低壓微型斷路器的機構(gòu)分析

張良程

摘 要：斷路器的機構(gòu)是斷路器的重要組成部分，決定了觸頭壓力、脫扣力、超程、開距，以及斷路器分閘、合閘、脫扣的可靠性。隨著低壓電器的不斷發(fā)展，斷路器的機構(gòu)也在不斷創(chuàng)新。以微型斷路器為例，初步分析了其機構(gòu)的組成、動作和受力情況。

關鍵詞：斷路器；連桿；低壓電器；終端電器

中圖分類號：TM561 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.19.112

低壓斷路器大多采用平面連桿機構(gòu)，在分閘、合閘位置會形成平面四連桿機構(gòu)，跳閘位置由四連桿機構(gòu)通過自由脫扣機構(gòu)變成五連桿機構(gòu)。這樣的機構(gòu)通過不同的方式可滿足各種斷路器不同的分斷速度、觸頭壓力、脫扣力、超額行程、開斷距離的要求。

1 低壓微型斷路器的機構(gòu)

1.1 機構(gòu)動作原理分析

微型斷路器是近年來推出的大量用于家庭住宅的終端電器。微型斷路器機構(gòu)的分閘、合閘和脫扣的位置分別如圖1中的（a）、（b）和（c）所示。分閘、合閘時，E點被鎖扣機構(gòu)鎖住，因此，連桿BB與連桿AB共同轉(zhuǎn)動。此時，形成了四連桿機構(gòu)（即AB、BC、O1C三桿與兩軸心的連線O1O2）。四連桿機構(gòu)只有一個自由度，只要其中一個連桿的位置確定后，其他連桿位置也會相應確定。因此，可實現(xiàn)手柄帶動觸頭分合閘動作。

圖1中的（a）是分閘位置，合閘時手柄向左推動。手柄與連桿O1C是同一桿件，手柄帶動連桿O1C繞O1逆時針轉(zhuǎn)動，通過CB桿推動觸頭杠桿AB順時針轉(zhuǎn)動，觸頭杠桿將觸頭推向合閘位置。當O1C轉(zhuǎn)過死點（O1C與CB同一直線時為死點）時，隨著AB桿的轉(zhuǎn)動，主拉彈簧被拉伸。此時，主彈簧對AB桿有逆時針方向的力矩，通過BC桿傳遞，對O1C也有一個逆時針方向的力矩。當手柄卡在外殼上時，手柄停止轉(zhuǎn)動，O1C也停止轉(zhuǎn)動，機構(gòu)閉合完成。當機構(gòu)合閘時，A點可視為固定點，主拉彈簧的拉力對A點的扭矩與觸頭壓力對A點的扭矩相等，但方向相反，機構(gòu)處于穩(wěn)定狀態(tài)。觸頭桿上的孔是腰形的，當觸頭磨損時，主拉彈簧可拉動觸頭桿繞A點順時針轉(zhuǎn)動，使觸頭可靠閉合，即為觸頭提供必要的超程。

圖1中的（b）是機構(gòu)的合閘位置，合閘時手柄向右推動，手柄帶動連桿O1C繞O1順時針轉(zhuǎn)動，通過CB桿帶動觸頭杠桿AB逆時針轉(zhuǎn)動，觸頭杠桿將觸頭推向分閘位置。脫扣是因異常電流而導致控制元件給連桿BB一個力，使BB上的E點脫離EO2，四連桿機構(gòu)變成五連桿（AB，BC，O1C，BB四桿與兩軸心的連線O1O2），觸頭在主拉彈簧的作用下迅速分斷。

當異常電流通過時，對于鎖扣桿EF，F(xiàn)點受到逆時針方向的拉力，導致EF繞O2逆時針轉(zhuǎn)動，跳扣桿脫離E點，機構(gòu)由四連桿變成五連桿，斷路器迅速脫扣分閘。

1.2 機構(gòu)受力計算

機構(gòu)受力計算的目的是確定并驗證觸頭的壓力、操作手柄的操作力，并判斷其是否滿足設計要求。通過力學計算可確定各個連桿形成的角度，進而確定各個連桿的長度和O1，O2的相對位置。

閉合位置如圖2所示，接觸板關于A點的轉(zhuǎn)矩平衡為：

. （1）

. （2）

對于接觸板，在水平方向的力值平衡為：

. （3）

. （4）

對于連桿AB，O2點轉(zhuǎn)矩平衡為：

. （5）

. （6）

對于把手，O1點的轉(zhuǎn)矩平衡為：

. （7）

. （8）

1.3 結(jié)論

通過以上對小型斷路器的分析，可以得出以下3點結(jié)論：①觸頭壓力與主拉簧的拉力成正比；②觸頭的超額行程與觸桿上的腰形、靜觸頭的相對位置有關；③主拉簧的拉力越大，分合閘時的操作力就越大，同時，合閘時觸頭的壓力越大，分閘時的分斷速度越快。

2 結(jié)束語

平面連桿連桿機構(gòu)是斷路器的典型操作機構(gòu)，分閘、合閘時會形成四連桿，脫扣時由四連桿變成五連桿。通過對斷路器連桿機構(gòu)的分析可知各個桿在動作過程中的運動軌跡、不同狀態(tài)所處的位置和受力情況，進而可在原來的基礎上推陳出新，不斷開發(fā)出更可靠、性能更強、結(jié)構(gòu)更緊湊的操作機構(gòu)和斷路器。

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

〔編輯：張思楠〕