快速熔断器(保险丝)的应用特性
快速熔断器(保险丝)有单波绕组和复波绕组。单波绕组的特点是将同极性下的所有线圈按一定规律全部串联起来,形成一条并联支路。所以整个电枢绕组只有两条并联支路。
波绕组线圈的换向器节距式中P为磁极对数;k为换向片数；a为使Ys等于整数的正整数,它等于波绕组的并联支路对数。单波绕组的a＝1,而a=2的复波绕 组称双波绕组,它可以看成是由两个单波绕组并联而成的复波绕组,故有4条并联支路；a＞2者可类推,但用得很少。波绕组从并联电路连接原理上说,只需两组 电刷,即一组正电刷和一组负电刷。然而,通常直流电机中波绕组的电刷组数仍然等于其极数,这是为了减轻电刷和换向片接触面上的电流负荷,从而可以缩短换向 器的长度。此外,对线圈电流的换向也有好处。直流电枢绕组常由于某种原因造成各并联支路的电流不均匀分配,使铜耗增加,电枢绕组过热；有时也会使电刷下发生有害的火花,给电机运行带来不利影响。将电枢绕组内部理论上的等电位点用导线直接连接,就可以改善电机的运行条件。专门为此而设置的连接导线称为均压线。
应用特性:
电流能力:
快速熔断器(保险丝)额定电流是以有效值表示,一般正常电流为标称额定电流30%～70%。快速熔断器(保险丝)使用时或其一端被半导体器件加热而另一端被水冷母排冷却,或双面都被水冷母排冷却；或进行强制风冷来控制温升使之保持电流能力。
整流器中快速熔断器(保险丝)接头处连接状况直接影响着快速熔断器(保险丝)温升和可靠运行,为此必须保持接触面平整和清洁。如无镀层母排接触面要去除氧化层,安装时给予规定压紧力,最好使接触面产生弹性变形。并联快速熔断器(保险丝)要求逐个检测接触面压降。
快速熔断器(保险丝)温升与功耗:
快速熔断器(保险丝)功耗W=ΔUIw；ΔU=f(Iw)式中:Iw---工作电流；ΔU---快速熔断器(保险丝)压降。
快速熔断器(保险丝)功耗冷态电阻有很大关系,选用冷态电阻较小快速熔断器(保险丝)有利于降低温升,电流能力主要受温升限制。如前所述,快速熔断器(保险丝)接头处连接状况也影响 着快速熔断器(保险丝)温升,要求快速熔断器(保险丝)接头处温升不应影响其相邻器件工作。实验证明,快速熔断器(保险丝)温升低于80 Degree时可以长期运行,温升100 Degree时制造工艺稳定产 品仍能长期运行,温升120 Degree是电流能力临界点,若温升达到140 Degree时,快速熔断器(保险丝)不能长期运行。
目前,化工行业一般采用水冷母排和风冷方 式来降低快速熔断器(保险丝)温升。水冷母排尤其对低电压规格快速熔断器(保险丝)如400～600V效果更佳。快速熔断器(保险丝)端子与水冷母排连接端温差一般1.0～2.0 Degree。许 多大功率快速熔断器(保险丝)是按水冷条件设计,用户使用前应向制造厂垂询。风冷也是一种减少温升有效方法,风速能力曲线来确定风速对快速熔断器(保险丝)温升影响,风速约 5m/s时一般可以提高25%通流能力,风速若再增加将不会有明显作用。
制造厂提供快速熔断器(保险丝)电压降曲线以及额定电流下功耗,测量快速熔断器(保险丝)两极端子间电压降可以快速计算出该支路实际电流。
另外,同样通流情况下,温升还与快速熔断器(保险丝)是否采用单一或双并有关。先进工业国家制造大功率整流装置中多采用快速熔断器(保险丝)双并与半导体器件串联,如 700A×2、1400A×2、2500A×2。双并结构快速熔断器(保险丝)端子可以尽量减薄,以减小电阻。有一类双并连接快速熔断器(保险丝)靠螺栓和连板连接,另一类是 连板(端子)与2个熔体(端子)焊为一体结构,此类结构比较先进。电压较高快速熔断器(保险丝)其内阻较大,尤其是800V以上产品,外壳瓷套有一定长度,表面积较 大,而熔体产生热量经由填料、外壳传导散热,故电压高快速熔断器(保险丝)风冷效果较显著。
分断能力选择:
快速熔断器(保险丝)外壳强度很大程度 上确定了对最大故障电流分断能力。其次,快速熔断器(保险丝)内部金属熔片形状、填料吸附金属蒸汽能力和热量、熔断体电动力等都影响分断能力。设计整流器时应计算 "整流变压器"相间短路电流,并按此电流选用具有足够分断能力快速熔断器(保险丝)。分断能力不足快速熔断器(保险丝)会持续燃弧直至爆炸,严重时会导致交直流短路,故额定分 断能力是一个安全指标。
另外,产品制造分散性也是影响分断能力因素之一。
易于忽视问题是短路故障时线路功率因数,快速熔断器(保险丝)分断时所产生电弧能量大小与电路感抗大小有很大关系,当线路功率因数cosφ＜0.2时对分断能力有特别高要求。
快速熔断器(保险丝)分断时能量Wo=Wa+Wr+W1
式中:Wa---电弧能量；Wr---电阻消耗能量；W1---线路电感释放能量。
分断能力满足"整流器"要求时,还要注意分断瞬间电弧电压峰值(标准中称为"暂态恢复电压")不能过高,要快速熔断器(保险丝)制造时予以限制,使其低于半导体器件所能承受最大值,否则半导体器件将会损坏。故分断时间最短熔断器(保险丝)不一定最适用。
当快速熔断器(保险丝)用于直流电路中时,直流分断过程中不存电压过零点,这对快速熔断器(保险丝)可靠分断是一个苛刻条件,一般情况下快速熔断器(保险丝)若用直流电路中只能用到快速熔断器(保险丝)额定电压60%,最好选用直流快速熔断器(保险丝)。
I2t选择:
熔断器(保险丝)熔断时间t与熔断电流I大小有关,其规律是与电流平方成反比。图3表示t∞1/I2关系曲线,称为熔断器(保险丝)秒-安特性曲线。
各种电器设备(包括电网)都有一定过载能力,当过载较轻时可以允许较长时间运行,而超过某一过载倍数时,相应要求熔断器(保险丝)一定时间内熔断。选择熔断器(保险丝)保护过载和短路,必须了解用电设备过载特性,使这一特性恰当处熔断器(保险丝)秒-安特性保护范围之内。
熔断电流Io熔断时间理论上是无限大,称为最小融化电流或临界电流,即熔体电流小于临界值就不会熔断。选择熔体额定电流Ie应小于Io； 通常取Io与Ie比值为1.5～2.0,称作熔化系数。该系数反映熔断器(保险丝)过载时不同保护特性,如要使熔断器(保险丝)能保护小过载电流,融化系数就应该低些；避免电 动机起动时短时过电流使熔体熔化,融化系数就应高些。
快速熔器电流能力满足系统短路电流要求后,发生短路故障时可以隔离故障电流,但能否保 护所串联半导体器件则必须分析二者I2t值。当快速熔断器(保险丝)I2t值小于半导体器件I2t值时,才能对半导体器件起到保护作用。短路故障时I2t值分为两个 阶段,即弧前I2t和熔断I2t。熔体金属从固态转为液态时间是弧前时间, 大约1.0～2.0ms,可以认为是绝热过程,此时间段快速熔断器(保险丝)产生电流时间积分可以认为是一定值,由设计来确定。弧前I2t值不同材料其值同,每一种 材料它是一个常数。当熔体金属变为蒸气时电弧始燃,燃弧过程中电流由限流值降至零,此阶段I2t即为熔断I2t,它是一个变量。这一过程主要依靠填料被腐 蚀而吸收能量。
设计快速熔断器(保险丝)时,为满足半导体器件不断提高额定电流,要采取许多措施,而不能简单用算术方法来选择快速熔断器(保险丝)。实验证明, 当额定电流增加1倍时,快速熔断器(保险丝)I2t值是原来4 倍,而半导体器件I2t值增加要小多。要使快速熔断器(保险丝)降低I2t值有较大难度,多方面采取措施,如合理熔片分布、缩短熔体长度、减小电弧栅和提高灭弧材料 熄弧能力等。I2t值是精选快速熔断器(保险丝)重要指标之一。
绝缘电阻:
快速熔断器(保险丝)分断后绝缘电阻指标由经验证明是很重要。20世纪 90年代大量产品中加入了钾盐、钠盐,钠盐可以提高电弧栅分断能力。而制造较差快速熔断器(保险丝)分断后绝缘电阻大多低于0.3MΩ,有漏电现象,特殊情况下切断 故障后经一段时间又重燃,这将引起更大故障。质量好快速熔断器(保险丝)(加入了钾盐、钠盐)分断后应形成0.5MΩ以上绝缘电阻。快速熔断器(保险丝)分断10min后能达 到大于1～30MΩ绝缘电阻,可认为有良好可靠性。
另外,使用快速熔断器(保险丝)时还要考虑其寿命及可靠性；分断后绝缘电阻指标(＞0.5MΩ)；尽量低暂态恢复电压；不使用有隐形故障产品等
