|
|
- Биметаллический предохранитель.
|
- Керамические резисторы с положительным
ТКС
|
- Предохранители
PolySwitch
|
|
|
|
Плавкий
предохранитель. |
| Одним из простейших
и наиболее распространенных устройств защиты от перегрузки по току
является обыкновенный плавкий предохранитель. Он представляет
собой тонкую металлическую проволоку или пластину, закрепленную на
стеклянном, керамическом или пластмассовом держателе. В нормальном
рабочем состоянии падение напряжения на активном сопротивлении
предохранителя приводит только к незначительному его нагреву. В
случае возникновения перегрузки по току увеличивающееся
тепло-выделение, совместно с увеличением сопротивления при нагреве
предохранителя, приводит к повышению температуры активного
элемента до точки его плавления. Разрушившийся в результате
плавления активный элемент разрывает цепь протекания
электрического тока, обеспечивая защиту цепи от перегрузки.
Основной недостаток плавкого предохранителя состоит в том, что это
изделие одноразовое по принципу своей работы. После перегорания
такой предохранитель должен быть заменен. Это приводит к
необходимости разборки устройства для замены плавкого
предохранителя или размещения его в легко доступном месте.
Простой плавкий предохраниель срабатывает по величине тока,
различают предохранители по "скорости " срабатывания. Чаще всего
выпускаются типоисполнения "быстрые", нормальные", "медленные".
Типичным представителем такого типа предохранителей являются
плавкие предохранители фирмы
Littelfuse.
Предохранители такого типа применяют в аккумуляторах чаще всего в
цепях разряда для защиты от тока короткого замыкания. |
|
Одной из модификаций такого типа предохранителей являются термо
предохранители. Они срабатывают от величины максимально допустимой
температуры корпуса предохранителя. Они также могут сработать от
максимального тока - но это их не главная функция. Типичным
представителем такого типа предохранителей являются плавкие
предохранители фирмы
ThermTrol
Corporation -
Thermal Cutoffs. Такие предохранители
устанавливают непосредственно на корпус батареи. Различаются
исполнениями по температуре срабатывания и максимальному рабочему
току. Очень важно отметить, что в процессе сборки предохранитель
нельзя нагревать, т.к он может повредиться. Выводы предохранителя
надо обжимать или при пайке предохранять от перегрева. Основная
область применения защита литиумных одноразовых батарей большой
емкости от перегрева. |
| |
|
Биметаллический
предохранитель. |
Биметаллический
предохранитель представляет собой тонкую пластину, состоящую из
металлов с сильно различающимеся коэффициентами теплового
расширения, и нагревателя, включенного в цепь последовательно с
нагрузкой. В качестве нагревателя может служить либо сама пластина
при пропускании по ней электрического тока, либо отдельная спираль,
намотанная на пластину
Превышение допустимого рабочего тока приводит к повышению
температуры нагревателя и к изгибу биметаллической пластины в
результате различия в коэффициентах теплового расширения металлов,
входящих в ее состав. В результате изгиба пластины, разрываются
расположенные на ней электрические контакты, включенные в цепь
последовательно с нагрузкой и самим предохранителем. Ток в цепи
прекращается и начинается остывание контактной пластины. Через
некоторое время она возвращается в исходное состояние и снова
замыкает цепь нагрузки.
Если аварийное состояние не было устранено, то в цепи снова
протекает ток, значительно превышающий нормальное значение, и весь
цикл начинается с начала. В случае сохранения аварийного состояния
в течение продолжительного промежутка времени биметаллический
предохранитель продолжает циклическую работу при высокой рабочей
температуре, что может привести к нарушению работы самого
предохранителя. Кроме того, периодическое размыкание электрических
контактов приводит к быстрому их разрушению в результате
возникновения искрового разряда. Эти же искровые разряды приводят
к возникновению значительных электромагнитных помех.
|
|
Одной из модификаций такого типа предохранителей являются
виметалические термо предохранители. Они срабатывают от величины
максимально допустимой температуры корпуса предохранителя. Они
также могут сработать от максимального тока - но это их не главная
функция. Типичным представителем такого типа предохранителей
являются предохранители фирмы
ThermTrol
Corporation -
Thermal Protectors. и фирмы
PEPI.
Такие
предохранители устанавливают непосредственно на корпус батареи.
Различаются исполнениями по температуре срабатывания и
максимальному рабочему току и внутреннему сопротивлению. Очень
важно отметить, что в процессе сборки предохранитель нельзя
нагревать, т.к он может повредиться. Выводы предохранителя надо
обжимать или при пайке предохранять от перегрева. Основная область
применения: защита всех типов батарей от максимального перегрева в
процессе заряда батарей или разряда. Применять такого типа
предохранители в импульсных апликациях с большими токами разряда
не рекомендуется. Чаще всего разделяют цепи заряда - разряда
батарей и такие предохранители применяют только в цепях заряда. |
| |
|
Керамические
резисторы с положительным ТКС |
Другая возможность
защиты состоит в использовании керамических резисторов с
положительным температурным коэффициентом сопротивления (ПТК) или
позисторов. Протекание по такому резистору избыточного тока
приводит к его нагреву и связанному с этим значительному
увеличению активного сопротивления резистора. Возрастание
суммарного сопротивления цепи приводит к снижению тока в ней до
безопасного уровня. После отключения питания резистор остывает и
его сопротивление снижается до величины, не нарушающей нормальную
работу защищаемой цепи.
Керамические резисторы с положительным температурным коэффициентом
сопротивления являются твердотельными приборами и позволяют
избежать проблем, связанных с наличием механических контактов. Они
не подвержены разрушению в результате искрения и не создают
электромагнитных помех. Однако такие резисторы сами по себе
обладают значительным активным сопротивлением, потребляя
значительную мощность от источника питания. Кроме того,
керамические резисторы достаточно хрупкие и могут быть разрушены в
результате механического удара или постоянной вибрации.
В настоящее время почти вышли из употребленя и
можно встретить только при ремонте в старых апликациях. |
| |
|
САМОВОСТАНАВЛИВАЮЩИЕСЯ ПРЕДОХРАНИТЕЛИ PolySwitch. |
| Поиски подходящего
устройства для защиты цепей от перегрузки по току обратили
внимание исследователей на токопроводящие полимеры с ПТК (положительным
температурным коэффициентом сопротивления). |
| Линейная
характеристика ПТК.Когда говорят, что
материал имеет характеристику ПТК, имеется в виду просто тот факт,
что с повышением температуры сопротивление материала возрастает.
Все материалы, обладающие электропроводностью, подобной металлам,
имеют положительный температурный коэффициент сопротивления. Для
этих материалов свойством характеристики ПТК является плавное
повышение сопротивления с линейной зависимостью от температуры.
Это обычная, или линейная характеристика ПТК. |
| Нелинейная
характеристика ПТК.
Сопротивление материалов, подверженных фазовому переходу,
может очень резко возрастать в узком диапазоне температур.
Такая характеристика свойственна определенным типам
токопроводящих полимеров. Эти токопроводящие полимеры используются
для создания элементов защиты от перегрузки по току, обычно
называемых полимерными ограничителями токовой перегрузки с ПТК,
элементами защиты цепей или
самовосстанавливающимися предохранителями. |
| Способность
элементов PolySwitch ограничивать ток короткого замыкания и
восстанавливать свое состояние после снятия перегрузки делает их
идеальными для защиты батарейных источников питания от короткого
замыкания в нагрузке. Путем соответствующего выбора типа защитного
устройства и места его расположения в защищаемом источнике может
быть также обеспечена защита батареи аккумуляторов от опасности
перезаряда и связанного с этим перегрева. |
|
Основными
параметрами, определяющими применимость конкретного элемента
PolySwitch, являются ток срабатывания, ток пропускания и время
срабатывания устройства. Ток пропускания (IH).
Максимальный установившийся ток, который при указанных
окружающих условиях может проходить через элемент PolySwitch без
срабатывания этого элемента. Ток
срабатывания (IT). Минимальный
установившийся ток, который при прохождении через элемент
PolySwitch при оговоренных условиях приводит к обязательному
срабатыванию этого элемента. Время
срабатывания (tTRIP). Время срабатывания
определяется как период времени после возникновения перегрузки, в
течение которого падение напряжения на элементе PolySwitch станет
больше 80% от напряжения питания защищаемой цепи (то есть
сопротивление элемента станет значительно выше сопротивления
нагрузки). |
| При
протекании электрического тока через ПТК резистор выделяющаяся на
нем мощность приводит к нагреву ПТК.
Если выделяющаяся мощность превышает
мощность рассеивания в окружающую среду и температура резистора
возрастает По мере нагрева резистора (если он не
велик) достигается равновесное состояние. В
таком состоянии ПТК проводит ток, сопротивление его не
растет и это состояние соответствует рабочему режиму.
При дальнейшем возрастании тока или повышении температуры
окружающей среды или при одновременном воздействии этих фак торов
температура элемента возрастает до значения при котором начинается
быстрый рост его сопротивления, и ПТК
"срабатывает" резко увеличивая свое внутреннее сопротивление и тем
самым ограничивая ток. |
| После отключения
напряжения питания прекращается выделение мощности в элементе.
Благодаря продолжающемуся рассеянию мощности в окружающую среду
элемент начинает остывать. При достижении температуры фазового
перехода происходит восстановление кристаллической структуры
полимерного материала и восстановление в нем токопроводящих цепей.
При этом сопротивление элемента быстро возвращается к исходному
уровню. Начиная с этого момента элемент снова готов для дальнейшей
работы. Таким образом происходит "самовосстановление"
предохранителя. |
|
Типичным представителем такого типа предохранителей являются
предохранители фирмы
|
|
Raychem. |
| |
