低压微型断路器的机构分析

张良程

摘 要：断路器的机构是断路器的重要组成部分，决定了触头压力、脱扣力、超程、开距，以及断路器分闸、合闸、脱扣的可靠性。随着低压电器的不断发展，断路器的机构也在不断创新。以微型断路器为例，初步分析了其机构的组成、动作和受力情况。

关键词：断路器；连杆；低压电器；终端电器

中图分类号：TM561 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.19.112

低压断路器大多采用平面连杆机构，在分闸、合闸位置会形成平面四连杆机构，跳闸位置由四连杆机构通过自由脱扣机构变成五连杆机构。这样的机构通过不同的方式可满足各种断路器不同的分断速度、触头压力、脱扣力、超额行程、开断距离的要求。

1 低压微型断路器的机构

1.1 机构动作原理分析

微型断路器是近年来推出的大量用于家庭住宅的终端电器。微型断路器机构的分闸、合闸和脱扣的位置分别如图1中的（a）、（b）和（c）所示。分闸、合闸时，E点被锁扣机构锁住，因此，连杆BB与连杆AB共同转动。此时，形成了四连杆机构（即AB、BC、O1C三杆与两轴心的连线O1O2）。四连杆机构只有一个自由度，只要其中一个连杆的位置确定后，其他连杆位置也会相应确定。因此，可实现手柄带动触头分合闸动作。

图1中的（a）是分闸位置，合闸时手柄向左推动。手柄与连杆O1C是同一杆件，手柄带动连杆O1C绕O1逆时针转动，通过CB杆推动触头杠杆AB顺时针转动，触头杠杆将触头推向合闸位置。当O1C转过死点（O1C与CB同一直线时为死点）时，随着AB杆的转动，主拉弹簧被拉伸。此时，主弹簧对AB杆有逆时针方向的力矩，通过BC杆传递，对O1C也有一个逆时针方向的力矩。当手柄卡在外壳上时，手柄停止转动，O1C也停止转动，机构闭合完成。当机构合闸时，A点可视为固定点，主拉弹簧的拉力对A点的扭矩与触头压力对A点的扭矩相等，但方向相反，机构处于稳定状态。触头杆上的孔是腰形的，当触头磨损时，主拉弹簧可拉动触头杆绕A点顺时针转动，使触头可靠闭合，即为触头提供必要的超程。

图1中的（b）是机构的合闸位置，合闸时手柄向右推动，手柄带动连杆O1C绕O1顺时针转动，通过CB杆带动触头杠杆AB逆时针转动，触头杠杆将触头推向分闸位置。脱扣是因异常电流而导致控制元件给连杆BB一个力，使BB上的E点脱离EO2，四连杆机构变成五连杆（AB，BC，O1C，BB四杆与两轴心的连线O1O2），触头在主拉弹簧的作用下迅速分断。

当异常电流通过时，对于锁扣杆EF，F点受到逆时针方向的拉力，导致EF绕O2逆时针转动，跳扣杆脱离E点，机构由四连杆变成五连杆，断路器迅速脱扣分闸。

1.2 机构受力计算

机构受力计算的目的是确定并验证触头的压力、操作手柄的操作力，并判断其是否满足设计要求。通过力学计算可确定各个连杆形成的角度，进而确定各个连杆的长度和O1，O2的相对位置。

闭合位置如图2所示，接触板关于A点的转矩平衡为：

. （1）

. （2）

对于接触板，在水平方向的力值平衡为：

. （3）

. （4）

对于连杆AB，O2点转矩平衡为：

. （5）

. （6）

对于把手，O1点的转矩平衡为：

. （7）

. （8）

1.3 结论

通过以上对小型断路器的分析，可以得出以下3点结论：①触头压力与主拉簧的拉力成正比；②触头的超额行程与触杆上的腰形、静触头的相对位置有关；③主拉簧的拉力越大，分合闸时的操作力就越大，同时，合闸时触头的压力越大，分闸时的分断速度越快。

2 结束语

平面连杆连杆机构是断路器的典型操作机构，分闸、合闸时会形成四连杆，脱扣时由四连杆变成五连杆。通过对断路器连杆机构的分析可知各个杆在动作过程中的运动轨迹、不同状态所处的位置和受力情况，进而可在原来的基础上推陈出新，不断开发出更可靠、性能更强、结构更紧凑的操作机构和断路器。

Design of the New Type of Intelligent Vehicle Wiper System

Liu Zongjian， Lin Xueli， Zhao Duanjin

Abstract： As an important measure to ensure the safety of automobile driving， the rain wiper system is the rain water， and the operating efficiency of the system will affect the efficiency of the rain. Rain wiper is the key to ensure the driver's driving vision， and therefore， the need to design the car wiper system.

Key words： intelligent technology； automotive windshield wiper system； processor； motor drive

〔编辑：张思楠〕