原理设计 | 熔断器的工作机理

2020年7月4日 评论 433 1098字

散漫说:这是关于保险丝选型的基础内容,旨在帮助大家建立对熔断器的工作机理的认识,打好熔断器选型的基础。本文重点在于理解熔断器的作用及工作机理。一家之言,一起探讨。

理解熔断器的工作机理,是正确进行熔断器匹配设计的前提。要充分理解保险丝的工作机理,只需要弄懂两个问题:1是电路中为什么要加保险丝,2是保险丝是如何保护电路的。

1 电路中为什么要加保险丝?

如果线路中没有加保险丝,那么一旦电路过载,或者短路发生时,回路中的电流必然增加,这样当流经导线的电流大小超过导线的承载电流时,导线过载发热,融化导线绝缘层与铜丝,甚至发生自燃,引发安全事故(烧车)。导线的自然现象见下图:

原理设计 | 熔断器的工作机理

图:导线自燃现象

弄清了导线自燃产生的原因和后果后,那么就要问了,怎么去避免导线自燃这个问题?

保险丝就是在这样一个情形下产生的,为了避免导线自燃,我们希望有一个元器件能够在导线燃烧之前,监测到回路中的过电流,短路电流,并能够迅速作出反应,能够迅速对回路进行中断(保险丝熔断),从而达到保护导线的目的。

这样的一个在电路中保护导线的元器件,就是我们说的保险丝,或者叫熔断器。保险丝是一种热能响应装置, 它是为了保护线束而有意设计和制造成线路中最弱的一部分,它是对导线进行保护的电气元件。值得一提的是,在电路中,保险丝只能保护保险丝之后的导线,故保险尽量设置在靠近电源的位置,如下图所示。倘若距离太远的话,需要考虑设置上一级保险。

原理设计 | 熔断器的工作机理

图:保险丝的回路保护范围

2 保险丝是如何保护电路的,保险丝的工作机理是什么?

理解了电路中为什么要加保险丝,实际上已经对保险丝的工作机理有了一个比较清晰的认识。弄明白保险丝的主要作用及工作机理对于熔断器的匹配设计很重要。

保险丝的工作机理是,在电路短路时,在导线冒烟着火时能够及时的熔断,以便对电路进行切断,防止电线燃烧,引起整车自燃。

保险丝的具体工作原理如下:

保险丝具有一定电阻,在流过电流时导体会发热,随着时间增加发热量增加,电流与电阻也增加了产热速度,保险丝的构造与其安装确定了散热速度。

若: 产热速度< 散热速度,保险丝是不会熔断的;

若: 产热速度 = 散热速度,在相当长时间内也不会熔断;

若: 产热速度> 散热速度,热量聚集,当温升达到保险丝的熔点以上保险丝就发生了熔断。

这就是保险丝的工作原理。

在电路设计中,保险丝被串在电路电源侧,当负载过电流、器件或导线短路,电流产生的热量在保险丝截面积较小的部分达到熔点而熔断,保护了该回路的导线,下图就是保险丝的熔断过程示意图。

原理设计 | 熔断器的工作机理

图:保险丝的工作机理说明

一家之言,欢迎交流探讨

未完待续!

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