فیوز احتمالاً ساده‌ترین وسیله الکتریکی است، اما نقش آن در محافظت از مدارهای الکتریکی در برابر آسیب حیاتی است. فیوز در هر مداری به شکلی و در اندازه‌ها، اشکال و درجه‌بندی‌های گوناگون یافت می‌شود. در این مقاله با نحوه عملکرد فیوز و انواع آن آشنا می‌شوید.
فیوز چطور کار می‌کند؟
کار اصلی فیوز این است که اگر جریانی بالاتر از حد مورد انتظار به مدار وارد شود، مدار را قطع کند و در نتیجه مانع از آسیب ناشی از اتصال کوتاه شود. ساده‌ترین نوع فیوز از یک قطعه مقاومت تشکیل شده است که براساس نقطه ذوب آن انتخاب شده است. هنگامی که جریان از این قطعه عبور می‌کند، اندکی افت ولتاژ (آن قدر کم که بقیه مدار را تحت تأثیر قرار ندهد) در این قطعه تولید می‌شود و مقداری انرژی به‌ شکل گرما تلف می‌شود. به این ترتیب دمای قطعه افزایش می‌یابد.
برای جریان معمولی این افزایش دما برای ذوب کردن رشته کافی نیست. اما اگر کشش جریان از جریان نامی فیوز بیشتر شود، به‌سرعت به نقطه ذوب می‌رسد. در این صورت قطعه مقاومت ذوب شده و مدار قطع می‌شود. ضخامت و طول قطعه مقاومت، جریان نامی فیوز را مشخص می‌کند.
قطعات فیوز از روی، مس، نقره، آلومینیم یا آلیاژهای دیگر ساخته می‌شوند تا نقطه قطع جریان را مشخص کنند. قطعات فیوز نباید در طول زمان اکسیده یا خورده شوند.

نماد فیوز

نمادهای استاندارد IEEE/ANSI برای فیوز به شرح زیر هستند.
 
اما فیوز IEC  کمی متفاوت است:
 

انواع فیوز

فیوزها را می‌توان در به دو دسته اساسی تقسیم کرد: فیوزهای AC و فیوزهای DC. جدول زیر فیوزهای مختلف از هر دو دسته را نشان می‌دهد. در ادامه به‌طور مختصر در مورد هر فیوز توضیح می‌دهیم.

فیوزهای DC

یک. فیوز کارتریجی

این نوع رایج‌ترین نوع فیوز است. المنت فیوز در یک محفظه شیشه‌ای محصور شده است که در دو سر آن کلاهک‌های فلزی دارد. فیوز در یک محفظه نگهدارنده قرار گرفته است. از آنجایی که محفظه شیشه‌ای فیوز شفاف است، به‌راحتی می‌توان دید که آیا فیوز سوخته است یا خیر.
    اشکال گوناگونی از این نوع فیوز وجود دارد، از جمله فیوز زودسوز (fast blow) و فیوز دیرسوز (slow blow). فیوزهای دیرسوز قطعات بزرگ‌تری دارند و می‌توانند جریان اضافی را برای مدت کوتاهی تحمل کنند. فیوزهای زودسوز سریعاً به جریان اضافه واکنش نشان می‌دهند.
    برخی انواع این فیوز در داخل سرامیک قرار می‌گیرند تا در برابر دمای بالا مقاومت کنند. فیوزهای مخصوص ولتاژهای بالا را با ماسه یا روغن پر می‌کنند. این کار به منظور جلوگیری از ایجاد قوس بین دو سر فیوز پس از سوختن آن انجام می‌شود. انواع فیوزهای کارتریج SMD نیز برای نصب مستقیم PCB مورد استفاده قرار می‌گیرند.
دو. فیوز خودرو

این فیوزها به‌طور خاص برای سیستم‌های خودرو طراحی شده‌اند که با ولتاژ ۳۲ و گاه ۴۲ کار می‌کنند. این فیوزها به شکل تیغه‌ای هستند و یک محفظه پلاستیکی شفاف با سطح تماس مسطح دارند و انواع گوناگون آن به رنگ‌های مختلف هستند. از برخی از این فیوزها در مدارهای پرقدرت نیز استفاده می‌شود.
سه. فیوزهای قابل تنظیم مجدد (POLYFUSE)

این فیوزها همان‌طور که از اسم‌شان پیداست تنظیم‌شونده هستند. آنها حاوی ذرات کربن سیاه هستند که در پلیمرهای آلی جاسازی شده‌اند. به‌طور معمول کربن سیاه مخلوط را رسانا می‌کند. وقتی جریان زیاد می‌شود، گرما تولید می‌شود که باعث انبساط پلیمرهای آلی می‌شود. ذرات کربن سیاه با فشار از هم جدا می‌شوند و رسانایی آنها تا جایی کاهش می‌یابد که دیگر جریان الکتریسیته عبور نمی‌کند. با کاهش دما رسانایی دوباره شکل می‌گیرد و در نتیجه فیوز نیاز به تعویض ندارد. به این نوع فیوز PTC می‌گویند، به معنای ضریب دمایی مثبت، زیرا با افزایش دما مقاومت نیز افزایش می‌یابد.
    فیوز PTC همه جا در منابع تغذیه رایانه و شارژ‌های تلفن وجود دارد. آنها در این بخش به‌ویژه مفید هستند زیرا جایگزینی آنها در این دستگاه‌ها دشوار است. و دقیقاً به همین دلیل از آنها در دستگاه‌های حوزه هوافضا نیز استفاده می‌شود.
    فیوزهای PTC با رنگ زرد مایل به نارنجی و شکل دیسک‌مانند و گاه مستطیلی خود با پایه‌های فلزی به‌راحتی قابل تشخیص هستند. فیوزهای پولی اس.ام.دی اغلب سبزرنگ هستند با علامت‌های سفید یا مشکی‌رنگ هستند با علامت‌های طلایی. فیوزهای PTC برای هر نوع جریانی وجود دارند.
چهار. فیوزهای نیمه‌هادی
توان تلف‌شده در یک نیم‌هادی به‌طور تصاعدی با جریان افزایش می‌یابد. از این رو برای فیوزهای بسیار سریع از نیمه‌هادی‌ها استفاده می‌شود. این فیوزها معمولاً برای محافظت از دستگاه‌های سوئیچ نیمه‌هادی مورد استفاده قرار می‌گیرند که در برابر نوسان کوچک جریان حساس هستند.
پنج. دفع ولتاژ اضافه
گاه نوسان ولتاژ می‌تواند به مدار نیز آسیب برساند و اغلب از یک دستگاه محافظ فیوزدار برای محافظت از دستگاه در برابر نوسان ولتاژ و جریان استفاده می‌شود.
    فیوزهای NTC (ضریب دمایی منفی) به موازات منبع تغذیه قرار می‌گیرد. هنگامی که ولتاژ منبع تغذیه افزایش می‌یابد، فیوز NTC به دلیل جریان بیشتر مقاومت را کاهش می‌دهد و ولتاژ اضافه را به اصطلاح «جذب» می‌کند. 
 
وریستورهای اکسید فلزی (MOV) دستگاه‌هایی نیمه‌رسانا هستند که ولتاژ را به‌صورت دوطرفه جذب می‌کنند.
 

فیوزهای AC

یک. فیوزهای ولتاژ بالا
این فیوزها در خطوط انتقال متناوب ولتاژ بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند که ولتاژ آنها تا چند صدکیلو ولت هم می‌رسد.
فیوزهای با ظرفیت قطع بالا (High Rupture Current) یا فیوزهای HRC از نوع فیوزهای کارتریجی هستند که از یک محفظه شفاف تشکیل شده‌اند که از سیلیکات منیزیم ساخته شده است.
این فیوزها با پودر کوارتز پر می‌شوند و اگر با مایع پر شوند باید مایعی غیررسانا مانند روغن معدنی باشد. این مواد مانع از تخلیه یا قوس الکتریکی می‌شوند. این فیوزها برای جریان خطای بسیار زیاد مورد استفاده قرار می‌گیرند.
 
فیوزهای دفعی یا اکسپالسن (Expulsion Fuses) با مواد شیمیایی مانند اسید بوریک پر شده‌اند که با گرم شدن گاز تولید می‌کند. این گازها مانع از قوس الکتریکی می‌شوند و آن را از انتهای فیوز خارج می‌کنند. قطعات این فیوز از مس، قطع یا نقره ساخته شده‌اند.
 
دو. فیوزهای ولتاژ پایین
این فیوزها در شبکه‌های توزیع نسبتاً کم‌ولتاژ مورد استفاده قرار می‌گیرند.
فیوزهای کارتریجی AC شباهت زیادی به فیوزهای کارتریجی  DC دارند. از محفظه‌ای شفاف تشکیل شده‌اند که قطعه فیوز را در بر گرفته است. می‌توان نوع تیغه‌ای آنها را به برق وصل کرد یا نوع پیچی را به فیکسر پیچ کرد.
فیوزهای تخلیه دارای یک بازوی اهرمی فلزی هستند که در صورت بروز خطا جمع می‌شود و بعد باید دوباره سیم‌کشی شود و در جای خود قرار گیرد تا به کار ادامه دهد. این فیوز نوعی از فیوز دفعی است.
 
فیوزهای قابل سیم‌کشی مجدد نوعی فیوز قابل استفاده مجدد هستند که در منازل و جاهای اداری مورد استفاده قرار می‌گیرند. آنها از یک حامل و یک سوکت تشکیل شده‌اند. وقتی فیوز می‌سوزد حامل را خارج کرده دوباره سیم‌کشی می‌کنند و در سوکت قرار می‌دهند تا دوباره کار کند. این فیوزها نسبت به فیوزهای HRC کمتر قابل اعتماد هستند.
 
فیوزهای ضربه‌گیر دارای ضربه‌گیری فلزی هستند که می‌تواند سوختن فیوز را عملاً نشان دهد و همچنین سایر تابلوها را فعال کند.
 
فیوز سوئیچ نیز دسته‌ای دارد که می‌توان به کمک آن به‌صورت دستی فیوزهای جریان بالا را قطع و وصل کرد.
 
منبع: components101

مجتمع فنی تهران