انواع فیوز ها – ساختار، عملکرد و کاربرد

در این مقاله به تعریف فیوز و انواع فیوزها و کاربرد و ساختار آن میپردازیم.

فهرست محتوا

• 1- فیوز چیست؟
• 2- ساخت و کارکرد فیوز
• 3- نحوه انتخاب مقدار مجاز مناسب فیوز
• 4- مشخصه‌های فیوز
• 5- دسته‌بندی و انواع فیوزها
• 6- مصارف و کاربردهای فیوزها

————————————————–

1- فیوز چیست؟

فیوز یک دستگاه الکتریکی یا مکانیکی‌است، که برای محافظت از مدارها از جریان و بار بالا استفاده‌شده و از محافظت مدار اطمینان حاصل می‌کند.

فیوز الکتریکی توسط Thomas Alva Edison در سال 1890 اختراع شد.

فیوزها انواع مختلفی دارند، اما کارکرد همه آن‌ها یکسان‌است. در این نوشته انواع مختلف فیوزها، ساخت آن‌ها، کارکرد و عملیات و همچنین کاربرد آن‌ها در سیستم‌های الکتریکی و الکترونیکی مختلف را ارائه می‌کنیم.

————————————————–

2- ساختار و کارکرد فیوز

فیوز در کل از یک سیم فلزی با مقاومت کم در داخل یک محفظه یا ماده غیر قابل احتراق قرار‌می‌گیرد. فیوز برای اتصال و نصب سری با مدار استفاده‌می‌شود،

یعنی دستگاهی که باید از اتصال کوتاه یا اضافه جریان محافظت شود، در غیر این صورت ممکن‌است ابزار الکتریکی در صورت نبود فیوز و مدارشکن آسیب ببیند، زیرا نمی‌توانند با توجه به مقادیر مجازی که دارند جریان اضافی را تحمل کنند.

اصول کارکرد فیوز بر اساس «اثر گرماسازی جریان»‌است، یعنی وقتی اتصال کوتاه ایجاد می‌شود، جریان اضافی یا عدم تطابق بار ایجاد‌می‌شود،

در این صورت سیم باریکی که داخل فیوز قرار‌دارد به دلیل گرمای تولیدی توسط جریان عبور بیشتر از آن ذوب‌می‌شود.

بنابراین تغذیه را از سیستم قطع می‌کند. در عملکرد عادی مدار، مقاومت سیم فیوز بسیار کم‌است،

و در عملیات سیستم متصل به تغذیه، اختلالی ایجاد نمی‌کند.

————————————————–

3- نحوه انتخاب سایز مجاز مناسب برای فیوز

انتخاب فیوز مناسب و سایز مجاز آن برای کاربردهای الکتریکی به فاکتوها و محیط‌های مختلفی بستگی دارد. اما در ادامه یک فرمول ساده، نحوه انتخاب سایز مناسب فیوز را نشان‌می‌دهد.

مقدار مجاز فیوز = (توان/ولتاژ)×1.25

برای مثال، برای پیدا کردن سایز فیوز مناسب برای سوکت دو پین 10A داریم:

 x (1000W / 230V )  * 1.25 = 5.4A  

در مثال فوق، توان مجاز 1kW است که از طریق سوکت دو پینی کنترل می‌شود، و ولتاژ تغذیه اصلی نیز 230VAC تک فاز‌است (در آمریکا 120vAC).

اما باید حداکثر را در نظر بگیرید، یعنی فیوز 6A به جای 5.4A، که عملیات ایمن قابل اتکایی برای مدار ایجاد‌شود.

————————————————–

4- مشخصه‌های فیوز

فیوز و انواع فیوزها را می‌توان از مشخصه‌های زیر دسته‌بندی کرد:

• مقدار جریان و ظرفیت انتقال جریان فیوز
• مقدار مجاز ولتاژ فیوز
• ظرفیت شکست فیوز
• مقدار l²t فیوز
• مشخصه‌های پاسخ
• ولتاژ مجاز فیوز
• سایز بسته‌بندی

ظرفیت انتقال جریان فیوز

ظرفیت انتقال جریان مقدار جریانی‌است که فیوز می‌تواند بدون اختلال در مدار منتقل کند.

و مقدار حداکثر جریانی که با ایمنی می‌تواند توسط فیوز قطع‌شود ظرفیت شکست نامیده‌می‌شود، و باید بیشتر از جریان اتصال کوتاه مورد انتظار باشد.

ولتاژ مجاز فیوز

به جز ظرفیت جریان، یک مقدار مجاز حداکثری برای ولتاژ نیز وجود دارد.

برای مثال اگر فیوز برای 32 ولت طراحی شده‌باشد، نمی‌توان از آن در 220 ولت استفاده کرد،

از این رو، مقدار ایزولاسیون متفاوتی در فیوزهای مختلفی که در سطوح ولتاژ مختلف کار می‌کنند، مورد نیاز خواهد‌بود. مبنای مقادیر ولتاژ می‌تواند  HV (ولتاژ بالا)، LV (ولتاژ پایین) و فیوز مینیاتوری باشد.

مقدار l²t فیوز

عبارت l²t به فیوزی اطلاق می‌شود که به صورت عادی در شرایط اتصال کوتاه به کار برده‌می‌شود. این مقدار انرژی است که عنصر فیوز به هنگام حذف خطای الکتریکی توسط عنصر فیوز تحمل می‌کند.

مشخصه‌های پاسخ فیوز

سرعتی که در آن فیوز قطع می‌شود، به مقدار جریانی که از سیم آن عبور می‌کند بستگی دارد. هرچقدر جریانی که از سیم عبور می‌کند بیشتر باشد، زمان پاسخ نیز سریع‌تر خواهد‌بود.

مشخصه‌های پاسخ زمان پاسخ را برای رخداد جریان نشان می‌دهد. فیوزهایی که به شرایط جریان بالا سریع پاسخ می‌دهند، فیوز سریع یا فیوز بسیار سریع نامیده‌می‌شوند.

این فیوزها در بسیاری از قطعات نیمه‌هادی به کار برده‌می‌شوند، زیرا دستگاه‌های نیمه‌هادی در رخداد اضافه جریان به سرعت آسیب می‌بینند.

یک فیوز دیگر با نام فیوز با سوختن آرام وجود دارد، فیوزهایی که به رخداد جریان پاسخ سریعی نشان نمی‌دهند، بلکه چند ثانیه پس از رخداد پاسخ می‌دهند.

این فیوزها در سیستم‌های الکترونیکی کنترل موتور کاربرد دارند، زیرا وقتی موتور استارت می‌خورد جریان بسیار زیادی می‌کشد.

سایز بسته‌بندی

همانطور که در بالا نیز به آن اشاره کردیم فیوزهای AC و DC نوع بسته‌بندی متفاوتی دارند، و همچنین برای کاربردهای مختلف باید بسته‌بندی مناسبی در مدار به کار برده‌شود.

سایر فاکتورها و پارامترها عبارتند از علامت‌گذاری، کاهش ظرفیت دمایی، افت ولتاژ، سرعت و غیره.

————————————————–

5- دسته‌بندی و انواع فیوزها

فیوزها را می‌توان به صورت «یکبار مصرف، قابل تنظیم مجدد، محدود کننده جریان و غیر محدود کننده جریان» طبقه‌بندی‌کرد.

فیوزهای یکبار مصرف حاوی یک سیم فلزی هستند، و وقتی اضافه جریان، اضافه بار یا عدم تطابق بار رخ می‌دهد‌می‌سوزد،

و کاربر باید به صورت دستی این فیوزها را تعویض کند. فیوزهای سوئیچ ارزان بوده و تقریباً در تمام سیستم‌های الکتریکی و الکترونیکی استفاده‌می‌شوند.

از طرف دیگر، فیوزهای قابل ریست به صورت خودکار پس از عملکرد ریست‌می‌شود، البته وقتی که در سیستم خطایی رخ داده‌باشد.

در فیوز محدود کننده جریان، مقاومت بسیار زیادی برای مدت کوتاهی تولید می‌کنند،

اما فیوزهای غیرمحدود کننده جریان در صورت ایجاد جریان بالا یک جرقه ایجاد‌می‌کنند که جریان را در مدار مربوطه و اتصال شده محدود‌می‌کنند.

انواع فیوز

در بازار فیوز و انواع فیوزها وجود دارد که می‌توان بر اساس جنبه‌های مختلف آن‌ها را دسته‌بندی کرد. خوب‌است بدانید: فیوزها در مدارهای AC و همچنین DC به کار می‌روند.

برای بزرگ‌تر شدن روی تصویر کلیک کنید.

فیوزها را می‌توان با توجه به نوع ولتاژ تغذیه ورودی به دو دسته عمده تقسیم کرد:

• فیوزهای AC
• فیوزهای DC

اختلاف بسیار کمی بین فیوزهای AC و DC وجود دارد که در ادامه بررسی شده‌است.

فیوزهای DC

در سیستم DC، وقتی سیم فلزی به دلیل گرمای تولیدی توسط اضافه جریان دوب‌می‌شود، آرک ایجاد می‌شود و از بین بردن این آرک بسیار دشوار‌است،

که دلیل آن مقدار DC ثابت موجود‌است. برای به حداقل رسانی آرک فیوز، فیوزهای DC کمی بزرگتر از فیوزهای AC هستند که فاصله بین الکترودها را افزایش داده و آرک فیوز را کاهش می‌دهد.

فیوزهای AC

از طرف دیگر، یعنی در سیستم AC، ولتاژ با فرکانس 60 یا 50 هرتز تغییر دامنه می‌دهد، یعنی از 0 تا 60 در هر ثانیه، پس به راحتی می‌توان آرک (جرقه) را از بین‌برد.

بنابراین، فیوزهای AC سایز کمتری در مقایسه با فیوزهای DC دارند.

فیوزها را همچنین می‌توان بر اساس عملکرد یکباره یا چندباره تقسیم‌بندی کرد.

فیوزهای کارتریج

فیوزهای کارتریج برای محافظت از مدارهای الکتریکی به کار می‌روند، مانند موتورها، تهویه هوا، یخچال، پمپ و غیره، که در آن جریان و ولتاژ بالا مورد نیاز‌است.

این فیوزها تا 600 آمپر و 600VAC در دسترس بوده و در پنل‌های توزیع خانگی، تجاری و صنعتی به کار برده‌می‌شوند.

دو نوع فیوز کارتریج وجود دارد. 1. فیوز همه کاره، که تأخیر زمانی ندارد و 2. فیوزهای کارتریج سنگین‌کار، که دارای تأخیر زمانی‌است.

هر دوی آن‌ها در مقادیر 250VAC و 600VAC در دسترس هستند که مقدار آن بر قسمت کلاهک یا تیغه آن نوشته‌می‌شود.

فیوزهای کارتریج در داخل یک محفظه قرار‌گرفته و می‌توان به دو گروه فیوز کارتریج نوع D و نوع لینک تقسیم کرد.

فیوز کارتریج نوع D

فیوز نوع D شامل یک حلقه آداپتور، پایه، کلاهک و کارتریج‌است. پایه فیوز به کلاهک فیوز وصل شده‌است و کارتریج نیز داخل این کلاهک‌است.

مدار وقتی کامل‌می‌شود که نوک کارتریج از طریق هادی لینک فیوز اتصال ایجاد کند.

فیوز HRC(ظرفیت تحمل بالا) یا فیوز کارتریج نوع لینک

قبلاً با جزئیات کامل ساخت فیوز HRC (ظرفیت بالا) و کاربردهای آن‌ها را بحث کرده‌ایم. این نوشته همچنین انواع فیوزهای HRC مانند نوع DIN، NJ، تیغه‌ای، مایع، بیرون رانده HV، مزایا و معایب آن‌ها را پوشش‌می‌دهد.

 

فیوزهای ولتاژ بالا

فیوزهای ولتاژ بالا (HV) در سیستم‌های قدرت، جهت محافظت از ترانسفورماتور توان، توزیع، و غیره به کار گرفته‌می‌شود (هنگامیکه مدارشکنی برای محافظت از سیستم وجود‌نداشته‌باشد).

این فیوزها بیش از 1500V بوده و تا 13kV نیز افزایش پیدا‌می‌کند.

عنصر فیوز ولتاژ بالا معمولاً مس، نقره یا قلع‌است. محفظه لینک فیوز ممکن‌است در حالت نوع بیرون راندگی پر از اسید بوریک باشد.

فیوزهای خودرویی، تیغه‌ای و پیچی

این نوع فیوزها (که همچنین با نام فیوزهای پلاگین یا بیلی نیز شناخته می‌شوند) دارای بدنه پلاستیکی و دو کلاهک فلزی هستند و در داخل سوکت قرار می‌گیرند.

اکثر آن‌ها در خودروها برای سیم‌کشی و محافظت در برابر اتصال کوتاه استفاده‌می‌شوند. به جز این، لیمیترهای فیوز، تیوب شیشه‌ای (که همچنین با نام فیوز بوش[1] نیز شناخته‌می‌شود) در صنایع خودرویی استفاده زیادی دارند.

مقادیر این فیوزها بین 12V الی 42V‌است.

در فیوزهای پیچی، پایه فیوز مستقیماً وصل شده‌است، مانند فیوزهای HRC، برای اطلاعات بیشتر در مورد این فیوزها و فیوزهای مربوط به HRC، این مطلب را بررسی‌کنید.

فیوزهای SMD (نصب سطحی)، چیپ، رادیویی و سربی

فیوزهای SMD، فیوزهای نوع چیپی هستند، که همچنین با نام فیوز الکترونیکی نیز شناخته‌می‌شوند.

این فیوزها در کاربردهای DC مانند هارد درایو، DVD پلیر، دوربین، تلفن‌های همراه و غیره استفاده‌می‌شوند که در آن فضای نقش مهمی دارد، زیرا فیوزهای SMD سایز بسیار کمی دارند،

و جایگزین کردن آن‌ها نیز زمان زیادی می‌خواهد.

در ادامه چند نوع فیوز SMD و سربی آمده@است.

• 1- فیوزهای با عملکرد کند
• 2- فیوزهای با عملکرد سریع
• 3- فیوزهای با عملکرد بسیار سریع
• 4- فیوزهای چیپ با قابلیت تحمل پالس
• 5- فیوزهای چیپ با مقدار جریان بالا
• 6- فیوزهای تله‌کام
• 7- فیوزهای سوراخ‌دار
• 8- فیوزهای رادیویی
• 9- فیوزهای سربی
• 10- فیوزهای محوری

فیوز با قابلیت سیم‌کشی مجدد

شناخته‌شده ترین فیوز با قابلیت سیم‌کشی مجدد در صنایع و سیم‌کشی‌های خانگی برای کاربردهای جریان کم و ولتاژ کم (LV) استفاده‌می‌شوند.

این فیوزها دو قسمت اساسی دارند. عنصر داخلی و ترمینال ها.

بدین ترتیب که، عنصر داخلی از مس، آلومینیوم و سرب پوشیده‌شده با قلع، و ترمینال‌های آن IN و OUT‌است.

این نوع فیوز با مدار مورد نظر به صورت سری متصل‌می‌شود.

مزیت اصلی فیوز با سیم‌کشی مجدد این‌است که در صورت ترکیدن به دلیل اتصال کوتاه، یا ذوب عنصر فیوز به دلیل جریان بالا، می‌توان آن را به راحتی سیم‌کشی کرد.

به سادگی، یک سیم دیگر به جای عنصر فیوز با همان مقادیر مجاز قبلی قرار‌می‌گیرد.

فیوزهای گرمایی

همانطور که در بالا نیز به آن اشاره‌شد، فیوز گرمایی یک فیوز یکبار مصرف است. که گرما حساس‌است.

عنصر این فیوز از ترکیب حساس به دما ساخته‌شده‌است.

این فیوزها همچنین با نام قطع‌کننده‌های گرمایی (TCO) و یا لینک‌های گرمایی شناخته‌می‌شوند.

در فیوز گرمایی، عنصر فیوز دارای یک فنر مکانیکی، نرمالی بسته‌است.

وقتی جریان اضافی از عنصر فیوز جاری می‌شود، عنصر فیوز ذوب‌می‌شوند.

و باعث می‌شود مکانیسم فنری فعال‌شده و از کمانه و آتش سوزی مدار متصل جلوگیری کند.

فیوز با قابلیت ریست

فیوز قابل ریست دستگاهی‌است که می‌توان بدون تعویض چندین بار از آن استفاده‌کرد. در صورت حضور اضافه جریان مدار را قطع‌می‌کنند و پس از مدت زمان مشخص دیگری دوباره مدار را متصل می‌کنند.

دستگاه ضریب دمایی مثبت پلیمری (PPTC، که معمولاً با نام پلی فیوز، پلی سوئیچ، یا فیوز ریست شناخته می‌شود) یک قطعه الکترونیکی پسیو‌است که برای محافظت از خطاهای جریان اتصال کوتاه استفاده‌می‌شود.

کاربرد فیوزهای قابل ریست در مکان‌هایی‌است که تعویض دستی فیوز سخت یا تقریباً ناممکن‌است؛ یعنی فیوزهای سیستم هسته‌ای و یا سیستم هوافضایی.

————————————————–

6- مصارف و کاربرد فیوز و انواع فیوزها

انواع مختلف فیوزهای الکتریکی و الکترونیکی را می‌توان در سیستم‌ها و کاربردهای الکترونیکی و الکتریکی مختلفی به کار برد، از جمله:

• موتورها و ترانسفورماتورها
• تهویه هوا
• بوردهای توزیع خانگی
• ابزارها و دستگاه‌های الکتریکی کلی
• لپ تاپ‌ها
• تلفن‌های همراه
• سیستم‌های بازی
• پرینترها
• دوربین‌های دیجیتال
• DVD پلیرها
• دستگاه‌های پورتابل
• مانیتورهای LCD
• اسکنرها
• باتری‌ها
• هارد دیسک‌ها
• مبدل‌های برق

[1] Bosch

 

مقالات مرتبط :

ساخت تابلو بانک خازنی – فیلتر هارمونیک بانک خازنی و انتخاب خازن و فیوز ها