آشنایی با فیوز و ساختار آن

فیوز چیست؟ فیوز وسیله‌ای الکتریکی/ الکترونیکی یا مکانیکی است که برای محافظت از مدارها در برابر جریان بیش از حد، اضافه بار و اطمینان از حفاظت مدار استفاده می‌‌شود. فیوز برقی توسط توماس آلوا ادیسون در سال 1890 اختراع شد، فیوزها انواع مختلفی دارند، اما عملکرد همه این فیوزها یکسان است. در این مقاله به انواع فیوزها، ساخت، عملکرد و کاربرد آنها در انواع سیستم‌های الکترونیکی و الکتریکی می‌پردازیم.
برای داشتن اطلاعات بیشتر در این زمینه می‌توانید با همکاران ما که در واحد آموزش برق ساختمان فعالیت دارند، در ارتباط باشید.

حتما بخوانید: 10 اشتباه رایج و خطرناک سیم کشی ساختمان که باید بدانید

ساخت و کار فیوز چگونه است؟

فیوز عمومی شامل یک سیم فلزی با مقاومت کم است که در یک ماده غیر قابل احتراق محصور شده است. از آن برای اتصال و نصب سری به مدار و دستگاه استفاده می‌شود که باید از اتصال کوتاه و جریان زیاد محافظت شود، در غیر این صورت ممکن است دستگاه الکتریکی در صورت عدم وجود فیوز و قطع کننده، مدار ممکن است آسیب ببیند زیرا آنها قادر به کنترل جریان بیش از حد بر اساس محدودیت‌های خود نیستند.
اصل کار یک فیوز بر اساس “اثر گرمایش جریان” است، یعنی هرگاه یک اتصال کوتاه، جریان بیش از حد یا اتصال بار نامتناسب رخ دهد، سیم نازک داخل فیوز به دلیل گرمای تولید شده توسط جریان سنگینی که از آن عبور می‌کند ذوب می‌شود. بنابراین، منبع تغذیه را از سیستم متصل قطع می‌کند. در عملکرد عادی مدار، سیم فیوز فقط یک جزء مقاومت بسیار کم است و بر عملکرد عادی سیستم متصل به منبع تغذیه تأثیری ندارد.

مطالب مرتبط
نحوه یافتن رتبه بندی ولتاژ و آمپر کلید، دوشاخه، پریز 
چگونه اندازه مناسب کابل و سیم را برای نصب سیم کشی برق پیدا کنیم؟

چگونه اندازه فیوز رتبه بندی مناسب را انتخاب کنیم؟

از آنجا که که انتخاب فیوز مناسب و اندازه آن برای وسایل برقی بر اساس عوامل و محیط‌های مختلف است. اما فرمول اصلی زیر نحوه انتخاب اندازه مناسب فیوز را نشان می دهد:
رتبه فیوز = ( توان / ولتاژ ) x 1.25
به عنوان مثال، شما باید اندازه مناسب فیوز را برای سوکت دو پین 10A پیدا کنید.
(1000 وات / 230 ولت) x 1.25 = 5.4A
در مثال بالا، 1 کیلو وات توانی است که می‌تواند از طریق سوکت 2 پین کنترل شود و ولتاژ اصلی منبع تغذیه تک فاز 230 ولت AC (120 ولت AC در ایالات متحده) است.
اما برای عملکرد ایمن و مطمئن مدار، باید به جای 5.4 آمپر از حداکثر فیوز یعنی 6 آمپر استفاده کنید.

ویژگی‌های فیوز

انواع مختلف فیوزها را می‌توان بر اساس ویژگی‌های زیر دسته بندی کرد.

•  رتبه بندی فعلی و ظرفیت حمل جریان فیوز
•  رتبه بندی ولتاژ فیوز
•  ظرفیت شکستن یک فیوز
•  I2t مقدار فیوز
•  ویژگی پاسخگویی
•  ولتاژ نامی فیوز
•  اندازه بسته بندی

در زیر به توضیح مختصری از دسته‌بندی‌های فوق می پردازیم.

ظرفیت حمل جریان فیوز

ظرفیت حمل جریان، مقدار جریانی است که یک فیوز می‌تواند به راحتی بدون قطع شدن مدار عبور دهد.

ظرفیت شکستن

مقدار حداکثر جریانی که می‌تواند به طور ایمن توسط فیوز قطع شود، ظرفیت شکست نامیده می‌شود و باید بیشتر از جریان اتصال کوتاه احتمالی باشد.

ولتاژ نامی فیوز

ظرفیت فعلی جریان را انتظار داشته باشید، حداکثر درجه ولتاژی وجود دارد که یک فیوز می‌تواند با خیال راحت از عهده آن برآید. هر فیوز دارای حداکثر درجه ولتاژ مجاز است، به عنوان مثال، اگر فیوز برای ولتاژ 32 ولت طراحی شده باشد، نمی توان از آن با ولتاژ 220 ولت استفاده کرد، مقادیر مختلف ایزولاسیون در فیوزهای مختلف که در سطوح ولتاژ مختلف کار می‌کنند مورد نیاز است. پایه‌های درجه بندی ولتاژ، یک فیوز می‌تواند HV (ولتاژ بالا) LV (ولتاژ پایین) و فیوز مینیاتوری باشد.

I2t مقدار فیوز

اصطلاحات I2t مربوط به فیوز است که معمولاً در شرایط اتصال کوتاه استفاده می‌شود. این مقدار انرژی است که عنصر فیوز را در هنگام رفع خطای الکتریکی توسط المنت فیوز حمل می‌کند.

ویژگی پاسخگویی فیوز

سرعت دمیدن فیوز به میزان جریانی که از سیم آن می‌گذرد بستگی دارد. هر چه جریان عبوری از سیم بیشتر باشد، زمان پاسخ سریعتر خواهد بود.
مشخصه پاسخ، زمان پاسخ را برای یک رویداد اضافه جریان نشان می‌دهد. فیوزهایی که به سرعت به وضعیت بیش از حد فعلی پاسخ می‌دهند، فیوزهای فوق سریع یا فیوزهای سریع نامیده می‌شوند. آنها در بسیاری از دستگاه‌های نیمه هادی استفاده می‌شوند زیرا دستگاه‌های نیمه هادی با جریان بیش از حد به سرعت آسیب می‌بینند.
فیوز دیگری نیز وجود دارد که به آن فیوز آهسته سوز می گویند، فیوزهای سوئیچ به سرعت به جریان بیش از حد پاسخ نمی‌دهند، اما پس از چند ثانیه از وقوع بیش از حد جریان، منفجر می‌شوند. چنین فیوزهایی کاربرد خود را در سیستم‌های الکترونیکی کنترل موتور پیدا کردند زیرا موتورها در هنگام راه اندازی جریان بسیار بیشتری نسبت به کار می گیرند.

اندازه بسته بندی

همانطور که در بالا اشاره کردیم، فیوزهای AC و DC کمی نوع بسته بندی متفاوتی دارند، به همین ترتیب کاربردهای مختلف نیاز به بسته بندی‌های مختلف برای استفاده دقیق در مدار دارند.
سایر عوامل و پارامترها عبارتند از: علامت گذاری، کاهش دما، افت ولتاژ و سرعت و غیره.

طبقه بندی فیوزها

فیوزها را می‌توان بر اساس کاربردهای مختلف به‌عنوان «فیوز یک‌بار مصرف»، «فیوز قابل تنظیم مجدد»، «فیوز محدودکننده جریان و محدودکننده جریان غیرفعال» طبقه‌بندی کرد.
فیوزهای یکبار مصرف حاوی یک سیم فلزی هستند که می‌سوزد، هنگامی که یک رویداد اتصال بیش از حد جریان، بار بیش از حد یا بار نامناسب اتفاق می‌افتد، کاربر مجبور است این فیوزها را به صورت دستی تعویض کند، فیوزهای سوئیچ ارزان هستند و تقریباً در تمام الکترونیک و برق استفاده می‌شود.
از طرف دیگر، فیوز Resettable پس از انجام عملیات در صورت بروز خطا در سیستم، به طور خودکار ریست می‌شود.
در فیوز محدودکننده جریان، مقاومت بالایی برای مدت بسیار کوتاهی ایجاد می‌کنند، در حالی که فیوز محدودکننده غیر جریان، در صورت جریان زیاد، قوس تولید می‌کند تا قطع شود و جریان را در مدارهای مرتبط و متصل محدود کند.

انواع فیوز

انواع مختلفی از فیوزها در بازار موجود است و می‌توانند بر اساس جنبه‌های مختلف دسته بندی شوند.
خوب است بدانید: فیوزها در مدارهای AC و همچنین DC استفاده می‌شوند.

فیوزها را می‌توان با توجه به نوع ولتاژ تغذیه ورودی به دو دسته اصلی تقسیم کرد.

•  فیوزهای AC
•  فیوزهای DC

تفاوت کمی بین فیوزهای AC و DC مورد استفاده در سیستم‌های AC و DC وجود دارد که در زیر مورد بحث قرار گرفته است.

 فیوزهای DC

در سیستم DC، زمانی که سیم فلزی به دلیل گرمای تولید شده توسط جریان بیش از حد ذوب می‌شود، قوس تولید می‌شود و خاموش کردن این قوس به دلیل مقدار ثابت DC بسیار دشوار است. بنابراین برای به حداقل رساندن قوس، فیوز DC کمی بزرگتر از فیوز AC است که باعث افزایش فاصله بین الکترودها برای کاهش قوس در فیوز می‌شود.

فیوزهای AC

از طرف دیگر، یعنی در سیستم AC، ولتاژ با فرکانس 60 هرتز یا 50 هرتز در هر ثانیه دامنه خود را از صفر به 60 بار تغییر می‌دهد، بنابراین قوس در مقایسه با DC به راحتی خاموش می‌شود. بنابراین، فیوزهای AC در مقایسه با فیوزهای DC کمی کوچک هستند.
فیوزها را نیز می‌توان بر اساس یک زمان یا چند عملیات دسته بندی کرد.

فیوز کارتریج

فیوزهای کارتریج برای محافظت از وسایل الکتریکی مانند موتورها، تهویه مطبوع، یخچال، پمپ ها و غیره استفاده می شود، جایی که درجه ولتاژ و جریان بالا مورد نیاز است. آنها تا 600 آمپر و 600 ولت AC در دسترس هستند و به طور گسترده در صنایع، تجاری و همچنین پانل‌های توزیع خانگی استفاده می‌شوند.
دو نوع فیوز کارتریج وجود دارد. 1. فیوز عمومی بدون تاخیر زمانی و 2. فیوز کارتریج سنگین با تاخیر زمانی. هر دو در 250 ولت AC تا 600 ولت AC موجود هستند و امتیاز آن را می‌توان در کلاهک انتهایی یا تیغه چاقو یافت.
فیوزهای کارتریج در یک پایه محصور شده‌اند و می‌توان آنها را به فیوزهای کارتریج نوع Link و فیوز کارتریج نوع D تقسیم کرد.
فیوز کارتریج را تایپ کنید
فیوز D-Types شامل یک حلقه آداپتور، پایه، کلاهک و کارتریج است. پایه فیوز به درپوش فیوز وصل می‌شود که کارتریج داخل درپوش فیوز است. مدار زمانی تکمیل می‌شود که نوک کارتریج از طریق هادی فیوز اتصال برقرار کند.

فیوز HRC (ظرفیت پارگی بالا) یا فیوز کارتریج نوع پیوند

ما قبلاً در مورد ساخت، عملکرد و کاربردهای فیوز HRC (ظرفیت پارگی بالا) با جزئیات بسیار صحبت کرده‌ایم. همچنین انواع فیوزهای HRC مانند نوع DIN، نوع NH، نوع تیغه، فیوز HRC نوع مایع، فیوز HV نوع اخراج، مزایا و معایب و غیره را پوشش می‌دهد.

فیوزهای فشار قوی

فیوزهای ولتاژ بالا (HV) در سیستم‌های قدرت برای محافظت از ترانسفورماتور قدرت، ترانسفورماتورهای توزیع و ترانسفورماتور ابزار و غیره استفاده می‌شود که در آن قطع کننده‌های مدار ممکن است قادر به محافظت از سیستم نباشند. فیوزهای ولتاژ بالا برای بیش از 1500 ولت و حداکثر 13 کیلو ولت رتبه بندی می‌شوند.
عنصر فیوز ولتاژ بالا به طور کلی از مس، نقره یا قلع ساخته شده است. در صورت خروج فیوزهای HV (ولتاژ بالا) ممکن است محفظه فیوز با اسید بوریک پر شود.

فیوزهای خودرو، تیغه‌ای و نوع پیچی

این نوع فیوزها (همچنین به نام فیوزهای بیل یا پلاگین نیز شناخته می‌شوند) در بدنه پلاستیکی و دو درپوش فلزی برای قرار دادن در سوکت عرضه می‌شوند. بیشتر در خودروها برای سیم کشی و حفاظت از اتصال کوتاه استفاده می‌شود. فیوز لیمتر، لوله شیشه‌ای (همچنین به عنوان فیوز بوش شناخته می‌شود) به طور گسترده در صنایع خودرو استفاده می‌شود. درجه بندی فیوزهای خودرو از 12 ولت تا 42 ولت پایین است.
در انواع فیوزهای پیچی، پایه فیوز مستقیماً با پایه فیوز تماس می‌گیرد، مانند فیوزهای HRC، برای مطالعه بیشتر در مورد فیوزهای تیغه‌ای و پیچی مربوط به فیوزهای HRC، پست را بررسی کنید.

فیوزهای SMD (فیوز سطحی)، فیوزهای چیپ، شعاعی و سربی

فیوزهای SMD (Surface Mount Device و نامی که از SMT = Surface Mount Technology گرفته شده است) انواع فیوزهای تراشه‌ای (همچنین به عنوان فیوز الکترونیکی شناخته می‌شود) در برنامه‌های برق DC مانند هارد دیسک، پخش کننده‌های DVD، دوربین، تلفن‌های همراه و غیره برای پخش فضا استفاده می‌شوند. نقش مهمی دارد زیرا فیوزهای SMD از نظر اندازه بسیار کوچک هستند و همچنین به سختی قابل تعویض هستند.
در زیر انواع دیگری از فیوزهای SMD و فیوزهای سربی آورده شده است.
• آهسته – دمیدن فیوز تراشه
• فیوزهای تراشه‌ای سریع
• فیوزهای تراشه‌ای بسیار سریع
• فیوزهای تراشه‌ای مقاوم به پالس
• فیوزهای تراشه با جریان بالا
• فیوزهای مخابراتی
• فیوزهای سبک از طریق سوراخ
• فیوز شعاعی
• فیوز سرب
• فیوز محوری

فیوزهای قابل سیم کشی مجدد

معروف‌ترین فیوز کیت کت (همچنین به عنوان فیوز قابل سیم کشی مجدد شناخته می‌شود) که بیشتر در صنایع و سیم کشی برق خانگی برای کاربردهای جریان کوچک در سیستم های ولتاژ پایین (LV) استفاده می‌شود.
فیوز قابل سیم کشی مجدد شامل 2 قسمت اساسی است. عنصر فیوز داخلی به عنوان حامل فیوز ساخته شده از مس قلع شده، آلومینیوم، سرب و غیره و پایه ساخته شده از چینی دارای پایانه‌های IN و OUT است که برای محافظت از مدار به صورت سری استفاده می‌‍شود.
مزیت اصلی فیوز قابل سیم‌کشی این است که در صورت منفجر شدن به دلیل اتصال کوتاه یا جریان بیش از حد که باعث ذوب شدن عناصر فیوز می‌شود، می‌توان آن را به راحتی سیم‌کشی کرد. ساده، یک سیم دیگر از عناصر فیوز با همان رتبه قبلی قرار دهید.

فیوزهای حرارتی

همانطور که در بالا ذکر شد، فیوز حرارتی فیوز یک بار مصرف است. آنها فیوز حساس به دما هستند و عنصر فیوز از آلیاژ حساس به دما ساخته شده است. آنها به عنوان برش های حرارتی (TCO) یا پیوندهای حرارتی شناخته می شوند.
در فیوز حرارتی، عنصر فیوز یک تماس مکانیکی فنری را نگه می دارد که معمولاً بسته است. هنگامی که جریان های زیاد به دلیل جریان بیش از حد و اتصال کوتاه از عناصر فیوز عبور می کند، عناصر فیوز ذوب می شوند که منجر به آزاد شدن مکانیسم فنر و جلوگیری از قوس و آتش سوزی و محافظت از مدار متصل می شود.

فیوزهای قابل تنظیم مجدد

فیوز قابل تنظیم مجدد دستگاهی است که می توان چندین بار بدون تعویض آن از آن استفاده کرد. آنها مدار را باز می کنند، هنگامی که یک رویداد بیش از جریان رخ می دهد و پس از مدتی مشخص دوباره مدار را وصل می کنند. دستگاه ضریب دمای مثبت پلیمری (PPTC که معمولاً به عنوان فیوز قابل تنظیم مجدد، پلی سوئیچ یا پلی فیوز شناخته می شود) یک قطعه الکترونیکی غیرفعال است که برای محافظت در برابر خطاهای جریان کوتاه در مدارهای الکترونیکی استفاده می شود.
در مواردی که تعویض دستی فیوزها دشوار یا تقریباً غیرممکن است، استفاده از فیوزهای قابل تنظیم مجدد برطرف می شود، به عنوان مثال. فیوز در سیستم هسته ای یا در یک سیستم هوافضا.

موارد استفاده و کاربرد فیوزها

انواع فیوزهای الکتریکی و الکترونیکی را می توان در انواع سیستم‌ها و کاربردهای الکتریکی و الکترونیکی از جمله موارد زیر یافت:

•  موتورها و ترانسفورماتورها
•  تهویه مطبوع
•  تابلوهای توزیع خانگی
•  لوازم و دستگاه‌های برقی عمومی
•  لپ تاپ‌ها
•  تلفن‌های همراه
•  سیستم‌های بازی
•  چاپگرها
•  دوربین‌های دیجیتال
•  پخش کننده دی وی دی
•  الکترونیک قابل حمل
•  مانیتورهای LCD
•  اسکنرها
•  بسته های باتری
• درایوهای دیسک سخت
•  مبدل‌های قدرت

در مقاله ای دیگر نیز به طور جامع به نقش فیوز پرداختیم، برای اطلاعات بیشتر، مقاله معرفی انواع فیوز و کاربردهای آن را حتما مطالعه فرمایید.