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Sommaire

Introduction

Les entreprises modernes de l'exploitation miniere, petrole et gaz, industries chimiques et pharmaceutiques sont caracterisees par une constante, ou apparaissant a la suite d'accidents industriels atmosphere explosive, causees par le degagement de gaz inflammables, de vapeurs et de substances toxiques.

Selon l'analyse effectuee dans McNeil, les mines de charbon de l'Ukraine de 1976 a 2008 etait de 124 methane explosion, qui a tue plus de 3400 personnes. Ce fut une source d'inflammation du courant electrique dans 47,88% des cas, dont 52,54% d'explosions a eu lieu en violation de la protection de l'equipement electrique anti-explosion, tandis que les autres explosions causees par des dommages aux cables.

1. Actualité de la théses

La forte intensite de main-d'?uvre de l'evolution des equipements electriques a securite intrinseque est relie avec une longue tests experimentaux, qui sont menees avec l'aide de la chambre d'explosion (CE) et constituent maintenant la base de l'evaluation des circuits de securite intrinseque en Ukraine, la Russie et d'autres pays europeens. Ce procede est caracterise par une faible stabilite des resultats, une quantite importante de procedures preparatoires afin d'eviter les blessures lorsque vous travaillez avec des gaz explosifs, ainsi que de la disponibilite des articles finis et mises en page.

La 6e edition de la CEI 60079-11 (Etat norme IEC 60079-11: 201) cite des cas de conformite incomplete avec l'appareil d'essai d'allumage standard pour tester a securite intrinseque (IS) alimentation avec une reduction artificielle de la duree de decharge (de protection "par anticipation"), ou a la protection, circuit de derivation en abrege. Dans la pratique, il ya eu des cas ou, apres avoir teste alimentation de securite intrinseque dans un melange corrosif avec un facteur de securite SFx = 1,5 probabilite d'inflammation n'a pas ete fourni 1,16*10-6 dans les conditions normales.

Protection des circuits electriques de la surcharge de la technologie informatique est actuellement le probleme scientifique et pratique reelle, puisque la probabilite de fonctionnement sans defaillance affecte de maniere significative la qualite du travail.

Pour les circuits electriques, il existe plusieurs types de dispositifs de securite [1]:

- Les fusibles;

- Fusibles bimetallique;

- Resisteurs ceramique;

- Fusibles Resettables (FR).

Tout appareil electronique complexe peut fonctionner sans ces details simples comme le fusible, qui est l'un des dispositifs les plus communs proteger contre les surintensites. Son principal inconvenient est que, apres epuisement il doit etre remplace, ce qui rend necessaire de demonter l'appareil ou le placement du fusible accessible[2].

Recemment, plus d'attention aux developpeurs d'equipements electroniques attire Resettable Fuses a base de materiaux polymeres conducteurs fabriques a partir de la composition polymere terme (polyolefines et copolymeres) et une charge de nanoparticules de carbone, de la taille d'environ 30 nm. La percolation de la conductivite d'un tel systeme est determine par les chaines carbonees conductrices situees dans la region amorphe du polymere entre les cristallites. Lors du chauffage (au-dela du seuil de courant) pour 120-125oС transition de phase se produit dans le polymere, ce qui conduit a la rupture des circuits conducteurs et une forte augmentation de la resistivite jusqu'a 6 ordres de grandeur - circuit ouvert. Puis, арres son refroidissement, le fusible commutate a son etat d'origine - se restaure

Dans cet article, il sagit de fusibles rearmables. FR est le polymere avec un coefficient de temperature positif. Dans certaines applications, ils sont un excellent substitutive pour le fusible standard.

Pour un fonctionnement fiable a long terme de circuits electroniques il est necessaire de les proteger contre les surintensites et surtension. La maniere traditionnelle de la protection contre les surintensites est d'utiliser des fusibles ou des fusibles resettables. Les fusibles resettables est le polymere avec un coefficient de temperature positif. La principale caracteristique d'un fusible rearmable est un changement brusque forte resistance sur le chauffage. Cette propriete est utilisee pour proteger contre les surintensites. Si le courant augmente au-dessus du niveau de declenchement, PTC se rechauffe et ouvre le circuit[3].

Les fusibles rearmables fabriques dans des boitiers conventionnels pour le montage dans les trous et la surface (fig. 1.1). FR pour le montage dans les trous ressemblent a une varisteur et les FR pour le montage dans un boitier ressemblent comme le disque ou rectangulaire[4].

Figure 1.1 - Les fusibles rearmables pour le montage dans les trous et la surface

FR SMD ressemblent resistеurs SMD (fig. 1.2), mais ils peut avoir un autre corps (generalement sous la forme d'une plaque avec une broche de la bande).

Figure 1.2 - Les fusibles rearmables de type SMD

Un exemple de l'utilisation d'un fusible rearmable peut etre utiliser dans UAR differentes. Fusible rearmable est utilise en conjonction avec d'autres elements de securite. Protection du moteur ne comporte pas fusible irreversible a souffler, et le dispositif commence a travailler immediatement apres la faute ou court-circuit dans le circuit d'alimentation (fig. 1.3).

Figure 1.3 - L'utilisation d'un fusible rearmable dans les unites d'alimentation

Les fusibles resettables sont produits par les firmes Bourns et Fuzetec.

2. Buts et problémes de la recherche, les résultats planifiés

Le but de ce travail est d'etudier des fusiblse rearmables, leur conception, leur performance thermique et la fonction.

Les objectifs principaux de l'etude:

1. Temps d'etude et les conditions de chauffage FR.

2. L’application des fusible rearmable dans les circuits de basse tension.

3. Etude des conditions de ramassage FR.

4. La simulation par ordinateur d'un fusible rearmable.

3. Nouveauté scientifique

Valeur theorethique:

- Mise en place en fonction des parametres de securite de l'equipement de chauffage elements anti-explosion de l'operation d'urgence;

- Determination de la temperature a laquelle la conductivite varie fusibles rearmables.

Valeur pratique:

- Production de prototype et banc d'essai courant de fusible a courant de 0,5 A;

- Le calcul des parametres de securite intrinseque du systeme de surveillance par camera video convertisseur de circuits des medias de puits verticaux des societes minieres.

4. Recherche des caracteristiques des fusibles resettables

4.1 Conception et exploitation nécessaire

Il ya plusieurs grandes entreprises qui produisent les FR. Chacun d'eux utilise sa technologie brevetee et de la marque: Polyfuse (Littelfuse), PolySwitch (TE Connectivity), Semifuse (ATC Semitec), Fuzetec (Fuzetec Technology), Multifusible (Bourns). Ils ont tous le meme principe et structure similaire.

Fusible rearmable est faite d'un plastique conducteur special. Cette matiere a plastique speciale. Il se compose d'un polymere cristallin non conducteur et introduit dans un minuscule des particules de noir de carbone (fig. 4.1). Les particules de carbone reparties dans la quantite de polymere et librement conduisent l'electricite.

Figure 4.1 - Structure des fusibles rearmables

A basse temperature, le polymere a de preference une structure cristalline. Cependant, la structure monocristalline est formee. Cela signifie que, entre les regions cristallines individuelles sont l'espace vacant. Pendant le processus de fabrication dans ces espaces introduire element conducteur - graphite.

En raison de graphite dans un froid chaines publiques FR est un conducteur avec une faible resistance interne.

Lui-meme en plastique moule dans une feuille mince et le plan pulverise electrodes conductrices. En raison des electrodes ne parvient pas a distribuer l'energie sur toute la surface. Flap est fixe aux electrodes ou fils conducteurs, en raison de laquelle la SVP est connecte a un circuit electrique.

La caracteristique principale de conducteur plastique - est un coefficient non-lineaire positive d’haute temperature de la resistance. Le chauffage au-dessus d'une certaine temperature de transition (la temperature de transition est typiquement d'environ 125°C), la molecule de polymere, on obtient plus d'energie et la structure cristalline commence a se transformer en amorphe. Ce processus est accompagne par l'expansion mecanique. Polymere remplace le graphite. En consequence, les chaines de graphite sont brisees, la resistance est fortement augmente et fusible rearmable devient etat non-conducteur (fig. 4.2) .Le plastique de conducteur conduit le courant tant que sa temperature ne depasse pas un certain seuil.

Figure 4.2 - Dependance sur la resistance de la temperature FR

Par la suite, la resistance de la matiere plastique conductrice augmente considerablement, ce qui conduit a la rupture d'un circuit electrique. En effet, lorsque le seuil de temperature est depasse, la structure cristalline se transforme en un polymere amorphe, et les chaines de noir de carbone, et qui circule a l'effondrement en cours. Cela conduit a une forte augmentation de la resistance.

Ou vient la chaleur, ce qui provoque un changement dans l'etat de phase du polymere? Elevation de la temperature du polymere est que, dans un mode d'urgence via le courant de fusible rearmable commence a couler, qui est superieure a la valeur nominale. Dans le meme temps en raison de l'effet thermique de la temperature actuelle de la matiere augmente le fusible. Ce ci a son tour conduit a la "declenchement" fusible[5].

Le nombre de transitions d'un etat conducteur au blocage et a l'arriere est pratiquement illimitee. Cela signifie que, en l'absence de facteurs catastrophiques FR est, en fait, garde eternelle.

Lorsque vous utilisez FR comme un limiteur de courant est un element important de son auto-echauffement. A l'etat normal fusible rearmable mene. Lorsque le courant passe, lui, comme tous les elements puissance Pd = I2R, ou R - resistance intrinseque du fusible. L'ampleur de cette resistance peut etre calculee par la formule: Rt=U2/Pd. Apres la coupure de l'alimentation (delestage, reduire le stress, et ainsi de suite D.). Apres un certain temps il est reduit a nouveau sa resistance interne - se restaure. L'augmentation de la resistance est accompagne par un chauffage du fusible a environ 80°C[6].

Si le courant est suffisamment faible, la dissipation de puissance faible. Dans ce cas, la surchauffage du composant est petit, et une grande augmentation de la resistance due a l'auto-echauffement se produit.

Cependant, si le courant est grande, alors il existe un degagement de chaleur important. Si la temperature depasse la temperature de transition - FR va dans l'etat non conducteur et le circuit electrique sera ouverte. Ce ci est l'essence meme de l'utilisation d'un element fusible reinitialisable en tant que protection contre les surintensites. Si la condition d'alarme persiste, le fusible se refroidit et restaure les proprietes conductrices.

4.2 Les caractéristiques électriques

Afin de choisir correctement fusible rearmable pour le dispositif specifique, il faut de connaitre ses parametres principaux. Considerons-les.

  • La tension de fonctionnement maximale (Vmax ou Umax, V). La tension qui est capable de resister sans defaillance fusible rearmable lors de l'ecoulement a travers le courant nominal. Par exemple, pour proteger le port USB est FR adapte a une tension de fonctionnement maximale de 6 volts.
  • Le courant nominal (IHOLD ou Ih, A). Le courant qui peut passer par une remise a zero fusible vous-meme sans le declencheur.
  • Courant minimum de fonctionnement (Itrip ou IT, A). Le courant minimum grace a l'UDC, a laquelle la transition de l'etat conducteur a non conducteur. En d'autres termes, il est courant a laquelle le fusible auto-cicatrisante marche - ouvre le circuit.
  • Le courant d’enclechement. FR dans un etat non-conducteur a une resistance finie. Cela signifie qu'il est incapable de briser completement la chaine, et a travers elle peut ecouler les courants de fuite. Parfois, ce parametre indique la documentation.
  • Le courant maximal (Imax), A - le courant maximal que FR peut resister sans se rompre.
  • La puissance de dissipation dans la transition (Pd, W) - la puissance, dissipee dans la transition vers l'etat non conducteur a une temperature ambiante donnee.
  • Resistance minimale et maximale (Rmin и R1max, Ohms). Cette resistance de fusible rearmable. Dans une autre facon, nous pouvons dire que cette resistance SVP operationnel, etat conducteur. Parametre Rmin - la resistance minimale de FR et R1max - c'est resistance de fusible a moment de temps 1 heure apres la derniere operation. Deux parametres sont specifies pour une temperature donnee, par exemple 230°C. Rmin и R1max generalement indiques plus juste comme ceci: R = 0,5 ... 1,17 (ohms).

    • En fait, c'est un parametre tres important. Le plus petit, le mieux, parce que le fusible est toujours en serie avec le consommateur (avant le chargement). Comme vous le savez, la perte de puissance de la resistance. Pour les appareils alimentes par des sources independantes d'alimentation (piles, batteries) doivent choisir des coentreprises avec faible resistance operationnelle.

  • Temperature de fonctionnement de fusible rearmable est typiquement dans la gamme de -40°C a +85°C. A cette resistance a la FR de temperature ne change guere et est dans la gamme Rmin – Rmax. La temperature du verrouillage ou en d'autres termes, l'operation est generalement comprise entre +125°C et plus.
  • Une autre option. Le courant maximal admissible (Imax, A). Ce ci le courant de court-circuit maximum, qui peut resister a un fusible rearmable sans casser a la tension nominale (Vmax). Si le courant a travers la joint-venture depassent la valeur Imax, il echouera toujours. Typiquement, la valeur de ce parametre est compris dans la gamme de plusieurs dizaines d'amperes (40 a 100 A).
  • Il est egalement un parametre tres important - une vitesse d'exploitation de la coentreprise (Max. Temps de declenchement). Comme pour le chauffage peut prendre un certain temps, puis il souffle pas immediatement, mais apres un certain temps. Il est assez petit et est une fraction de seconde. Le temps de reponse depend de la surcharge de courant et la temperature ambiante. Des parametres tels que le temps de reponse specifie dans la documentation pour le modele particulier d'un fusible rearmable.
  • Dans la plupart des cas, les caracteristiques actuelles sont essentielles lors du choix du fusible.

    • Figure 4.3 - Influence de la temperature de la temperature d'activation en cours

    Malgre le fait que les fusibles classiques ont de nombreux avantages, des FR sont essentiels dans une variete d'applications.

    4.3 Comparaison qualitative des fusibles traditionnels et des fusibles resettables

    Dans le plupart des cas, le choix entre les fusibles classiques et FR est basee sur les exigences d'une application particuliere. Les avantages et inconvenients de chacune des solutions sont determinees par le principe de fonctionnement de ces elements de protection (tab. 4.1).

    Tableau 4.1 - Une comparaison qualitative des fusibles et FR

    Le parametre Fusible Fusible resettable
    Nombre d'utilisations Une fois Multiple
    Les couts d'entretien Remplacement a chaque declenchement Manquent
    La qualite des restrictions Rupture complete de la chaine Il ya des courants de fuite
    Les courants de fuite, мА Manquent A des centaines
    Le niveau minimum de courant de declenchement Unites A Des centaines mА
    Le niveau maximum de courant de declenchement, А Des milliers Dizaines
    La tension maximale, V Тypique: a 600 Тypique: a 60
    La temperature maximale de fonctionnement,°С 125 85
    La temperature de la dependance du courant de declenchement Faible Forte
    La valeur de la resistance a l'etat de conducteur, mОhm Des centaines Сотни
    Temps de declenchement, ms Dizaines Dizaines

    Le fusible est un conducteur metallique (ou fils) qui fond quand une surcharge de courant. Dans le meme temps pour restaurer le circuit conducteur est necessaire de remplacer le fusible. Par consequent, pour le fonctionnement de l'equipement personnel necessaire, dans la plupart des cas, il est hautement souhaitable. FR exempt de cette lacune.

    D'autre part, l'UDC ne peut pas briser completement le circuit electrique. Ils ont une valeur de resistance finie. Ceci conduit a la presence de courants de fuite. Pour de nombreuses applications, cela peut etre inacceptable. Fusibles cassent completement la chaine.

    En general, les fusibles sont utilises pour les chaines les plus puissants. Les valeurs typiques pour les courants de ramassage qui commencent a FR unites sont adaptees pour les appareils de faible puissance qui doivent etre proteges contre les surcharges, allant de centaines de milliamperes.

    La limite fusible de courant superieur est plus eleve que la possibilite de FR et egal des milliers d'amperes.

    Limiter la quantite de puissance du circuit protege se produit en raison de posseder des fusibles de resistance a l'etat conducteur. Fusibles ont une resistance plusieurs fois plus petit que le FR.

    Un autre avantage du fusible est moins dependante de la temperature ambiante (fig. 4.3).

    La gamme de temperature de FR etroite. Ils ont une temperature de fonctionnement maximale de 85°С, alors que le fusible conventionnel peut fonctionner a 125°С.

    Un parametre important lors du choix d'un type de dispositif de securite est la tension maximale de fonctionnement. Il existe la tension nominale des FR jusqu'a 60 V. Pour une tension de fusible typique atteint des centaines de volts.

    Electroniques portables modernes limite les dimensions des composants utilises. Les FR SMD execute dans les batiments miniatures, etc. Cela les rend indispensables dans les ordinateurs portables, les telephones cellulaires et autres gadgets[7].

    Pour resumer les arguments donnes, on peut affirmer que les deux types de fusibles ont des avantages et des inconvenients. Le choix entre les deux peut etre fait seulement en permettant une application particuliere.

    Les FR sont preferes dans les nombreux cas:

  • applications exigeantes un minimum de couts d'entretien;
  • pour les circuits de basse tension;
  • dans les appareils electroniques portables avec des restrictions aux dimensions des elements;
  • dans le consommateur, des consommateurs et d'autres appareils electroniques operant dans une gamme etroite de temperature.

    • 4.4 Le sch&eacut;ema pour la recherche

    Dans ce travail comme une base pour l'etude a ete prise fusible rearmable FSMD050-2920 avec des caracteristiques nominales que presentees dans le tableau 4.2[8].

    Tableau 4.2 – Les caracteristiques nominales des fusibles rearmables

    Type de FR I, A IT, A IMAX, A UMAX, V DC Pd, W TT,°С (a courant 8А) RMIN, Оhm R1MAX, Оhm
    FSMD014 0,14 0,3 60 10 0,8 <0,02 1,5 6,5
    FSMD020 0,2 0,4 30 10 0,8 0,02 0,8 5
    FSMD035 0,35 0,7 16 40 0,8 0,1 0,32 1,5
    FSMD050 0,5 1 16 40 0,8 0,15 0,15 1
    FSMD075 0,75 1,5 16 40 0,8 0,02 0,11 0,45
    FSMD110 1,1 2,2 6 40 0,8 0,3 0,04 0,21
    FSMD160 1,6 3,2 6 40 0,8 <0,5 0,03 0,1

    Dimensions hors tout (fig. 4.4) des fusibles rearmables sont presentes dans le tableau 4.3.

    Figure 4.4 - Dimensions des fusibles rearmables

    Tableau 4.3 - Dimensions des fusibles rearmables

    Type de FR А B C D
    min.,mm max.,mm min.,mm max.,mm min.,mm max.,mm min.,mm max.,mm
    FSMD014 4,37 4,73 3,07 3,41 0,7 1 0,3 0,6
    FSMD020 4,37 4,73 3,07 3,41 0,4 0,7 0,3 0,6
    FSMD035 4,37 4,73 3,07 3,41 0,4 0,7 0,3 0,6
    FSMD050 4,37 4,73 3,07 3,41 0,4 0,7 0,3 0,6
    FSMD075 4,37 4,73 3,07 3,41 0,4 0,7 0,3 0,6
    FSMD110 4,37 4,73 3,07 3,41 0,4 0,7 0,3 0,6
    FSMD160 4,37 4,73 3,07 3,41 0,4 0,7 0,3 0,6

    Pour etudier les caracteristiques d'un fusible rearmable a ete cree le schema que represente sur la figure 4.5. Nous avons etudie les differentes caracteristiques thermiques du fusible.

    L'experience a ete effectuee comme suit: appuyez sur le bouton SB1, definir la valeur d'un courant de 0,6 A et un mode chronometre "Automatique" Lorsque le chronometre est non nulle bouton de reinitialisation du meme nom. Lorsque vous appuyez sur les SB1 chronometre commence a compter le temps et arretez a fusible grille. Ecrire le chronometre puis zero sur l'indicateur bouton "Reset". Les resultats sont consignes dans le tableau 4.4. Se fondant sur les resultats des caracteristiques temps-courant etude (Fig. 4.6). Apres les mesures eteindre le stand et tournez le bouton Latro pleinement dans le sens antihoraire.

    Figure 4.5 - Schema pour l'etude des caracteristiques thermiques Fusibles rearmables

    Figure 4.5 - Schema pour l'etude des caracteristiques thermiques Fusibles rearmables

    Des etudes ont ete menees pour trouver le temps d'arret FR a differentes charges en regulant la tension avec LATR. Les resultats de recherche sont presentes dans le tableau 4.4.

    Tableau 4.4 - Resultats de la recherche

    I, A U, V T,°С t, s R, Оhm
    0,7 20 47 20 2
    1 30 70 10 1,7
    1,3 40 72 5 1,04
    1,66 50 74 2 0,67
    2,5 60 74 0,8 0,3

    Sur cette base, nous pouvons dire que la charge augmente diminue le temps de reponse et la resistance de FR (fig. 4.6 et fig. 4.7). Selon les resultats des experiences ont revele que le fusible rearmable sous differentes charges est chauffe a une temperature de 74°C et ensuite declenchee.

    Figure 4.6 - Dependance du temps de FR de courant de charge de reponse

    Figure 4.6 - Dependance du temps de FR de courant de charge de reponse

    Figure 4.7 - Dependance de la resistance de FR de courant de charge

    Figure 4.7 - Dependance de la resistance de FR de courant de charge

    5. La mod&eacut;lisation informatique dans logiciel Femlab 3.0

    Le fusible rearmable a les dimensions suivantes: longueur - 7,7 mm, largeur - 5,1 mm, hauteur - 0,9 mm de tampon de longueur - 1 mm. Pour calculer la distribution de la temperature necessaire des caracteristiques electriques de FR. Pour resoudre l'equation de la chaleur dans l'environnement nous utilisons logiciel Femlab 3.0[9].

    Une solution detaillee aux equations de conduction de chaleur est decrit dans[10].

    Les resultats sont presentes sous forme animee (fig. 5.1)

    Figure 5.1 – Resultats de mod&eacut;lisation
    (animation: 4 cadres, 8 cycles, 151 kB)

    Conclusions

    Le travail de maitre est effectuee pour etudier les caracteristiques d'un fusible rearmable.

    Lors de la redaction de ce resume master travail n'est pas encore terminee. Achevement: decembre 2015. Le texte integral de travail et les materiaux peuvent etre obtenus aupres de l'auteur ou de son directeur et apres cette date. Cette partie de l'abrege exclusivement a la presentation. Les travaux futurs viseront a l'etude experimentale et la revision des resultats obtenus.

    Bibliographie

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    7. Самовосстанавливающиеся предохранители MULTIFUSE фирмы BOURNS [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.diagram.com.ua/list/sprav/sprav199.shtml
    8. Серия FSMD (1812) — самовосстанавливающиеся предохранители Fuzetec [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://electronica.bashel.ru/PDF/1806/FSMD.pdf
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