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热熔断器(温度保险丝)保护电加热器的可靠性研究

文章出处:热保护器作者:雅迅电子人气:发表时间:2019-11-30 17:59【

 简介:热熔断器是各种电气和电子产品中必不可少的保护性组件。在广泛应用的同时,热熔丝本身不可避免地暴露出一些问题,需要不断提高其可靠性。
简介:热熔断器也称为热熔断器,是一种温度感应式电路切断装置。温度保险丝可以在异常的工作条件下感应到电气产品和电子产品的过热,从而切断电路,避免火灾。热熔丝主要用于家用电器或类似用途的电器,并且用途广泛,并且是家用电器和商用电器以及电子产品中必不可少的关键组件。本文所述的热熔断器是圆筒形的熔断器状熔断体,其具有作为热敏材料的热敏颗粒(有机化合物),能够承载大电流(6A至25A)。实际上,对象图如图1所示。

金属外壳热熔断器

根据“预作用导线-可动电极-金属壳-导线通过电流”的顺序,温度升高并且感热颗粒在感测到热量时熔化。热敏小球熔化后,弹簧被拉伸,可动触点与导线末端分离以切断电流(见图2)。
温度保险丝的工作原理示意图
热熔丝作为元件串​​联安装在电气设备的工作电路中。除了在异常情况下及时断开连接之外,它在正常情况下还应保持良好的导电性,并尽可能靠近电线。如果电阻值太大,或者甚至是故障被断开,都将不可避免地影响整个工作电路。因此,热熔丝的可靠性非常重要。
在发现空调的电加热保险丝断路故障之后,有些情况并非由工作环境过热引起。也就是说,当未达到设计保护温度时,熔断体已经断开,导致电加热工作电路断开,表明熔断体本身的可靠性存在一定的缺陷。本文主要对这些问题进行了研究和分析。

1个保险丝盒热敏药
1.1保险丝的特性
温度保险丝的特性参数:
1,额定工作温度(Tf):热熔丝导通状态改变的温度;
2,最大过载电流(Im):热熔断器可以承受的最大电流;
3,保持温度(Th,Tc):热熔丝的最高允许温度在额定电流下,在168小时内导通状态没有变化;
4,极限温度(Tm):激活热熔断器后不能再次开启的最高温度;
5,动作精度:根据标准要求,工作温度范围为热熔断器。
选择空调电加热保险丝时,需要确定工作温度范围为Tf-10〜Tf。通常,热链的额定温度应比实际使用的最高温度高25°C。

1.2环境温度对热敏丸的影响
热熔丝的使用寿命与长期使用热熔丝的环境温度密切相关。环境温度越接近工作温度,热敏小球的热老化越严重,并且热熔丝的使用寿命越短。特别地,当环境温度超过热熔丝的保持温度时,热熔丝的使用寿命将大大缩短。图3显示了制造商的121°C热熔断器在109°C和99°C下的使用寿命曲线。
热熔丝寿命曲线

1.3测试比较
选择由市场上的制造商生产的121℃的熔断体作为样品,并测量热敏粒料的高度。在不同温度的烘箱中高温烘烤30分钟,然后测量烘烤后的热敏颗粒的高度并将其与原始温度进行比较。
将熔断器1的样品在95℃的红色盒子中烘烤30分钟,并且如图1所示比较热敏颗粒的高度。 4。
将2号保险丝样品在106°C的烤箱中烘烤30分钟,然后比较热敏颗粒的高度,如图5所示。
将熔丝烘烤后测量热敏颗粒的高度与原始温度进行比较

相比之下,可以发现制造商的机身在95℃的高温下烘烤时高度基本上没有变化。在106°C的高温下烘烤后,高度显着降低,这表明热敏性颗粒在此条件下显示出明显的熔化迹象,但此时它们仍远未达到其额定工作温度。同时,我们用万用表测量2号熔断器的电阻,发现它已经断开,X射线后的状态如图6所示。

在实际的电加热生产组装过程中,保险丝本体经常不得不经历高温过程,例如焊接,烘烤和热缩管,这不可避免地会受到影响。因此,执行这些步骤时,请务必注意保险丝的保护:

2)热熔断器可以拼接电线或端子。
如果拼接过程不可靠,则会产生高电阻,这将导致电源产生的热量突然增加,最终导致热敏小球异常熔化。
3)当采用树脂成型或热缩套管时,应控制热熔丝本体的温度,以确保其体积在加工过程中不会收缩,以免影响其可靠性。
2保险丝的机械结构
2.1保险丝的内部结构
上面已经描述了电加热熔断体的工作原理。热敏颗粒是关键,但最终的保护作用和正常传导是由其内部机械结构完成的。目前,其设计主要采用图7所示的结构,制造商略有不同,但总体上是相似的。绝缘筒,弹簧,可动电极(也称为星形触点),圆形板和热敏药丸组装在金属外壳中,金属外壳的开口部分完全用密封材料密封。

弹簧作为机械力的动力源,在正常组装后应处于压缩状态。同时,由于两侧弹簧的张力,星形接触片将保持在垂直状态,并与金属外壳接触。接触件本身又小又薄,材料柔软,并且接触金属外壳的面积受到限制。因此,对其成型工艺和组装工艺提出了很高的要求,我们不得不怀疑其可靠性。

热熔丝的机械结构

2.2熔断器异常开路分析
制造商生产的热熔断器在客户使用期间遇到了几次单开故障,并且在使用过程中没有苛刻的条件,例如高温和大电流。 X射线检查还发现,保险丝主体的热敏颗粒没有融化,表明保险丝主体本身的内部传导环路存在问题。

比较正常和有缺陷的产品,我们可以轻松发现以下问题:
一种。 2号和4号样品已经成型,它们已经从金属外壳中分离出来,保险丝的正常传导电路在这里被切断;
b。 3号试样的电极偏斜,星形触头与外壳之间的接触不充分,电极与引线之间的接触面也小于正常产品。
进行了测试,但电阻大于正常值(如表1所示)。
热熔丝异常开路分析

经分析后,保险丝本体异常的原因是由于星形接点的加工不良(包覆成型)和浮动电极组件的歪斜引起的。说明制造商的生产加工技术和设计存在一定缺陷,不能保证其产品的一致性。可以通过设计和内部大小控制进行以下调整以改进:

1)设计缩小陶瓷帽的内径,并缩小陶瓷内圆与浮动钉之间的间隙公差,以免发生浮动电极歪斜;
2)在出厂前,拉紧了电阻测试范围,并检测并去除了由浮钉的歪斜引起的星形接触片与外壳之间的接触;
3)改变星形接触片的尺寸,加宽八爪簧片,增加与金属外壳的接触面积,并提高可靠性。

热熔断器异常断开的原因

3结论
1)保险丝主体热敏球的可靠性受环境温度的影响。即使未达到设计工作温度,长时间的高温烘烤也可能导致热敏颗粒熔化。保险丝制造商应考虑适当的优化,在确保灵敏度的同时,还要考虑高温稳定性;作为电加热部件,保险丝本体在组装过程中还应注意高温保护,并且还应控制引线键合部分的电阻值。

2)熔断器的星形触点是机械结构中相对脆弱的组件。对加工技术有很高的要求,并且不会发生过成形现象。同时,在尺寸设计中,应考虑确保与金属外壳充分接触。
3)熔断器内部组件的公差应根据要求尽可能严格。否则,不可避免地会出现诸如浮动电极偏斜的问题。


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