Cầu chì là gì? cấu tạo, nguyên lý và phân loại

Thiết bị cầu chì được sử dụng trong hầu hết các hệ thống điện từ dân dụng đến công nghiệp là do chức năng của nó trong việc bảo vệ các thiết bị điện khác trong mạch khỏi những tác động của quá dòng và quá tải. Khi dòng điện vượt quá giới hạn cho phép, cầu chì sẽ tự động ngắt mạch để bảo vệ các thiết bị khác không bị hư hỏng. Ngoài ra, thiết bị này còn giúp ngăn chặn các nguy cơ cháy nổ trong hệ thống điện, đảm bảo an toàn cho người sử dụng và tài sản. Vì vậy, thiết bị cầu chì là một thành phần cần thiết và quan trọng trong hầu hết các hệ thống điện hiện nay.

Cầu chì là gì?

Cầu chì là một loại linh kiện điện tử được sử dụng để bảo vệ mạch điện khỏi quá tải dòng điện. Cầu chì thường được làm từ hợp kim chì và thiếc, có hai đầu nối và kích thước khác nhau tùy thuộc vào dòng điện mạch cần bảo vệ. Khi dòng điện vượt quá mức cho phép của cầu chì, nó sẽ bị đốt cháy và ngắt mạch, giúp bảo vệ các linh kiện điện khác không bị hư hỏng. Cầu chì được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng điện tử, như nguồn cấp điện, đèn LED, máy tính, điều khiển tần số, vv.

Cấu tạo của cầu chì

Cầu chì thường được làm từ hợp kim chì và thiếc, có cấu trúc đơn giản gồm một dây dẫn chính được bọc bởi vỏ ngoài bằng chất cách điện. Cấu tạo của cầu chì cũng bao gồm hai đầu nối, một đầu nối vào và một đầu nối ra. Khi dòng điện chạy qua cầu chì, nó sẽ được chuyển từ đầu vào đến đầu ra.

Bên trong cầu chì là một lõi bằng chất chống nổ bên trong bọc bởi lớp vỏ bằng kim loại. Lõi chống nổ bên trong được làm từ chất bột đóng rắn bằng nhiệt độ cao, gồm các hạt nhỏ của chì và thiếc. Khi dòng điện vượt quá giới hạn cho phép của cầu chì, lõi bên trong sẽ bị làm nóng đến mức chảy, gây ra hiện tượng đốt cháy và đóng mạch. Khi đóng mạch xảy ra, các đầu nối của cầu chì sẽ được ngắt bằng lõi bị chảy, đảm bảo an toàn cho các linh kiện điện khác trên mạch.

Xem thêm: IC nguồn tuyến tính (LDO): Công nghệ cung cấp năng lượng cho thiết bị điện tử

Cụ thể, cấu tạo của cầu chì như sau: 

Phần tử ngắt mạch

Phần tử ngắt mạch của cầu chì là bộ tự động ngắt mạch được tích hợp vào cầu chì để bảo vệ mạch điện khỏi quá tải. Khi dòng điện vượt quá giới hạn cho phép của cầu chì, phần tử ngắt mạch sẽ tự động ngắt mạch để ngăn cản sự cháy nổ. Các phần tử ngắt mạch trong các loại cầu chì mới thường được thiết kế để có thể tự động phục hồi sau khi hệ thống được khắc phục. Đối với các loai

Thân của cầu chì

Thân cầu chì cần phải đáp ứng được hai yếu tố quan trọng là độ bền cơ khí và độ bền về điều kiện dẫn nhiệt. Điều này đảm bảo cho cầu chì có thể chịu đựng được sự thay đổi đột ngột trong điện áp và dòng điện mà không hỏng.

Để đáp ứng được các yêu cầu này, thân cầu chì thường được làm bằng các vật liệu như thủy tinh, ceramic (sứ gốm) hoặc các vật liệu có tính chất tương đương. Các vật liệu này có đặc tính chịu nhiệt và chịu áp lực tốt, đồng thời có khả năng chịu được sự thay đổi nhiệt độ đột ngột mà không bị vỡ hoặc biến dạng.

Việc sử dụng các vật liệu này giúp tăng độ tin cậy và độ an toàn cho cầu chì, đồng thời giảm thiểu các rủi ro liên quan đến sự cố hỏng cầu chì trong hệ thống điện.

Vật liệu lấp đầy

Vật liệu lấp đầy trong thân cầu chì là loại vật liệu được sử dụng để bao quanh phần tử ngắn mạch. Vật liệu này có khả năng hấp thụ năng lượng do hồ quang sinh ra và đồng thời phải đảm bảo tính cách điện trong trường hợp xảy ra tình trạng ngắn mạch.

Vật liệu lấp đầy của cầu chì thường được làm bằng silicat ở dạng hạt. Silicat là một loại khoáng chất tự nhiên có tính chất hấp thụ và cách điện tốt, đặc biệt là trong điều kiện nhiệt độ cao. Sử dụng silicat làm vật liệu lấp đầy giúp giảm thiểu các tác động từ năng lượng hồ quang và đồng thời đảm bảo an toàn cho hệ thống điện.

Việc lựa chọn vật liệu lấp đầy phù hợp với yêu cầu của từng ứng dụng là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả và độ tin cậy cho hệ thống điện.

Các đầu nối

Các đầu nối của cầu chì được thiết kế để kết nối cầu chì với các thiết bị điện khác trong hệ thống điện. Các đầu nối này cần đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy cao để đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống điện.

Các loại đầu nối phổ biến cho cầu chì bao gồm:

1. Đầu nối đồng: được sử dụng nhiều trong các ứng dụng công nghiệp, có độ dẻo dai cao và tính năng dẫn điện tốt.

2. Đầu nối nhôm: được sử dụng trong các ứng dụng điện áp cao, có độ bền và độ dẻo dai cao.

3. Đầu nối đồng thau: được sử dụng nhiều trong các ứng dụng điện áp thấp, có tính năng chống ăn mòn tốt.

4. Đầu nối bằng chất liệu nhựa: được sử dụng cho các ứng dụng có yêu cầu cách điện cao, giúp giảm thiểu các tác động từ môi trường bên ngoài.

Các đầu nối của cầu chì cần đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy cao, đồng thời phải đáp ứng các yêu cầu về điện áp và dòng điện của hệ thống điện. Việc sử dụng đúng loại đầu nối phù hợp với từng ứng dụng sẽ giúp tăng độ tin cậy và hiệu quả cho hệ thống điện.

Các thông số kỹ thuật của cầu chì 

Các thông số kỹ thuật của cầu chì cần được quan tâm để đảm bảo hoạt động chính xác và an toàn của mạch điện. Các thông số kỹ thuật chính của cầu chì bao gồm:

1. Điện áp định mức (Rated voltage): Đây là điện áp tối đa mà cầu chì có thể chịu được trong điều kiện hoạt động bình thường.

2. Dòng điện định mức (Rated current): Đây là dòng điện tối đa mà cầu chì có thể chịu được trong điều kiện hoạt động bình thường.

3. Dòng điện ngắn mạch (Short-circuit current): Đây là dòng điện tối đa mà cầu chì có thể chịu được khi xảy ra ngắn mạch trong mạch điện.

4. Thời gian ngắt (Breaking time): Đây là thời gian cần thiết để cầu chì ngắt mạch sau khi quá tải hoặc ngắn mạch xảy ra.

5. Thời gian phục hồi (Recovery time): Đây là thời gian cần thiết để cầu chì phục hồi trở lại trạng thái hoạt động bình thường sau khi đã ngắt mạch.

6. Điện trở (Resistance): Điện trở của cầu chì cũng là một thông số kỹ thuật quan trọng, vì nó sẽ ảnh hưởng đến sự chính xác của dòng điện trong mạch điện.

7. Công suất định mức (Rated power): Đây là công suất tối đa mà cầu chì có thể chịu được trong điều kiện hoạt động bình thường.

Các thông số kỹ thuật của cầu chì sẽ khác nhau tùy thuộc vào loại cầu chì và ứng dụng cụ thể trong mạch điện. Việc lựa chọn cầu chì phù hợp với các thông số kỹ thuật đáp ứng yêu cầu của mạch điện là rất quan trọng để đảm bảo sự hoạt động an toàn và hiệu quả của mạch điện.

Nguyên lý hoạt động của cầu chì

Nguyên lý làm việc của cầu chì là dựa trên hiệu ứng của chì và thiếc, trong đó chì có nhiệt độ nóng chảy cao hơn so với thiếc. Khi dòng điện chạy qua cầu chì, nó sẽ trôi qua lõi bên trong của cầu chì, gồm các hạt chì và thiếc. Khi dòng điện vượt quá giới hạn cho phép, nhiệt độ bên trong lõi sẽ tăng lên, làm cho chì bên trong chảy đi, gây ra hiện tượng đốt cháy và đóng mạch. Khi đóng mạch xảy ra, đầu nối của cầu chì sẽ bị ngắt, bảo vệ cho các linh kiện điện khác trên mạch không bị hư hỏng.

Nguyên lý này giúp cho cầu chì hoạt động như một loại bảo vệ quá tải cho các linh kiện điện khác trong mạch điện. Cầu chì có khả năng chống lại dòng điện quá tải trong một khoảng thời gian ngắn, nhằm bảo vệ cho các thiết bị điện trong mạch không bị hư hỏng do quá tải dòng điện. Sau khi cầu chì hoạt động và đóng mạch, nó phải được thay thế bằng một cầu chì mới để đảm bảo an toàn cho mạch điện.

Phân loại cầu chì theo chức năng

Phần lớn chúng ta chỉ bắt gặp các loại cầu chì trong dân dụng nên ít có điều kiện tiếp xúc với các loại cầu chì khác. Xét về mặt chức năng của cầu chì, thực tế có một số loại cầu chì sau đây:

1. Cầu chì bảo vệ quá tải: loại cầu chì này được sử dụng để bảo vệ các thiết bị điện khỏi quá tải dòng điện. Khi dòng điện vượt quá mức cho phép của cầu chì, nó sẽ ngắt mạch để bảo vệ cho các linh kiện điện khác trên mạch.

2. Cầu chì bảo vệ ngắn mạch: loại cầu chì này được sử dụng để bảo vệ các thiết bị điện khỏi ngắn mạch. Khi ngắn mạch xảy ra, cầu chì sẽ đóng mạch và ngắt dòng điện, giúp bảo vệ các linh kiện điện khác trên mạch không bị hư hỏng.

3. Cầu chì cấp điện: loại cầu chì này được sử dụng trong các ứng dụng cấp điện, để giữ cho dòng điện chạy trong một phạm vi an toàn và đảm bảo các thiết bị điện được cấp đủ điện áp và dòng điện.

4. Cầu chì tự phục hồi: loại cầu chì này có khả năng phục hồi lại sau khi đã ngắt mạch, giúp cho mạch điện hoạt động trở lại bình thường sau khi quá tải dòng điện hoặc ngắn mạch xảy ra.

5. Cầu chì điều khiển: loại cầu chì này được sử dụng để điều khiển hoạt động của các thiết bị điện khác trong mạch, bằng cách ngắt hoặc đóng mạch dòng điện.

6. Cầu chì chuyển đổi: loại cầu chì này được sử dụng để chuyển đổi các mạch điện từ một trạng thái hoạt động sang trạng thái khác. Ví dụ như trong các ứng dụng điều khiển động cơ, cầu chì chuyển đổi được sử dụng để đóng hoặc ngắt mạch điện cấp cho động cơ.

7. Cầu chì biến áp: loại cầu chì này được sử dụng trong các ứng dụng biến áp, để bảo vệ cho các thiết bị điện khác khỏi quá tải hoặc ngắn mạch trong mạch điện của biến áp.

Cầu chì là một phần quan trọng trong các mạch điện, giúp bảo vệ cho các thiết bị điện khác khỏi quá tải và ngắn mạch, đảm bảo an toàn và độ tin cậy trong hoạt động của mạch điện. Tùy thuộc vào chức năng cần thiết, người ta sẽ sử dụng các loại cầu chì phù hợp trong các ứng dụng khác nhau.

Vì sao lại phải dùng cầu chì trong hệ thống điện

Cầu chì là một phụ kiện điện rất quan trọng trong hệ thống điện. Vì vậy, việc sử dụng cầu chì có những lợi ích và cần thiết như sau:

1. Bảo vệ các thiết bị điện: Cầu chì được sử dụng để bảo vệ các thiết bị điện trước những tác động của ngắn mạch và quá tải dòng điện. Nếu không sử dụng cầu chì, các thiết bị điện có thể bị hư hỏng hoặc bị cháy nổ.

2. Đảm bảo an toàn cho hệ thống điện: Khi xảy ra tình trạng ngắn mạch hoặc quá tải dòng điện, cầu chì sẽ tự động ngắt mạch để đảm bảo an toàn cho hệ thống điện. Điều này giúp tránh các tai nạn điện, giảm thiểu thiệt hại cho hệ thống điện và người sử dụng.

3. Tăng độ tin cậy cho hệ thống điện: Sử dụng cầu chì giúp tăng độ tin cậy cho hệ thống điện bằng cách giảm thiểu rủi ro xảy ra các tình huống nguy hiểm, từ đó giảm thiểu thời gian sửa chữa và nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống.

4. Giảm thiểu chi phí sửa chữa: Sử dụng cầu chì giúp giảm thiểu chi phí sửa chữa cho hệ thống điện. Việc thay thế các thiết bị điện hư hỏng có thể gây tốn kém chi phí, trong khi việc thay thế cầu chì rẻ hơn nhiều.

Vì những lý do trên, sử dụng cầu chì là rất cần thiết trong hệ thống điện để đảm bảo an toàn và hiệu quả cho hệ thống cũng như an toàn cho con người.

Tóm lại, cầu chì điện là một phụ kiện không thể thiếu trong hệ thống điện. Nó có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ các thiết bị điện, đảm bảo an toàn cho hệ thống và người sử dụng, tăng độ tin cậy và giảm thiểu chi phí sửa chữa. Cầu chì được sản xuất từ nhiều loại vật liệu như thủy tinh, ceramic, silicat, và được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như bảo vệ thiết bị, ngăn ngừa tình trạng ngắn mạch, điều chỉnh dòng điện và tạo áp suất khí bên trong. Việc sử dụng cầu chì là rất cần thiết để đảm bảo an toàn và hiệu quả cho hệ thống điện. Hy vọng qua bài viết này chúng tôi các bạn hiểu hơn về cầu chì cũng như có thể áp dụng những kiến thức này vào công việc cũng như trong học tập.