一种空调电加热器用热熔断体的可靠性研究

  也叫温度保险丝、温度熔断器，是属于温度感应式回路切断装置。热熔断体能感应电器产品、电子科技类产品非正常工作条件下所产生的过热，从而切断回路以避免火灾的发生。热熔断体多用于家用或类似用途的电器中，其使用面广泛，是家用和商用电器、电子科技类产品中必不可少的关键零部件。本文所介绍的热熔断体是一种金属外壳圆柱状的熔断体，以热敏药丸(有机物)为感热材料，能承载大电流(6A～25A)，其实物图如图1所示。

  按照“动作前导线-可动电极-金属壳-导线间通电流”顺序进行工作，温度上升，热敏药丸感应热度时熔化。热敏药丸熔化后，使弹簧伸张，可动接点从导线端被分开，切断电流(如图2)。

  热熔断体作为串联安装在电器工作回路中的一个元件，除了在发生异常时及时断开，起到保护作用外，一般的情况下应保持良好的导电性，尽可能地接近于一根导线，如果其阻值偏大，甚至出现故障断开，必然会影响到整个工作电路。因此，热熔断体的可靠性十分重要。

  经统计空调器电加热熔断体开路的故障发现，存在一些并非工作环境过热引起的情况，也就是说，熔断体在未达到设计保护温度时就已经断开，导致电加热工作电路断开，说明熔断体本身的可靠性存在一定缺陷，本文主要是针对此类问题作出一些研究分析。

  热熔断体的特性参数：①额定动作温度(Tf)：热熔断体的导电状态发生改变时的温度;②最大过载电流(Im)：热熔断体所能承受的最大电流;③保持温度(Th、Tc)：热熔断体在额定电流，168小时内不可能会发生导电状态改变的最高允许温度;④极限温度(Tm)：热熔断体动作后，不能再次导通的最高温度;⑤动作精度：按照规定要求，热熔断体的动作温度范围。

  空调电加热熔断体选型时需要确定动作温度范围，即为Tf-10～Tf，正常的情况下热熔断体额定温度应当比实际使用的最高温度高25℃。

  热熔断体的常规使用的寿命与热熔断体经常使用的环境和温度紧密关联，环境和温度与动作温度越接近，热敏药丸出现导热老化现象就越严重，热熔断体的常规使用的寿命就越短，特别是当环境和温度超过热熔断体的保持温度时，热熔断体的常规使用的寿命就会急剧缩短。图3为某厂家121℃热熔断体维持在109℃和99℃温度下的常规使用的寿命曲线 试验对比

  选取目前市场上某厂家生产的121℃熔断体作为样品，安排测量其热敏丸的高度，在不一样的温度的烘箱内进行高温烘烤30min，然后再测量烘烤后的热敏丸高度与原始温度进行对比。

  通过对比不难发现，该厂家的熔断体在经过95℃高温烘烤时高度基本无变化，而经过106℃高温烘烤后高度已出现明显缩减，说明热敏丸在此条件下已出现了明显熔化的迹象，而此时却还远未达到其额定动作温度。同时，我们用万用表测量2号熔断体的阻值，发现已经开路，用X光透视后的状态如图6所示。

  实际在电加热生产装配过程中，熔断体往往要经过焊接、烘烤和热缩套管等高温工序，不可避免地会受到一些影响。所以，在进行这些工序时，务必要注意对熔断体进行保护：

  前文已经介绍了电加热熔断体的工作原理，热敏丸是其中的关键，但最终保护动作以及正常导通都要靠其内部机械结构来完成。目前，其设计主要是采用了如图7所示结构，各厂家略有差别，但总体大同小异，即在金属外壳内组装绝缘筒、弹簧、可动电极(也叫星型触片)、圆板和热敏药丸，金属外壳开口部用封止材料完全密封。

  某厂家生产的热熔断体曾经在客户使用时出现了数单开路的故障，其使用的过程中并无高温、大电流等恶劣条件出现，经过X光检查也发现熔断体热敏丸并没有熔化，这说明熔断体本身的内部导通回路出现了问题。

  经过分析，造成熔断体异常的原因为星型触片加工不良(过成型)以及浮动电极装配歪斜导致，说明该厂家的生产加工工艺以及设计存在一定的缺陷，没办法保证其产品的一致性，可从设计及内部尺寸控制上作出如下调整以获得改善：

  1)设计上收严陶瓷封帽的内径尺寸，将陶瓷内圆与浮钉之间的间隙配合公差收窄，以防止浮动电极歪斜的情况;

  2)熔断体的星型触片是机械结构中较为脆弱的部件，对加工工艺有较高的要求，不能出现过成型的现象，同时在其尺寸设计时，应考虑保证与金属外壳充分接触。

  3)熔断体内部的各部件配合公差依据需求应当尽量控制严格，否则难免会出现诸如浮动电极歪斜等不良问题。