فیوز چیست؟ – به زبان ساده

فیوز (Fuse) قطعه‌ای است که برای حفاظت لوازم برقی مانند تلویزیون، یخچال، کامپیوتر و... در برابر آسیب‌های ناشی از تغییرات الکتریکی ناگهانی و غیرمعمول مورد استفاده قرار می‌گیرد. این قطعه حفاظتی از یک نوار نازک یا رشته فلزی درون یک محفظه تشکیل شده است که عبور جریان زیاد از آن موجب ذوب شدن و در نتیجه باز شدن مدار از منبع تغذیه می‌شود. همچنین، از فیوز به عنوان مدارشکن یا پایدارساز (استبلایزر) نیز برای جلوگیری از آسیب‌دیدگی دستگاه‌ها استفاده می‌شود.

امروزه انواع مختلفی از فیوزها با مشخصات و طراحی‌های گوناگون در بازار موجود است. نوار نازک فیوز از آلومینیوم، مس یا روی ساخته شده و همیشه به صورت سری با مداری که از آن در برابر اضافه جریان محافظت می‌کند متصل می‌شود. شکل‌ زیر مدار پایه فیوز را نشان می‌دهد.

نماد فیوز نیز در شکل زیر قابل مشاهده است.

چرا به فیوز نیاز داریم؟

فیوزها برای جلوگیری از اتصال کوتاه شدن و آسیب‌دیدگی لوازم منزل در اثر اضافه بار یا جریان زیاد استفاده می‌شوند. در صورت عدم استفاده از فیوز، اگر خطای الکتریکی در سیم‌کشی رخ دهد، سیم و وسایل برقی را می‌سوزاند و ممکن است حتی منجر به آتش‌سوزی شود. در این صورت، تلویزیون، رایانه، رادیو و سایر لوازم خانگی نیز ممکن است در معرض خرابی قرار گیرند. هنگامی که فیوز در مدار باشد، یک جرقه ناگهانی اتفاق می‌افتد و با قطع کردن منبع تغذیه و جلوگیری از هرگونه خرابکاری اضافی، خانه را در تاریکی ناگهانی فرو خواهد برد. به همین دلیل، برای محافظت از لوازم منزل خود در برابر آسیب‌دیدگی به فیوز احتیاج داریم.

فیوز چگونه کار می‌کند؟

فیوزها بر اساس اصل اثر گرمایش ناشی از جریان کار می‌کنند. جریان از نوار نازک یا رشته‌ای از سیم فلزی از جنس مواد غیر قابل احتراق از فیوز عبور می‌کند. این رشته یا نوار بین انتهای ترمینال‌ها متصل است. فیوز همیشه به صورت سری با مدار الکتریکی متصل است. هنگامی که جریان زیادی از فیوز عبور می‌کند یا به دلیل جریان زیاد در مدار گرما ایجاد می‌شود، سیم داخل فیوز به دلیل پایین بودن نقطه ذوب عنصر سازنده آن ذوب می‌شود و مدار را باز می‌کند. بنابراین، جریان بیش از حد به خرابی سیم منجر شده و جریان را متوقف می‌کند. در این صورت، باید از یک فیوز نو به جای فیوز سوخته استفاده کرد. فیوز نه تنها از مدار، بلکه از خطراتی که در معرض افراد است محافظت می‌کند. شکل زیر،‌ نمایی ساده از عملکرد فیوز را نشان می‌دهد.

چگونه یک فیوز مناسب انتخاب کنیم؟‌

یک قاعده سرانگشتی برای انتخاب فیوز این است که توان دستگاه مورد نظری را که می‌خواهیم از آن محافظت کنیم، بر ولتاژ کاری آن تقسیم کرده و جریان آن را به دست آوریم، سپس این مقدار را در ۱٫۲۵ ضرب کنیم.

فیلم آموزش موتورهای الکتریکی مدرن و کاربردها در فرادرس

کلیک کنید

مراحل انتخاب فیوز به صورت زیر است:

1. یک فیوز را بسته به کاربرد مورد نظر انتخاب کنید؛ مثلاً فیوزهای دارای تأخیر برای بارهای سلفی و فیوزهای قطع سریع برای بارهای مقاومتی.
2. توان (وات) وسیله را یادداشت کنید.
3. ولتاژ‌ کاری دستگاه را ثبت کنید. برای محافظت مناسب دستگاه، ولتاژ فیوز باید بزرگ‌تر از ولتاژ مدار باشد.
4. جریان را از تقسیم توان بر ولتاژ‌ به دست آورید. چون فیوزها دارای جریان‌های نامی مشخصی هستند، اولین فیوز بزرگ‌تر از مقدار محسبه شده را انتخاب کنید. برای مثال، اگر جریان ۸٫۶۵۹ را به دست آورده‌اید، باید یک فیوز ۹ آمپری انتخاب کنید.

مشخصات فیوزها

فیوزها مشخصه‌های مهمی در سیستم‌های الکتریکی و الکترونیکی دارند که برخی از آن‌ها به صورت زیر هستند:

• جریان نامی: جریانی است که به طور مداوم حداکثر جریان را از خود عبور می‌دهد، بدون اینکه سیم فیوز ذوب شود. این جریان، ظرفیت حمل جریان است که برحسب آمپر اندازه گیری می‌شود. این مشخصه، یک ویژگی حرارتی است.
• ولتاژ‌ نامی: کوچکترین مقدار ولتاژهای نامی اجزای فیوز، یعنی نگهدار فیوز و رابط فیوز است.
• I²t: این ویژگی به عنوان نقطه ذوب در فیوز شناخته می‌شود و مقداری انرژی است که هنگام رخ دادن خطا یا اتصال کوتاه از المنت فیوز می‌گذرد. این انرژی، انرژی گرمایی است و زمانی اندازه‌گیری می‌شود که فیوز می‌سوزد.
• ظرفیت قطع: حداکثر جریانی است که بدون قطع فیوز می‌تواند از آن عبور کند.
• افت ولتاژ: هنگامی که جریان بیش از حد از فیوز عبور کند، المنت فیوز ذوب شده و مدار را باز می‌کند. در نتیجه این عمل، مقاومت تغییر کرده افت ولتاژ کمتر خواهد شد.
• دما: هرچه دمای کاری بالاتر باشد، جریان نامی کمتر بوده و بنابراین فیوز زودتر ذوب می‌شود.

انواع فیوزها

فیوزها ابتدا توسط «توماس آلوا ادیسون» (Thomas Alva Edison) اختراع شدند، اما امروزه انواع زیادی از فیوزها در بازار موجود هستند. در این بخش، درباره دسته‌های مختلف فیوزها بحث می‌کنیم. فیوزها به دو دسته فیوزهای DC و AC تقسیم می‌شوند:

• فیوز DC: فیوزهای DC اندازه بزرگ‌تری دارند. منبع تغذیه DC دارای ولتاژ ثابتی بالاتر از صفر ولت است و به همین دلیل قطع کردن مدار به دلیل امکان رخ دادن آرک بین سیم‌های ذوب شده کار دشواری است. برای غلبه بر این مشکل، الکترودها در فاصله دورتری از هم قرار می‌گیرند و به همین دلیل است که اندازه این فیوزها بزرگ‌تر می‌شود.
• فیوز AC: فیوزهای AC اندازه کوچک‌تری دارند. این فیوزها در هر ثانیه ۵۰ تا ۶۰ بار از مینیمم تا ماکزیمم جریان نوسان می‌کنند. بنابراین، امکان آرک زدن بین سیم‌های ذوب شده کم است. به همین دلیل، آن‌ها را در اندازه‌های کوچک‌تری می‌سازند.

فیوزهای AC، خود در دو دسته فیوزهای فشارضعیف و فیوزهای فشارقوی دسته‌بندی می‌شوند.

فیوزهای فشار ضعیف

«فیوز فشارضعیف» (Low Voltage Fuse) یا LV انواعی دارد که به شرح زیر هستند:

• فیوزهای کارتریج یا فشنگی: این نوع فیوزها درون یک محفظه کاملاً بسته قرار دارند و کنتاکت‌های آن‌ها در دو سمت است. این فیوز از فشنگی، پایه فیوز، درپوش و حلقه آداپتور تشکیل شده است. پایه فیوز دارای درپوش است که با کارتریج از طریق حلقه آداپتور وصل شده است. مدار هنگامی کامل می شود که نوک فشنگ با هادی ارتباط برقرار کند.

فیوزهای فشنگی خود به دو دسته تقسیم می‌شوند:

1. 1. فیوز فشنگی نوع D: این فیوز از فشنگ، پایه فیوز، درپوش و حلقه آداپتور تشکیل شده است. پایه فیوز دارای درپوش است که با کارتریج از طریق حلقه آداپتور وصل شده است. مدار هنگامی کامل می شود که نوک فشنگ با هادی ارتباط برقرار کند.
   2. فیوز با ظرفیت قطع‌کنندگی بالا (HRC): جریان گذرنده از المنت این نوع فیوز، کمتر از شرایط عادی است. برای کنترل قوس تولید شده، فیوز از چینی، نقره و سرامیک ساخته می‌شود. در این فوع فیوز، محفظه المنت پر از ماسه سیلیسی است و اگر در مدت مشخصی جریان را عبور دهد دیگر نمی‌پرد. فیوز HRC خود به دو دسته تقسیم می‌شود: فیوز تیغه‌ای که بدنه آن از پلاستیک ساخته شده و به راحتی در مدار بدون بار قابل تعویض است و فیوز پیچی که پایه آن رسانا است و با چرخاندن در نگهدار محکم می‌شود.

• فیوزهای قابل بازنشانی (Resettable Fuses): این نوع فیوزها، به عنوان فیوز خودبازنشان شناخته می‌شوند و در آن‌ها یک ترمیستور نوع هدایتی ترموپلاستیک به کار می‌رود که به عنوان ترمیستور پلیمری با ضریب حرارتی مثبت (PPTC) شناخته می‌شود. اگر خطایی رخ دهد، جریان و دما افزایش می‌یابند. افزایش مقاومت به دلیل افزایش دما است. این فیوزها در صنایع نظامی و هوافضا مورد استفاده قرار می‌گیرند که جایگزینی امکان‌پذیر نیست.

فیوزهای فشار قوی

فیوزهای فشار قوی در محدوده ولتاژ کاری ۱٫۵ تا ۱۳۸ کیلوولت موجود هستند. این فیوزها برای محافظت از ترانسفورماتورهای ابزار دقیق و ترانسفورماتورهای کوچک به کار می‌روند. جنس آن‌ها معمولاً نقره، مس و قلع است. وقتی گرما تولید می‌شود، آرک به وجود می‌آید که خود موجب می‌شود اسید بوریک واکنش داده و مقدار زیادی گازها تولید شود. به همین دلیل است که این فیوزها در فضای باز مورد استفاده قرار می‌گیرند.

این فیوزها سه نوع اصلی دارند:‌

• فیوزهای HRC نوع فشنگی: این نوع فیوزها مشابه نوع فشارضعیف هستند و تنها در برخی ویژگی‌های طراحی با هم تفاوت‌هایی دارند.
• فیوزهای HRC نوع مایع: این فیوزها در مدارهایی مورد استفاده قرار می‌گیرند که جریان آن‌ها تا ۱۰۰ آمپر و ۱۳۲ کیلوولت است. این فیوزها دارای لوله شیشه‌ای مملو از تتراکلرید کربن هستند. یک انتهای لوله بسته شده و انتهای دیگر توسط سیم برنز فسفر ثابت می‌شود. با شروع کار فیوز، مایع موجود در فیوز آرک را خاموش می‌کند. این موضوع باعث افزایش ظرفیت اتصال کوتاه می‌شود.
• فیوزهای HRC اکسپلوژن: نوع این نوع فیوزها از آنجایی که ارزان هستند، به منظور محافظت از منابع تغذیه و ترانسفورماتورها کاربرد فراوانی دارند. این فیوزها برای ولتاژ ۱۱ کیلوولت طراحی شده‌اند. در این فیوزها، محفظه از اسید بوریک پر شده و اثر فرار گاز توسط قوس داخلی ایجاد می‌شود.

کاربرد فیوزها

فیوزها از مهم‌ترین بخش‌های یک سیستم و مدار الکتریکی و الکترونیکی هستند. تعدادی از کاربردهای فیوزها به شرح زیر است:

• در تابلو برق‌های مسکونی، دستگاه‌ها و لوازم الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
• در کنسول‌های بازی و خودروها به کار می‌روند.
• در لپ‌تاپ‌ها، تلفن‌های همراه، چاپگرها، اسکنرها، وسایل الکتریکی قابل حمل، هارد دیسک‌ها و... استفاده می‌شوند.
• در سیستم توزیع برق، فیوزها در خازن‌ها، ترانسفورماتورها، مبدل‌های قدرت، استارتر موتورها و ترانسفوماتورهای قدرت به کار می‌روند.
• در مانیتورهای LCD، پک‌های باتری و... نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند.

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌های زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

• مجموعه آموزش‌های مهندسی قدرت
• آموزش حفاظت و رله
• ٰمجموعه آموزش‌های مهندسی برق
• آموزش آشنایی با حفاظت پیشرفته در سیستم های قدرت
• معادلات ژنراتور سنکرون — به زبان ساده
• کنترل موتورهای الکتریکی — به زبان ساده
• اتوترانسفورماتور (Autotransformer) — به زبان ساده