为什么保险丝会在特定电流下燃烧？

我们通常指定导体（例如保险丝）在不燃烧的情况下可以处理的最大电流。但是，当导体中散发了一定量的能量/热量时，导体真的不会失效吗？然后，导体温度过高并燃烧/熔化。

假设我有一个额定电流为10A的保险丝。为什么为什么我可以在9A之类的较低电流下连续操作保险丝而又不使保险丝烧毁，而过一会儿呢？

我们还知道，功率，电压和电流受欧姆定律影响。因此，如果我们有一个10A的保险丝，并且有一些任意电阻，例如100欧姆，为什么不改用1kV保险丝（10A * 100 ohms）或10kW保险丝（10A * 10A * 100 ohms）呢？这些数字完全是任意的，所以我知道它们并不能反映现实，但是它们使我的观点很明确。

因此，如果我们有一个10A的保险丝，并且它具有一些任意电阻，例如100欧姆，...

这种典型的10 A保险丝的电阻为5mΩ。因此，您的猜测大约是20,000。在10 A时，功耗为$P = I^2R = 10^2 \times 5m = 500 \ \text {mW}$。

电阻：保险丝的电阻通常占总电路电阻的很小一部分。由于小数安培保险丝的电阻可能为几欧姆，因此在低压电路中使用它们时应考虑这一事实。实际值可以通过与Littelfuse联系获得。资料来源：Littlefuse Fuseology应用指南（非常值得一读）。

分数安培保险丝具有更高电阻的原因是，保险丝的长度与10 A版本的保险丝长度大致相同，但必须细得多，例如100 mA才能熔断。100 mA保险丝可能会保护正常工作的电路，例如50 mA。如果保险丝电阻为1Ω，则在使用中会出现50 mV的压降。

保险丝的所需直径可通过

...为什么我们不叫它1kV保险丝（10 A * 100欧姆）或10 kW保险丝（10 A * 10 A * 100欧姆）？

因为它是过电流保护装置。保险丝的额定电压已经完全不同。见下文。

保险丝需要几个额定值：

• 当前（我认为这很明显）。
• 保险丝的额定电压。这指定了在不形成和维持内部电弧的情况下可以可靠断开的最大电压。
• 时间等级-会吹多快。

Littlefuse文章详细介绍了所有这些内容，因此无需在此处进行复制。

1. 导体达到一定温度时会发生故障。由于保险丝与周围环境热接触，因此在保险丝熔断之前可以消耗一定的功率。
2. 您的10A保险丝设计为以10A（正负一些容差）熔断。因此，它应该整天运行在9A。
   • 但是10A的保险丝要花很长时间才能以10A烧断，而20A时熔断要快得多，如果将100A的熔断器熔断，可能会发生异常。融合在一起的是一门完整的，几乎被忽略的科学。
   • 而且，如果您整天以9A或9.8A的电流运行10A保险丝，它会变热并缓慢退化。
   • 所有这些都意味着，如果真的很重要，保险丝的熔断速度或持续时间有多长，您需要与保险丝制造商联系。
3. 保险丝的额定电流为安培，因为这是大多数安装保险丝的人所关心的。理想的10A保险丝不会降低电压，即使在低于10A的纳安电流下也不会熔断或退化，而是在高于该电流时立即熔断（或在规定的时间后熔断）。没有理想的保险丝。
4. 在考虑所有这些内容时，您可能需要挖掘一些保险丝数据表并进行查找。优秀的公司（Bussman，Littlefuse等）对此进行了说明-诸如为临时过载而设计的慢熔保险丝和为比“普通”熔丝反应更快而设计的快速熔丝。如果保险丝需要的响应方式是非标准且至关重要的，那么将其设计成一个就可以成为工程实践。

通常，保险丝不知道它使用的是哪个电压电路-它只知道流过它的电流，因此这是唯一导致保险丝熔断的事情。

保险丝还具有额定电压，因为一旦保险丝熔断，保险丝上就会充满整个电路电压，因此必须将保险丝设计成可安全处理该电压而不会产生电弧。

问问自己：保险丝的目的是什么？

1. 限制保险丝两端的电压？不，这没有意义。
2. 限制保险丝内部耗散的功率？不，这也没有意义。
3. 限制流过保险丝的电流？令人惊讶的是，不！保险丝的工作不是保护自己不受任何伤害。保险丝的作用是保护负载。因此，假设您关心负载中的电流，那么由于负载和保险丝电流恰好相同，因此您仅关心保险丝熔断的电流是次要问题。
4. 限制负载中的电压？可以说，是的，但是通过这种方式存在额定值保险丝的问题，我将在下面进行讨论。
5. 限制负载中的功率？可以说，是的，但是通过这种方式存在额定值保险丝的问题，我将在下面进行讨论。
6. 限制负载中的电流？是! 保险丝的最终目的是保护负载。我将讨论为什么＃4或＃5中电流比电压或功率更有效

负载为王。保险丝并非仅出于自身目的而设计。保险丝旨在保护负载。如果您只关注保险丝烧断的情况，那么您就会迷失森林。最后，我根本不在乎保险丝两端的电压是多少，或者保险丝在熔断时消耗多少功率。我关心的是保险丝熔断时流经负载的电流（进而，保险丝熔断时熔断器中的电流）。

您可能会争辩说是要限制负载的功率或负载的电压，但是您不能根据负载功率或电压来对保险丝进行评级，因为这些数字取决于负载本身。换句话说，这意味着无法精确地确定保险丝的额定负载，而又不确切知道与之一起使用的负载的特性。

更严格地说，这是因为保险丝在电路中的位置使它无法观察负载两端的功率或电压。它只能观察到负载的电流。当然，保险丝可以从电路中的位置观察其自身的电压降或功耗，但是我们已经建立了与保护系统无关的保险丝。

如果给我一个使用保险丝上的电压或瓦特额定值的保险丝，我必须经过一堆不必要的计算，要考虑到我的负载的特性，才能弄清楚保险丝熔断的电流是否是为了保护电流。我的负载过电流，过电压或过载。

要了解的关键点是保险丝的材料。它是普通的简单金属。但是，金属具有作为冷导体的特性：如果加热电线，则其导体的数量将越来越少，电阻器的数量也越来越多。

现在，如果您使用的保险丝的工作温度低于其电流极限，则它将一小部分电能转化为热量，该热量会很快消散，并且导线保持凉爽。因此，它具有非常低的电阻，因此在保险丝处只有极少量的电压降。

当通过保险丝的电流上升到阈值以上时，保险丝会变热。这意味着其电阻增加，保险丝两端的电压下降的比例更大，因此，它将更多的电能转化为热量。保险丝中的热量导致产生更多的热量。这是一个自放大过程，因为有太多电能在冷态时仅流过熔断器，所以即使在明显影响设备电压之前，热熔断器也可以从电流中汲取大量功率。 。

由于这种自我放大的加热过程，保险丝迅速过热，使电路制动。

的确，保险丝导体会随着流过它的电流而发热。导线本身旨在通过传导到周围的环境来散发热量，因此保险丝不会熔化-直到导线中散发的功率超过导线散发热量的能力。然后热量积聚到保险丝熔化的位置。通过增加导线的质量，导线的热时间常数会增加，从而具有处理短暂过电流浪涌的能力，从而导致自熔保险丝。

但是，当导体中散发了一定量的能量/热量时，导体真的不会失效吗？然后，导体温度过高并燃烧/熔化。[...]为什么为什么我可以在9A之类的较低电流下连续操作保险丝，而保险丝也不会烧毁，但又过了一会儿？

保险丝中消耗了多少能量都没有关系。重要的是速率在将能量耗散到熔丝（即的功率 - I ² R）相比的速率能量耗散出熔丝的通过辐射热和热传导。

当能量进入保险丝的速度快于其流出时，保险丝会发热。然而，当保险丝加热时，能量从保险丝中耗散的速率增加。温度将升高，直到从保险丝流出的热功率与流入的热功率相匹配（I ² R）。

因此，保险丝将迅速达到由电流决定的平衡温度。当温度太高时，保险丝会烧断。

取决于保险丝的材料，当平衡温度达到材料熔点时，它可能会熔断，或者可能由于@cmaster在其回答中提到的热失控而熔断。在这一点上，在保险丝温度升高而增大功率的速度比它增加了功率出来，和平衡都将丢失。

保险丝的额定工作电流。10A的保险丝不会在9A甚至10A时熔断（或“缓慢退化”）。标有10A的标签仅表示制造商保证只要您不超过额定值，它就会按预期工作。

显然，这意味着10A的保险丝不会在您超过10A时就烧断。实际上，如果您查看数据表，就会发现需要20A之类的东西才能完全熔断10A的保险丝，如果希望它能很快发生，则可能需要30A以上的电流。

保险丝还具有额定电压降，确实，您需要电流和电压来炸毁一根电线。但是由于最终用户通常需要精确的额定电流，因此制造商无法精确测量电压降，而仅提供典型的/最大值。想象一下，我告诉你，我有一个150 mV / 5 mOhm的保险丝：您认为这足以保护1kW主电源负载吗？您必须找出当前的等级才能知道。