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保险丝电阻的作用和选型技巧

2018年09月03日 08:38 作者:工程师谭军 用户评论(0

  本文主要是关于保险丝电阻的相干介绍,并着重对保险丝电阻的作用及其选型进行了详尽的阐述。

  保险丝电阻

  电阻器与保险丝在材质及构造上相类似,而保险丝型电阻器兼备二者的功能,平时可当做电阻器使用,一旦电流异常时就发挥其保险丝的作用来保护机器设备。由于有二用的功能故成本随之降低。保险丝电阻可分为:金属皮膜保险丝电阻器、保险丝型绕线电阻器、保险丝型水泥电阻器。功率有:1/4W、1/2W、1W、2W几种,随着功率的增加,产品外观尺寸会不断变大。保险丝电阻的阻值一般较小,大部分小于1欧姆,往往在电路中起采样电阻的作用,同时在浪涌发生时,或其他产生大电流,需要保护线路时发挥作用,熔断使电路断路产生保护作用。同时保险丝电阻大部分为贴片式,性能较稳定的贴片保险丝电阻,一般称为捷比信保险丝电阻,捷比信贴片保险丝电阻。产品有快速熔断和缓慢熔断之分。

  保险丝的选型技巧

  一个优质的或合适的保险丝至少应该符合三项要求:该断的时侯要断,不该断的时侯不能断,断的过程必须保证安全。

  保险丝的第一功能是保护功能,也就是在需要保护的时侯保险丝应该起到作用,这也是我们选择保险丝时需要首先考虑的。一般情况下保险丝的额定电流一定要大于电路正常工作电流,且拥有一定的过载能力,但如果余量过大,将会降低或削弱其保护功能,保险丝应该动作的时侯不动作,造成被保护的元器件损坏甚至更严重的危险后果。设计人员选用保险丝时的主要参考工具是保险丝制造商提供的产品规格书中的“时间-电流特性曲线”。由于曲线上所反映的熔断时间都是在正常大气条件下的,必要时我们还需要适当考虑环境温度等的影响。选择恰当熔断特性的保险丝品种和恰当的额定电流规格才能满足保险丝的保护功能。

  保险丝的第二功能是承载功能,也就是平常所说的耐脉冲能力,这是我们选择保险丝时必须同时考虑的重要课题。在保险丝使用的过程中,出现正常电流波动或瞬间脉冲的机会大大多于故障过电流,所以在某种意义上来说,这方面的考虑对保险丝的使用来说显得格外重要和更具有实际意义。只要保险丝的熔化热能值I2t大于电路脉冲的能量,保险丝就能够承受,“时间-熔化热能曲线”是提供给设计人员选用保险丝时的耐脉冲能力的工具(同样地也可以采用电流-熔化热能曲线的形式),更进一步看保险丝在经受脉冲冲击时即使不熔断也会受到一定的损伤,换句话说此时保险丝的I2t就会减小,也就是耐脉冲的能力降低了,所以在选择保险丝时还必须考虑这个衰减的因素,通常的简易计算需要放3-5倍的余量来保证保险丝有足够的耐脉冲能力。保险丝的耐脉冲能力和它的保护性能是有矛盾的,在这两个方面我们必须求得一个合理的平衡,寻找最佳的结合点。选择有恰当熔化热能值的保险丝品种规格和放大足够并合理的安全余量才能满足保险丝的承载功能(耐脉冲能力)。

  保险丝的第三功能是安全功能。优质可靠的保险丝应该在其动作前,动作中和动作后都能保证安全性,即安全地导通和安全地熔断。能够保证保险丝这项要求的主要技术指标就是分断能力。分断能力是保险丝能够安全地切断电路的最大电流,一般情况下是指短路电流。就是保险丝在遇到短路电流时必须能够绝对安全地分断电路,即在分断过程中不发生任何不安全的因素,如持续拉弧、多次导通、破碎、飞溅、燃烧、以至爆炸等。每一种保险丝的分断能力都必须大于等于被保护电路的最大短路电流。保险丝的额定电压决定了它的耐压,也是保险丝安全性能的另一个指标,只能使用在工作电压小于等于保险丝额定电压的电路中。,世界各国和各地区对安全元件都进行安全认证,保险丝的安全认证对于它的安全功能来说也是必不可少的。选择具有足够分断能力和额定电压的,并获得必要的应用地区的安全认证的保险丝品种,才能满足保险丝的安全功能。

  综上所述,适当的熔断特性和额定电流;足够而合理的熔化热能值;以及合适的分断能力、额定电压和安全认证是保证保险丝主要功能的必要条件,只有在具备了这三个条件的基础上,同时协调好保护性能和耐脉冲能力之间的制约,求得最合理的平衡,我们才有可能做出判断:这样的保险丝才是优质可靠的保险丝

  1. 额定电流---In

  ●保险丝的额定电流是指它的公称额定电流, 通常就是电路能够工作的最大电流值。

  ●正确选择保险丝的额定电流值, 必须作如下考虑:

  ●例如: 电路的工作电流: Ir = 1.5 A,

  ●UL规格保险丝额定电流应是: In = Ir/Of = 1.5/0.75 = 2A z 这儿的 Ir是电路工作电流,Of 是 UL 规格保险丝的折减率

  ●所以应该选择 2A 的保险丝

  ●对于 IEC规格保险丝则没有折减率要求, 即: Ir = In z 如果特殊的额定电流不是通用的, 应该选最邻近的较高值。

  ●错误的选泽:把希望保险丝熔断的电流值作为额定电流值

  2. 额定电压---Un

  ●保险丝的额定电压是指它的公称额定电压, 通常就是保险丝断开后能够承受的最大电压值。

  ●保险丝通电时两端所承受的电压大大小于其额定电压,因此额定电压基本上无关紧要。

  ●正确选择保险丝额定电压应该等于或大于电路电压 z 例如: 250V的保险丝可以用于 125V的电路

  ●对于低电压的电子应用, 一个交流额定保险丝可以用于直流电路中。

  ●关于保险丝的额定电压主要应考虑: 当电路电压不超过熔断器额定电压时, 保险丝是否有能力分断给出的最大电流

  ●认识的误区:保险丝的额定电压必须跟电路电压一致!

  3. 环境温度

  ●保险丝所处小环境温度或已知的工作温度, 对保险丝的动作是有影响的 z 环境温度越高, 保险丝的工作时就越热, 其寿命也就越短

  ●不管是 UL 规格还是 IEC规格, 保险丝的各项指标都是指在25 ℃ ,如小环境工作温度较高,则要考虑保险丝的温度折减率。

  ●例: 选用快熔断保险丝在 90 0C小环境下和 1.5A 电流下工作,,若选用 IEC规格保险丝, 那么额定电流就是:

  In = In/ Tf = 1.5A/0.95 = 1,58 A 推荐 1.6 A 或 2 A 的保险丝

  若选用UL 规格保险丝 那么额定电流就是:

  In = In/OfxTf = 1.5A/0.75x0.95 = 2.1 A 应选 2.5 A 的保险丝

  4. 电压降/冷电阻---Ud/R

  ●一般情况下,保险丝的电阻值与它的额定电流值成反比。

  ●在保护电路中要求保险丝阻值越小越好,这样它的损耗功率就小;因此在保险丝技术参数中规定了最大电压降值或冷电阻值,但不作为产品验收依据。

  ●保险丝的电压降:通以直流额定电流,使保险丝达到热平衡后所得的读数。

  ●保险丝的冷电阻:在小于额定电流10%的条件下测得的读数 z 保险丝的电压降和冷电阻可以互相换算。

  ●小规格保险丝的电压降对低压电路的影响较大,务必注意! z 极端情况下由于电阻太大会无法输出需要的工作电流。

  5. 熔断特性

  ●也称作保险丝的时间-电流特性或I-T特性或安秒特性, 是保险丝最主要的电性能指标,它表明了保险丝在不同过载电流负载下熔断的时间范围。 z 当流经保险丝的电流超过额定电流时, 熔体温度逐渐上升,以至最后保险丝被烧断,我们把这都归属为一种过载状态。

  ●保险丝需要有一定的过载能力:

  UL规范保险丝的最大不熔断电流是110%In; IEC规范保险丝的最大不熔断电流是150%In或120%In z 保险丝也要求在超过限量的过载电流时能及时地烧断:

  UL规范保险丝的最小熔断电流在130%In 左右; IEC规范保险丝的最小熔断电流在180%In 左右

  ●根据熔断特性不同,可以把保险丝分为快速型和延时型等:

  ●快速保险丝常用在阻性电路中,保护一些对电流变动特别敏感的元器件;

  ●延时保险丝常用在电路状态变化时有较大浪涌电流的感性或容性电路中,它能承受开关机时浪涌脉冲的冲击,而真正出现故障时仍能较快的断开电路

  ●每一条曲线代表了一个规格保险丝的熔断特性,对应每一个负载电流都能找到它的熔断时间。

  ●不同类型保险丝具有不同形状的特性曲线。

  时间/电流特性曲线最好地描绘了保险丝的过载性能,供设计师选用保险丝规格时主要的参考。

  时间-电流特性表

  保险丝电阻的作用和选型技巧

  通常规定用曲线中的几个关键点来考核保险丝的过载性能。是对保险丝进行质量评判或验收时的主要依据。

  6.分断能力---Ir

  ●分断能力也称为最大分断能力或短路分断能力或遮断电流。

  ●分断能力是保险丝最主要的安全指标。它表明了在规定的电压下, 保险丝能安全地切断的最大电流。

  ●当流经保险丝的电流相当大以至短路的时侯,仍要求保险丝能安全分断电路,且不带来任何破坏性。

  ●当超过额定分断电流值时, 保险丝有可能出现破碎,爆炸,喷 溅,引起周围人身或其他元器件的燃烧和破坏等不安全现象。

  ●保险丝的分断能力取决于保险丝的结构和所用的材质, 一般来说低分断能力保险丝大部份都是玻璃壳体的, 高分断能力保险丝通常有陶瓷壳体, 其中许多还填充有纯净颗粒状石英材料

  ●按照常规, 当被保护系统是直接联接到电源输入电路和保险丝被置于电源输入部份时, 一定要使用高分断能力保险丝。

  ●在大部分二次电路中, 特别是电压低于电源电压时, 选用低分断能力保险丝就足以能胜任了。

  7. 熔化热能值—I2t

  ●熔断器的熔化热能值(If2t)是指熔体熔断所需要的能量值, 通常被用于熔断器承受浪涌能力的技术指标,其中 I为过载电流,t为熔断时间 z 电路中出现浪涌时所释放出来的能量值(Ir2t)

  ●原则: 选用熔断器时必须考虑 If2t》Ir2t, 即熔断器的熔化热能应大于浪涌电流释放的热能

  ●熔断器的熔断时间跟电流产生的热量, 散热条件及熔断器的热容特性等都有关,许多因素都会影响熔断器的熔断时间,所以熔断器在不同的分断电流或分断时间会有不同的If2t,也就是说If2t并不是一个常数

  ●能量/时间曲线最好地描绘了保险丝的熔化热能变化情况,供设计师选用保险丝耐脉冲能力时主要的参考。

  ●耐脉冲冲击次数

  ●当If2t 》 Ir2t时,熔断器应能承受脉冲的冲击,不会被熔断但会受到一些损伤,从而略微降低它的If2t

  ●通过计算和选择 If2t 和Ir2t的关系,可以知道熔断器能够承受的脉冲次数,反过来说需要熔断器能够承受多少次以上的浪涌冲击,就必须选择熔断器的 If2t与电路脉冲的Ir2t关系

  ●AEM 熔断器的If2t 和Ir2t的大概关系

  Ir2t 《= 30% If2t 100,000次

  Ir2t 《= 38% If2t 10,000次

  Ir2t 《= 48% If2t 1,000次

  ●Littelfuse保险丝的If2t和Ir2t的大概关系

  Ir2t 《= 22% If2t 100,000次

  Ir2t 《= 29% If2t 10,000次

  Ir2t 《= 38% If2t 1,000次

  8. 耐久性/寿命

  ●保险丝的寿命是很长的,在无故障的情况下几乎与设备的寿命是可以同步的

  ●测试 IEC 规格的小型管状保险丝寿命的方法:在直流电源条件下,以1.20 In(或1.05 In)电流导通一小时,断开15分钟,连续100个周期,最后再以1.5 In(或1.15 In) 电流导通一小时,期间不能有熔断或其他异常现象。

  ●保险丝的储存期,在正常条件下不少于两年,到期经复检合格后可再行储存。

  9. 结构特征和安装形式 结构特征

  ●管状:玻璃管-低分断能力,陶瓷管-高分断能力;

  填充细粒石英沙-用于灭弧,玻璃管变色-熔断指示;

  内焊式与外焊式;

  加引线套帽-用于焊接(有时需先将引线成型) 。。. 。。.

  ●微型:电阻式,晶体管式,薄膜式 。。. 。。.

  ●片式:薄膜式,多层独石,电阻式 。。. 。。.

  ●其他:插片式,螺栓式,密封式,报警式 。。. 。。.

  ●熔体结构:圆丝,扁丝,单丝,双丝,复合丝;

  电阻的选型技巧

  一、电阻器的归一化选型方向总结

  本归一化选型原则只是针对电阻选型的一个“轮廓”,根据以往工程师的选型经验总结出来的,具有大众化的选型意义,在要求严格的电路设计中,还需要根据具体电路设计中的电器要求对电阻选型进行进一步的考量。

  A、电阻选型“轮廓”

  1、金属膜电阻器:1W以下功率优选金属膜电阻,1W及1W以上功率优选金属氧化膜电阻。

  2、碳膜电阻器:为话机专用类别,公司技术不使用。优选等级信息用“T”标记。

  3、熔断电阻器:不推荐使用。反应速度慢,不可恢复。建议使用反应快速、可恢复的器件以达到保护的效果,并减少维修成本。

  4、绕线电阻器:大功率电阻器。

  5、集成电阻器:贴片化。插装项目只保留并联式,插装的独立式项目将逐步淘汰,用同一分类的片状集成电阻器替代。

  6、片状厚膜电阻器:在逐步向小型化、大功率方向发展,优选库会随着适应发展方向的变化而动态调整。这类电阻器是小功率电阻的优选对象。

  7、片状薄膜电阻器:建议使用较高精度类别。

  B、选型与应用要求配对表

  1、性能要求——可型种类

  保险丝电阻的作用和选型技巧

  2、额定功率——电阻值范围

  保险丝电阻的作用和选型技巧

  二、电阻的特性参数选型原则总结

  在第一讲中,对电阻的特性参数进行了详细的讲解,在众多的概念中,对电阻的选型尤其重要的有两个概念——标称阻值和阻值允许偏差。

  标称阻值是电阻器设计所确定的,通常在电阻器上标出的电阻值。在规定条件下测量电阻器所得到的阻值叫做实际阻值。为了便于生产和使用,国家统一规定了一系列阻值作为产品的标准值,这些阻值被称为电阻器的标称阻值系列。一般来说,精度与标称阻值系列有关,精度越高,所选标称系列越密;精度越低,所选标称系列越稀。由于工厂商品化生产的需要,电抗组件产品的规格是按特定数列提供的。考虑到技术上和经济上的合理性,目前主要采用E数列作为电抗组件规格。常用的系列有E6, E12, E24, E96系列。

  电阻器的实际阻值与标称阻值之间可以有偏差,这一偏差的最大允许范围叫做阻值允许偏差,也称为精度。通常用标称阻值的百分数来表示。

  对标称阻值和阻值允许偏差有了认识之后,下面我们对电阻的选用要求进行概论。

  电阻的一般特性参数选型要求

  1、精度

  在设计中不要盲目的追求电阻本身的精度,即使高精度的电阻受环境的影响,也会超出其范围。所以应该更加的关注可靠性试验的指标。目前选择电阻的精度不建议超过0.1%,常用的厚膜电阻都是5%,1%以上精度要求电阻建议选用厚膜电阻,1%以下精度要求电阻建议选用薄膜电阻。

  2、不选用极限和边缘规格

  不选用各分类电阻器的极限规格。如电阻器具体系列中的最大最小阻值的边缘规格。

  3、降额使用

  降额使用是提高电阻器工作可靠性和寿命的最重要手段。电阻的功率取决于封装的大小,薄膜电阻的功率很小,一般小于1W,电阻在使用时,一定要对功率进行降额。

  不同类别的电阻具有不同的绝缘介质和自愈机制,对承受应力(主要是工作电压、消耗功率和工作环境温度)的降额程度要求有差异,但一般都在0.6倍额定承受应力下使用,不超过0.75倍。建议在降额曲线再降80%,绕线电阻据有很大的功率特性。

  其中电阻的额定功率计算方法:

  当电阻阻值小于额定阻值时,额定电压:

  电阻的基本选型原则及案例分析

  当电阻阻值小于额定阻值时额定电压等于最高电压。

  4、电阻值变化

  电阻器在实际工作时的电阻值不同于标称电阻值,而与以下因素有关:

  (1) 阻值偏差。实际生产中电阻器的阻值会偏离标称阻值,此偏离应在阻值允许偏差范围内。

  (2) 工作温度。电阻器的阻值会随温度变化而变化。此特性用T.C.R值即电阻温度系数来衡量。

  (3) 电压效应。电阻器的阻值与其所加电压有关,变化可以用电压系数来表示。电压系数是外加电压每改变 1 V时电阻器阻值的相对变化量。

  (4) 频率效应。随着工作频率的提高,电阻器本身的分布电容和电感所起的作用越来越明显。

  (5) 时间耗散效应。电阻器随工作时间的延长会逐渐老化,电阻值逐渐变化(一般情况下增大)。

  外加应力下电阻值漂移应在电路要求的范围内,同时还应考虑老化因素。应给出设计裕度(一般为电路要求变化范围的一半,如电路要求可在±10%范围内变化,应选择在±5%内变化的电阻器)。

  5、额定工作温度

  各种具体型号的电阻器都有规定的额定环境工作温度范围,在实际使用中不应超出规定的环境工作温度范围。

  目前TCR小的电阻器只有薄膜电阻,一般情况下,碳膜与陶瓷电阻器TCR为负,对于低TCR设计,首选推荐10ppm。不同材料电阻的TCR有很大的变化,大致范围可以从下表看出:

  保险丝电阻的作用和选型技巧

  6、降功耗曲线

  当工作环境温度高于70°C时,应在原使用基础上再进行降额。降额曲线如图1所示:

  保险丝电阻的作用和选型技巧

  7、管脚表层金属

  管脚表层金属采用Sn/Pb或Sn,焊接性能好,价格便宜,尽量避免采用贵金属管脚或外电极的电阻器(对特殊种类的电阻器,如其行业通用贵金属作管脚的表层金属,则应采用行业的通用标准,目前公司技术尚未采用)。

  8、安装

  尽量采用表面贴装的电阻器。表面贴装不仅生产效率高,体积小,且由于大量使用而价格低。为节省空间还可使用表面贴装的集成电阻器(是片状厚膜电阻器阵列,又称电阻排或电阻网络,目前公司的产品中已经大量使用)。

  三、电力仪表电阻选型案例分析

  现以电力仪表上电压电阻采样为例讲解如何对电阻进行选型,具体电路要求为:

  1.应用于采样电路

  2.电阻两端电压为500VAC

  3.电阻受环境温度引响小

  4.电阻阻值在1.5M左右

  5.电阻精度要求高

  1、此电阻应用在采样电路里,功率要求不高,精度要求比较高,可以使用膜电阻(金属膜、片状厚膜、片状薄膜),综合价格、实际电阻的封装和电路安装,选择金属膜电阻。

  2、该电路受温度影响小(TCR值小,一般小于100ppm)。

  3、参数选定:

  (1)根据常用组件标称系列E24,我们选用1.5M

  (2)根据实际使用,电阻精度选用1%

  (3)TCR为100ppm,其精度范围在千分之三

  (4)功率=U*U*÷1.5M=0.3W, 降额70%,选用1W电阻

  (5)额定电压=500*1.414=700 ,选用1KV的耐压

  初步选型结果为:金属膜电阻、1.5M、1%精度、TCR为100ppm、1W功率。

  初步选型出来后还需要在制作出样品之后对电路进行测试,调整电阻的具体参数,并反复进行选型测试,以达到系统的稳定工作,这才算对电阻进行完整的选型。

  结语

  关于保险丝电阻的相关介绍就到这了,希望通过本文能让你对保险丝电阻有更全面的认识。

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( 发表人:沈丹 )

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