Nous spécifions généralement le courant maximum qu'un conducteur (tel qu'un fusible) peut gérer sans brûler. Mais le conducteur n'est-il pas vraiment défaillant lorsqu'une certaine quantité d' énergie / chaleur a été dissipée dans le conducteur? Ensuite, le conducteur est à une température trop élevée et brûle / fond.
Disons que j'ai un fusible évalué à 10 A. Pourquoi est-il alors possible de faire fonctionner le fusible en continu à un courant inférieur comme 9A sans que le fusible ne brûle aussi, mais juste un peu plus tard?
Nous savons également que la puissance, la tension et le courant sont liés par la loi d'Ohm. Donc, si nous avons un fusible 10A, et qu'il a une résistance arbitraire telle que 100 ohms, pourquoi ne l'appellerions-nous pas à la place fusible 1kV (10A * 100 ohms) ou fusible 10kW (10A * 10A * 100 ohms)? Ces chiffres sont complètement arbitraires, donc je sais qu'ils ne reflètent pas la réalité, mais ils clarifient mon propos.
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Réponses:
Ce fusible typique de 10 A a une résistance de 5 mΩ. Donc, votre supposition a été divisée par environ 20 000. À 10 A, la puissance dissipée est donnée parP=I2R=102×5m=500 mW .
La raison d'une résistance plus élevée dans les fusibles à ampères fractionnaires est que le fil du fusible est à peu près de la même longueur que la version 10 A, mais devrait être beaucoup plus fin pour souffler, par exemple, 100 mA. Un fusible de 100 mA peut protéger un circuit consommant normalement, disons, 50 mA. Si la résistance du fusible était de 1 Ω, il y aurait alors une chute de 50 mV en service.
Le diamètre requis d'un fil fusible peut être calculé à partir ded=(IfC)23 où Ifest le courant de fusion en ampères, C est le coefficient de Preece pour le métal utilisé. (Source:Ness Engineering.) De cela, nous pouvons voir que des fusibles de 10 A et 0,1 A (un facteur de 100) du même matériau donneraient au fusible 10 A un diamètre de fil10023=21.5 fois celle du fusible 0,1 A.
Parce que c'est un dispositif de protection contre les surintensités . Les fusibles ont déjà une tension nominale qui signifie quelque chose de complètement différent. Voir ci-dessous.
Le fusible a besoin de plusieurs évaluations:
L'article Littlefuse couvre tout cela en détail, il n'est donc pas nécessaire de le reproduire ici.
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Normalement, un fusible ne sait pas dans quel circuit de tension il est utilisé - il ne connaît que le courant qui le traverse, c'est donc la seule chose qui peut le faire sauter.
Les fusibles ont également une tension nominale car, une fois le fusible sauté, il aura la tension du circuit complet à travers lui, il doit donc être conçu pour gérer en toute sécurité cette tension sans arc.
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Demandez-vous: à quoi sert un fusible?
La charge est reine. Un fusible n'est pas conçu pour sauter juste pour lui-même. Un fusible est conçu pour protéger la charge. Vous manquez la forêt pour les arbres si tout ce sur quoi vous vous concentrez, c'est quand le fusible saute. En fin de compte, je ne me soucie PAS du tout de la tension aux bornes du fusible ou de la puissance dissipée par le fusible lorsqu'il saute. Ce qui m'importe, c'est le courant traversant la charge, c'est quand le fusible saute (et par extension le courant dans le fusible quand il saute).
Vous pourriez dire que c'est pour limiter la puissance À LA CHARGE ou la tension À LA CHARGE, mais vous ne pouvez pas évaluer les fusibles en fonction de la puissance de charge ou de la tension, car ces nombres dépendent de la charge elle-même. En d'autres termes, cela signifie que le fusible ne peut pas être évalué de cette manière sans connaître exactement les caractéristiques de la charge avec laquelle il est utilisé.
En termes plus rigoureux, cela est dû au fait que la position du fusible dans le circuit ne lui permet pas d'observer la puissance ou la tension aux bornes de la charge. Il ne peut qu'observer le courant allant à la charge. Bien sûr, le fusible peut observer sa propre chute de tension ou sa puissance dissipée à partir de sa position dans le circuit, mais nous avons déjà établi que cela n'est pas pertinent pour protéger le système.
Si vous me donnez un fusible évalué en fonction de la tension ou des watts à travers, je dois passer par un tas de calculs inutiles qui prennent en compte les caractéristiques de ma charge juste pour comprendre si le courant que le fusible souffle va être destiné à protéger ma charge de surintensité, surtension ou surcharge.
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Le point crucial à comprendre est le matériau dont sont faits les fils de fusible. C'est du métal simple et simple. Cependant, le métal a la propriété d'être un conducteur froid : si vous chauffez un fil, il devient de moins en moins conducteur et plus résistant.
Maintenant, si vous avez un fusible qui fonctionne en dessous de sa limite de courant, il transforme un tout petit peu d'énergie électrique en chaleur, qui se dissipe rapidement et le fil reste froid. En conséquence, il a une très faible résistance, donc seule une infime quantité de tension chute au niveau du fusible.
Lorsque le courant traversant le fusible dépasse le seuil, le fil du fusible devient plus chaud. Cela signifie que sa résistance augmente, qu'une plus grande partie de la tension chute à travers le fusible et, en tant que telle, qu'elle transforme plus d'électricité en chaleur. La chaleur dans le fil du fusible provoque la production de plus de chaleur . Il s'agit d'un processus d'auto-amplification, et comme il y a tellement d'énergie électrique disponible qui coulait simplement à travers le fusible lorsqu'il était froid, le fusible chaud peut tirer beaucoup d'énergie du courant avant même d'avoir un impact significatif sur la tension de l'appareil. .
En raison de ce processus de chauffage auto-amplificateur, le fusible surchauffe rapidement, freinant le circuit.
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Il est vrai que le conducteur du fusible se réchauffe en réponse au courant qui le traverse. Le fil lui-même est conçu pour dissiper cette chaleur par conduction dans son environnement afin que le fusible ne fond pas - jusqu'à ce que la puissance qui y est dissipée dépasse la capacité du fil à évacuer cette chaleur. Ensuite, la chaleur monte au point où le fil du fusible fond. En ajoutant de la masse au fil, sa constante de temps thermique est augmentée, ce qui lui permet de gérer de brèves surtensions de surintensité, ce qui entraîne un fusible lent .
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Peu importe la quantité d'énergie qui a été dissipée dans le fusible. Ce qui importe, c'est la vitesse à laquelle l'énergie est dissipée dans le fusible (c'est la puissance - I 2 R) par rapport à la vitesse à laquelle l'énergie est dissipée hors du fusible via la chaleur rayonnée et la conduction thermique.
Lorsque l'énergie entre dans le fusible plus rapidement qu'elle n'en sort, le fusible se réchauffe. Cependant, lorsque le fusible se réchauffe, la vitesse à laquelle l'énergie est dissipée hors du fusible augmente. La température augmentera jusqu'à ce que la puissance thermique sortant du fusible corresponde à la puissance thermique entrant (I 2 R).
Le fusible atteindra donc rapidement une température d'équilibre déterminée par le courant. Lorsque cette température est trop élevée, le fusible sautera.
Selon le matériau du fusible, il pourrait exploser lorsque la température d'équilibre atteint le point de fusion du matériau, ou il pourrait souffler par l'emballement thermique que @cmaster mentionne dans sa réponse. A ce moment - là, la température augmente dans le fusible augmente la puissance en plus vite qu'il augmente la puissance hors , et l'équilibre est perdu.
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Les fusibles sont prévus pour le courant de fonctionnement . Un fusible de 10A ne sautera pas (ou ne "se dégradera lentement") qu'à 9A, ou même à 10A. Le fait qu'il soit étiqueté 10A signifie uniquement que le fabricant garantit qu'il fonctionnera comme prévu tant que vous ne dépassez pas la note.
Évidemment, cela signifie qu'un fusible de 10A ne sautera pas au moment où vous dépassez 10A. En fait, si vous regardez dans une fiche technique , vous verrez que vous avez besoin de quelque chose comme 20A pour faire sauter un fusible de 10A, et peut-être 30 + A si vous voulez que cela se produise assez rapidement.
Les fusibles ont également des taux de chute de tension.En effet, vous avez besoin à la fois de courant et de tension pour faire sauter un morceau de fil. Mais comme les utilisateurs finaux veulent généralement une intensité de courant précise, les fabricants ne mesurent pas la chute de tension avec précision et ne lui fournissent qu'une valeur typique / max. Imaginez que je vous dis que j'ai un fusible de 150 mV / 5 mOhm: pensez-vous que ce serait suffisant pour protéger par exemple une charge secteur de 1 kW? Vous devrez découvrir la note actuelle à dire.
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