特定の電流でヒューズが切れるのはなぜですか？

通常、導体（ヒューズなど）が燃えずに処理できる最大電流を指定します。しかし、導体で一定量のエネルギー/熱が消費された場合、導体は実際に故障しませんか？次に、導体の温度が高すぎて燃えたり溶けたりします。

定格が10Aのヒューズがあるとしましょう。なぜヒューズが切れずに9Aのような低い電流でヒューズを連続して動作させることができるのですか？

また、電力、電圧、電流がオームの法則によって関係していることもわかっています。10Aヒューズがあり、100オームなどの任意の抵抗がある場合、代わりに1kVヒューズ（10A * 100オーム）または10kWヒューズ（10A * 10A * 100オーム）と呼ばないのはなぜですか？これらの数値は完全にarbitrary意的であるため、現実を反映していないことは知っていますが、私のポイントを明確にしています。

10Aのヒューズがあり、100オームなどの任意の抵抗がある場合、...

この典型的な10 Aヒューズの抵抗は5mΩです。したがって、推測は約20,000倍になりました。10 Aでの消費電力はP = I 2 R = 10 2 × 5 m = 500で与えられます$P = I^2R = 10^2 \times 5m = 500 \ \text {mW}$ます。

抵抗：ヒューズの抵抗は通常、総回路抵抗のわずかな部分です。分数アンペア数のヒューズの抵抗は数オームになる可能性があるため、低電圧回路で使用する場合はこの事実を考慮する必要があります。実際の値は、リテルヒューズにお問い合わせください。出典：Littlefuse Fuseology Application Guide（一読の価値があります）。

分数アンペアヒューズの抵抗が高い理由は、ヒューズワイヤが10 Aバージョンとほぼ同じ長さですが、たとえば100 mAで溶断するにはさらに細かくする必要があるためです。100 mAのヒューズは、通常50 mAなどの回路を保護している場合があります。ヒューズ抵抗が1Ωの場合、使用中に50 mVの降下が生じます。

必要なヒューズワイヤの直径は、

...代わりに1kVヒューズ（10 A * 100オーム）、または10 kWヒューズ（10 A * 10 A * 100オーム）と呼ばないのはなぜですか？

それがあるため、過電流保護装置。ヒューズには、完全に異なるものを意味する電圧定格がすでにあります。下記参照。

ヒューズにはいくつかの定格が必要です。

• 電流（これは十分明らかだと思います）。
• ヒューズの電圧定格。これは、内部アークを形成および維持せずに確実に遮断できる最大電圧を指定します。
• 時間の評価-どれくらい早く吹くか。

Littlefuseの記事はこれらすべてを詳細にカバーしているので、ここで再現する必要はありません。

1. 導体は、特定の温度に達すると故障します。ヒューズは周囲と熱的に接触しているため、溶断する前に一定量の電力を消費する可能性があります。
2. 10Aヒューズは、10A（プラスまたはマイナスの許容誤差）で切れるように設計されています。したがって、1日中9Aで実行する必要があります。
   • しかし、その10Aヒューズは10Aで溶断するのに非常に長い時間を要し、20Aでより速く溶断します。また、100Aを突き抜けると誤動作する可能性があります。ヒューズについては、ほとんど無視されている科学があります。
   • そして、その10Aヒューズを1日9Aまたは9.8Aで作動させると、熱くなり、ゆっくりと劣化します。
   • それは、それが本当にどれくらい速く吹くか、それがどれくらい長く続くかが本当に重要な場合、ヒューズメーカーに相談する必要があることを意味します。
3. ヒューズはアンプで評価されます。これは、ヒューズを取り付けるほとんどの人が気にすることだからです。理想的な10Aヒューズは電圧を落とさず、10A未満のナノアンペアでも溶断も劣化もせず、そのすぐ上（または明確な時間後）に溶断します。理想的なヒューズは存在しません。
4. このすべてを熟考している間に、いくつかのヒューズデータシートを掘り下げて見たい場合があります。。優良企業（Bussman、Littlefuseなど）はこれを指定しています。また、一時的な過負荷のために設計されたスローブローヒューズや、「通常の」ヒューズよりも迅速に反応するように設計されたファーストブローヒューズなどがあります。ヒューズが応答する必要がある方法が標準的でなく重要である場合、それを設計するのは非常に工学的な演習になる可能性があります。

通常、ヒューズはどの電圧回路で使用されているかを知りません-流れる電流だけを知っているので、ヒューズが切れるのはそれだけです。

ヒューズには、定格電圧もあります。これは、ヒューズが切れると、回路全体の回路電圧がフルになるため、アークを発生させずにその電圧を安全に処理できるように設計する必要があるためです。

自問してください：ヒューズの目的は何ですか？

1. ヒューズの両端の電圧を制限しますか？いいえ、これは無意味です。
2. ヒューズが内部で消費する電力を制限しますか？いいえ。これも無意味です。
3. ヒューズを流れる電流を制限しますか？驚いたことに、いいえ！ヒューズの仕事は、何からも保護することではありません。ヒューズの仕事は、負荷を保護することです。したがって、負荷の電流を気にすると、負荷とヒューズの電流は同じになるため、ヒューズが溶断する電流のみを気にするとします。
4. 負荷の電圧を制限しますか？おそらく、そうですが、この方法でヒューズを評価する問題があります。これについては、以下で説明します。
5. 負荷の電力を制限しますか？おそらく、そうですが、この方法でヒューズを評価する問題があります。これについては、以下で説明します。
6. 負荷の電流を制限しますか？はい！ヒューズの究極の目的は、負荷を保護することです。＃4または＃5で、電流が電圧または電力よりも有効である理由について説明します

負荷は王様です。ヒューズは、それ自体のために飛ぶように設計されていません。ヒューズは、負荷を保護するために設計されています。ヒューズが切れたときだけに集中していると、木の森がなくなってしまいます。結局、ヒューズの両端の電圧や、ヒューズが切れたときに消費する電力の量はまったく気にしません。私が気にするのは、負荷を流れる電流です。ヒューズが切れたときです（さらに、ヒューズが切れたときのヒューズの電流）。

負荷時の電力または負荷時の電圧を制限することだと主張することもできますが、これらの数値は負荷自体に依存するため、負荷電力または電圧に基づいてヒューズを評価することはできません。言い換えれば、それは、使用されている負荷の特性を正確に知らなければ、そのような方法でヒューズを評価できないことを意味します。

より厳密に言えば、これは、回路内のヒューズの位置により、負荷全体の電力または電圧を監視できないためです。負荷に流れる電流のみを監視できます。確かに、ヒューズは回路内の位置から自身の電圧降下または電力損失を観測できますが、システムの保護に関係のないことはすでに確立しています。

電圧またはワットを使用して定格のヒューズを提供する場合、ヒューズの電流が保護されるかどうかを判断するために、負荷の特性を考慮した不必要な計算の束を経る必要があります過電流、過電圧、または過負荷による負荷。

理解する重要なポイントは、ヒューズワイヤの材料です。シンプルでシンプルな金属です。しかし、金属には冷導体であるという性質がありますワイヤを加熱すると、導体がますます少なくなり、抵抗が増えます。

現在、電流制限以下で動作しているヒューズがある場合、わずかな電気エネルギーが熱に変わり、すぐに消散し、ワイヤは冷えたままになります。したがって、抵抗は非常に低いため、ヒューズでの電圧降下はごくわずかです。

ヒューズを流れる電流がしきい値を超えると、ヒューズワイヤが温まります。これは、抵抗が上昇し、ヒューズの両端で電圧の大部分が低下し、そのため、より多くの電気を熱に変えることを意味します。ヒューズワイヤの熱により、より多くの熱が生成されます。ます。これは自己増幅プロセスであり、冷たくなったときにヒューズを流れる電気エネルギーが非常に多いため、ホットヒューズは、アプライアンスの電圧に大きな影響を与える前でも、電流から多くの電力を引き出すことができます。 。

この自己増幅加熱プロセスにより、ヒューズは急速に過熱し、回路を制動します。

ヒューズ導体は、流れる電流に応じて熱くなるのは事実です。ワイヤ自体は、その環境への伝導によってその熱を放散するように設計されているため、ヒューズは、放散される電力がその熱を伝導するワイヤの能力を超えるまで溶けません。その後、ヒューズワイヤが溶ける点まで熱が蓄積します。ワイヤに質量を追加することにより、熱時定数が増加し、過電流の短時間のサージに対処できるようになり、スローヒューズが発生します。

しかし、導体で一定量のエネルギー/熱が消費された場合、導体は実際に故障しませんか？次に、導体の温度が高すぎて燃えたり溶けたりします。[...]なぜヒューズが切れずに9Aのような低い電流で連続してヒューズを動作させることができるのですか？

どのくらいのエネルギーがヒューズで消費されたかは関係ありません。重要なのであるレート（のことエネルギーがヒューズに放散される電力 - I ²エネルギーが放散される速度に比べR）が出て放射熱及び熱伝導を介してヒューズ。

エネルギーが外に出るよりも早くヒューズに入ると、ヒューズが熱くなります。ただし、ヒューズが熱くなると、ヒューズからエネルギーが放散される割合が増加します。温度は、ヒューズから流出する熱出力が流入する熱出力（I ² R）と一致するまで上昇します。

そのため、ヒューズは、電流によって決まる平衡温度にすぐに到達します。この温度が高すぎると、ヒューズが切れます。

ヒューズの材料によっては、平衡温度が材料の融点に達すると溶断したり、@ cmasterが答えで言及した熱暴走によって溶断したりする可能性があります。その時点で、ヒューズの温度が上昇すると、出力が増加するよりも速く電力が増加し、平衡が失われます。

ヒューズの定格は動作電流です。10Aのヒューズは、9Aまたは10Aでも切れません（または「ゆっくりと劣化」します）。10Aというラベルが付いているということは、定格を超えない限り、メーカーが期待どおりに動作することを保証することだけを意味します。

明らかに、10Aのヒューズは、10Aを超えた瞬間に切れないことを意味します。実際、データシートを見ると、10Aのヒューズを切るには20Aのようなものが必要であることがわかります。それを適度に早く発生させたい場合は30 + Aが必要かもしれません。

ヒューズには電圧降下定格もあります。実際、ワイヤを切断するには電流と電圧の両方が必要です。ただし、エンドユーザーは通常、正確な電流定格を必要とするため、メーカーは電圧降下を正確に測定せず、その標準/最大値のみを提供します。150 mV / 5 mOhmのヒューズを持っていることを教えてください。たとえば、1kWの主電源を保護するのに十分だと思いますか？現在の評価を確認する必要があります。