آشنایی با انواع فیوز و کاربرد‌های آن

در این مقاله قصد داریم شما را با انواع فیوز، مشخصات هرمدل، کابردهای آن‌ها و هرآنچه نیاز است برای استفاده از فیوز در مدارهای الکتریکی بدانید آشنا کنیم، پس در ادامه این مقاله کاربردی با ما همراه باشید.

تاریخچه ساخت فیوز

در دوران پیشین تلگراف، دانشمندی فرانسوی به نام “Breguet”، به خاطر تلاش‌ها و دستاوردهایش معروف‌تر شد. او کسی بود که پیشنهاد داد از قسمت کاهش یافته هادی‌ها استفاده شود تا از ایستگاه‌های تلگراف در برابر رعد و برق محافظت شود و با ذوب شدن سیم‌های نازک‌تر، به تجهیزات و سیم‌کشی داخل ساختمان آسیب نرسد. در سال 1864، تأسیسات روشنایی و کابل‌های تلگراف با استفاده از انواع سیم‌ و تجهیزات قابل ذوب فویل‌دار محافظت می‌شد. در پایان، توماس آلوا ادیسون حق اختراع فیوز را به دست آورد که یکی از عناصر سیستم توزیع برق او در سال 1890 است و اکنون در این مقاله به فیوز، انواع فیوزها و کاربردهای آن در زمینه های مختلف می‌پردازیم.

فیوز چیست؟

در زمینه برق و الکترونیک، فیوز یکی از مهم‌ترین وسیله‌هایی است که در مدارهای الکتریکی مختلف برای حفاظت در برابر اضافه جریان به کار می‌رود. این وسیله شامل یک نوار فلزی است که در صورت وجود یک جریان بزرگ خارج از محدوده، ذوب می‌شود. پس ذوب شدن فلز، مدار به یک مدارِ باز تبدیل می‌شود و جریان منبع تغذیه به مصرف کننده را قطع می‌کند.

این فرایند همچنین به عنوان قطع خودکار منبع تغذیه (automatic disconnection of supply)، نیز نامیده می‌شود که اغلب به ADS مختصر می‌شود. این قطعه ارزان قیمت برای محافظت از مدارهای الکتریکی، در شرایط اتصال کوتاه یا محدوده جریان زیاد استفاده می شود.

چرا به فیوز نیاز داریم؟

 فیوزها برای جلوگیری از آسیب جریان زیاد یا اضافه بار به لوازم خانگی، استفاده می‌شود. اگر در منازل از فیوز استفاده کنیم، ایرادات الکتریکی در سیم‌کشی رخ نمی‌دهد و در نتیجه از سوختن و آتش سوزی در سیم‌ها و آسیب به تجهیزات جلوگیری می‌شود. هنگامی که فیوز می‌شکند یا آسیب می‌بیند، یک جرقه ناگهانی اتفاق می‌افتد که ممکن است به لوازم خانگی شما آسیب برساند. به همین دلیل است که ما به انواع مختلف فیوزها، برای محافظت از لوازم خانگی خود در برابر آسیب نیاز داریم.  انواع مختلفی از فیوزها برای حفاظت مدار استفاده می‌شود.

فیوزها به طور کلی برحسب آمپر هستند. با اینکه عملکرد آن‌ها برپایه تولید گرما در مقاومت داخلی براثر اضافه جریان است. این عملکرد را می‌توان به طور کلی با کوتاه کردن طول سیم فیوز، تا حد امکان به دست آورد.

مشخصات فیوزها

 تعدادی ویژگی و مشخصات الکتریکی برای فیوزها وجود دارد که در مطالب پایین، توضیح داده شده است:

جریان نامی: حداکثر جریان دائمی، که فیوز از خود عبور می‌دهد بدون اینکه ذوب شود، جریان نامی نامیده می‌شود. مقدار اندازه‌گیری برحسب آمپر است و دارای ویژگی‌های حرارتی است.

ولتاژ نامی: حداکثر ولتاژی که می‌تواند دو سر فیوز بیوفتد، به طوری‌که مقدار ولتاژ نامی فیوز افزایش پیدا نکند و به آن آسیب نرسد.

دمای کاری: دمایی که فیوز در آن، قادر به کار در مشخصه جریان خود است.

اصول کار فیوز

اصل کار فیوز “تولید حرارت بر اثر جریان” است. فیوز با یک نوار نازک یا نخ سیم فلزی ساخته می‌شود. اتصال فیوز در مدار الکتریکی همیشه سری است.  هنگامی که مدارهای الکتریکی جریان بالایی مصرف کنند، فیوز نرم شده و مدار را در حالت باز قرار می‌دهد. جریان شدید، ممکن است منجر به فروپاشی سیم و قطع اتصال تغذیه شود. نحوه کار این المان عمدتاً به تولید گرما بر اثر عبور جریان وابسته است. در شرایط کار نرمال، جریان عادی از فیوز عبور می‌کند. بر اثر جریان، گرما در المنت فیوز ایجاد می‌شود و گرمای تولید شده در فضا، پخش می‌شود. درنتیجه دمای حرارت کمتر از نقطه ذوب باقی می‌ماند.

در حالی که در شرایط خطا، جریان اتصال کوتاه از فیوز رد می‌شود. اندازه این جریان در مقایسه با سطوح جریان معمولی بیشتر است. این اتفاق باعث ایجاد دمای بالایی در فیوز می‌شود. بنابراین فیوز شروع به ذوب شدن و از بین رفتن می‌کند. در این حالت، فیوز یک عنصر محافظ در برابر اضافه بار یا اتصال کوتاه است.

المنت فیوز (Fusing Element) از یک فلز رسانای بسیار خاص ساخته شده است. اصول عملکرد این قطعه به شکلی است که، فقط اجازه عبور مقدار محدودی جریان را بدهد. در غیر این صورت، مدار الکتریکی را قطع می‌کند و توانایی سرکوب اضافه ولتاژ را دارد. ساختار اصلی فیوز در بالا نشان داده شده است.

یک فیوز در مدار الکتریکی را می‌توان با فیوز جدیدی که دارای مشخصات مشابه است، جایگزین کرد. فیوز را می‌توان با عناصری مانند مس و روی و آلومینیوم و نقره طراحی کرد. آن‌ها همچنین مانند یک قطع کننده مدار عمل می‌کنند که هنگام رخ دادن یک خطای ناگهانی در مدار، جریان را قطع می‌کنند.

مشخصه جریان فیوز = (ولتاژ (ولت) / توان (وات)) x 1.25

برای انتخاب فیوز می‌توان از فرمول بالا استفاده کرد.

• فیوز را انتخاب کنید.
• ولتاژ (برحسب ولت) و توان (برحسب وات) مدار را یادداشت کنید.
• مشخصه جریان فیوز را محاسبه کنید.

پس از حصول نتیجه، از فیوزی که جریان آن بیشتر از مقدار محاسبه شده است استفاده کنید. عنوان مثال وقتی فیوز محاسبه شده 7.689 آمپر است، باید از فیوز 8 آمپر در مدار الکتریکی استفاده شود.

انواع فیوز

 فیوزها اساساً به چندین نوع طبقه‌بندی می شوند، که بر اساس کاربرد در انواع AC و DC وجود دارند. فیوزها همچنین براساس سطوح ولتاژ، به انواع مختلفی طبقه‌بندی می‌شوند. نمودار زیر به وضوح نمودار انواع فیوزهای الکتریکی را در انواع AC و DC نشان می‌دهد.

فیوزهای DC

فیوزهای DC ابعاد بزرگی دارند. چون ممکن است درون فیوز میدان الکتریکی ایجاد شود و برای رهایی از این امر، چند الکترود با فاصله قرار می‌گیرند. همین موضوع باعث پیچیدگی ساخت و اندازه بزرگ می‌شود.

فیوزهای AC

 فیوز AC در مقایسه با فیوزهای DC از نظر اندازه کوچکتر است و دارای نوسانی نزدیک به 50 تا 60 بار در هر ثانیه پیک تا پیک است. فیوزهای AC به دو بخش فیوز HV و فیوز LV طبقه‌بندی می‌شوند. در اینجا LV&HV ولتاژ پایین و ولتاژ بالا را نشان می‌دهد.

فیوزهای LV

 فیوزهای ولتاژ پایین به پنج نوع تقسیم می‌شوند که فیوزهای قابل سیم کشی مجدد، کارتریج، دراپ، ضربه زن و سوئیچ هستند.

فیوز قابل سیم کشی مجدد

از دیگر انواع فیوز میتوان به فیوزهای قابل سیم‌کشی مجدد اشاره کرد، این فیوزها تحت طبقه‌بندی فیوزهای LV قرار می‌گیرند، و معمولا در کاربردهای کوچک مانند سیم‌کشی در خانه، صنایع کوچک و سایر کاربردهای جریان کوچک استفاده می‌شوند. این نوع فیوزها شامل دو قسمت ضروری هستند که شامل پایه فیوز است که دارای دو ترمینال مانند in و out است. معمولا این عنصر از جنس چینی است.  قسمت دیگر این فیوز، یک حامل فیوز (carrier) است که المنت فیوز را محکم نگه می‌دارد. این عنصر با آلومینیوم، مس قلع‌اندود شده و سرب ساخته می‌شود. مزیت اصلی حامل فیوز این است که می‌توانیم به سادگی و بدون خطر شوک الکتریکی، فیوز را از پایه وصل کرده و از آن جدا کنیم. اگر فیوز به دلیل جریان سنگین آسیب ببیند، می توانیم به سادگی حامل فیوز را حذف کنیم و همچنین سیم فیوز را برگردانیم.

انواع فیوز کارتریج

نوع فیوز کارتریجی دارای محفظه کاملاً بسته و اتصالات فلزی می‌باشد. انواع این فیوز عمدتاً شامل فیوزهای ولتاژ پایین (LV) ولتاژ بالا (HV) و فیوزهای کوچک است. باز هم این نوع فیوزها به دو نوع فیوزهای نوع D و فیوزهای لینک، دسته‌بندی می‌شوند.

فیوز کارتریج نوع D

این نوع فیوز از کارتریج، پایه فیوز، حلقه آداپتور و درپوش تشکیل شده است. پایه فیوز از یک درپوش تشکیل شده است که با استفاده از یک حلقه آداپتور با ماده فیوز توسط کارتریج بسته‌بندی می‌شود. اتصال مدار زمانی کامل می‌شود که نوک کارتریج از طریق هادی تماس برقرار کند.

فیوز نوع پیوند(لینک)

فیوز پیوندی با نام‌های HRC (ظرفیت ذوب شدن بالا) یا فیوز نوع BS نیز شناخته می‌شود. در این نوع فیوز، جریان المنت فیوز در شرایط استاندارد مشخص می‌شود.

در فیوز نوع BS، جریان توسط المنت فیوز در شرایط عادی داده می‌شود. قوس تولید شده توسط فیوزِ منفجر شده، با لایه محافظی از جنس چینی، سرامیک و نقره کنترل می‌شود. محفظه المنت فیوز با ماسه از جنس سیلیکا بسته بندی شده است. این نوع فیوز خود به دو قسمت تیغه‌ای و پیچی تقسیم می‌شود.

انواع فیوز کاردی(تیغه‌ای) و پیچی

فیوز نوع چاقویی یا فیوزهای پلاگین، با پلاستیک طراحی شده است. این نوع فیوز می‌تواند به سادگی در مدار الکتریکی با هر باری قابل تعویض باشد.

در فیوزهای پیچ و مهره‌ای، صفحات رسانای این فیوز به پایه فیوز پیچ می‌شوند.

فیوز سوئیچ یا مینیاتوری

اصولاً فیوز نوع سوئیچ با یک کلید فلزی و همچنین یک فیوز محصور شده است. این فیوزها عمدتاً در سطوح ولتاژ پایین و متوسط استفاده می شوند.

انواع فیوز SMD

• چیپ فیوزهای تندکار: این فیوزها اکثرا در کاربردهای تغذیه DC استفاده می‌شوند که در شرایط اضافه جریان، نیاز به دفع سریع باشد. از مشخصات این فیوزها می‌توان به کاهش استهلاک فیوز، افزایش ضریب اطمینان، قابلیت ارتجاعی و بهبود عملکرد در دمای بالا اشاره کرد.

فیوزهای با جریان نامی بالا: این فیوزها هنگامی استفاده می‌شوند که جریان زیادی مورد نیاز است، و در عین حال فضای کمی در اختیار داریم. از این فیوز ها به دلیل قابلیت اطمینان بالا و مشخصه خوب دفع قوس جریان، برای حفاظت در برابر اضافه جریان در منابع تغذیه سرور و تجهیزات ارتباطی، استفاده می‌شود.

چیپ فیوز کندکار: از فیوز کندکار برای حفاظت در برابرخسارات ناشی از اضافه جریان در سیستم‌هایی که در عملکرد عادی خود، تغییرات ناگهانی زیاد و مکرر دارند استفاده می‌شوند.

انواع فیوزهای مخابراتی: فیوزهای مخابراتی، برای حفاظت از آسیب رسیدن به مسیرهای مدار یا بردهای چندلایه استفاده می‌شوند. حجم کم و فوت پرینت کوچک باعث می‌شود برای کاربردهای با چگالی بالا و حجم کم مناسب باشد.

چیپ فیوز مقاوم در برابر پالس: این فیوزها حفاظت اضافه جریان را برای سیستم‌های با تغذیه DC تا 63 ولت فراهم می‌کنند. طراحی یکپارچه و چند لایه، امکان دسترسی به حداکثر مشخصه جریان در کوچک‌ترین فوت پرینت را فراهم می‌کند.

فیوز دراپ اوت یا کات اوت

این نوع فیوز یک غلاف عایق دارد که سیم فیوز داخل آن قرار می‌گیرد. با سوختن سیم فیوز، اتصال قسمت بالایی غلاف باز شده و رو به پایین می‌افتد. کاربرد این فیوزها در حفاظت از خطوط انتقال و ترانسفورماتورهای خارجی است.

انواع فیوز HV ولتاژ بالا

به طور کلی، فیوزهای HV برای محافظت از ترانسفورماتورها و همچنین در سیستم‌های قدرت استفاده می‌شود. این فیوزها معمولاً برای ولتاژهای بیش از 1500 ولت تا 138000 ولت به کار برده می‌شوند.

قسمت ذوب شونده در فیوزهای HV با مس، نقره یا در برخی موارد از قلع ساخته می‌شود تا عملکرد ثابت و ماندگاری را ارائه دهد. این فیوزها به سه نوع طبقه‌بندی می‌شوند که شامل موارد زیر می‌باشد:

فیوز HRC نوع کارتریج

فیوز HRC به شکل مارپیچ بریده شده است که از اثر کرونا در ولتاژهای بالا جلوگیری می‌کند. این شامل دو المنت فیوز با مقاومت کم و مقاومت بالا است که به موازات یکدیگر قرار دارند. سیم‌های با مقاومت کم جریان معمولی را می‌گیرند و هنگام خطا، ذوب شده و جریان اتصال کوتاه را کاهش می‌دهد.

فیوز HRC نوع مایع

این نوع فیوز با تتراکلرید کربن بسته بندی شده است که در بالای دو درپوش قرار داده می‌شود. هنگامی خطا رخ می‌دهد که جریان از حد مجاز فراتر رود. در این حالت المنت فیوز منفجر می‌شود. سیال فیوز به عنوان استاندارد از بین برنده قوس برای انواع فیوز HRC عمل می‌کند. آنها ممکن است برای محافظت از ترانسفورماتور و همچنین حفاظت از مدار قطع‌کننده استفاده شوند.

انواع فیوز خارج از HV

این نوع فیوزها به دلیل قیمت پایین، به طور گسترده برای محافظت از فیدرها و همچنین ترانسفورماتورها استفاده می‌شوند، و برای رنج جریان 11 کیلوولت طراحی می‌شوند. همچنین توان قابل تحمل آنها تا 250 مگاولت آمپر می‌باشد. این نوع فیوز شامل یک استوانه باز پر نشده است، که با کاغذ چسبانده شده با رزین مصنوعی طراحی شده است.

المنت‌های فیوز در سیلندر قرار می‌گیرند و بالای لوله ها در هر انتها به تجهیزات مناسب متصل می‌شوند. قوس تولید شده در پوشش داخلی سیلندر منفجر می‌شود و گازهای به‌وجود آمده قوس را از بین می‌برند. بر اساس مشخصات، نیازها و کاربردها، انواع مختلفی از فیوزها وجود دارد و می‌توان انواع فیوزها را در حوزه مهندسی برق یافت. انواع فیوزهای مورد استفاده برای حفاظت مدار، انواع فیوز در سیستم‌های قدرت، انواع فیوزهای mv، فیوز نوع am، فیوز کارتریج نوع فرول، انواع فیوز mcb، فیوز نوع gg، فیوز نوع جعبه، و بسیاری از انواع دیگر.

یکی دیگر از انواع فیوز که بیشترین کاربرد را دارد فیوز شیشه‌ای است. فیوزهای شیشه‌ای دارای مزیت قابلیت مشاهده اجزا هستند که به راحتی می‌توان تشخیص داد که آیا کار می‌کند یا خیر. همچنین، این فیوزهای شیشه‌ای معمولا به کاربردهای 15 آمپر محدود می‌شوند. تعدادی از انواع مختلف فیوز شیشه‌ای عبارتند از:

• فیوز 3 اینچ AGC
• فیوز 5 اینچ AGU
• فیوز 7 اینچ AGW
• فیوز 3 اینچ AGX
• فیوز نوع SFE

چه نوع فیوزهایی برای حفاظت موتور استفاده می‌شود؟

اکثراً انواع فیوزهای تاخیر زمانی (کندکار) در کاربردهای سیستم‌های انشعاب موتور پیاده‌سازی می‌شوند. این نوع فیوز می‌تواند بسته به جریان بار موتور اندازه بزرگی داشته باشد تا از شرایط اتصال کوتاه شبکه الکتریکی جلوگیری کند.

کاربرد انواع فیوز

همانطور که گفته شد فیوزها از اجزای ضروری در مدارهای الکتریکی هستند. برخی از کاربردهای اصلی فیوزها در زمینه برق و الکترونیک شامل موارد زیر است:

• ترانسفورماتورهای قدرت
• لوازم برقی مانند سیستم تهویه، تلویزیون، ماشین لباسشویی، سیستم‌های موسیقی و..
• کابل کشی برق در منزل
• تلفن‌ همراه، لپتاپ و لوازم الکترونیکی
• استارتر موتور
• شارژر
• دوربین، اسکنر، پرینت و دستگاه فتوکپی
• قطعات برقی اتومبیل

پس به طور خلاصه، میتوان بیان کرد وظیفه اصلی فیوز محافظت از مدارهای الکتریکی از اضافه جریان است.

امیدواریم از این آموزش نهایت استفاده را برده باشید و توانسته باشیم مطالب کاربردی در زمینه استفاده از انواع فیوز و انتخاب نوع مناسب آن برای شما را فراهم کنیم. برای آموزش های بیشتر حتما مقالات وبلاگ مارا مطالعه کنید. شما میتوانید سوالات خود را در بخش دیدگاه با ما در میان بگذارید. همچنین اگر علاقه مند به همکاری باما در زمینه انتشار مقالات آموزشی هستید میتوانید در وبلاگ با ثبت نام کنید، مقالات شما پس از بررسی، با نام خودتان منتشر خواهد شد.