下载文档原格式
塑壳断路器操作机构的设计及优化发布时间：2021-03-18T01:53:40.013Z 来源：《防护工程》2020年32期作者：李飞[导读] 如今，我国社会经济发展迅速，工业生产制造中也出现了诸多的先进技术，这对于工业制造体系的建设与发展具有十分显著的积极作用。
江苏大全凯帆开关股份有限公司 212200摘要：如今，我国社会经济发展迅速，工业生产制造中也出现了诸多的先进技术，这对于工业制造体系的建设与发展具有十分显著的积极作用。
本文就将主要分析塑壳断路器操作机构的设计及优化，以供参考。
关键词：塑壳断路器；设计；优化；1塑壳断路器操作机构概述五连杆转换机构是塑壳断路器平稳运行的重要操作机构。
四连杆机构能够预先设定转轴的转角，可与其他构件密切配合，确保断路器分合闸动作的准确性。
转换五连杆可以较快的速度断开，结合锁扣装置，只需在短距离和小作用力的前提下，调整原有机构的设计，高度顺应需求的变化，为四连杆向五连杆转变提供技术支持。
目前，断路器技术从青涩走向成熟，应用了诸多新能源技术，促进了断路器技术的稳定发展，创新并改造了原有的机构，能够为设计工作的深入发展奠定基础。
操作机构是低压断路器当中的重要构件，其余触头系统连接后可形成闭合或断开电路，也可顺利接收执行脱扣单元的动作信号，从而充分展现断路器的各项功能，在断路器运行中起到了动力源的作用。
现如今，国外很多优秀的制造商分别推出了新一代双断点、经济型和大容量的塑壳断路器，其操作机构设计呈现不同以往的全新形式，创新了机构运行的基本原理，制作工艺水平持续提高。
我国自主创新能力明显加强，国内的诸多优秀企业将主要精力放在自主品牌的研发上。
为此，我国相关结构需积极开展核心部件的研究与创新设计，而操作机构优化也成为研发中十分重要的环节。
2操作机构动作流程概述塑壳断路器运行中，脱扣轴、锁扣装置、主轴和传动机构是主要的构成机构，机构动作状态分为自由脱口状态、合闸状态及分闸状态。
电工电气 (20 9 No.7)一种用于电弧故障断路器的结构优化设计王平(浙江德菱科技股份有限公司，浙江 乐清 325600)传统的低压电器保护电器，不能在监测及识别电弧上发挥积极作用，为此，电弧故障断路器应运而生。
但电弧故障断路器存在较多有待于完善的地方，例如主体结构，我国传统式电弧故障断路器的结构为空气断路器与电弧监测模块拼装而成。
本文对其结构进行改进，形成一体式的结构。
1 传统电弧故障断路器的结构1.1 主体结构我国传统的电弧故障断路器，采用空气断路器与电弧监测模块相拼装的结构，体积大，其总宽度为三极断路器产品的尺寸，成本高。
两个模块间通过机械连接件实现机构动作的协调与连贯。
1.2 空气断路器空气断路器为常规型微型断路器，基本有C45、C65及L7结构。
其主要有壳体、操作手柄、动作机构、触头机构、过载及短路动作机构、灭弧装置等。
壳体由上壳体及下壳体组成。
操作手柄在一端伸出把柄，表面光整且有防滑条纹，便于人工操作。
手柄的中间部分有定位孔，以用来与壳体形成配合及相互制约。
手柄特定部位处有用作U型连杆的定位孔，通过U型连杆，实现手柄与动作机构之间的动作衔接。
动作机构由杠杆、锁扣、跳扣、弹簧、连接件及触头座等组成。
触头分为动触头和静触头。
动触头由触头、软连接、连接板等组成。
静触头由触头、触头支架、连接板等组成。
过载动作机构主要是热双金属元件及连接件组成，连接件与空开断路器的载流件构成电气通路至热双金属元件上。
热双金属元件在电流的作用下发热弯曲，通过一定的时间，热双金属元件触及跳扣，使锁扣解扣，动作结构动作，动、静触头分离而切断电源。
短路动作机构是由螺线管线圈(紫铜线绕制一定圈数)、铁芯(分为动、静二铁芯)、弹簧、磁轭(与触头支架合为一体)、顶杆及螺线管线圈骨架(尼龙塑料制成)等组成。
磁轭与静触头的铁质触头支架合为一体，螺线管线圈的一端与静触头焊接，另一端与静触头的连接板焊接。
灭弧装置由多片灭弧栅片及隔弧板组成。
万能式断路器操作机构的优化设计曹进，张广智，卢嘉玉（上海良信电器股份有限公司，上海201315）摘要：对现有万能式断路器操作机构转换杠杆复位弹簧的工作环境进行分析,包括:急速拉伸、转动摩擦以及冲击振动,针对弹簧损伤比较严重的环境，尤其冲击振动对弹簧大，特别较大电架的断路器操作，其能弹簧力很大，储能杠杆打击轴的冲击力更大，现有中一端安装在储能杠杆打击轴的换杠位弹簧受到的冲击振动同样更大，复位弹簧易断裂。
通过对位弹簧和安装方式化，可有效提高操作。
关键词：操机构；转换杠杆弹簧；安装结构；断裂中图分类号：TM561文献标志码：A文章编号：2095-8188（2019）18-0053-04 DOI：10.16628/j.c=ki.2095-8188.2019.18.009曹进（1982―），男，工程师,主要从 事低压断路器、接触器等产品的研发设计。
Optimal Design of Air Circcit Breaker*s Operating MechanismCAO Jin，ZHANG Guangzhi，LU Jiayu(Shaghai Lia=oxi=Electrical Co.，Ltd.，Sha=ghai201315,Chi=a)Abstraci:hi this paper，the worknio envienment cl the lever return spri=o is cha=oed fem the existi=o AV Circuit Beaker opeetVo mecha=ism,yicludi=o:rapid stetchVo,etatVo frictio=a=d shock vibetio=.The envienmentcl factoic that are more serious for spri=o damaoe,especiaty the impact vibetioi have a oeat mflueicc co the life cl the spri=o.K paeicular,the cieuV beaker opeetVo mechaiism d the larce cuirei ccsVo has a larce e=eey stoege spri=o foec,aid the impact foec d the e=eey stoeve lever striknio shat is laeee The co=versio= lever return spri=o cl de dd cl the existVg structure is Vstalled co the eieey stoeve lever stOkVo shat.The shock vibetiOTi received is also00X0,aid the return spri=o is easty bekei By optimizVo the structure aid yistallatio=d the return spriiy,the life d the opeetVy mechaiism cai be improved.Key words:operating mechanism；conversion lever return spring；installation strccthrc；fracture0引言近年来，随压电器相关新技术的不断发展，低压电器新产品不断投放市场。
电力系统高压断路器的优化设计电力系统高压断路器是电力系统中必不可少的设备，用于保护电网的安全稳定运行。
随着电力系统的不断发展和现代化建设，高压断路器的要求也越来越高，为此需要进行优化设计。
一、保证断路器的安全性能在进行高压断路器的优化设计时，首先要考虑的是其安全性能。
高压断路器是电力系统中最重要的保护设备之一，其主要任务是在电网故障时及时切断故障点，确保电网的安全运行。
因此，在进行断路器设计时，必须保证其具备可靠的操作性能和极高的可靠度。
同时，断路器的外壳、接线端子等部分也必须具备高强度和高耐久性，以确保其长期稳定运行。
二、提升断路器的负载能力高压断路器在电网运行过程中承受着重要的任务，需要具备较高的载流能力，以保证电网的稳定工作。
因此，在进行优化设计时，需要考虑如何提升断路器的负载能力。
一方面，可以通过选用高强度材料和合理的工艺处理，提高断路器的承载能力；另一方面，可以通过优化断路器的结构设计，使得其在相同尺寸下具备更高的负载能力。
三、提高断路器的开断速度断路器的开断速度是衡量其性能的一个重要指标。
在电力系统故障时，断路器必须能够在瞬间切断电路，以避免故障扩大和损害设备。
因此，在进行优化设计时，需要提高断路器的开断速度。
这可以通过选用优质的电气机械元件和调整断路器的弹簧等方式实现。
此外，优化断路器的操作机构和控制系统也是提高其开断速度的重要手段。
四、提高断路器的可靠度高压断路器是电力系统中最重要的保护设备之一，其可靠度直接影响着电力系统的安全稳定运行。
因此，在进行断路器设计时，必须从可靠度方面出发，选用优质的材料和元件，并采用可靠的结构设计和完备的测试手段，确保断路器具备极高的可靠度。
同时，还需要加强维修保养和检测监管，及时发现和排除潜在故障隐患，确保断路器长期稳定运行。
五、结语随着电力系统的不断发展和现代化建设，高压断路器的要求越来越高。
作为电网的关键保护设备，断路器的优化设计至关重要，必须在保证其安全性能和可靠度的基础上，不断提高其负载能力和开断速度，以实现电力系统的安全稳定运行。
低压断路器操作机构的动态仿真及优化设计研究摘要：低压断路器也叫自动空气断路器，是日常生活中常见的用电保护设备，具有保护性能高、电路控制好的优势，广泛应用于多个领域，直接关系到人们的用电安全性。
本文主要针对低压断路器操作机构进行研究与分析，首先解析低压断路器的工作原理并分析其操作机构，然后采用动态仿真的方法进行断路器操作机构的ADAMS/View动力学建模仿真，通过建模仿真找出操作机构开断的主要影响因素，基于此问题进行优化设计。
关键词：低压断路器；动态仿真；优化设计1低压断路器概述低压断路器作为一种电器和电路保护装置，不仅具有手动开关作用，而且能够进行失压、欠压、短路以及过载保护。
低压断路器在电路和电器中的功能实际是综合热继电器、刀开关、熔断器以及欠压继电器的所有功能。
目前在实际市场中常见的低压断路器类型还比较多，包括万能式断路器、限流式断路器、塑料外壳式断路器以及漏电保护式断路器等。
低压断路器的机构主要包括基架、外壳、触头系统以及脱扣器等几部分构成[1]。
2低压断路器操作机构工作原理分析2.1手动分闸动作如图1所示，用户通过搬动断路器实现分闸操作以断开电路。
通过搬动断路器手柄实现m跳扣锁定，固定j，搬动手柄i使其绕O1逆时针转动。
在转动过程中弹簧h若超过c点，则弹簧拉力杆f，g会脱离死区，触头在作用力会分开，实现断路器分闸操作。
低压断路器操作机构的合闸状况和手动分闸后的状态图如上图1（a）和1（b）所示。
2.2自由脱扣动作在电路运行中，若出现过载、短路、欠压、失压等情况，低压断路器自由脱扣动作会被处罚。
该过程相对复杂繁琐，一般可以分解为一个五杆机构和一个四杆机构运动过程。
当电路出现短路或过载的情况的时候，自由脱扣机m会如图2（a）所示进行脱扣，在触头重力、斥力以及h拉力作用下手柄h和跳扣j会分别沿逆时针、顺时针进行转动，这时B点和跳扣j 之间会产生限位关系并导致O2、C、B三点相对静止，这时杆O2C和杆g能够看成一个整体，此时是一个丝杆机构。
案例3 平面连杆机构优化设计一、问题描述平面连杆机构是由所有构件均由低副连接而成的机构，四杆机构是最常用的平面连杆机构。
一般情况下，四杆机构只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹，精确设计较为复杂。
在四杆机构中，若两连架杆中的一个是曲柄，另一个是摇杆，则该机构为曲柄摇杆机构。
曲柄摇杆机构可将曲柄的连续转动转变为摇杆的往复摆动。
设计一曲柄摇杆机构(如图1所示)。
已知曲柄长度l1=100mm，机架长度l4=500mm。
摇杆处于右极限位置时，曲柄与机架的夹角为φ0，摇杆与机架的夹角为ψ0。
在曲柄转角φ从φ0匀速增至φ0+90°的过程中，要求摇杆转角。
为防止从动件卡死，连杆与摇杆的夹角γ只允许在45°~135°范围内变化。
ψ0l3φ090°l4l1l2图1 机构运动简图二、基本思路四杆机构的设计要求可归纳为三类，即满足预定的连杆位置要求、满足预定的运动规律要求、满足预定的轨迹要求。
本案例中，要求曲柄作等速转动时，摇杆的转角满足预定运动规律。
优化设计时，通常无精确解，一般采用数值方法得到近似解。
本案例将机构预定的运动规律与实际运动规律观测量之间的偏差最小设为目标，由此建立优化设计数学模型，并运用MATLAB优化工具箱的相关函数进行求解。
三、要点分析优化设计数学模型的三要素包括设计变量、目标函数和约束条件。
依次确定三要素后，编写程序进行计算。
1.设计变量的确定通常将机构中的各杆长度，以及摇杆按预定运动规律运动时，曲柄所处的初始位置角列为设计变量，即(1)考虑到机构各杆长按比例变化时，不会改变其运动规律，因此在计算可取l1为单位长度，而其他杆长则按比例取为l1的倍数。
若曲柄的初始位置对应摇杆的右极限位置，则φ0及ψ0均为杆长的函数，即(2)(3)因此，设计变量缩减为3个独立变量，即(4)2.目标函数的建立以机构预定的运动规律观测量ψEi与实际运动规律观测量ψi之间的偏差平方和最小为指标来建立目标函数，即(5)式中，m为输入角的等分数；ψEi为预期输出角，ψEi=ψE(φi)；ψi为实际输出角。
2019年第2期 33基于Ls -Dyna 的高压断路器传动连杆优化设计董桂华 何 洁 王彩霞（西安航空学院，西安 710077）摘要 本文建立了某型断路器传动系统的有限元模型，利用基于显式动力学方法，将实测的操动机构输出位移曲线作为位移载荷施加于有限元模型，对三相传动连杆在分闸操作过程中的弯曲变形进行计算。
通过不同参数下弯曲量的对比，分析其弯曲原因，并通过与实测应变结果的对比，对计算模型进行验证。
计算结果表明，连杆在操作过程中的弯曲变形主要由惯性力引起。
最终以降低连杆的弯曲变形和von-mises 应力为目标，对连杆进行了优化设计。
关键词：断路器；传动连杆；显式动力学；优化设计Optimization of connecting rod of a circuit breakers based on Ls-DynaDong Guihua He Jie Wang Caixia(Xi ’an Aeronautical University, Xi ’an 710077)Abstract Finite element model of the drive system for a circuit breaker was built. The measured displacement is added on the finite element model. The deformation and von-Mises stress of key parts in the drive system are calculated based on explicit finite element method. The finite element model is validated by experimental results. The results indicate that the deformation of the connecting rod is mainly caused by the inertial force. Then the connecting rod is optimized to reduce the deformation and the von-Mises stress.Keywords ：circuit breakers; drive system; explicit finite element; optimization随着我国电力事业的发展，绝大部分电力设备都实现了国产化，然而目前国产设备与进口设备在可靠性方面仍然有一定的差距[1-2]。
