دانلود فایل پژوهش: دانلود پروژه رشته برق درباره فيوز هاي الكتريكي – قسمت اول

دانلود پایان نامه

مقدمه

فيوز وسيله اي می باشد جهت محافظت از مدارهاي الكتريكي پیش روی بروز اشكالات ناشي از عبور جريان اضافي در آن، كه به وسيله ذوب شدن و قطع المنت داخلي آن كه معمولاً از جنس نقره يا مس مي باشد مدار باز شده و جريان بصورت آني قطع مي گردد.

شكل 1- اجزاء تشكيل دهنده يك نوع فيوز ولتاژ پايين را نشان مي دهد كه ممكن می باشد در آن بيش از يك المنت به صورت موازي در داخل محفظه اي كه از ماسه كوارتز پودر شده و يا پودر چيني پر شده می باشد وجود داشته باشد. بدنة فيوز معمولاً از جنس سراميك و گاهي ممكن می باشد از فايبر گلاس آميخته با رزين ساخته گردد. در هر يك از دو انتهاي بدنه، يك كلاهك برنجي پرس شده هست كه المنتهاي داخلي به آن متصل به كلاهكهاي آن انجام مي گردد. كه متناسب با كاربرد فيوز داراي انواع مختلفي می باشد.

نکته مهم : برای بهره گیری از متن کامل پژوهش یا مقاله می توانید فایل ارجینال آن را از پایین صفحه دانلود کنید. سایت ما حاوی تعداد بسیار زیادی مقاله و پژوهش دانشگاهی در رشته های مختلف می باشد که می توانید آن ها را به رایگان دانلود کنید

هنگاميكه جريان اضافه براي مدت زمان كافي از مداري عبور كند به توضیح زير به تجهيزات آن مدار صدمه مدار مي سازد.

الف- حرارت اضافه يا گرماي زياد به بستگي به مربع مقدار مؤثر جريان عبوري از مدار دارد كه در اثر آن ممكن می باشد به واسطه كار در درجه حرارت بالا، به عايقهاي مدار صدمه جبران ناپذيري وارد گردد. اگر جريان به قدر كافي زياد باشد. ممكن می باشد هاديهاي فلزي مدار نيز ذوب شوند.

ب- نيروهاي الكترو مغناطيسي كه متناسب با مربع پيك جريان هستند. تحت شرايط خطاي اتصال كوتاه سنگين، ممكن می باشد شكست مكانيكي تجهيزات اتفاق افتد، بويژه اگر درجه حرارت نيز بالا باشد كه در اين صورت زیرا مقاومت مكانيكي مواد اکثراً با افزايش درجه حرارت كاهش مي يابد اثرات مخربتري به وجود مي آيد.

بعضي قطعات مانند نيمه هاديهاي قدرت بالا، به انرژي آزاد شده در قطعه در خلال يك پالس كوتاه مدت حساس هستند. اگر مقاومت اهمي قطعه ثابت انتخاب گردد در اين صورت انرژي آزاد شده در يك پالس با مدت T متناسب با خواهد بود. اين انتگرال عموماُ به عنوان « i2 t» پالس شناخته مي گردد.

طرحهاي مختلف فيوز براي حفاظت انواع مختلف تجهيزات الكتريكي پیش روی اثرات جريان اضافي و يا انرژي اضافي فوق الذكر وجود دارند كه از آنجائيكه از بحث اين كتاب خارج مي باشد در مورد آنها صحبت نمي گردد. خوانندگان عزيز مي توانند به بروشروهاي تبليغاتي شركت فيوزسازي مراجعه نمايند.

نمودارهاي عمومي

به عنان اولين قدم در درك طريقه اي كه يك فيوز اقدام مي كند( با بعضي اوقات مي سوزد)، نمودارهاي عمومي جريان، ولتاژ و درجه حرارت فيوز در طي يك اقدام قطع نشان داده شده در شكل هاي (2)، (2-3)،(2-4)،(2-5) را در نظر بگيريد.

شما می توانید مطالب مشابه این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید                     

جريان انتظاري نشان داده شده روي اين شكلها جرياني می باشد كه در مدار جاري مي گردید اگر فيوز اقدام نمي كرد و همچنين امپدانس المنت فيوز صفر در نظر گرفته مي گردید. بعد از وقوع يك خطا كه باعث عبور جريان و بدنبال آن باعث عملكرد دقيق مي گردد، دو ناحيه متمايز زماني هست. يكي زمان قبل از ايجاد قوس و ديگري زمان برقراري قوس می باشد.

دراثناي زمان قبل از قوس يا به عبارتي پيش قوس ( زمان ذوب شدن) درجه حرارت المنت فيوز آنقدر افزايش مي يابد تا اينكه نقطه ذوب فلز در يك يا چند نقطه از طول المنت فرا مي رسد. سپس المنت فيوز قطع شده و بين دو انتهاي ذوب شدة المنت كه پاره شده می باشد قوس الكتريكي مستقر مي گردد. در لحظه برقراري قوس يك افزايش قابل ملاحظه در ولتاژ دو سر فيوز ايجاد مي گردد كه دليل آن بعداً توضيح داده مي گردد. در اثناي زمان قبل از قوس، وقتي كه جريان مدار بسيار زياد می باشد، يك افزايش جزئي در ولتاژ دو سر فيوز نظاره مي گردد، كه اين ناشي از مقاومت اهمي المنت فيوز می باشد كه با درجه حرارت افزايش يافته می باشد.

جرقه، در خلال و در فاصلة زماني برقراري قوس ادامه مي يابد تا سرانجام قطع نهائي جريان فرا مي رسد و قوس خاموش مي گردد.

شكل هاي (2-2) و (2-4) نمودارهايي را در شرايط اتصال كوتاه براي مدارات   dc و ac در يك حالت خاص نمايش مي دهند. چنانكه از اين اشكال ديده مي گردد فيوز جريان خطاي مورد انتظار را قطع مي كند يعني جريان خطا را در يك مقدار كمتر از پيك جريان انتظاري محدود مي نمايد. اين محدوديت جريان، يكي از خواص مهم فيوزها ست كه اثرات حرارتي و الكترو مكانيكي را بطور جدي و موثر كاهش مي دهد. در اين شرايط اندازه زمان قبل از قوس و قوس تقريباً مساوي مي باشند.

شكلهاي ـ2-3) و (2-5) مجدداً نمودارهايي را براي مدارات dcو ac نشان مي دهند در اين موارد جريان هاي انتظاري نسبتاً پايين هستند( همانند جريان اضافه بار) كه منجر به گرم شدن آهسته وتدريجي فيوز مي گردد. در اين حالت زمان قبل ازقوس نسبتاً طولاني و شايد هم چند ساعته می باشد ولي زمان جرقه در مقايسه با آن بسيار ناچيز می باشد. شكل (2-5) نشان مي دهد كه قبل از اينكه جريان كاملاً متوقف گردد جريان مدار ممكن می باشد چندين نيم سيكل ac را طي نمايد.

شكل

بنابراين به نظر مي رسد كه در بعضي از موارد خاموش شدن قوس موقعي كه جريان پايين می باشد مشكل تر از وقتي می باشد كه جريان زيادي خصوصاً در مواقع اتصال كوتاه از مدار عبور مي نمايد. دليل اين امر در قسمتهاي بعدي توضيح داده مي گردد.

توزيع گرما و حرارت در المنت فيوز

رفتار و عملكرد تصریح شده فوق الذكر دقيقاً بستگي به توزيع گرما در طول المنت قبل از ذوب شدن دارد.

همچنانكه از روي شكل مشخص می باشد درجه حرارت المنت در لحظات اوليه عبور جريان در سرتاسر طول المنت و در تمام آن بطور يكنواخت پخش مي گردد زيرا كه زمان كافي جهت افت و اتلاف حرارت در اثر انتقال به كلاهكهاي در سر فيوز وجود ندارد. با پيشرفت زمان منحني توزيع گرما تقريباً به صورت بيضي درآمده و گرمترين نقطه در وسط المنت خواهد بود.

اين به آن معني می باشد كه در اتصال كوتاههاي شديد كه دامنه جريان بسيار زياد می باشد، درجه حرارت در زمان ذوب بطور يكنواخت در سرتاسر طول المنت فيوز توزيع مي گردد و در نتيجه المنت سريعاً ذوب شده و قوسهاي متعددي ايجاد مي گردد. بالعكس اگر جريان كم باشد زمان قبل از قوس افزايش يافته و درجه حرارت وسط المنت ايجاد مي گردد. بنابراين توزيع گرما در المنت درست قبل از ذوب آن نه تنها مشخص مي كند كه آيا قوس تكي يا چند تائي می باشد بلكه تأثير عمقي دررفتار و عملكرد فيوز در فاصله زماني قوس دارد.

جريان نامي و حداقل جريان ذوب شدن فيوز

جريان نامي تعيين شده براي يك فيوز فرقي با ميزان جريان تعيين شده بري ساير تجهيزات الكتريكي ندارد. به عبارت ديگر جريان نامي، جرياني می باشد كه توسط كمپاني سازندة فيوز تعيين گرديده كه فيوز مي تواند تحت شرايط كاري خود بطور پيوسته و مداوم و بدون سوختن، آن را از خود عبور دهد. جريان نامي فيوز توسط حداكثر درجه حرارتي كه قطعات فيوز( خصوصاً المن فيوز) مجاز می باشد بطور مداوم و پيوسته در آن كار كند تعيين مي گردد. بنابراين بيان مرز يا حد مقدار جريان يك فيوز و پيوسته در آن كار كند تعيين مي گردد. بنابراين بيان مرز يا حد مقدار جريان يك فيوز ما را به سوي اينكه فيوز قابليت يا توانائي محافظت از وسيله و ابراز الكتريكي را دارد هدايت نمي كند و جرياني بيش از حداكثر جريان ( جريان نامي) مورد نياز می باشد تا باعث ذوب شدن المنت يا سوختن آن گردد.

حداقل جريان ذوب شدن فيوز [1] (mfc) كمترين مقدار جرياني می باشد كه منجر به ذوب شدن المنت فيوز مي گردد. اين چنين ذوب شدني تا زمانيكه منجر به قطع گردد به قطع گردد. بطور تئوري مي تواند در فاصله زماني هاي مختلفي صورت پذيرد، اما در اقدام جرياني كه باعث سوختن يا ذوب شدن فيوز در ظرف چند ساعت گردد به عنوان (mfc) تعريف مي گردد

فاكتور ذوب [2] به توضیح زير تعريف مي گردد:

حداقل جريان ذوب = فاكتور فيوز
مقدار جريان نامي (غير ذوب)

كه معمولاً اين فاكتور مابين 25/1 -2 مي باشد و نسبت به طرح و نوع و فيوز متغير می باشد. بنابراين فاكتور ذوب اصولاً به فاصله موجود بين نقطه ذوب فلز المنت فيوز و حداكثر درجه حرارتي كه فلز المنت فيوز بطور پيوسته و مداوم مجاز می باشد كه در آن كار كند، بستگي دارد.

فاكتور ذوب يك مفهوم مفيد و كلي می باشد و با آزمايش به طريقي كه در استانداردهاي فيوز مشخص شده می باشد به خوبي بدست مي آيد اما كاربرد آن خالي از مشكلات نيست. در اقدام حداقل جريان ذوب مي تواند بر حسب محيطي كه فيوز در آن مورد آزمايش واقع مي گردد بطور قابل ملاحظه اي تغيير يابد و همچنين مشكلي كه در تعريف مقدار زمان بي نهايت هست يك اصل واضح و آشكار می باشد كه كاربرد اين فاكتور مفيد را بطور دقيق تحت سئوال مي برد.

استاندارد IEC با مشخص کردن زمان لازم براي ذوب، دو جريان ذوب و غير ذوب را تعريف مي كند. جريان غير ذوب همان جريان نامي فيوز می باشد در حاليكه جريان ذوب مي بايد توسط كارخانه سازنده مشخص گردد كه معمولاً با داشتن فاكتور ذوب مي تواند محاسبه گردد. بنا به تعريف، جريان ذوب جرياني می باشد كه فيوز در يك زمان قراردادي مشخص قطع مي گردد.

زمان برقراري مدت زماني می باشد كه در زمان حرارت درطول فيوز به حالت ماندگار رسيده می باشد و از اين رو براي فيوز هاي بزرگتر با ظرفيت حرارتي بالاتر اين زمان طولاني تر مي گردد. به فرض اينكه ازشرايط آزمايشي استاندارد IEC بهره گیری گردد زمان قراردادي براي فيوزهاي ولتاژ پايين به توضیح زير تعيين شده اند.

زمان برقراري بر حسب ساعت (h) مقدار جريان نامي فيوز بر حسب آمپر(In)
1

2

3

4

 

مشخصه هاي جريان- زمان

نمونه اي از مشخصه جريان- زمان، كه زمان قبل از قوس را به مقدار موثر     (r.m.s) جريان انتظاري نسبت مي دهد در شكل ( 2-7) ترسيم شده می باشد. اگر جريان عبوري از فيوز كمتر از حداقل جريان ذوب باشد يك خط حرارتي ثابت و ماندگار ايجاد مي گردد. در اين شرايط مقدار توليد گرما در داخل المنت فيوز كه همان انرژي گرمائي ژول می باشد با اتلاف گرما و انتقال آن به محيط اطراف فيوز دقيقاً به حالت تعادل آمده می باشد. گرما به دو صورت منتقل مي گردد:

اولي از طريقه هدايت محوري در طول المنت فيوز به كلاهكهاي دو سر فيوز و دومي به وسيله هدايت از طريق پوتدر چيني پر كننده داخل بدنه فيوز و سپس از طريق كنوكسيون و تشعشع در فضاي محيط اطراف فيوز:

هنگاميكه- جريان در فيوز از حداقل ذوب بيشتر مي گردد، انرژي گرمائي ژول توليد شده بيش از گرماي اتلاف شده گرديده و درجه حرارت المنت فيوز شروع به افزايش مي نمايد پيش از آنكه بتواند به شرايط تعادل گرمائي جديد برسد اقدام ذوب شدن المنت و سوختن فيوز اتفاق مي افتد. اگر جريان انتظاري را باز هم افزايش دهيم، زمان ذوب شدن كاهش مي يابد. اين نسبت معكوس بين زمان و جريان اين واقعيت را كه فلز المنت فيوز داراي ضريب حرارتي مثبت مقاومتي می باشد تأييد مي كند، يعني اينكه المنت گرمتر داراي مقاومت الكتريكي بيشتر می باشد و در نتيجه افزايش انرژي گرمائي ژول را در پي دارد.

براي جريانهاي انتظاري خيلي بالا، فرصت و زمان كافي جهت اتلاف و افت گرما كه قابل توجه باشد وجود ندارد و مي توان فرض نمود كه تمامي انرژي داده شده به المنت بصورت انرژي گرمائي در المان با افزايش درجه حرارت المنت ذخيره گرديده می باشد.

الف- در ناحيه زمان طولاني مقدارخنك كنندگي محيط اطراف اهميت دارد، در اين ناحيه شرايط گرمائي موجود بصورت تدريجي تغيير مي نمايد. بنابراين عواملي نظير درجه حرارت محيط، تهويه هوا، اندازه كابل هاي اتثال و باس بارها، باعث تغييرات مشخصه جريان- زمان خواهد گردید.

ب- در ناحيه زماني كوتاه، زمان قبل از قوس قابل مقايسه با ثابت هاي زماني مدار الكتريكي تغذيه كننده فيوز مي باشد و اثر شكل موج جريان انتظاري با اهميت تلقي مي گردد. در حاليكه در ناحيه زمان طولاني اينطور نيست زيرا كه در اين ناحيه فقط اثر تكميل شده موج كه به مقدار موثر) (r.m.sجريان بستگي دارد، زمان ذوب شدن را مشخص مي كند. براي زمانهاي كوتاه، زمان ذوب شدن براي يك جريان انتظاري (r.m.s داده شده ( نسبت به اينكه ثابت زماني مدار تغذيه چقدر باشد و اينكه براي يك جريان a.c در چه نقطه از موج ولتاژ مدار را بسته ايم) مي تواند بطور وسيعي تغيير نمايد.

پراكندگي جريان در ناحيه زمان كوتاه بعضي اوقات بوسيله ترسيم مشخصه در اين ناحيه بر حسب زمان واقعي tv قابل نمايش می باشد. اين ايده بر اساس فرضيه ايكه انتگرال I2t قبل از برقراري قوس ثابت می باشد پايه گذاري شده می باشد. زمان واقعي زماني می باشد ك فلز المنت فيوز ذوب مي گردد در صورتيكه جريان در تمام لحظات ثابت و برابر مقدار مؤثر   (r.m.s) جريانانتظاري (I) باشد.

در اين صورت:

بنابراين انتگرال I2t قبل از برقراري قوس مي تواند از طريق يك آزمايش به دست آيد. بهرحال مفهوم زمان واقعي، از نظر اقدام كاربرد چنداني ندارد.

قوس الكتريكي

تشكيل اوليه قوس در داخل يك فيوز به طريقه اي كه المنت فيوز اصطلاحاً خرد مي گردد وابسته می باشد. بعضي از محققان قديمي معتقد بودند كه قبل از آنكه قوس الكتريكي شروع گردد تمام المنت فيوز مي بايست تبخير گردد. براي تبخير يك گرم نقره آغاز بايد حرارت به نقطه ذوب برسد و سپس در نقطه ذوب جامد به حالت مايع و سپس به نقطه جوش رسيده و بالاخره در نقطه جوش مايع تبديل به بخار گردد.

ولي اندازه گيري ها نشان داده می باشد كه فقط لازم می باشد. درجه حرارت المنت به نقطه ذوب افزايش پيدا كند و حدوداً 25% از آن به حالت مايع تغيير شكل دهد در اين نقطه المنت نا پايدار می باشد و نيروي الكترو مغناطيسي بحراني و ساير نيروها توسط پروسه ايكه كاملاً قابل درك نيستند باعث قطع سريع المنت مي گردند. بعضي اوقات سيمهاي گرد با فرم دادن اوليه به صورت ناهمگن ( باريك و ضخيم) درآمده و قطع شدن در محل باريك سيم باعث ايجاد يك سري قوسهائي مي گردد كه به قطر سيم و اندازه طول المنت بستگي دارد. در دانسيتة جريان زياد، خرد شدن هر قوس( در فيوزي كه با پودر شني پر شده می باشد) حدود 50 ولت مي باشد بنابراين وقتي كه المنت فيوز در نقاط زيايد ذوب گردد، قوسهاي كوچك در نقاط مختلف المنت فيوزايجاد مي گردد كه با در نظر داشتن اينكه ولتاژ دو سر هر قوس 50 ولت مي باشد، باعث مي گردد كه ولتاژ در طول فيوز به گونه ناگهاني از مقدار كم به مقداري برابر با جمع ولتاژ هاي ايجاد شده در طول المنت ( كه n تعداد سري قوسهاي الكتريكي می باشد) پرش داشته باشد. افزايش ناگهاني در ولتاژ فيوز ممكن می باشد به عنوان نيروي محركه (emf) برگشتي تعبير گردد كه جهت آن خلاف جهت جريان می باشد و با عث كاهش مقدار افزايش جريان مي گردد.

و جريان مدار با ارتباط زير تعريف مي گردد:

   (1)  

كه در آن:

u(t)=V(t) ولتاژ منبع
i جريان مدار
UF=Varc ولتاژ دو سر فيوز در زمان ذوب
R مقاومت مدار
L اندوكتانس مدار مي باشند.

در مدت زمان قبل از ايجاد قوس uf خيلي كوچك می باشد و بنابراين اثر ناچيزي روي نرخ رشد جريان دارد وقتي كه قوس ها به وجودمي آيند مقدار uf بزرگ مي گردد. اگر باشد، منفي شده و بنابراين جريان مدار محدود مي گردد.

براي از بين بردن سريع اتصالي مدار، ولتاژ قوس الكتريكي مي بايد زياد باشد شكل (2-11) نشان مي دهد كه چگونه اين موضوع عملاً با بهره گیری از المنت چند شياري كه با ماسه پرشده باشد بدست مي آيد. ولتاژهاي قوسهاي الكتريكي در دو مورد زير زياد مي گردد:

الف- پديده سوخت به عقب burnback كه موجب افزايش در طول قوس مي گردد

ب- خنك كردن با جذب گرما از قوس الكتريكي بتوسط ذوب ماسه هاي اطراف و جوش خورد آنها به يكديگر كه گرماي ذخيره شده در قوس را جذب مي كند. انتخاب تعداد محل اتصالات المنت امكان كنترل تغييرات ديناميكي ولتاژ قوس الكتريكي را در طراحي به وجود مي آورد.

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را در شماره بندی انتهای صفحه بخوانید              

همچنانكه ايجاد قوس پي مي رود ماسة اطراف كانال قوس به شكل يك لولة توخالي در مي آيد كه به «فولگرايت» معروف می باشد. اين پروسه و فرآيند درشكل (2-12) نشان داده شده می باشد.

متأسفانه مدار تحمل ولتاژي مدارهاي جانبي همانطوري كه در شكل (2-13) نشان داده شده می باشد محدود می باشد. بنابراين در طراحي فيوز ولتاژ قوس را نمي تون از حدي زيادتر برد تا باعث قطع سريع مدار گرديم، چرا كه انجام اين اقدام ممكن می باشد به وسائل مدارهيا جانبي آسيب برساند.

بنابراين مشكل طراح فيوز اين می باشد كه بتواند فيوزي توليد كند كه توانائي قطع سريع را داشته باشد بدون اينكه بنحو خطرناكي ايجاد ولتاژ در مدار نمايد.

فيوزهاي محدود كنندة جريان

این نوشته در برق ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

دیدگاهتان را بنویسید