мощности около 540 ВА. Сравнивая экспериментальные данные о предохранителях, полученные ранее, мы делаем вывод, что любой предохранитель трансформатора с номиналом более 3 А, быстродействующий или 2 А, медленно срабатывает, не будет надежно защищать этот трансформатор от неисправности, возникающей на вторичной стороне.

Для трансформатора 230 В аналогичного номинала можно ожидать, что токи полной нагрузки и короткого замыкания будут примерно вдвое меньше, чем измеренные на трансформаторе 115 В. В результате требуемый номинал предохранителя также будет примерно вдвое меньше, чем требуется для защиты описанного выше блока.

Если мы рассмотрим сравнение трансформаторов Amveco 288VA и Altronics 300VA (они настолько близки, насколько мы можем получить с доступными образцами). Полная нагрузка и короткое замыкание токи следующие…

I FL = 2,40 A, I SC = V / R SC = 115 / 3,03 = 37,9 A (Amveco)
I FL = 1,25 A, I SC = V / R SC = 240 / 10,0 = 24,0 А (Altronics)

Это простое сравнение показывает, что у этих более мощных трансформаторов очень большой запас, а требуемый предохранитель составляет примерно половину для 240 В (по сравнению с 115 В), как ожидалось. Запись что из этих данных очевидно, что трансформаторы малой мощности намного труднее всего защитить.Во многих случаях встроенный одноразовый плавкий предохранитель — это только безопасный способ защиты трансформаторы ниже примерно 10ВА.

Посмотрите на трансформатор 20 ВА в таблице. Ток короткого замыкания составляет чуть более 2 А, а ток полной нагрузки составляет ~ 170 мА. В идеале для этого требуется предохранитель на 200 мА, хотя более доступный Предохранитель на 500 мА сработает. В то время как трансформатор защищен от серьезной неисправности, существует небольшая защита от продолжительной незначительной перегрузки. Трансформатор австралийского 500 ВА имеет огромную колебания первичного тока, и он может легко перегореть почти любой предохранитель, который вы используете в случае серьезной неисправности (S.Ток C превышает 50 А при 240 В!).

По мере уменьшения размера трансформатора уменьшается и отношение полной нагрузки к току повреждения — например, некоторые трансформаторы мощностью ~ 2 ВА могут показывать значительное увеличение тока при замкнутой вторичной обмотке, но ток по-прежнему настолько мал, что использование обычного предохранителя может оказаться невозможным. Защита от небольших, но продолжительных перегрузок равна нулю из-за небольшого увеличения первичного тока. См. Заключение для получения дополнительной информации по этой теме, так как это больше, чем может показаться изначально.


Заключение

Предохранители и автоматические выключатели не следует выбирать случайно. Каждый уникальный тип имеет разные функциональные характеристики, и это защитное устройство может быть единственной вещью, стоящей между пользователем и пожаром или серьезным поражением электрическим током! Если коэффициент безопасности применяется к номинальному значению отключения устройства и правильно понимается, что трансформатор может потреблять только ограниченное количество тока в наихудшем случае неисправности, тогда должна быть возможность разработать проект для вероятного предохранителя или цепи. выключатель, а не просто надеяться, что будет достаточно самой удобной вещи из имеющихся.

Предохранители и аналогичные защитные устройства часто были неопределенной областью для многих любителей. Хотя невозможно полностью охватить тему в короткой статье, мы надеемся, что читатель получил достаточно информации, чтобы улучшить его или ее понимание темы, и будет подготовлен для создания более безопасных и надежных проектов.


Дополнительные комментарии

Будьте осторожны и остерегайтесь небольших трансформаторов (обычно менее 10-15 ВА, более низкие значения постепенно ухудшаются).Поскольку они обычно работают с частично насыщенным сердечником, расчетный ток полной нагрузки нельзя использовать — , он должен быть измерен при полном номинальном напряжении . Точно так же ток короткого замыкания должен быть измерен при полном напряжении сети. Хотя это приведет к серьезной перегрузке трансформатора, если испытания будут продолжаться кратко (столько, сколько требуется для получения точных измерений), трансформатор не будет поврежден. Убедитесь, что вы даете ему время остыть до нормальной температуры покоя между тестами.

С маленькими трансформаторами все усложняется из-за насыщения сердечника. Они изготавливаются так, потому что в противном случае регулировка была бы неудачной из-за высокого сопротивления обмотки (около 550 Ом для тестируемого блока 4 ВА). Таким образом, в то время как рассчитал ток полной нагрузки трансформатора 4 ВА, равный 16,6 мА при напряжении 230 В, трансформатор потребляет 51 мА без нагрузки, 56 мА при полной нагрузке и 190 мА при коротком замыкании вторичной обмотки — если учесть, что вам нужно соотношение не менее 2: 1 для надежного предохранителя в разумные сроки, этот трансформатор не может быть надежно защищен имеющимися предохранителями, и любой предохранитель будет где-то между сомнительным и бесполезным.

Это намного хуже, потому что медный провод имеет положительный температурный коэффициент, а сопротивление увеличивается по мере нагрева трансформатора. В конце концов, точка теплового равновесия может показаться вероятной, но она будет при температуре выше допустимого максимума для изоляции. Во время тестирования можно было увидеть падение тока, поскольку неисправность сохранялась (я проводил тепловое испытание в течение 1 минуты). К тому времени, как я отключил питание, первичный ток уже упал до ~ 150 мА и продолжал падать.На этом этапе трансформатор можно было считать только теплым — он не был горячим (по крайней мере, не снаружи — я не мог измерить сопротивление обмотки, но его можно рассчитать как около 90 ° C на основе увеличения сопротивления).

Примерно через 5 минут можно ожидать, что ток упадет до менее 100 мА, поскольку медь нагревается сильнее и ее сопротивление увеличивается. К этому времени трансформатор будет опасно горячим. Вероятность того, что какой-либо доступный предохранитель сможет защитить этот трансформатор, практически равна нулю — даже при полном замыкании на вторичной обмотке.Защита от незначительной перегрузки невозможна, потому что увеличение первичного тока настолько мало между холостым ходом и полной нагрузкой. Меньшие трансформаторы показывают еще меньшие отклонения, отсюда обычное применение одноразового теплового предохранителя, встроенного в обмотки. Во многих приложениях плавкий предохранитель — это только способ защиты трансформатора от катастрофического (и потенциально смертельного) отказа.

Большие (500 ВА и более) тороидальные трансформаторы создают дополнительную проблему.В то время как ток полной нагрузки может составлять всего несколько ампер, пусковой ток (ток, который течет при подаче питания) часто ограничивается только сопротивлением постоянному току первичной обмотки. Это может затруднить выбор предохранителя, поскольку он должен выдерживать ток 50 А или более в течение одного сетевого цикла, но при этом защищать оборудование от продолжительной перегрузки — не обязательно короткого замыкания на вторичной обмотке. Одно решение — это плавкие предохранители (с выдержкой времени), второе — использование схемы плавного пуска, которая ограничивает пиковый ток до уровня, с которым предохранитель может справиться без усталости.См. Пример в Project 39.

В конечном счете, пользователь должен понимать, что все формы защиты на линии — это компромисс. Как предохранители, так и автоматические выключатели могут защитить от катастрофического отказа при правильном выборе, но чрезвычайно сложно обеспечить адекватную защиту от продолжительной перегрузки, особенно с усилителями мощности звука. Очень часто силовой трансформатор будет (иногда сильно) перегружен, когда оба канала усилителя выведены на полную мощность.Обычно это не проблема, потому что при нормальном использовании максимальная мощность требуется только для переходных процессов, поэтому перегрузка кратковременная. Тем не менее, предохранитель не должен перегорать при нормальном использовании, но если усилитель привести в состояние ограничения и удерживать его в течение некоторого времени, трансформатор будет перегреваться. Поврежден он или нет, зависит от того, насколько сильно он нагревается, и от конструкции самого трансформатора. Как правило, это информация, которая часто приходит слишком поздно, особенно если речь идет о самодельном оборудовании. Многие люди говорят, что конструкция ESP очень консервативна, и это сделано намеренно.Предложение трансформатора большего размера, чем действительно необходимо, означает, что вероятность длительной перегрузки не приведет к отказу трансформатора и значительно упростит применение надлежащего предохранителя.

Как отмечает Аарон, выбор защитных устройств не так прост, как может показаться. Любой предохранитель или автоматический выключатель следует выбирать на основе рекомендаций производителя трансформатора или после некоторых основных испытаний для определения пределов. В общем, трансформаторы от 75 ВА до 300 ВА достаточно легко защитить как от катастрофического отказа, так и от длительной перегрузки, хотя даже на них может повлиять значительный пусковой ток при включении (~ 150 ВА и выше).Медленный предохранитель соответствующего номинала обычно обеспечивает лучшую защиту при минимальных затратах. Однако проблема 115 В по сравнению с 230 В добавляет дополнительный уровень сложности, поэтому убедитесь, что вы понимаете факты, прежде чем принимать решение о конкретном номинале предохранителя.


Измерение внутренней температуры трансформатора

Невозможно измерить температуру напрямую, поскольку первичная обмотка недоступна. Поскольку первичная обмотка почти всегда заводится первой, она закапывается до такой степени, что обычно невозможно добраться до нее.Тем не менее, мы можем легко использовать температуру меди и немного математики, чтобы вычислить это, просто измерив сопротивление холоду и нагреву. Результат всегда будет приблизительным, потому что мы не знаем, как был обработан медный провод (поэтому его температура может быть несколько изменчивой). Я принял число 4 × 10 -3 .

Имеются некоторые расхождения в отношении фактического коэффициента сопротивления для меди — значения, найденные в сети, варьируются от 3,9 E-3 до 4,3 E-3 .Я выбрал золотую середину, остановившись на 4 E-3 (4 × 10 -3 ). Не стесняйтесь использовать то значение, которое вам наиболее удобно. Также обратите внимание, что коэффициент сопротивления меняется в зависимости от того, является ли медь жесткой вытяжкой или отожженной.

Если мы примем, что медь имеет тепловой коэффициент сопротивления 4 × 10 -3 на ° C, следовательно, если трансформатор имеет сопротивление постоянному току (скажем) 50 Ом при 25 ° C, при 150 ° C это будет увеличить до …

R T2 = R T1 × (1 + α × (T2 — T1))

где T1 — начальная (окружающая) температура, T2 — конечная температура, а α — термический коэффициент сопротивления.Подставляя наши значения в приведенное выше уравнение, мы получаем …

R 150 = R 25 × (1 + 4 × 10 -3 × (150-25)) = 75 Ом
¹ Обратите внимание, что «температура окружающей среды» — это температура , непосредственно примыкающая к устройству . Это , а не температура в комнате, на улице или во Внешней Монголии!

И наоборот, если мы знаем изменение сопротивления, то вычислить конечную температуру (T2) несложно, при условии, что у нас есть эталонное сопротивление, полученное при известной температуре перед испытанием (T1, 50 Ом).

ΔT = ΔR / (R T1 × α)

Где ΔT — повышение температуры, а ΔR — изменение сопротивления. Для предыдущего примера изменение сопротивления составляет 25 Ом (75 Ом — 50 Ом), поэтому мы получаем …

ΔT = 25 / (50 × 4 × 10 -3 ) = 125 ° C
T2 = ΔT + T1 = 125 + 25 = 150 ° C

Единственный способ определить, сколько времени потребуется обмотке трансформатора, чтобы достичь заданной температуры, — это измерить. Хотя это (теоретически) возможно вычислить, для этого потребуется гораздо больше информации, чем вы сможете получить от производителя, и гораздо больше математики, чем я готов исследовать и передать.

Я полагаю, что немногие люди когда-либо возьмутся проводить измерения и выполнять вычисления, как показано здесь. Это жаль, потому что есть так много всего, чему можно научиться, что, хотя это может быть не сразу необходимо, это полезно и увеличивает общее понимание и общие знания.


Предохранители усилителя / динамика

Нередко предохранители устанавливаются в выходы динамиков некоторых усилителей (я никогда не включаю их в это положение), и иногда они также используются в корпусах динамиков как часть кроссоверной сети — обычно для защитить твитер.Короче говоря, это не очень хорошая идея, потому что постоянно меняющаяся температура (и, следовательно, сопротивление предохранителя) на самом деле может вызвать искажение! Поскольку он почти всегда находится вне контура обратной связи усилителя мощности, искажение не компенсируется, и хотя обычно его не слышно, тем не менее оно есть. Остерегайтесь предохранителей Audiophool по безумным ценам, которые заявляют, что «решают» проблему, потому что они этого не делают и не могут. Плавкие предохранители в линиях питания усилителя (или в первичной цепи трансформатора) не вызывают этой проблемы , а не , несмотря на заявления шарлатанов.Усилители (и предусилители) в основном не подвержены влиянию небольших изменений напряжения питания, о чем свидетельствует тот факт, что пульсации источника питания (которые присутствуют почти во всех источниках питания ) не достигают выхода.

Существует «индустрия» мошеннических «продуктов», которая не перестает удивлять (и раздражать) технических писателей и тех, кто действительно разбирается в физике электронных продуктов. Среди них — предохранители для аудиофилов (или аудиошкол), которые не только утверждают, что предотвращают перечисленные выше проблемы, но в некоторых случаях даже являются «направленными», даже если диод не используется.Цены могут быть поразительными, равно как и заявления продавцов и их «довольных клиентов». Это мошенничество, и предохранители (как и большая часть другой чепухи, которую продают эти ублюдки) никогда не будут (и не могут) делать ничего, что утверждают продавцы. Предохранитель зависит от нагрева материала при увеличении тока, поэтому он должен (по определению) иметь сопротивление. Хотя существуют различные материалы с четко определенным (и низким) температурным коэффициентом, большинство из них имеют чрезвычайно высокие температуры плавления. Эти сплавы используются в резисторах большой мощности, но они не подходят для предохранителей , поскольку имеют низкий коэффициент термического сопротивления.Любой, кто достаточно глуп, чтобы платить по 150 долларов США за каждые «квантовых» (квантовые, моя задница!), Предохранителей, не имеет ясного мышления или попросту обманут людьми, которых следует выселить с этой планеты! И да, вы можете заплатить даже больше — кому-нибудь за предохранители с пчелиным воском и «специальный шумоподавляющий порошок» всего за 225 долларов США за штуку?

В странах змеиного масла сделано много заявлений, ноль настоящей науки (если вы не считаете вуду «наукой») и нет причин покупать что-либо, кроме «обычных» предохранителей от уважаемых производителей .Использование предохранителей в линиях громкоговорителей, как правило, неразумно, но также неразумно было бы обходить их, если они установлены, потому что это может подвергнуть ваши громкоговорители опасности. Лучшее предложение — использовать схему защиты от постоянного тока (например, описанную в Project 33), но это не всегда возможно в коммерческом продукте. Я полагаю, что нет причин, по которым он не может быть построен как «подвесной» агрегат, но это сделало бы его довольно «интересным» дополнением.

Конечно, если вы поверите чуши продавцов змеиного масла, вы полностью проигнорируете все, что написано в этой статье.Поскольку «специальные» предохранители, которые вы покупаете (предположительно), производятся в небольших мастерских с русалками в качестве рабочей силы, вы можете быть уверены, что у них не будет никаких данных испытаний, а также сертификатов UL, CSA, IEC или других другие организации по стандартизации. Это может поставить вас в невыгодное положение со страховщиком, если ваше оборудование загорится и сгорит дом, но, по-видимому, это незначительное раздражение, которое перекрывается огромным улучшением, которое, как вы думаете, вы слышите.

В общем, избегайте онлайн-обзоров и мнений.Некоторые из них основаны на какой-либо науке, и большинство из них принимает желаемое за действительное. Аудиомошенничество — одна из тех вещей, которую невозможно остановить, потому что либо власти не интересуются «мелкими игроками», либо никто не жаловался достаточно громко. Печально то, что многие жертвы мошенничества никогда не сообщают об этом , потому что думают, что это может заставить их выглядеть глупо


Высоковольтные предохранители

Высоковольтные предохранители отличаются от «обычных» предохранителей тем, что они должны быть способны гасить дугу, которая возникает в условиях неисправности.Это не то, что понадобится большинству любителей, но когда вы имеете дело с несколькими тысячами вольт, испаренный металл, который образуется внутри корпуса предохранителя, может стать проводящим путем. В высоковольтных предохранителях почти всегда используется керамическая трубка, заполненная керамическим порошком. Сам предохранитель должен быть достаточно длинным, чтобы обеспечить соблюдение расстояний утечки (расстояние вдоль корпуса предохранителя) и зазора (расстояние по воздуху между токопроводящими частями) в соответствии с напряжением.Предохранители HRC (высокая разрывная способность) обычно используются для защиты от высокого напряжения, а картридж заполнен мелким кварцевым песком или другой средой, подходящей для гашения дуги.

Это не то, что когда-либо понадобится большинству любителей, но если вам случится играть с ламповыми усилителями, вы можете обнаружить, что « нормальный » стеклянный предохранитель на 250 В не подходит, и вам нужно будет использовать предохранитель, специально рассчитанный на работу с высоким напряжением. Это становится более важным, если предохранитель находится в источнике постоянного тока, потому что постоянный ток может поддерживать дугу намного эффективнее, чем переменный ток, который по определению проходит через ноль дважды за каждый полный цикл.


Список литературы

Нет никаких конкретных ссылок, но для проверки некоторых данных использовались различные спецификации от известных производителей предохранителей. В частности, таблицы данных Littelfuse и RS Components стали источником некоторых результатов, представленных в таблице в предисловии к этой статье. Если вы избегаете шарлатанов, можно найти много полезной информации, но результаты тестов, которые показал Аарон, являются его собственной работой и не основываются на опубликованных данных.



Основной индекс
Указатель статей
Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, помимо прочего, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Аарона Виено и Рода Эллиотта и защищена авторским правом © 2009. Воспроизведение или переиздание любыми средствами, электронными, механическими или электромеханическими строго запрещено международными законами об авторском праве.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.