熔断器的作用是什么(熔断器工作原理)

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熔断器其实就是一种短路保护器,广泛用于配电系统喝控制系统,主要进行短路保护或严重过载保护。

熔断器一种简单而有效的保护电器。在电路中主要起短路保护作用。

熔断器主要由熔体和安装熔体的绝缘管(绝缘座)组成。使用时,熔体串接于被保护的电路中,当电路发生短路故障时,熔体被瞬时熔断而分断电路,起到保护作用。

熔断器的作用是什么(熔断器工作原理)

常用的熔断器 (1)插入式熔断器

如图1所示,它常用于380V及以下电压等级的线路末端,作为配电支线或电气设备的短路保护用。

图1 插入式熔断器

1-动触点 2-熔体 3-瓷插件 4-静触点 5-瓷座

(2)螺旋式熔断器

如图2所示。熔体上的上端盖有一熔断指示器,一旦熔体熔断,指示器马上弹出,可透过瓷帽上的玻璃孔观察到,它常用于机床电气控制设备中。螺旋式熔断器。分断电流较大,可用于电压等级500V及其以下、电流等级200A以下的电路中,作短路保护。

图2 螺旋式熔断器

1-底座 2-熔体 3-瓷帽

(3)封闭式熔断器

封闭式熔断器分有填料熔断器和无填料熔断器两种,如图3和图4所示。有填料熔断器一般用方形瓷管,内装石英砂及熔体,分断能力强,用于电压等级500V以下、电流等级1KA以下的电路中。无填料密闭式熔断器将熔体装入密闭式圆筒中,分断能力稍小,用于500V以下,600A以下电力网或配电设备中。

图3 无填料密闭管式熔断器

1-铜圈 2-熔断管 3-管帽 4-插座 5-特殊垫圈 6-熔体 7-熔片

(4)快速熔断器

它主要用于半导体整流元件或整流装置的短路保护。由于半导体元件的过载能力很低。只能在极短时间内承受较大的过载电流,因此要求短路保护具有快速熔断的能力。快速熔断器的结构和有填料封闭式熔断器基本相同,但熔体材料和形状不同,它是以银片冲制的有V形深槽的变截面熔体。

(5)自复熔断器

采用金属钠作熔体,在常温下具有高电导率。当电路发生短路故障时,短路电流产生高温使钠迅速汽化,汽态钠呈现高阻态,从而限制了短路电流。当短路电流消失后,温度下降,金属钠恢复原来的良好导电性能。自复熔断器只能限制短路电流,不能真正分断电路。其优点是不必更换熔体,能重复使用。

工作时,熔断器串连在被保护的电路中。当电路发生短路或严重过载时,熔断器中的熔断体将自动熔断,起到保护作用,最常见的就是保险丝。

参数选择

(1)熔断器额定电压应符合电动机的运行电压。熔断器的工作电压与其熔管长度及绝缘强度有关。不能把熔断器用在高于其额定电压的回路中去,也不能把大熔片装到小溶断管中去。

(2)熔断器的额定电流应大于电动机回路长期通过的最大工作电流。

(3)熔断器的极限断路电流应大于流过的最大短路电流。用以保证切断故障电流时,不致烧毁熔断器。

(4)熔件的额定电流应按下列三个条件选择:

①按正常工作条件选择:

电动机起动电流可达(4~8)IeD,起动持续时间约为5~10s。在此条件下,熔断器既不应老化,也不能熔断。

具体的熔断器特性应按生产厂家供给的曲线,由试验得知,熔断器的额定电流约为最大通过电流的一半时,可满足上述要求。

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简单的系统保护:

最简单的电子电路保护形式是具有恰当额定值的保险丝。为应用开发适当解决方案时,有各种保险丝可供选择,包括但不仅限于快熔断、慢熔断、多状态以及智能保险丝等。保险丝之所以种类繁多,是因为每一款都有其自身问题。

快熔断保险丝的特点正如其名,熔断速度快,这意味着故障跳变的可能性很高,会导致产品召回。因此,如果要选择这种保险丝,应当对其进行优于 50% 的调降,也就是说 5A 的电轨应选择额定值超过 10A 的保险丝,以避免应用中出现假故障。

慢熔断保险丝断开所需时间较长,但仍会出现故障跳变。因此这里也建议执行至少 50% 的调降。

多状态保险丝有一个非常好的特性,即错误清除后能够以极低的成本进行高效恢复。每次跳变后,后续跳变点阀值就会降低,也就是说更容易发生跳变。因此,误跳变几率会随时间的推移而升高。

智能保险丝或三端保险丝是既可通过指令熔断,也可因过流而熔断的器件。通常,这种保险丝不但成本比以上方案高很多,而且还需要电源电压保持在一定的高度,才能真正熔断保险丝。否则,在出现故障时所有部件都会变得很热,而且可能不会引起安全关断。

所有这四种方案都具有会导致故障跳变的两大主要问题。首先,它们无法限制上电时或掉电后进入系统的浪涌电流。其次,由于它们都需要调降,因此可能会允许充足的电流通过系统故障部位,使故障电路进一步发热,导致更严重的故障。例如,一个额定5A 的 12V 系统可能会试图使用 10A 甚至更高额定值的保险丝。在短路且电源工作良好的情况下,这可能会为故障电路输入高达 120W 的功率。

浪涌管理

大部分故障跳变都是由浪涌电流导致的。最大限度降低浪涌电流的低成本方法可能是采用一个 P 通道 FET 和几个电阻器电容器实施(图 1)。

图 1. 简单的浪涌管理解决方案

当然,该电路在开始工作时,就会出现输入电压。因此通常要等到检测到输入电源良好的信号后才能启动电路。图 2 给出了一种可行的实施方案,即采用一个视窗压缩器 (compactor) 来确保 12V AC 适配器电压处于 10.8 与 13.2V 之间。只要TPS3700 等宽泛电源电压视窗压缩器能看到适配器处于有效电压视窗范围内,就可启用通过 Q1 的电源路径。

图 2. 将 TPS3700 用作 AC 适配器检测器

这可能适用于一部分设计,但这些方案也有几个固有的问题:

取决于负载电容的大小,这两种方案都可能会超出 FET 的安全工作范围 (SOA);

一旦启用就无法限制进入负载的电流;

如果负载短路,FET 很可能启动失败。这种情况可能发生在保险丝之前,因此最好的缓解方法是使用额定值远远高于应用所需功率耗散的 FET,因此,这也是一个更高成本的解决方案。

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