塑壳断路器操作机构设计分析

池南阳

[摘    要 ]在进行塑壳断路器操作机构设计的过程中，设计人员必须对这项工作的重点和难点进行充分把握，才能提高设计方案的应用合理性，确保方案内容更加完整。在开展设计工作时，要对塑壳断路器操作机构的动作过程进行准确的描述，还要选用计算示例对机构的传递效率进行真实的反映，并且对传递过程中的各项影响因素进行严格地控制。要通过这项实验的开展，制定科学合理的措施，提高分断速度，确保设计工作在开展时，能够发挥更大的作用。本文就塑壳断路器操作机构设计进行相关的分析和探讨。

[关键词]塑壳断路器;操作机构;设计;分析探讨

[中图分类号]TM561 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）06–00–02

[Abstract]In the process of operating mechanism design of molded case circuit breaker， designers must fully grasp the key points and difficulties of this work， so as to improve the application rationality of the design scheme and ensure the more complete content of the scheme. In the design work， it is necessary to accurately describe the action process of the MCCB operating mechanism， select calculation examples to truly reflect the transmission efficiency of the mechanism， and strictly control the influencing factors in the transmission process. Through the development of this experiment， scientific and reasonable measures should be formulated to improve the breaking speed， so as to ensure that the design work can play a greater role. This paper analyzes and discusses the operation mechanism design of MCCB.

[Keywords]moulded case circuit breaker; Operating mechanism; Design; Analysis and discussion

一般情况下塑壳断路器操作机构，主要存在4连杆和5连杆的转动机构。要想对断路器的功能进行完善，在开展设计工作时，要根据运行要求对结构进行精细化设计。其中的4连杆机构可以实现预定的转轴转角，配合其他部件实现合分闸的功能。在进行5连杆转化时，能够提高断开的速度。在进行锁扣装置设计时，可以选择更小的力和行程，实现锁定和解锁的功能。现阶段在进行断路器设计时，设计水平正在不断的提高，并且应用了一些新型的能源。要想满足市场的需求，在开展设计工作时，需要改良现有的设计理念，才能生产出更加优质的产品[1]。

1 塑壳断路器操作机构运行流程

断路器的操作机构，主要存在主轴和锁扣装置等内容。机构的动作状态是分闸和再扣、合闸以及自由脱扣。在进行动作流程设计的过程中，需要对机构的运行情况进行全面地了解，在此基础上对动作流程进行优化，确保操作机构的运行更加顺畅。在进行断路器使用的过程中，要对性能进行优化，降低故障问题的发生概率。在进行机构设计时，要对连杆之间的转化关系进行精确设计，还要对连杆长度和机架固定点的位置进行设计。在开展设计工作时，要预留足够的空间，确保各個构件的运动能够充分实施。而且要确认各连杆的长度和工作范围以及角度，在此基础上开展设计工作，才能提高设计方案的应用可行性[2]。

2 塑壳断路器4连杆传递效率评价措施

在评价4连杆传递效率时，如果主弹簧对上下连杆轴产生了一定的拉力，要想对传递效率进行评价，需要保证杠杆能够到达合闸位置。主弹簧对4连杆的运动产生一定的作用力，在合闸的过程中，只要主弹簧的中心线，越过了与上连杆重合的位置，4连杆就可能产生驱动的情况，在实际情况下这个力值无法满足预期的要求，也可以产生驱动力，能够传递给转轴转动的最大力。断路器中的4连杆容易产生失效情况，当手柄转到合闸位置时，机构不会产生响应动作，无法实现合闸的功能。在合闸动作完成之后，如果没有到达预期的位置，就会出现假合闸等现象。在对几何关系和力的传递情况进行评价时，需要对各个力的数值进行全面地了解，从而保证最终的评价结果更加可靠[3]。

3 塑壳断路器操作机构设计措施

3.1 杠杆转动中心、合分闸角度设计

在设计杠杆转动中心的过程中，需要对操作机构的操作力和体积以及主弹簧的工作长度进行准确计算，还要做好合分闸角度的选择，避免设计方案在应用时，出现其他问题。要保证设计内容的合理，才能平衡各种因素的关系。在进行杠杆转动中心设置时，如果需要减小主弹簧的拉伸力等，需要对杠杆转动中心的设置位置进行合理地选择，如果需要减小操作力，要尽可能在下方区域进行杠杆转动中心的设置，从而延长受力力臂的长度，减少综合操作力。在脱扣状态下，要想充分发挥杠杆位置的指示功能，需要通过主弹簧，对杠杆产生拉力作用，使得杠杆能够贴合跳扣的定位面区域[4]。

如果在设计过程中，处于熔焊故障模式下，组成了新型的4连杆，要对杠杆的运动轨迹进行科学地设置。在这种情况下，杠杆位置不能设置在合闸区域，需要满足隔离功能的考核要求，才能提高指示的可靠性。在进行合闸角设计的过程中，需要保证杠杆到达合闸角时，或者即将到达合闸角时，能够顺利启动4连杆机构，并且产生运动的状态。在合闸区域主弹簧拉力能够促使触头产生运动，在一定电流和条件下，合闸位置能够稳定地保持。杠杆即将到达分闸角或者已经到达时，能够顺利启动4连杆机构，转换到分闸位置。弹簧的拉力会对杠杆产生一定的影响，使其保持在分闸位置[5]。

3.2 合闸位置上下连杆夹角设计

断路器在分闸位置，机构可以提供足够的支持力，使得动触头始终保持在这个位置。为了保证4连杆机构始终保持在合闸位置，不仅要克服动触头中压力的反馈力，还要克服一定条件下电动斥力的反馈力。在合闸状态下，机构需要克服两个反力。通常情况下断路器的瞬间移动，需要具备足够的配置。例如电动机的回路用断路器，在瞬间移动的过程中，要对偏差问题进行综合考虑，还要对上限数值进行准确地计算，要对电动力的影响进行严格地控制。在产生电流时，电动力条件下的运行状态更加稳定。在瞬间动作之前，机构的保持可靠性比较低，触头可能出现反复弹跳等现象。在这种条件下过载脱扣器的作用力比较强，在产生作用的过程中，触头可能出现数次弹跳等现象，会导致触头的烧毁，还会发生熔焊问题[6]。

3.3 锁扣装置设计

锁扣装置的结构比较精密，在进行结构设计的过程中，脱扣力和运动行程更加稳定、寿命次数比较高，而且抗震动等级更强。在进行这个装置设计的过程中，是为了对跳扣的位置进行锁定，从尾端开始，通常要设置3个左右的零部件。零部件要配置旋转轴，通过不同零部件之间的力臂转换，确保跳扣尾端的平衡需求力，能够转换为可施加的力。脱扣行程与其他部件之间要存在一定的联系。锁扣的受力面设计非常重要，不仅要设计受力点的法向，还要设计通过牵引杆的转动中心和受力点的法向距离，锁扣与搭扣之间的接触面设计形式比较简单，在设计的过程中，要对各个方向的力值进行准确地计算[7]。

如果受力点的法向，通过牵引杆转动中心，需要计算力矩平衡关系。在计算过程中，要各项参数值进行准确地提取，从而保证最终计算结果更加精确。在对一些比较重要的零部件进行设计的过程中，对加工精度的要求比较高。如果制造精度无法满足应用的要求，可能会产生误动作。因此要对计算程序进行严格地控制，确保产品的生产精度，能够得到进一步提高。在进行受力点设计的过程中，要对各个方向的传递力进行准确地设计，避免出现误动作。这项设计对制作精度的要求比较低，但是在开展设计工作时，设计人员必须保证各个方向的力更加可靠，才能降低误动作问题的发生概率[8]。

3.4 仿真对比分析

在进行断路器设计时，分断能力是非常重要的一项指标数据，分断过程中，机构的脱扣固有动作时间设计比重比较大。采用仿真分析技术，可以对这项性能进行优化，缩短固有动作的发生时间。在开展设计工作时，要对跳扣转臂长度的影响进行综合考虑。断路器在合闸位置时，跳扣位置铰接在支架上，连杆会对跳扣产生一定的作用力。要想保证施加力矩的平衡，就需要对这个力值进行准确地计算。当机构处于自由脱扣状态时，锁扣对跳扣的约束力比较差，跳扣会产生逆时针旋转的动作，拉动转轴发生旋转等现象[9]。

在这个过程中动触头与静触头明显分离，可以切断电路，机构在自由脱扣运动状态下，起动瞬间的驱动力，与连杆对跳扣的推力相等。在进行仿真分析的过程中，可以应用分析软件，对不同的跳扣转臂长度等影响因素进行严格地控制，要对固有动作时间进行准确地计算。这个时间是从解扣瞬间到动触头到达的最大开距结束动作时间。跳扣动作的产生是连杆的推力。不同跳扣的转臂长度，对固有脱扣动作时间，存在不同的影响。自由脱扣过程中，动触头触点的高度，会随着时间的变化，产生一定的变化。

3.5 典型设计

在设计断路器机构的分断速度时，要想提高分断速度，就需要充分利用电动力，要对触头的形状进行合理地设计。当断路器通过短路电流时，产生的力可以导致触头分离，提高最终的分断速度。如果卡住机构需要进行斥开处理，为了防止背后出现击穿等现象，动触头斥开之后，需要在一定距离下保持一段时间。将断路器机构转换为5连杆之后，如果运动速度保持不变，无法满足动触头的斥开要求，就需要对卡住机构进行斥开设计。在合闸状态下进行上下连杆的夹角设计，如果断路器处于合闸的状态，通过一定范围电流时，主弹簧能够保证动触头和静触头的接触更加可靠。

合闸状态下的连杆夹角要小于180°，在设计时要保证分断流程更加可靠，并且提高分断速度，使得5连杆机构向脱扣位置的运动速度更快。在进行仿真分析技术应用的过程中，需要根据设计要求，对技术的应用形式进行优化和完善。在操作力不變的基础上，可以对各个杆件的结构形状进行优化，并且对杆件的质心位置和转动质量进行适当调整。要根据最终的仿真结果，优化杆件结构，还要选择正确的杆件材料进行相应的建设。才能保证设计出来的产品能够满足各方面的要求。

4 结束语

综上所述，在开展塑壳断路器操作机构设计工作时，要从4连杆的传递效率和杠杆转动中心设置以及合闸位置上下连杆夹角设计等方面，对其进行全面地优化，才能保证断路器操作机构在应用时能够发挥更大的作用。设计人员要开展计算工作，并且提高计算结果的准确性。要积极地总结经验，确保设计工作在开展时更加科学有序。要提高现有的设计水平，引进更加先进的设计手段，对操作机构的设计要点和优化方向进行全面地分析探讨，从而提高设计和开发的效率，为后期断路器的制作提供有效支持，促进断路器高效运行。

参考文献

[1] 姚金恒.低压断路器操作机构的动态仿真及优化设计研究[J].电子测试，2020（12）：28-29.

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[3] 施宏伟，付哲，黄杰，等.基于正交试验的油阻尼断路器优化设计[J].电器与能效管理技术，2019（10）：27-30.

[4] 乔延华，苏秀苹，侯立杰.油阻尼断路器整体耦合模型特性分析及优化[J].高压电器，2018，54（10）：227-233.

[5] 胡正勇，赵莹，冷北雪，等.基于ADAMS的塑壳断路器机构参数化设计[J].电力与能源，2018，39（3）：359-363.

[6] 胡正勇，赵莹，徐湘忆，等.关于低压断路器稳定性结构优化设计仿真[J].计算机仿真，2018，35（6）：86-90.

[7] 刘发英，苏秀苹，郑卫北.基于虚拟样机与模糊可靠性的弹簧优化方法[J].科学技术与工程，2014，14（1）：192-196.

[8] 陈童.基于ADAMS的低压断路器操作机构仿真平台的设计研究[J].机械设计，2013，30（5）：97-100.

[9] 李春海，伍萍辉，曾成，等.塑壳断路器延时特性自动检测系统[J].电子设计工程，2011，19（24）：133-135.