机构设计：防弹簧反弹的解决措施与优化

8.7.6.1 传动机构

断路器的传动机构按操作方式不同，可分为手柄传动、杠杆传动、电磁铁传动、电动机传动和气动或液压传动五类。气动或液压传动工作性能较好，但要有相应的气压或液压发生装置。传动机构按闭合方式，又可分为储能闭合和非储能闭合两种。储能闭合是预先将一弹簧压缩，然后利用弹簧释放的能量使触头闭合，其优点是能保证恒定的闭合速度，与操作速度无关。

1）在选择和设计传动机构时应注意以下事项：

①手柄和杠杆传动的最大操作力最好不超过250N。为了满足这个要求，可以适当选择手柄长度和转动角度。

图8-120 PROFIBUS协议通信连接示意图

图8-121 DeviceNet协议通信连接示意图

②传动机构消耗的功率要小。大容量交流断路器可采用储能闭合和电动机传动，电动机的功率约为0.3～1kW。

③固有闭合时间（从闭合指令开始到断路器闭合的全部时间）要尽量短。电磁铁动作速度较快，所以在直流快速断路器和600A以下的交流断路器中有应用。

④闭合断路器时冲击应尽量小。如采用交流电磁铁传动，闭合时冲击较大。用交流电经硅整流器件整流后供电，可大大减小闭合时的冲击。

2）在设计传动机构时还应确保完成以下几个动作：

①在驱动力的作用下，使动触头向闭合方向运动。在闭合过程中，触头压力是在行程接近终了即触头接触后，才反应到传动机构上的，所以应使传动机构在行程末了阶段产生较大的力，以克服触头的反力。改变传动机构的杠杆比可达到这一目的，故目前几乎所有的断路器都采用接近或过死点的杠杆系统。小容量断路器采用一组这样的杠杆，大容量断路器则可采用两组。

②触头接触后应可靠地保持在闭合位置。有两种办法：一种是杠杆过死点；另一种是锁扣。前者适用于小容量断路器；大容量断路器则多采用不承受主力的锁扣。

③要求断开时触头应能迅速断开。一般采用弹簧来达到。若传动机构与触头系统之间是通过闭合弹簧来实现的，则闭合弹簧可兼作断开弹簧之用，不需要另加断开弹簧（如塑料外壳式断路器中的操作机构）。断开弹簧的力主要应克服运动系统的惯性质量和摩擦力，以保证运动系统有一定的断开速度。

④触头断开后应可靠地保持在断开位置。分断短路电流时，动触头系统特别是惯性质量较大的动触头系统断开与停挡（止钉）碰撞后，可能因反弹而造成触头再接通，引起电弧复燃。为了防止反弹，尽量增大断开弹簧力是措施之一，但是这又会使闭合力增大，对传动机构不利。在停挡上加装吸收碰撞能量的阻尼装置也是一种有效措施。最简单的阻尼装置是牛皮垫圈，也有用空气阻尼的。在大容量空气断路器中，则要采用防反弹锁勾装置。当动触头系统达到断开位置时，锁勾锁住动触头系统，防止其反弹。在机构再扣时，此锁勾再度释放，以便触头闭合。

图8-122所示是一种惯性锁勾式防反弹簧装置。当触头断开时，触头连动轴绕主轴逆时针方向快速转动，当与锁勾碰撞后，在惯性作用下，锁勾绕A轴顺时针方向抬起，将触头连动轴勾住，使其无法反弹。碰撞消失后，靠重量下落复位，可再次操动触头闭合。(www.xing528.com)

8.7.6.2 自由脱扣机构

自由脱扣机构的功能是实现传动机构和触头系统之间的联系。自由脱扣机构扣上时，传动机构应带动触头系统一起运动，并使触头闭合。当脱扣之后，即解脱了传动机构与触头系统之间的联系，其脱扣瞬间与传动机构的位置无关。

图8-123所示是自由脱扣原理图。图8-123a表示没有自由脱扣的系统。当推动门手柄向左，触头闭合。但当有短路电流存在于主电路中时，触头间会出现巨大的电动力，此力可作用于人体，造成伤害。图8-123b做了改进，将连杆EB分为两段：EM和MB。当有短路电流通过主电路时，触头被斥开，并可达到断开位置，即使手柄D保持在闭合位置也不受影响，电动力作用不到人手，即有了自由脱扣。但这种机构在M点的脱扣力较大，不宜采用，进一步改进成图8-123c所示。即把M点变成PQ两点，用一脱扣板联系，其F端扣于半轴上。当有脱扣力作用于G轴使其顺时针方向转动一角度，自由脱扣机构被释放，触头断开。当GP长度明显大于PQ长度时，脱扣力可大大减小。

图8-122 惯性锁勾式防反弹簧装置

图8-123 自由脱扣原理图

图8-124所示是一个用于塑料外壳式断路器的自由脱扣机构，图8-124a所示为机构处于脱扣位置，如要闭合操作，首先要扳动手柄（顺时针方向），使机构再扣，进入图8-124b所示的位置，这时再扣板被锁扣扣住，可把O₄看成定点，做好了闭合准备。O₄O₃O₆组成四连杆机构，当手柄向左扳动时，弹簧力线改变并拉长，当弹簧力线越过轴O₃时，O₄被弹簧拉动迅速绕O₃转动，也就是O₁O₆绕O₆转动，使触头闭合（见图8-124c）。若要手动断开断路器，只要顺时针方向扳动手柄，使弹簧力线越过O₃，则可使触头断开。过电流脱扣器或欠电压脱扣器动作均使脱扣轴顺时针转动一个角度，使再扣板脱扣，四连杆变成了五连杆，断路器断开。这种自由脱扣机构简单，闭合和分断用同一根弹簧，且能达到储能闭合，在世界各国都有使用。其缺点为再扣力大，不适用于大容量断路器。

图8-124 塑料外壳式断路器的自由脱扣机构

在大容量断路器中，采用有两级再扣的自由脱扣机构，如图8-125所示。L形连杆7扣在杠杆11的滚柱上，而杠杆11又扣在分断脱扣半轴10上。这样把机构中的巨大的力可减至10N以下，保证可靠脱扣。机构闭合也用到两套四连杆机构。当再扣好L形连杆7不动，其右端可视为定点，则连杆3、9、12为一副四连杆，连杆12、13、14为另一副四连杆，当储能杠杆上滚轮推动连杆3向左运动时，可使触头达到闭合位置。

储能是高速电动机经变速后带动凸轮6顺时针转动而成的，当凸轮推动滚轮B至顶点时达最大储能位置，使储能弹簧压缩。凸轮再转过一点时滚轮B落下，储能弹簧力被滚轮C顶住，不能释能。需闭合断路器时，通过闭合按钮使释能脱扣半轴脱扣，储能杠杆4上的滚柱推动连杆3，使触头高速闭合。

图8-125 具有两级再扣的自由脱扣机构

1—释能脱扣半轴 2—杠杆1 3—连杆2 4—储能杠杆 5—储能弹簧 6—凸轮 7—连杆1 8—主轴 9—连杆3 10—分断脱扣半轴 11—杠杆2 12、13、14—连杆