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    3. 電子開(kāi)發(fā)網(wǎng)

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      斷路器結(jié)構(gòu)及原理圖解,空氣開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)原理,斷路器拆解

      作者:佚名    文章來(lái)源:本站原創(chuàng)    點(diǎn)擊數(shù):    更新時(shí)間:2023/12/17

      摘要:筆者拆解、研究了一款小型斷路器后,驚嘆其設(shè)計(jì)奧妙、技術(shù)精巧,特將拆解研究過(guò)程及研究所得錄成此文,分機(jī)械、電路兩個(gè)方面,剖析、圖解其結(jié)構(gòu)功能、工作原理,并對(duì)設(shè)計(jì)思想、理論依據(jù)作了一定的分析。文中零件名稱是筆者根據(jù)自己理解命名的,不專業(yè)、不恰當(dāng)之處,敬請(qǐng)留言指正。

      一、斷路器(空氣開(kāi)關(guān))簡(jiǎn)介

      1、名稱及功能

      斷路器,英語(yǔ)circuit-breaker,簡(jiǎn)稱CB,在電路中起過(guò)載(過(guò)流)、短路保護(hù)作用,即在過(guò)載或短路時(shí)自動(dòng)分?jǐn)嚯娐贰.?dāng)然也可當(dāng)作“開(kāi)關(guān)”使用,因滅弧介質(zhì)為空氣,所以稱“空氣開(kāi)關(guān)”,本文仍稱“斷路器”。

      小型斷路器參數(shù) 

      ▲圖1.小型斷路器參數(shù)

      上圖中,執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn) IEC 60898-1,是指 “電氣附件——家用和類似裝置的過(guò)電流保護(hù)斷路器,第 1 部分:交流操作斷路器” 的標(biāo)準(zhǔn)。IEC是指國(guó)際電工委員會(huì)。

      IEC 60898-1 適用于在 50 Hz、60 Hz 或 50/60 Hz 下運(yùn)行、額定電壓不超過(guò) 440 V(相間)、額定電流不超過(guò) 125 A 和額定短路容量不超過(guò) 25000 A。


      2、研究實(shí)例

      本文以正泰公司的DZ47LED-63剩余電流動(dòng)作斷路器(俗稱漏電保護(hù)器)為例,進(jìn)行拆解研究。該產(chǎn)品外形如下圖所示,左半由2片小型斷路器組合,負(fù)責(zé)雙路過(guò)載和短路保護(hù),右半為漏電保護(hù)模塊。本文僅圖解左側(cè)的1片斷路器的結(jié)構(gòu),相比其他獨(dú)立型小型斷路器,該斷路器帶有機(jī)械連鎖功能。

      正泰DZ47LED-63 C60剩余電流動(dòng)作斷路器 

      ▲圖2.拆解實(shí)例,正泰DZ47LED-63 C60剩余電流動(dòng)作斷路器

      正泰公司網(wǎng)站對(duì)DZ47LE-63系列的產(chǎn)品介紹為:DZ47LE系列剩余電流動(dòng)作斷路器適用于交流50Hz,額定電壓?jiǎn)螛O兩線、兩極230V,三極、三極四線、四極400V,額定電流至60A的線路中,當(dāng)人身觸電或電網(wǎng)泄漏電流超過(guò)規(guī)定值時(shí),剩余電流動(dòng)作斷路器能在極短的時(shí)間內(nèi)迅速切斷故障電源,保護(hù)人身及用電設(shè)備的安全,亦可作為線路的過(guò)載、短路保護(hù)之用,及在正常情況下不頻繁地通斷電器裝置和照明線路,尤其適用于工業(yè)和商業(yè)的照明配電系統(tǒng)。符合標(biāo)準(zhǔn):GB/T16917.1、IEC61009-1,獲得CCC、EAC等認(rèn)證。


      3、幾個(gè)重要參數(shù)解讀

      1) 額定電流In:定義為斷路器連續(xù)承載的最大電流(在環(huán)境空氣溫度為30時(shí))。斷路器有1、2、3、4、5、6、10、15、16、20、25、32、40、50、60、63A共16種額定電流值可選擇。這些數(shù)字符合“優(yōu)選數(shù)字”理論,而非隨意確定。

      2) 分?jǐn)嗄芰Γ侯~定短路分?jǐn)嗄芰Γ↖cu或Icn)是斷路器能夠分?jǐn)喽槐粨p害的最高(預(yù)期的)電流值。實(shí)際使用中,當(dāng)無(wú)法判斷故障嚴(yán)重程度時(shí),發(fā)生幾次“跳閘”的,應(yīng)考慮及時(shí)更換斷路器。


      4、脫扣特性曲線圖解讀

      斷路器“分?jǐn)嚯娐贰笔且揽俊懊摽邸眲?dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)的。廠商一般都提供“脫扣特性曲線圖”,用來(lái)描述產(chǎn)品的“電流持續(xù)時(shí)間與脫扣”的關(guān)系,這個(gè)圖是電工選擇斷路器的重要參考信息。瞬時(shí)脫扣器有C型和D型兩種類型,表示電磁脫扣動(dòng)作電流是額定工作電流的幾倍, C型為 5-10倍,一般用于普通配電, D型為10-14倍,用于起動(dòng)電流較大的電器(如電機(jī))。

      脫扣特性曲線圖 

      ▲圖3、脫扣特性曲線圖


      圖中,橫軸I/In為電流倍率,縱軸是電流持續(xù)時(shí)間。左圖為C型,右圖為D型。

      下圖以左圖為例,分析曲線及各區(qū)域的含義。圖中左右2條綠色曲線,將圖劃分為左、中、右三個(gè)區(qū),分別為“不脫扣區(qū)域”、“可能區(qū)域”和“脫扣區(qū)域”。中間的“可能區(qū)域”表示可能脫扣、也可能不脫扣,要視某具體產(chǎn)品而定。因此這類斷路器脫扣電流無(wú)法很精確,如果需要精確值,應(yīng)選擇電子控制型斷路器。

      曲線中間標(biāo)4、5的兩點(diǎn),將網(wǎng)線分成上下二段。上面表示熱脫扣區(qū)間,利用“雙金屬片”熱脹冷縮的驅(qū)動(dòng)力;下面是電磁脫扣區(qū)間,利用大電流產(chǎn)生的電磁力驅(qū)動(dòng)。

      圖中的點(diǎn)1、2、3,在“熱脫扣”曲線上,點(diǎn)4、5、6、7既屬于“熱脫扣”也屬于“電磁脫扣”,是2種脫扣的臨界處,點(diǎn)8位于“電磁脫扣”區(qū)域,點(diǎn)9屬于“不脫扣”范圍。下面結(jié)合這些點(diǎn)及線進(jìn)行實(shí)例解讀。

      A.先縱軸后橫軸:如2倍電流的豎線,與綠線交點(diǎn)為2和3,對(duì)應(yīng)橫軸時(shí)間為10秒和110秒(對(duì)數(shù)座標(biāo))。由此獲得信息為:“當(dāng)通過(guò)2倍額定電流時(shí),持續(xù)10秒以內(nèi)不脫扣,超過(guò)110秒就脫扣” 。那持續(xù)50秒呢?是否脫扣,要看具體產(chǎn)品,曲線圖給的是個(gè)范圍。
      B.根據(jù)橫軸看縱軸:橫軸10秒線,與曲線交點(diǎn)2和1處分別對(duì)應(yīng)2倍和4.2倍電流,解讀為:“持續(xù)10秒,2倍電流以下不脫扣,超過(guò)4.2倍電流會(huì)脫扣”。同樣,中間區(qū)域要視產(chǎn)品而定。
      C.定點(diǎn)查詢:如20倍電流持續(xù)5毫秒是否脫扣?查圖對(duì)應(yīng)到點(diǎn)9,在不脫扣區(qū)域。如20倍電流持續(xù)20毫秒是否脫扣?查圖(點(diǎn)8)為電磁脫扣。
      D.豎線含義:從點(diǎn)5到點(diǎn)7的這一條豎線,對(duì)應(yīng)10倍電流,解讀為:10倍電流持續(xù)時(shí)間在此2點(diǎn)之間時(shí)都符合脫扣條件,且“熱脫扣”和“電磁脫扣”都有可能。

      廠商之所以這樣設(shè)計(jì)脫扣特性,是因?yàn)楦黝愗?fù)載啟動(dòng)和正常工作時(shí)電流不同的緣故,多數(shù)負(fù)載啟動(dòng)電流較大,是穩(wěn)態(tài)電流的數(shù)倍甚至數(shù)十倍,持續(xù)時(shí)長(zhǎng)也有從毫秒級(jí)到秒級(jí)。斷路器通過(guò)內(nèi)部雙金屬片的熱延時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)這種“熱脫扣”特性的,從而做到了“放過(guò)啟動(dòng)峰流、截住穩(wěn)態(tài)過(guò)流”的控制特性。

      二、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能說(shuō)明


      1、內(nèi)部結(jié)構(gòu)一覽
      將4個(gè)鉚釘破損,可將其拆為兩半,如下圖。零件嵌在左蓋,可拆開(kāi)右蓋。

      斷路器內(nèi)部結(jié)構(gòu)拆解 

      ▲圖4.內(nèi)部結(jié)構(gòu)一覽圖



      2、電路部分簡(jiǎn)介
      觸點(diǎn)閉合時(shí),電路路徑為(設(shè)方向從上到下):1-2-3-5-6-7-8-9-11。觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí),觸點(diǎn)間產(chǎn)生電弧電流,起始時(shí)電流路徑為:1-2-3 –電弧-5-6-7-8-9-11。電弧因磁、熱等作用引入滅弧室E后,電流路徑為:1-2-4-E-F-10-11,電弧在滅弧室內(nèi)被分割為10段,很快冷卻、熄滅。電弧熄滅后,電流徹底中斷。

      斷路器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖解,空氣開(kāi)關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖解 

      ▲圖5、電路部件圖



      3、機(jī)械部分簡(jiǎn)介
      機(jī)械部分的功能:支持手工“合通“、”分?jǐn)唷眱煞N操作,遇過(guò)流、短路時(shí)自動(dòng)執(zhí)行“熱脫扣”和“電磁脫扣”進(jìn)行保護(hù)。另具備“熱脫扣電流微調(diào)”操作(這個(gè)功能不常用)。

      空氣開(kāi)關(guān)機(jī)械部件圖 

      ▲圖6、機(jī)械部件圖


      4、外殼
      外殼尺寸是符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的。為了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、提高加工效益,小于某額定電流的斷路器會(huì)使用同一種外殼、觸頭及接線端子。這種外殼可通過(guò)的最大額定電流就是“殼架等級(jí)電流”。本例中,型號(hào)DZ47LED 63中的63就是表示該系列的殼架等級(jí)電流為63A。
      外殼拆為左右二半后,可見(jiàn)二半多數(shù)地方是對(duì)稱的。根據(jù)功能,可把內(nèi)部空間大致劃分為“四居室”。

      空氣開(kāi)關(guān)外殼造型 

      ▲圖7.外殼造型



      三、機(jī)械結(jié)構(gòu)及工作原理詳解



      1、狀態(tài)定義和圖解順序

      狀態(tài)定義:機(jī)械及電氣上,都可用“接通”和“分?jǐn)唷泵枋稣麄(gè)斷路器的兩種工作狀態(tài),及兩種(人工或自動(dòng))操作的動(dòng)作名稱。相應(yīng)的,用“通態(tài)”和“斷態(tài)”來(lái)描述各機(jī)械部件的位置狀態(tài)。

      由于機(jī)械部件較多,又互相牽制,本文采用“從少到多、逐步添加部件”的方法,了解各部件結(jié)構(gòu)及作用。注意整個(gè)過(guò)程均在“左蓋”上進(jìn)行操作。


      2、軸銷和彈簧

      首先將左蓋上的部件全部拆除,然后添加上最底層的幾個(gè)部件 :3根軸銷、2根彈簧。如下圖右所示。為了便于對(duì)照觀察,下圖左列出保留較多部件時(shí)的樣子,供對(duì)照分析。

      軸銷是可轉(zhuǎn)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)軸,共有5個(gè),其中1、2、4、5號(hào)是獨(dú)立銷柱,3號(hào)軸銷是成型在主梁上的“上孔下柱”。4號(hào)軸銷不是固定在外殼上,而是固定在“三軸主梁”上,成為三軸中的一軸,詳見(jiàn)下節(jié)說(shuō)明。

      空氣開(kāi)關(guān)彈簧與軸銷 

      ▲圖8.彈簧與軸銷


      彈簧作用:通過(guò)加載時(shí)的形變提供保持力,自動(dòng)動(dòng)作時(shí)提供回復(fù)力。斷路器一共用到了5個(gè)彈簧,上圖指出4個(gè),另有一個(gè)在電磁鐵芯內(nèi)部。簡(jiǎn)單介紹如下:
      1) “主力彈簧”最粗,彈力也最大,是加載后保持力和復(fù)位時(shí)回復(fù)力的主要來(lái)源。
      2) “手柄彈簧”繞在軸銷1的底軸上,加載后為“手柄”提供逆時(shí)針?lè)较騽?dòng)作回復(fù)力。
      3) “鎖片彈簧”其實(shí)是一根彈性鋼絲,彈力最小,鎖定狀態(tài)時(shí)為“鎖片”提供定位保持力。
      4) “觸點(diǎn)桿彈簧”:圖上被遮擋,見(jiàn)下節(jié)說(shuō)明。


      3、觸點(diǎn)桿組件
      觸點(diǎn)桿組件較復(fù)雜,包括“三軸主梁“、“觸點(diǎn)桿”、“槽形托片”、“彈簧”和“軸銷4”,如圖9所示。主梁呈轉(zhuǎn)角造型,上面有三個(gè)軸:轉(zhuǎn)角處為“軸3”,兩頭為“軸4”和“連桿軸”。“軸3”是主梁本身的轉(zhuǎn)動(dòng)軸,采用“上孔下柱”造型,固定在底盤上。 “軸銷4“把“觸點(diǎn)桿”、“槽形托片”、“彈簧”串接起來(lái)裝配到主梁上,從而形成一個(gè)組件。

      空氣開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)桿組件 

      ▲圖9、觸點(diǎn)桿組件

      組件支持以下3種動(dòng)作(且支持下列3種的任意組合,是否很巧妙?):
      1) 主梁圍繞軸3轉(zhuǎn)動(dòng),連桿軸、軸4兩上點(diǎn)跟著產(chǎn)生弧形位移。
      2) 不管軸4是否位移,觸點(diǎn)桿組件可繞軸4旋轉(zhuǎn)。
      3) 觸點(diǎn)桿受彈簧力緊貼槽形托片,受外力克服彈簧力時(shí),二者產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
      可以拆、裝組件慢慢體會(huì),但安裝稍難:將部件套好串入軸銷后再卡彈簧,一端先卡入觸點(diǎn)桿,再用小一字開(kāi)刀將彈簧另一端頂?shù)街髁耗沁叺牟坌瓮衅目ǹ凵稀?BR>

      4、安裝手柄和組件
      現(xiàn)在裝入組件、手柄,分別掛上主力彈簧和手柄彈簧,再套入連桿。
      如圖10左圖,受主力彈簧回復(fù)力作用,觸點(diǎn)桿停靠且依偎在“斷態(tài)港灣”。手柄受彈簧回復(fù)力作用,也處于斷態(tài)位。

       

      ▲圖10. 手柄+組件

      再看右圖,當(dāng)克服阻力推上手柄,盡管軸銷4帶動(dòng)觸點(diǎn)桿組件上移,但組件左側(cè)卡扣未被卡死,組件可轉(zhuǎn)動(dòng),觸點(diǎn)仍在原位。松手后手柄掉下,說(shuō)明此狀態(tài)無(wú)法自鎖。右圖照片是用一根軸銷卡住了手柄,手柄才不掉下來(lái)。下一步的分析將逐漸加入其他部件,以實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)閉合、系統(tǒng)自鎖。



      5、自鎖功能分析

      加入“雙扣梁”后,因“雙扣梁”的下端不固定,推上手柄時(shí)“上扣”還是無(wú)法卡住。下圖中臨時(shí)采用一螺絲桿頂住雙扣梁的下端,合上手柄,系統(tǒng)就能鎖定,且觸點(diǎn)也能閉合!

      先分析觸點(diǎn)為何能夠閉合:這里利用了杠桿原理,“上扣”為支點(diǎn),軸銷4處為動(dòng)力點(diǎn),而觸點(diǎn)處為阻力點(diǎn)。動(dòng)作過(guò)程中,支點(diǎn)位置保持不動(dòng),動(dòng)力點(diǎn)向上位移,動(dòng)觸點(diǎn)則向上位移更多,與靜觸點(diǎn)閉合。到這里,可看出主梁為何采用“上孔下柱”的設(shè)計(jì),原來(lái)要留出這個(gè)中空,讓“上扣”施展身手。

       

      ▲圖11、手柄鎖定力

      自鎖原理分析:有2個(gè)力矩作用在手柄上,第1個(gè)是手柄彈簧回復(fù)力矩M1,第2個(gè)是連桿推動(dòng)手柄的力矩M2。如上右圖,手柄推上時(shí)經(jīng)歷了“復(fù)位、居中、臨界、頂部”4個(gè)位置時(shí),這2個(gè)力矩的大小和方向是在變化的。先看方向,“復(fù)位、居中”狀態(tài)時(shí),M1和M2是同向的,作用效果是讓手柄復(fù)位;到“臨界”時(shí),2條力線A和B成直線,但M2=0,受M1作用,手柄還是復(fù)位。直到“頂部”狀態(tài)時(shí),M2終于反向,系統(tǒng)能夠鎖定在“通態(tài)”了。
      那么問(wèn)題來(lái)了:圖10左圖中,推上手柄也能使M2反向,何以不鎖定?與圖11左圖仔細(xì)對(duì)比,二者的差別在于觸點(diǎn)閉合時(shí),軸銷4向上位移更大,即加載彈簧1的回復(fù)力更大,這個(gè)力通過(guò)主梁、連桿傳回手柄上,實(shí)現(xiàn)了M2>M1,即M2和M1的合成力矩是順時(shí)針?lè)较虻摹?上雸D10左是不滿足M2>M1的。這些力矩要精心計(jì)算,否則導(dǎo)致“鎖定無(wú)力“或”不易脫扣”。

       

      ▲圖12、鎖定示意圖

      再通過(guò)圖12來(lái)說(shuō)明一下動(dòng)作和力量的傳遞:1“下扣”頂住——2“上扣”鎖住——4觸點(diǎn)桿抬高——3觸點(diǎn)閉合。4觸點(diǎn)桿抬高——彈簧回復(fù)力增大——5主梁連桿對(duì)手柄產(chǎn)生更大推力——6M2大于M1——手柄鎖定——系統(tǒng)鎖定在通態(tài)。


      6、觸點(diǎn)閉合力
      觸點(diǎn)會(huì)流過(guò)大電流,閉合時(shí)需要有效接觸,因此需要給動(dòng)觸點(diǎn)提供持續(xù)的壓力,這個(gè)力來(lái)自“觸點(diǎn)桿組件”中彈簧的回復(fù)力。

       

      ▲圖13、觸點(diǎn)閉合壓力

      如上圖,通過(guò)一枚螺母卡住“上扣”,然后合上手柄,可觀察到“觸點(diǎn)閉合壓力”現(xiàn)象。因螺母將槽形鐵片左端卡得更低,其右端可以抬得更高,手柄加載到位后,觸點(diǎn)桿片與槽形托片就克服彈簧力,張開(kāi)了一個(gè)角度,此時(shí)彈簧回復(fù)力就成為觸點(diǎn)間的閉合力了。而且,靜觸點(diǎn)對(duì)動(dòng)觸點(diǎn)也存在反作用力,通過(guò)整個(gè)機(jī)構(gòu)回傳到連桿上,成為手柄鎖定力矩M2的一部分。
      設(shè)想取消組件中“槽形托片+彈簧+觸點(diǎn)桿”的設(shè)計(jì),僅使用一個(gè)觸點(diǎn)桿,則從手柄到觸點(diǎn)都是剛性部件,部沒(méi)有足夠的形變,也就無(wú)法為閉合觸點(diǎn)加載彈性力了。


      7、鎖定片與脫扣方式
      最后加上“鎖片”和彈簧鋼絲,完成整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)。

       

      ▲圖14、鎖定片與脫扣方式

      “雙扣梁”下端被“下扣”扣住很少,只要“鎖片”稍一轉(zhuǎn)動(dòng),就會(huì)脫扣,起到了“4兩撥千斤”的作用。熱脫扣靠的是雙金屬片,當(dāng)電流過(guò)流時(shí),雙金屬片發(fā)熱彎曲,左端頂?shù)芥i片,完成脫扣。電磁脫扣靠的是電磁鐵,當(dāng)線圈流經(jīng)超大(短路)電流時(shí),內(nèi)部動(dòng)靜磁塊吸合,動(dòng)磁塊推動(dòng)“頂桿”頂?shù)健版i片”右端,完成脫扣。圖15和圖16分別是雙金屬片和電磁鐵組件的細(xì)節(jié)。

       

      ▲圖15、雙金屬片

       

      ▲圖16、電磁鐵組件




      8、熱觸發(fā)微調(diào)機(jī)構(gòu)
      這個(gè)組件把“軛鐵”、“雙金屬片”、“連接軟銅片”、“接線端”及“連接導(dǎo)線”(圖中已剪去)焊接在一起,如圖所示,上、下兩部分被固定在底盒的槽內(nèi),無(wú)法活動(dòng),但中間部分未被卡死,是可以稍微活動(dòng)的。當(dāng)調(diào)節(jié)螺釘時(shí),雙金屬片可跟隨上下位移,相當(dāng)于調(diào)節(jié)了熱觸發(fā)的間距,也即調(diào)節(jié)的過(guò)流脫扣電流。中下部分連接靠“軟銅片”,但軛鐵是一個(gè)整體,下側(cè)微量調(diào)節(jié)依靠的是金屬形變,可觀察到形變處開(kāi)了一個(gè)大窗,減少了剛性。

       

      ▲圖17、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)


      四、滅弧系統(tǒng)


      1、 結(jié)構(gòu)
      滅弧系統(tǒng)包括觸點(diǎn)區(qū)域、引導(dǎo)區(qū)域及滅弧柵區(qū)域。

      空氣開(kāi)關(guān)滅弧系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 

      ▲圖18、滅弧系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

      1) 觸點(diǎn)區(qū)域包括動(dòng)觸桿及觸頭、靜觸桿及觸頭。觸點(diǎn)通斷大電流,是易損部件。
      2) 引導(dǎo)區(qū)域是從觸點(diǎn)處到滅弧柵之間的空間,由上下兩組導(dǎo)磁鐵片及絕緣隔離片組成,形成一個(gè)電弧轉(zhuǎn)移通道。
      3) 滅弧柵組件:由9片相互絕緣、片間距約為1.8mm的帶有凹口的鋼片用絕緣框組裝而成,框背后開(kāi)有通氣孔。

      空氣開(kāi)關(guān)的滅弧室結(jié)構(gòu)及原理示意圖 

      ▲圖19 滅弧室結(jié)構(gòu)及原理示意圖


      2、 電弧的害處
      斷路器分?jǐn)啻箅娏鲿r(shí),動(dòng)靜觸點(diǎn)間會(huì)產(chǎn)生溫度極高、發(fā)出強(qiáng)光的電弧。電弧有兩個(gè)害處,一是引起高溫?zé)龎挠|點(diǎn)等零件;二是它本身也是電流,電弧不熄相當(dāng)于電流不斷,而斷路器需要非常快速地終止所有電流,通常要求機(jī)構(gòu)跳閘后30-150毫秒之間熄滅電弧。


      3、 柵片滅弧原理
      小型斷路器通常采用“金屬柵片滅弧法”,其基本原理是利用金屬柵片產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)形成電磁動(dòng)力(磁吹弧力),將電弧吸入滅弧室,然后分割成若干小段,利用交流電的“過(guò)零”及電弧的“近陰極效應(yīng)”達(dá)到快速熄滅電弧的目的。另外滅弧柵還有降溫、散熱、通風(fēng)等功能。


      移動(dòng)電弧的電磁力分析:電弧本質(zhì)上是一團(tuán)被電離的氣體,受力時(shí)易發(fā)生移動(dòng)。同時(shí)它也是一段電流,既可以產(chǎn)生磁場(chǎng),也可受到電磁力作用。斷路器觸點(diǎn)右邊設(shè)置了上下2塊鐵片,滅弧柵組件中有9片鐵片,當(dāng)電弧產(chǎn)生時(shí),強(qiáng)大的電弧電流產(chǎn)生磁場(chǎng),將鐵片磁化(有研究表明可多產(chǎn)生約39%的磁場(chǎng))。這個(gè)磁場(chǎng)力反過(guò)來(lái)又對(duì)電弧產(chǎn)生安培力,將電弧往鐵片方向拉(另一邊看來(lái)是吹),電弧迅速移入滅弧柵組件。不用擔(dān)心會(huì)吹過(guò)頭,過(guò)頭了還會(huì)吹回來(lái)的。


      電弧在滅弧室被截成多段小電弧,然后冷卻、熄滅。根據(jù)電弧的“近陰極效應(yīng)”,電弧放電時(shí),近陰極一端吸引、積累了大量正離子,當(dāng)交流電過(guò)零反向后,陰極變陽(yáng)極,正離子區(qū)域可以形成約150V-250V左右的反向電場(chǎng),這個(gè)電場(chǎng)能抵消起弧的外電場(chǎng),從而阻斷電弧電流。滅弧室設(shè)計(jì)成9隔,電弧引入后被截成10段,每段都有一個(gè)陰極,串聯(lián)起來(lái)就有1500V以上的反壓,當(dāng)外電場(chǎng)低于此值,電弧就會(huì)熄滅。


      斷路器中還有許多值得分析的設(shè)計(jì),比如連接固定件與活動(dòng)件的多股軟銅線,由多達(dá)3000多股細(xì)銅絲纏繞而成,每股細(xì)如頭發(fā)。連接采用了超聲波焊接技術(shù),整齊而牢靠。還有本款斷路器中,連接電磁線圈與雙金屬片的導(dǎo)線,分成2根,分別焊接到雙金屬片的左端和右端,采用了分流設(shè)計(jì)。此外,斷路器內(nèi)部熱量處理、氣流通道、軛鐵中間段開(kāi)雙縫、電磁鐵動(dòng)塊對(duì)觸點(diǎn)桿的脫扣拉力等設(shè)計(jì),以及其他更深更妙的設(shè)計(jì),筆者還看不太懂,留待高人現(xiàn)身指點(diǎn)。

      Tags:空氣開(kāi)關(guān),斷路器,工作原理,結(jié)構(gòu)  
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