تحقیق فيوز هاي الكتريكي

دسته بندي : کارآفرینی » برق و الکترونیک
فيوز هاي الكتريكي

مقدمه
فيوز وسيله اي است جهت محافظت از مدارهاي الكتريكي در مقابل بروز اشكالات ناشي از عبور جريان اضافي در آن، كه به وسيله ذوب شدن و قطع المنت داخلي آن كه معمولاً از جنس نقره يا مس مي باشد مدار باز شده و جريان بصورت آني قطع مي گردد.
شكل 1- اجزاء تشكيل دهنده يك نوع فيوز ولتاژ پايين را نشان مي دهد كه ممكن است در آن بيش از يك المنت به صورت موازي در داخل محفظه اي كه از ماسه كوارتز پودر شده و يا پودر چيني پر شده است وجود داشته باشد. بدنة فيوز معمولاً از جنس سراميك و گاهي ممكن است از فايبر گلاس آميخته با رزين ساخته شود. در هر يك از دو انتهاي بدنه، يك كلاهك برنجي پرس شده وجود دارد كه المنتهاي داخلي به آن متصل به كلاهكهاي آن انجام مي شود. كه متناسب با كاربرد فيوز داراي انواع مختلفي است.
هنگاميكه جريان اضافه براي مدت زمان كافي از مداري عبور كند به شرح زير به تجهيزات آن مدار صدمه مدار مي سازد.
الف- حرارت اضافه يا گرماي زياد به بستگي به مربع مقدار مؤثر جريان عبوري از مدار دارد كه در اثر آن ممكن است به واسطه كار در درجه حرارت بالا، به عايقهاي مدار صدمه جبران ناپذيري وارد شود. اگر جريان به قدر كافي زياد باشد. ممكن است هاديهاي فلزي مدار نيز ذوب شوند.
ب- نيروهاي الكترو مغناطيسي كه متناسب با مربع پيك جريان هستند. تحت شرايط خطاي اتصال كوتاه سنگين، ممكن است شكست مكانيكي تجهيزات اتفاق افتد، بويژه اگر درجه حرارت نيز بالا باشد كه در اين صورت چون مقاومت مكانيكي مواد عمدتاً با افزايش درجه حرارت كاهش مي يابد اثرات مخربتري به وجود مي آيد.
بعضي قطعات مانند نيمه هاديهاي قدرت بالا، به انرژي آزاد شده در قطعه در خلال يك پالس كوتاه مدت حساس هستند. اگر مقاومت اهمي قطعه ثابت انتخاب شود در اين صورت انرژي آزاد شده در يك پالس با مدت T متناسب با خواهد بود. اين انتگرال عموماُ به عنوان « i2 t» پالس شناخته مي شود.
طرحهاي مختلف فيوز براي حفاظت انواع مختلف تجهيزات الكتريكي در مقابل اثرات جريان اضافي و يا انرژي اضافي فوق الذكر وجود دارند كه از آنجائيكه از بحث اين كتاب خارج مي باشد در مورد آنها صحبت نمي گردد. خوانندگان عزيز مي توانند به بروشروهاي تبليغاتي شركت فيوزسازي مراجعه نمايند.
نمودارهاي عمومي
به عنان اولين قدم در درك طريقه اي كه يك فيوز عمل مي كند( با بعضي اوقات مي سوزد)، نمودارهاي عمومي جريان، ولتاژ و درجه حرارت فيوز در طي يك عمل قطع نشان داده شده در شكل هاي (2)، (2-3)،(2-4)،(2-5) را در نظر بگيريد.
جريان انتظاري نشان داده شده روي اين شكلها جرياني است كه در مدار جاري مي شد اگر فيوز عمل نمي كرد و همچنين امپدانس المنت فيوز صفر در نظر گرفته مي شد. بعد از وقوع يك خطا كه باعث عبور جريان و بدنبال آن باعث عملكرد دقيق مي گردد، دو ناحيه متمايز زماني وجود دارد. يكي زمان قبل از ايجاد قوس و ديگري زمان برقراري قوس است.
دراثناي زمان قبل از قوس يا به عبارتي پيش قوس ( زمان ذوب شدن) درجه حرارت المنت فيوز آنقدر افزايش مي يابد تا اينكه نقطه ذوب فلز در يك يا چند نقطه از طول المنت فرا مي رسد. سپس المنت فيوز قطع شده و بين دو انتهاي ذوب شدة المنت كه پاره شده است قوس الكتريكي برقرار مي گردد. در لحظه برقراري قوس يك افزايش قابل ملاحظه در ولتاژ دو سر فيوز ايجاد مي گردد كه دليل آن بعداً توضيح داده مي شود. در اثناي زمان قبل از قوس، وقتي كه جريان مدار بسيار زياد است، يك افزايش جزئي در ولتاژ دو سر فيوز مشاهده مي شود، كه اين ناشي از مقاومت اهمي المنت فيوز است كه با درجه حرارت افزايش يافته است.
جرقه، در خلال و در فاصلة زماني برقراري قوس ادامه مي يابد تا سرانجام قطع نهائي جريان فرا مي رسد و قوس خاموش مي گردد.
شكل هاي (2-2) و (2-4) نمودارهايي را در شرايط اتصال كوتاه براي مدارات dc و ac در يك حالت خاص نمايش مي دهند. چنانكه از اين اشكال ديده مي شود فيوز جريان خطاي مورد انتظار را قطع مي كند يعني جريان خطا را در يك مقدار كمتر از پيك جريان انتظاري محدود مي نمايد. اين محدوديت جريان، يكي از خواص مهم فيوزها ست كه اثرات حرارتي و الكترو مكانيكي را بطور جدي و موثر كاهش مي دهد. در اين شرايط اندازه زمان قبل از قوس و قوس تقريباً مساوي مي باشند.
شكلهاي ـ2-3) و (2-5) مجدداً نمودارهايي را براي مدارات dcو ac نشان مي دهند در اين موارد جريان هاي انتظاري نسبتاً پايين هستند( همانند جريان اضافه بار) كه منجر به گرم شدن آهسته وتدريجي فيوز مي شود. در اين حالت زمان قبل ازقوس نسبتاً طولاني و شايد هم چند ساعته است ولي زمان جرقه در مقايسه با آن بسيار ناچيز است. شكل (2-5) نشان مي دهد كه قبل از اينكه جريان كاملاً متوقف گردد جريان مدار ممكن است چندين نيم سيكل ac را طي نمايد.
شكل
بنابراين به نظر مي رسد كه در بعضي از موارد خاموش شدن قوس موقعي كه جريان پايين است مشكل تر از وقتي است كه جريان زيادي خصوصاً در مواقع اتصال كوتاه از مدار عبور مي نمايد. دليل اين امر در قسمتهاي بعدي توضيح داده مي شود.
توزيع گرما و حرارت در المنت فيوز
رفتار و عملكرد اشاره شده فوق الذكر دقيقاً بستگي به توزيع گرما در طول المنت قبل از ذوب شدن دارد.
همچنانكه از روي شكل مشخص است درجه حرارت المنت در لحظات اوليه عبور جريان در سرتاسر طول المنت و در تمام آن بطور يكنواخت پخش مي شود زيرا كه زمان كافي جهت افت و اتلاف حرارت در اثر انتقال به كلاهكهاي در سر فيوز وجود ندارد. با پيشرفت زمان منحني توزيع گرما تقريباً به صورت بيضي درآمده و گرمترين نقطه در