線束工程師:熔斷器的工作機理

2020-12-08 線束工程師
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散漫說:這是關於保險絲選型的基礎內容,旨在幫助大家建立對熔斷器的工作機理的認識,打好熔斷器選型的基礎。本文重點在於理解熔斷器的作用及工作機理。一家之言,一起探討。

理解熔斷器的工作機理,是正確進行熔斷器匹配設計的前提。要充分理解保險絲的工作機理,只需要弄懂兩個問題:1是電路中為什麼要加保險絲,2是保險絲是如何保護電路的。

1 電路中為什麼要加保險絲?

如果線路中沒有加保險絲,那麼一旦電路過載,或者短路發生時,迴路中的電流必然增加,這樣當流經導線的電流大小超過導線的承載電流時,導線過載發熱,融化導線絕緣層與銅絲,甚至發生自燃,引發安全事故(燒車)。導線的自然現象見下圖:

圖:導線自燃現象

弄清了導線自燃產生的原因和後果後,那麼就要問了,怎麼去避免導線自燃這個問題?

保險絲就是在這樣一個情形下產生的,為了避免導線自燃,我們希望有一個元器件能夠在導線燃燒之前,監測到迴路中的過電流,短路電流,並能夠迅速作出反應,能夠迅速對迴路進行中斷(保險絲熔斷),從而達到保護導線的目的。

這樣的一個在電路中保護導線的元器件,就是我們說的保險絲,或者叫熔斷器。保險絲是一種熱能響應裝置, 它是為了保護線束而有意設計和製造成線路中最弱的一部分,它是對導線進行保護的電氣元件。值得一提的是,在電路中,保險絲只能保護保險絲之後的導線,故保險儘量設置在靠近電源的位置,如下圖所示。倘若距離太遠的話,需要考慮設置上一級保險。

圖:保險絲的迴路保護範圍

2 保險絲是如何保護電路的,保險絲的工作機理是什麼?

理解了電路中為什麼要加保險絲,實際上已經對保險絲的工作機理有了一個比較清晰的認識。弄明白保險絲的主要作用及工作機理對於熔斷器的匹配設計很重要。

保險絲的工作機理是,在電路短路時,在導線冒煙著火時能夠及時的熔斷,以便對電路進行切斷,防止電線燃燒,引起整車自燃。

保險絲的具體工作原理如下:

保險絲具有一定電阻,在流過電流時導體會發熱,隨著時間增加發熱量增加,電流與電阻也增加了產熱速度,保險絲的構造與其安裝確定了散熱速度。

若: 產熱速度< 散熱速度,保險絲是不會熔斷的;

若: 產熱速度 = 散熱速度,在相當長時間內也不會熔斷;

若: 產熱速度> 散熱速度,熱量聚集,當溫升達到保險絲的熔點以上保險絲就發生了熔斷。

這就是保險絲的工作原理。

在電路設計中,保險絲被串在電路電源側,當負載過電流、器件或導線短路,電流產生的熱量在保險絲截面積較小的部分達到熔點而熔斷,保護了該迴路的導線,下圖就是保險絲的熔斷過程示意圖。

圖:保險絲的工作機理說明

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