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《无线电》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

1955年创刊,是国内电子科普领域创刊最早、发行量最大的知名杂志,累计发行量超过3亿册,倡导科普、兴趣、实作、分享的办刊理念。

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常用元器件的识别与使用(三十二)——《无线电》第08期

2012-09-05 09:22:31

    保险器件主要包括各种保险丝、温度保险丝、熔断电阻器和可恢复保险丝等,在电路中它主要起到过流、过压、超温等保护作用。普通保险丝(FUSE)也称为电流保险丝、熔丝,它是一种最常用的一次性保护器件,其作用是在电子设备和电路因某种原因发生过流时自动切断电源,以“牺牲”自身保护电路中相关元器件免遭损坏。

自从19世纪90年代爱迪生发明了把细导线封闭在台灯座里的第一个插塞式保险丝之后,保险丝的种类越来越多,应用越来越广。如今,形形色色的保险器件已广泛应用于各种电子设备中,成为各种电子设备和电路中名副其实的“保护神”。正确识别和应用各种保险器件,对于保证电子设备的安全运行十分重要,下面就向初学者介绍常用保险器件的识别与使用方法。

1.如何识别保险器件

1)结构及原理

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a)玻璃管保险丝 

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b)温度保险丝

1  常用保险器件结构示意图

    尽管我们经常用到的保险器件形形色色、各种各样,基本构成也有所不同,但它们的工作原理却都大同小异。图1a)所示是普通玻璃管保险丝的结构示意图,它由熔丝、玻璃管和金属帽(电极)构成,熔丝置于玻璃管中并与两端的金属帽相连。熔丝由金属或合金材料制成,它对通过一定强度电流所引起的发热很敏感,可达到“熔断”目的。图1b)所示是普通温度保险丝的结构示意图,其外壳内连接两引线的感温导电体是由具有固定熔点的低熔点合金制成,当所处环境温度达到其额定动作温度时,它可快速熔断并切断电路。

    无论是哪一种保险器件,为了对电子设备或电路的短路和过载进行有效保护,在实际应用时必须串接在被保护的电路中,如果是应用在220V交流电回路中,通常还强调优先串接在电源相线输入端。这样,在电路或电子设备正常工作时,保险器件相当于一截导线,对电路无影响;当电路或电子设备发生短路或过载故障时,流过保险器件的电流会剧增,并超过其额定工作电流,致使保险器件的熔丝(或其它材料)急剧发热而熔断,自动切断工作电源,从而保护电路和电子设备,防止故障扩大。

    由于普通保险器件的保护作用是以“牺牲自身”为代价而实现的,它属于一次**件(也称不可恢复保险器件),所以,一旦保险器件“熔断”,必须在排出电路故障后更换新的相同规格的保险器件。

2)外形及种类

    保险器件种类较多,其外形特征更是大相径庭。如果按保护形式来区分,有过电流保险丝(限流熔丝)、过热保险丝(温度熔丝)等。如果按熔断速度来区分,有普通保险丝、快速保险丝、延迟保险丝等。如果按使用电压高低来区分,有高压保险丝(熔断器)、低压保险丝等。如果按形状区分,有可插入相应安装座的管状保险丝、可插入相应插座的插片式保险丝、可直接插焊在电路板上的直插式保险丝和贴片式保险丝等。

常用保险器件的外形实物如图2所示,下面分别对其性能特点加以简单介绍:

①普通玻璃管保险丝。该产品就是电子爱好者常讲的“普通保险管”,它的外形如图2a)所示,其特点是熔断时间较慢,但价格低廉,应用十分广泛。常用额定电流主要有0.1A0.15A0.2A0.5A0.75A1A1.5A2A2.5A3A4A5A6A8A10A15A20A等规格,外形尺寸主要有φ3.6mm×10mmφ5mm×20mmφ6mm×30mm等规格。一般透过玻璃管可以用肉眼直接观察到保险丝熔断与否。这种保险丝可以直接插焊在电路板上,但大多数情况下都是通过相应的保险丝座配套使用的,以方便更换。

②延迟型保险丝。该产品就是电子爱好者常讲的“延时保险管”、“延时熔丝”,其特点是能承受短时间大电流(浪涌电流)的冲击,而在电流过载超过一定时限后又能可靠地熔断。这种产品主要用在开机瞬时电流较大的电子设备或装置中(开机电流往往达正常工作电流的57倍),如普通彩色电视机、微波炉中就广泛使用了延迟型保险丝。延迟型保险丝的外形如图2b)所示,其玻璃管产品的外形与普通玻璃管保险丝几乎完全一样,不同之处在于内部熔丝较粗且呈螺旋状。为了区别于普通保险丝,延迟型保险丝常在其电流规格之前加上字母“T,T2AT3.15AT4A等。

③温度保险丝。该产品也称“过热保险丝”或者“温度熔丝”,它的外形如图2c)所示。这种产品通常安装在易发热的电子整机的变压器、功率输出管上或电吹风、电饭锅、电钻等装置中。当机件发生热故障,温度上升超过额定动作值时,保险丝自动熔断,使电源切断,从而保护相关零部件。温度保险丝的外壳上常标注有额定温度、允许最大工作电流及电压值等,识别起来没有困难,使用也十分方便。

④保险电阻器。该产品也称“熔断电阻器”,它的外形如图2d)所示。保险电阻器是一种兼具电阻器和保险丝双重功能的保护元件,其电阻值通常较小,仅零点几欧至数欧,少数为几十欧至几千欧,大都起限流作用,因此它的主要功能还是保险丝。国产保险电阻器大都为灰色,用色环或数字表示阻值,外形看起来跟普通电阻器没有两样,其额定功率由产品大小决定,也有直接标注在外壳上的。

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a)普通玻璃管保险丝

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b)延迟型保险丝

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c)温度保险丝

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d)保险电阻器

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e)可恢复保险丝

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f)贴片保险丝

2  常用保险器件外形图

 

⑤可恢复保险丝。该产品也称“可恢复熔断器”,采用正温度系数的PTC高分子材料制成,它实际上是一种限流型保护器件,其外形如图2e)所示。一般的保险丝熔断后即失去使用价值,必须更换新的,但可恢复保险丝却可以重复使用:它串联在被保护电路中,在常温下呈现极小的阻值,对电路无影响;当负载电路出现过流或短路故障时,由于通过可恢复保险丝的电流剧增,导致其迅速进入高阻状态,自动切断电路中的电流,保护负载不致损坏。待故障排除、可恢复保险丝冷却后又自动恢复微阻导通状态,电路即自动恢复正常工作。

⑥贴片保险丝。该产品目前已广泛应用于数码相机、手机、笔记本电脑等便携式电子产品中,其外形如图2e)所示。贴片保险丝可分为一次性贴片保险丝和贴片自恢复保险丝两大类。一次性贴片保险丝在选择时应注意实际工作电流(即常态电流)不得超过其额定电流的75%(称减额系数),同时要考虑其内阻、温升、抗冲击性能,以免影响正常工作。

3)基本参数

    普通保险丝的主要参数有额定电流、额定电压、反应速度等,除此以外,不同功能和用途的保险器件,还有各自特有的参数。例如,额定温度是温度保险丝的一个重要参数,保持电流、触发电流是可恢复保险丝的两个重要参数。

4)型号命名

   国产小型普通保险丝的型号命名方法比较简单,也比较随意,一般多采用“F×A×V”格式,其中“F”表示保险丝(熔断器),“×A”表示额定电流,“×V”表示额定电压。例如:“F3A250V”表示保险丝的额定电流为3A,额定电压为250V。如果是延迟型保险丝,为了便于区分,常在其电流规格之前增加上字母“T”,T2AT3.15AT4A等。保险电阻器的命名多采用“RF××”格式,其中“RF”表示保险电阻器,“××”用数字表示产品序号。可恢复保险丝的命名多采用“MH××”格式,其中“M”表示敏感电阻器,“H”表示保险丝,“××”用数字表示产品序号。

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3  国产熔断器的命名规则

    电气设备常用的国产低压熔断器,其型号命名一般由四部分组成,格式和含义如图3所示。第一部分用汉语拼音字母“R”表示熔断器主称;第二部分用汉语拼音字母表示产品的形式和种类,如“M”为无填料密封管式,“T”为有填料密封管式,“L”为螺旋式,“S”为快速式,“C”为瓷插式,“H”为汇流排式,“X”为限流式;第四部分用阿拉伯数字表示熔断器的额定电流,单位为“A”。例如:型号为RT14-20,表示这是一个有填料且密封了的管式熔断器,它的额定电流是20A

    温度保险丝、可恢复保险丝、保险电阻器等产品的型号命名多采用生产厂家自定的命名规则或直接参照国外同类型产品的型号命名法,所以没有统一的标准可循。由于这类保险器件的特性、用途各不相同,所以反映它们性能的参数有着较大的差别,读者应注意区分并弄清楚每个参数的具体含义。

5)产品标识

    普通保险器件都有两个电极(或引线),如图4a)所示。由于其外形与其他元器件有着明显的差别,所以一般看外观就能识别出来。但保险电阻器、贴片保险丝由于特征不明显,要注意与外形相近的普通电阻器、贴片阻容元件区分。

    小型保险器件只有少数产品在外壳上标出了型号或简化了的型号,如图4b)所示。大多数保险器件在外壳上不标出型号,只标出反映产品特征的单字母、额定电流和额定电压等参数,如图4c)所示。例如:“F 3A 250V”表示这是一个额定电流为3A、额定电压为250V的普通保险丝,“T 1.6A 250V”表示这是一个额定电流为1.6A、额定电压为250V的延迟型保险丝。“250V 1A D110℃”表示这是一个额定电流为1A、额定电压为250V、额定温度为110℃的温度保险丝。

    对于外壳是玻璃管的保险丝,透过玻璃还可以看到里面的熔丝,如图4d)所示。并且通过熔丝的粗细,可以判断出额定电流大小。显然,熔丝越粗,说明额定电流越大,反之,正好相反。此外,熔丝呈螺旋管状的保险丝,一般多为延迟型保险丝。多年来,笔者一直用此方法区分彩色电视机用延迟型保险丝还是普通保险丝,简便而有效。

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a)看外观

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b)看型号

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c)看参数

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d)看熔丝

4  常用保险器件的识别方法

2.如何使用保险器件

1)简易测试方法

    业余条件下,通过直观查看来衡量保险器件品质的标准是:表面无裂缝、金属帽或电极片无氧化或电火花烧灼、内部熔丝应完整无缺(指玻璃或透明塑料管封产品)。除此以外,借助普通万用表可进行下面简单的检测:

①检测普通保险丝。按照如图5a)所示,将普通MF50型指针式万用表(或其他万用表)拨至“R×1Ω”或“R×10Ω”电阻挡,红、黑表笔不分极性连接被测保险丝的两个金属电极,正常时表针所指电阻值应为0Ω。如果电阻值为无穷大(表针不动),说明被测保险丝内部已熔断。如果有较大电阻值或表针指示不稳定(来回摆动),说明被测保险丝性能不良。

    此检测方法同样适合延迟型保险丝、温度保险丝、普通一次性贴片保险丝等。

②检测保险电阻器。根据所测保险电阻器的阻值大小,将万用表置于合适的电阻挡,并按照如图5b)所示,红、黑表笔不分极性连接被测保险电阻器的两引脚,其电阻值读数应基本符合所测保险电阻器的标称阻值。如果阻值为无穷大(表针不动),说明该保险电阻器已熔断。如有较大电阻值或表针指示不稳定,说明被测保险电阻器性能不良。

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a)测普通保险丝

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b)测保险电阻器

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c)测可恢复保险丝

5  保险器件的检测

③检测可恢复保险丝。按照如图5c)所示,将万用表拨至“R×1Ω”电阻挡,红、黑表笔不分极性连接被测可恢复保险丝的一对引脚,正常时表针所指电阻值读数应与其原始电阻值基本一致。接下来,将加热的电烙铁头或打火机火焰靠近所测的可恢复保险丝,注意电烙铁头或火焰不要接触到可恢复保险丝,以避免造成损坏。一边加热,一边观察万用表指针读数是否发生变化。若指针读数显著增大,说明被测可恢复保险丝性能良好;若指针基本上没有变化,则说明被测可恢复保险丝性能不良或已损坏。

2)使用常识

    保险器件作为具有过流、过压、超温等保护功能的特殊安全器件,已被广泛应用于各种家电产品及电子设备中。合理正确地选择和使用保险器件,将直接影响到其保护功能的正常发挥,关系到设备的保安效果,甚至关系到人身和财产的安全。下面就向使用者介绍一些必须要掌握的最基本、最有用的知识和技能:

①选用保险器件时,首先应根据被保护电路的特点和要求,确定选择合适的产品类型。例如,当电路中存在抗电流冲击脆弱元件或部件且负载电流较恒定或浪涌电流较小时,可选用特快速熔断型保险丝或快速熔断型保险丝;当负载存在正常浪涌电流且电路中不存在抗冲击脆弱元件或部件时,可选用中等延时或延时熔断型保险丝;当电路需要承受瞬间雷击时(如电话机等),可选用特殊的抗雷击型保险丝;当电路容易发生较大短路电流时,可选用分断电流保险丝等。其次,应保证所选保险器件的主要参数(额定电流、额定电压等)符合应用电路的要求。比如,所选保险器件的额定电压必须大于被保护回路的输入电压;额定电流按所选保险丝品种性能的不同,应大于电路实际工作电流一定数值。若额定电流选择偏大,就不会起到有效保护作用;反之,如果额定电流选择偏小时,会引起电路通电后即熔断保险丝的情况,导致被保护电路不能正常工作。

可恢复保险丝和传统的普通保险丝相比较,不仅体积小、反应速度快,还能给设备提供更可靠的保护,并且当电路故障排除后,能够自动恢复导通状态,免去了人为更换熔丝的麻烦,从而实现了“重复使用,无须更换,一劳永逸之目的。

    尽管可恢复保险丝的基本用法与普通保险丝相同(均无极性,将其串联到被保护的交流或直流电回路中去即可),但在实际使用时必须要注意到环境温度对它的影响:当环境温度超过20℃时,流过可恢复保险丝的电流,会随环境温度的增加而递减。一般当环境温度达到85℃时,通过可恢复保险丝的电流将仅剩原来的一半左右。另外,在环境温度正常时,线路上的电流会100%流过可恢复保险丝,但如有超过额定电流两倍以上的故障电流产生时,可恢复保险丝便会动作,并且故障电流越大,反应速度越快。显然,可恢复保险丝在环境温度相对较高时,具有更短的动作时间和较小的维持电流及动作电流;当环境温度相同时,动作时间随着电流的增加而急剧缩短。

    可恢复保险丝动作以后,在异常过电流消除后的极短时间内,其温度很快降低,阻值会急速下降。此外,相同规格的可恢复保险丝可以并联使用,其优点是能够降低自身电阻并提高维持电流。

③家电产品常用的无引线玻璃管保险丝(简称“保险管”),在实际应用中需要配上合适的保险管座,才能达到满意的使用效果。如图6所示给出了常见的一些配套“管座”,其中如图6a)~(c)所示为适合在电路板上直接焊装的管座,如图6d)所示为适合在电子装置内部直接串联在供电接线中的引线型管座,如图6e)所示为适合在各种设备外壳上直接安装的机装型管座。无论哪一种管座,其特点都是电接触良好、更换保险丝方便,并且多具有防尘、防打火等功能。

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a)简易卡簧式

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 b)带套卡簧式

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c)印板焊接式

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d)电线串接式

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e)机壳安装式

6  几种玻璃管保险丝配套管座

④玻璃管保险丝的熔断特征与被保护电路发生故障的原因有着内在的联系,通过观察玻璃管内熔丝熔断后的状况,可以大致判断出电路发生故障的严重程度:当保险丝中间熔断时,如果换上符合规格的保险丝后再次被熔断,即表明被保护电路发生了局部短路现象或过电流现象。当保险丝熔断后呈珠状时,表明被保护电路发生了瞬时大电流过载故障,例如强信号注入功率放大器后造成瞬时大电流,或功率放大器本身产生了自激振荡。当玻璃管壁上起了白色花纹时,表明功放级或电源部分等发生了击穿与短路故障,例如电源滤波电容器或前级去耦电容器击穿、功放级输出变压器级间绝缘不良等。当玻璃管壁发黑或爆裂时,多表明被保护电路发生了更严重的电源变压器内部短路、整流二极管击穿、高压回路对地短路等故障,并由此产生大浪涌电流所致。

    出现以上几种现象后,一定要根据保险丝熔断后所表现出来的不同状况,先通过分析并查找排除电路故障,然后再更换同规格的保险丝。在未查出故障原因之前,切不可更换保险丝后再次通电试验,更不可盲目地用铜丝或铝丝等替代保险丝,以免扩大故障范围,造成更严重的损失。

⑤插片式保险丝以其易辨认、易更换、安装空间节省等优点,在汽车电路中得到了越来越广泛的应用。如图7a)所示即为汽车专用中号插片式保险丝的实物照片。这种插片式保险丝必须配上如图7b)所示的相应插座,才能安全可靠地工作。目前汽车电路中普遍使用的是中号插片式保险丝,预计未来小号插片式保险丝将逐渐成为主流。

    实际使用中,如果发现插片式保险丝的塑料壳烧坏了,说明电路中过电流已经达到了一定程度。由于熔丝没有被快速熔断,随着时间的推移熔丝持续发出的热量会慢慢地烤烧坏塑料壳,甚至烧坏电路中其他元器件。如果故障电流特别大,则一瞬间就会熔断保险丝,就不存在烧坏塑料壳的现象。显然,按要求正确选择汽车保险丝规格很重要,禁忌随意提高保险丝的额定电流。

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a)实物外形

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b)配套插座

7  汽车用插片式保险丝

⑥更换保险丝时应注意,一定要与原配保险丝的规格、参数、特性保持一致,不能犯了只要额定电流、额定电压相同就可替换的低级错误,不能任意加大熔丝的电流等级,更不能用其他导电物代替。如果换上相同规格的保险丝后马上又烧断了,说明电路已发生严重短路故障,需要排除故障后,才能再次装上保险丝并通电试验。切忌加大保险丝规格来处理,以免造成电路更大的故障或引起火灾等事故。另外要注意的是,发现保险丝损坏后,一般不得在通电状态下用万用表检测短路电流,以免造成万用表过电流损坏。

⑦家用电器常用的BGDPBGXP型普通玻璃管保险丝“烧断”后,如果一时找不到相同规格的新保险管代换,不妨自己动手修复损坏的保险管,方法有二:一是按照如图8a)所示,直接找一根与保险管额定电流相等的熔丝焊在保险管的两端金属帽上;二是按照如图8b)所示,用电烙铁和大头针烫开保险管两端金属帽上的小孔,清除里面烧断的熔丝,然后穿进一根与熔丝管额定电流相等的熔丝,再把熔丝和金属帽焊接好即可。熔丝材料可选手头现成的细铜丝或漆包线代用,具体直径选择可参考附表。

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a)简单外接法

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b)完全替换法

8  普通玻璃管保险丝的修复


























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