保險絲簡述：

 

1．結(jié)構(gòu)：在電路過電流保護元件中最常用的就是小型管狀保險絲，它是由兩端帶有金屬聯(lián)接端子的管體和管內(nèi)的金屬熔體這兩大主要部份所組成的，其外殼部份的作用是支撐和聯(lián)接，大多數(shù)保險絲的外型是圓柱形的，即所稱為管狀的；關(guān)鍵的功能是由內(nèi)部的熔體所決定的。

 

 2．功能：保險絲是串聯(lián)在電路中的，一般要求其電阻要?。ü囊。?因此當(dāng)電路正常工作時，保險絲只相當(dāng)于一根導(dǎo)線，能夠長時間穩(wěn)定的使用；由于電源或外部干擾而發(fā)生電流波動時，保險絲也能承受一 定范圍的過載；只有當(dāng)電路中出現(xiàn)較大的過載電流--故障或短路-- 時，保險絲才會動作，通過斷開電流來保護電路的安全。

 

3．原理：保險絲通電時因電流轉(zhuǎn)換的熱量會使熔體的溫度上升，在負載正常工作電流或允許的過載電流時，電流所產(chǎn)生的熱量和通過熔體，殼體和周圍環(huán)境所幅射，對流和傳導(dǎo)等方式散發(fā)的熱量能逐步達到平衡；如果散熱速度跟不上發(fā)熱時，這些熱量就會在熔體上逐部積蓄， 使熔體溫度上升，一旦溫度達到和超過熔體材料的熔點就會使它熔化，從而斷開電流，起到安全保護的作用。

 

保險絲的分類

 

1．按使用地區(qū)分： 由于世界各國各地區(qū)工業(yè)發(fā)展的不同起點和經(jīng)歷，至今對小型管 狀保險絲的設(shè)計和應(yīng)用還存在著很大的差異，目前被國際上比較認可 的主要有：歐洲規(guī)格；北美規(guī)格；日本規(guī)格：另外還有其他一些規(guī)格 僅在有限范圍內(nèi)應(yīng)用。 

 

2．按熔斷特性分： 根據(jù)不同應(yīng)用要求，同一類型的保險絲被設(shè)計成好多種不同的熔 斷特性，有此又可將保險絲分為：快熔斷和慢熔斷兩大類，再細分還 有特快熔斷；中速熔斷和特慢熔斷等。

 

3．按分斷能力分： 從保險絲能夠安全分斷的最大電流的大小來分，保險絲可分為：高分斷和低分斷兩大類以及介于兩者之間的增強分斷能力保險絲。 

 

4．按外形尺寸分： 管狀保險絲的外形尺寸有很多種，比較最常用的有：Φ 6X30 （3AG）；Φ5X20；Φ4X15（2AG）；Φ3X10；Φ2X7 等 5.按結(jié)構(gòu)型式分： 管狀保險絲的端帽和熔體的焊接連接方式有兩大類，它們是：管 內(nèi)焊接和管外焊接。 

 

6．按聯(lián)接方式分： 保險絲聯(lián)接到電路中去的方式兩大類：直接焊在電路板上（稱為 PGT 式）的和通過其他連接件聯(lián)接的。 

 

 7．其他分類： 按應(yīng)用范圍來分，管狀保險絲可分為工業(yè)電器用和家用電器用；按應(yīng)用行業(yè)來分，管狀保險絲可分為儀表用，通訊用，電源用，照明 用，車用等。 按保險絲聯(lián)接在電路中的位置來分，又有初級和次級保險絲。

 

保險絲相關(guān)參數(shù)及術(shù)語

 

1、額定電流（In）

 

標(biāo)注在保險絲上的額定工作電流。該數(shù)值由制造商確定，為該保險絲所能載的電流。額定電流通常是標(biāo)準(zhǔn)推薦的檔位，例如1，1.25，1.5，1.6，2等（單位：A）

 

2、額定電壓（Un）

 

標(biāo)注在保險絲上的額定電壓，表示該保險絲可以被使用的最大工作電壓。通常標(biāo)準(zhǔn)額定電壓為32、63、125、250、600V。保險絲是對電流的變化而不是對電壓的變化敏感。保險絲在從零到其最大額定值間的任何電壓下都保持其原狀，所以保險絲可以在小于其額定電壓的任何電壓下使用。

 

3、電壓降（Ud）

 

額定電流下保險絲兩端的電壓降

 

4、冷電阻（R）

 

保險絲不工作時本身的電阻值。大部分保險絲是用正溫度系數(shù)為材料制造的，因此，會有冷電阻和熱電阻（額定電流下的電壓降），實際的工作電阻位于其間。用不大于保險絲公稱額定電流10%的測量電流可測得冷電阻。熱電阻是根據(jù)保險絲上流過的值等于公稱額定電流的電流時產(chǎn)生的。

 

5、環(huán)境溫度

 

指直接環(huán)繞保險絲周圍的空氣溫度，不應(yīng)與室溫相混淆。在許多實際場合，保險絲的溫度相當(dāng)高，例如保險絲安裝在封閉空間，或者安裝在其發(fā)熱元件附近，如電阻、變壓器、電感線圈等附近。

 

6、分斷能力（Breaking Capacitor）

 

也稱為致斷容量或短路額定容量。是指在規(guī)定的電壓下，保險絲能安全地切斷的最大電流。當(dāng)保險絲中可能通過的瞬時過載電流超過額定值時，保險絲會破碎或爆炸，引起危險。因此要求保險絲在保護動作后，還能夠保持完整的狀態(tài)（無爆裂、斷裂）。保險絲的分斷能力取決于保險絲的結(jié)構(gòu)，低分斷能力保險絲大部分都是玻璃殼體的，高分斷能力保險絲通常有陶瓷殼體，其中許多還填充有純凈顆粒狀石英材料。

 

7、 時間—電流曲線（Overload and Time-Current Curves）

 

是保險絲最重要的參數(shù)之一。當(dāng)流過保險絲的電流超過額定電流時，保險絲被熔斷，是一種過載狀態(tài)。保險絲的時間－電流特性是過載電流和熔斷時間之間的關(guān)系。時間—電流曲線是以平均數(shù)值為根據(jù)的。

 

時間電流特性－標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格

 

8、公稱熔化熱能I2t

 

是選擇保險絲最重要的參數(shù)之一，是使保險絲斷開所需的能量值，是保險絲本身固有的參數(shù)，以I2t表示。I2t值是保險絲本身的一個參數(shù)，其決定因素是元件材料及保險絲元件的形狀，與溫度及電壓無關(guān)。

 

9、 尺寸

 

除非另有規(guī)定，尺寸以毫米為單位。常用的管形保險絲外觀尺寸有Φ6X30，Φ5X20，Φ3X10，Φ2X7；常用的表貼保險絲外觀尺寸6.1X2.7X2.7，10.1X3.1X3.1等

 

選型要素及舉例

 

1、額定電流

 

注意不同認證標(biāo)準(zhǔn)的電流降額，按照UL標(biāo)準(zhǔn)認證的降額是0.75，即實際穩(wěn)態(tài)工作電流不應(yīng)超過In的75%。按照IEC標(biāo)準(zhǔn)認證的是1.0，即實際穩(wěn)態(tài)工作電流可以等于In。對于按照UL標(biāo)準(zhǔn)認證保險絲：在25℃條件下運行，工作電流不應(yīng)超過保險絲的額定電流的75%，以避免有害熔斷。例如，一個額定電流為10A的保險絲，通常不推薦在25℃環(huán)境溫度下在大于7.5A的電流下運行。對于按照IEC標(biāo)準(zhǔn)認證保險絲：保險絲可以在額定電流下運行，實現(xiàn)保護。例如：額定10A保險絲，可以用于10A實際工作電流。

 

對于單板的工作電流，應(yīng)注意是允許的最低電壓下的電流。例如額定電壓是-48—60V，允許20%的波動。如果單板在-48V時的工作電流是0.8A，由于單板的功率恒定，則在-38V的工作電壓下的工作電流大約為1A。在選擇保險絲時，就應(yīng)該以1A作為單板的工作電流。在輸入電壓范圍比較廣的應(yīng)用中，這一點要特別注意。

 

實際使用時還要考慮電源模塊是否有欠壓保護功能，比如－48V電源模塊一般在－35V時欠壓保護，但是有些電源模塊沒有欠壓保護功能，比如華電AV10系列電源模塊，實際在－12V時就可以工作了，這樣將導(dǎo)致輸入電流比正常情況下大3倍以上。

 

一般來說，供應(yīng)商提供的可選電流規(guī)格少于標(biāo)準(zhǔn)推薦的檔位，建議叢供應(yīng)商現(xiàn)有的電流規(guī)格中選取，不推薦要求供應(yīng)商進行另外的設(shè)計。

 

注意事項：UL列名認證和UL認可認證

 

2、額定電壓

 

保險絲的額定值應(yīng)等于或大于有效的電路電壓。

注意事項：交流和直流電壓的差別和選擇

 

3、工作環(huán)境溫度

 

保險絲的電流承載能力試驗是在25℃環(huán)境溫度下進行的，這種試驗受環(huán)境溫度變化的影響。環(huán)境溫度越高，保險絲的工作溫度就越高，其壽命也就越短。相反，在較低的溫度下運行將延長保險絲的壽命。因此選擇保險絲額定電流的時候，要根據(jù)保險絲實際工作環(huán)境溫度調(diào)整。

 

舉例：

 

某單板正常工作電流為1.5A，采用按照UL標(biāo)準(zhǔn)認證的慢熔斷保險絲，在室溫下工作，則：

 

選擇保險絲In=正常工作電流/認證標(biāo)準(zhǔn)降額＝1.5/0.75＝2.0A（工作環(huán)境溫度25℃）

 

若該保險絲在70℃高溫的環(huán)境溫度下工作，根據(jù)下圖中的曲線A（傳統(tǒng)的慢熔斷保險絲），表明70℃時的溫度降額為80%，在這種情況下，

 

選擇保險絲In =正常工作電流/（認證標(biāo)準(zhǔn)降額*工作溫度降額）＝1.5/（0.75*0.8）＝2.5A（工作環(huán)境溫度70℃）

 

通過以上計算比較

 

 

圖  環(huán)境溫度對電流承載能力影響的曲型曲線圖

 

其中：

 

曲線A：為傳統(tǒng)的慢熔斷保險絲的曲線；

 

曲線B：為特快熔斷，快熔斷和螺旋繞制的保險絲的曲線

 

表 常用溫度電流對照表

 

表中的數(shù)據(jù)是常用的溫度的降額（僅供參考）：

 

 

*指直接環(huán)繞保險絲周圍的空氣溫度，不應(yīng)與室溫相混淆。在許多實際場合，保險絲的溫度相當(dāng)高，例如保險絲安裝在封閉空間，或者安裝在其發(fā)熱元件附近，如電阻、變壓器、電感線圈等附近

 

4、電壓降和冷電阻

 

一般情況下，保險絲的電阻和額定電流成反比。選用保險絲的電阻越小越好，這樣保險絲的損耗功率也比較小。保險絲的電壓降是在直流額定電流下測試的，由于額定電流小的保險絲有比較大的電阻，因此對低壓電力的影響也比較大，在選用小規(guī)格保險絲的過程中要注意電阻的影響。

 

5、時間-電流特性曲線

 

是選擇保險絲最重要的依據(jù)之一。決定了保險絲能否有效的保護電路，在故障電流發(fā)生的時候，正確的熔斷。每種型號保險絲的熔斷特性都有[y1] 各自的時間電流曲線。曲線的橫坐標(biāo)是電流，縱坐標(biāo)是熔斷的時間。一般在選擇的過程中，這條曲線作為參考，同時選用曲線中的關(guān)鍵點作為依據(jù)。關(guān)鍵點的選擇是按照保險絲認證類別不同而不同的，UL認證保險絲一般選擇110%In，135%In，200%In等關(guān)鍵點，IEC保險絲一般選擇135%In，210%In，275%In等關(guān)鍵點，熔斷時間和關(guān)鍵點的關(guān)系可以參考3.7中的介紹。在選擇保險絲時需要確定被保護故障電流能夠安全存在電路中的時間。

 

舉例：某快熔保險絲按照IEC標(biāo)準(zhǔn)認證，額定電流5A。測得單板上出現(xiàn)某一故障時，流過保險絲的故障電流是10A，即200%In。根據(jù)該保險絲的時間電流特性曲線查到，在200%In的情況下，保險絲可能工作30分鐘才會熔斷。這時將保險絲短路，讓被測單板在此故障電流下工作30分鐘，結(jié)果出現(xiàn)了起火的情況，說明這個保險絲的選用是不合適的。在保險絲的熔斷開始之前，被保護器件就出現(xiàn)了不安全的情況，沒有達到保護的目的。

 

注意事項：快熔、慢熔型保險絲的差別和選擇

 

6、分斷能力等級

 

不同認證標(biāo)準(zhǔn)保險絲的分斷能力不同，具體數(shù)據(jù)參見3.6中的內(nèi)容。保險絲的額定分斷能力必須滿足或超過電路中的最大故障電流。當(dāng)被保護系統(tǒng)是直接聯(lián)接到電源輸入電路和保險絲被置于電源輸入部分時，一定要使用高分斷能力保險絲。在大部分二次電路中，特別是電壓低于電源電壓時，選用低分斷能力的保險絲就足以勝任了。

 

7、公稱熔化熱能I2t

 

對于保險絲必須承受高能電流的情況，即電流脈沖大而持續(xù)時間短，例如沖擊電流、起動電流、涌入電流和其他類似的“脈沖”類型中的電路瞬變值，保險絲應(yīng)能夠承受此類高能電流的能量，不應(yīng)發(fā)生異常斷路。保險絲的公稱熔化熱能I2t的額定值是通過實驗室測定的，每種規(guī)格的保險絲只有一個額定的公稱熔化熱能I2t。

 

在具體應(yīng)用中，例如1000次脈沖[y2] 要求保險絲的額定公稱熔化熱能I2t降額38%使用，即額定I2t*38%應(yīng)大于實際使用中可能出現(xiàn)的瞬間能量（脈沖）。對于循環(huán)脈沖次數(shù)超過1000次的，按照圖4.8-3進一步降額計算。同時，由于同一編碼下，不同供應(yīng)商的I2t不同，因此要考慮額定I2t比較小的保險絲，也能夠承受相應(yīng)的脈沖能量。

 

對于公司目前使用的緩啟動電路，需要根據(jù)實際測試情況，確定保險絲能否承受啟動電流的沖擊。可參見本文案例中的說明。

 

注意事項：沖擊電流和脈沖

 

舉例：

 

某種UL標(biāo)準(zhǔn)認證保險絲額定電壓125V/1.0A，負載正常工作電流為0.75A，環(huán)境溫度為25℃，快熔斷類，能承受圖4.8-1脈沖波形的100000次脈沖電流。

 

步驟一，計算脈沖I2t。

 

按照圖4.8-2 典型脈沖波形能量計算公式選擇典型波形E。代入波形E公式并計算結(jié)果如下：

 

脈沖I2t=（1/5）ip2t =（1/5）×82×0.004=0.0512A2Sec

 

步驟二，計算所需保險絲最小I2t

 

圖4.8-3給出100000次脈沖時I2t的降額為22%。

 

所需保險絲最小I2t=脈沖I2t/0.22=0.0512/0.22=0.2327A2Sec

 

步驟三，檢查該保險絲額定I2t為0.281A2Sec>0.2327A2Sec，即可以承受脈沖循環(huán)能量。同時，由于是UL標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，如前所述，額定電流的降額為25%，該保險絲也可適應(yīng)0.75安培的正常工作電流。

 

 

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