圖1 脫扣器結(jié)構(gòu)圖,。
1. 2 脫扣器機構(gòu)工作原理
脫扣器是一種含有復位裝置的斷路器脫扣裝置,。它將磁性元件、導磁體,、線圈、襯套,、儲能器,、驅(qū)動元件等緊湊地安裝在一個體積很小的殼體內(nèi)，并由磁性元件,、殼體,、導磁片、動作元件組成一個特定的磁回路,。常態(tài)下,，銜鐵在永磁體作用下保持吸合狀態(tài)，即磁回路將儲能器處于最大的勢能狀態(tài),，當控制器檢測到主回路過載或短路時,，給脫扣器一個一定強度的短時持續(xù)脈沖信號( 持續(xù)時間有軟件控制)，使線圈通有電流而產(chǎn)生反向磁通,，破壞了脫扣器內(nèi)的磁回路,，儲能器釋放能量,，銜鐵彈出推動推桿，再推動斷路器上的牽引桿執(zhí)行動作,，從而使斷路器可靠分閘,。
2 設計時因注意的問題
在選擇脫扣器零件時應注意:
(1) 例如，HSM1z-160 脫扣器中彈簧力原設計P1 = (4. 0 ± 0. 4) N,，P2 = (7. 0 ± 0. 7) N,，生產(chǎn)過程中彈簧力偏下公差時，常常出現(xiàn)脫扣器脫扣而斷路器卻沒有脫扣的情況,。經(jīng)不同彈簧力P1在4. 5 ～ 6 N,，P2在7. 5 ～ 11 N 中的試驗，當P2 >9. 2 N 時,，會出現(xiàn)斷路器機構(gòu)部分已在合閘位置,，但脫扣器卻沒有吸合，從而使斷路器不能可靠合閘的狀況,。經(jīng)過試驗,，最終彈簧力控制在P1 =(4. 8 ± 0. 4) N，P2 = (8. 0 ± 0. 8) N,。由上例可知,，彈簧力與斷路器脫扣力相比，應有一定的裕度,，但裕度不能太大,，否則又增加了再扣力，使斷路器不能可靠合閘;反之,，雖然減小了再扣力,，使斷路器能可靠合閘，但也不能使斷路器可靠分閘,。因此,，彈簧力必須適中。
(2) 線圈串接在線路中,，流過的電流就大,。為減少對電路的影響，線圈的導線應粗,，匝數(shù)要少,。例如，HSM1z-160 脫扣器中原線圈線徑為0. 08 mm,，有效圈數(shù)3000圈,，后線徑改為0. 09 mm，有效圈數(shù)2 500 圈,。
(3)在選擇殼體及鐵心材料的導磁性同時,，要考慮價格及流通度,。實際設計中，因受體積及材料價格的限制,，參考脫扣力,、磁鋼參數(shù)應先確定。
(4)脫扣器與斷路器之間的行程設計也應合理,，否則會影響到脫扣器對斷路器的沖擊力,，以及再扣時斷路器對脫扣器的作用力。例如:HSM1z-160 脫扣器中推桿長度由4. 5 mm 改為4. 0 mm,，推桿長度與牽引桿間隙因確保在0. 5 ～ 1 mm 范圍內(nèi),，過小會影響沖擊力;反之，會減小脫扣行程,。
3 結(jié)構(gòu)零件技術參數(shù)分析
以智能型斷路器生產(chǎn)的各個規(guī)格的脫扣器為例作比較,，大致可分為2 種:① 將儲能器放在執(zhí)行部件中，且在磁回路里(暫且稱作A 類);② 將儲能器放在執(zhí)行部件外,，且不在磁回路里( 暫且稱作B 類),。規(guī)格為A 類的，適用于結(jié)構(gòu)緊湊,、體積小的殼架電流;規(guī)格為B 類的,，適用于規(guī)格A類以外的整個斷路器系列。其中,，HSM1z-160 脫扣器結(jié)構(gòu)屬于規(guī)格為A 類的型式,。
由HSM1z-160 智能型斷路器內(nèi)部空間的關系，要求脫扣器的設計體積必須小,，也就對脫扣器的各個零件設計要求比較嚴格,，作為關鍵件或主要件來設計。設計中,，雖然每個零件都很重要,，但實際生產(chǎn)中對脫扣器影響較大的卻是個別。從HSM1z-160 脫扣器最初生產(chǎn)的幾千個脫扣器中發(fā)現(xiàn),，影響比較大的零件是殼體和銜鐵,。最初,，由于殼體和銜鐵的材料為鐵鎳軟磁合金,，不是常備材料，加工前要求真空退火處理,，加工后又要進行真空退火處理,，因此，不但加工周期長,，且價格比較貴,，再加上鐵鎳軟磁合金容易變形,，除加工成形時有報廢外，電鍍時更易變形,。雖然,，工藝從滾鍍到吊鍍有所改變，但同端板鉚合時還會變形,。殼體變形會導致殼體密封性降低,，也就增大了磁路氣隙，進而影響脫扣脈沖電壓的穩(wěn)定,。殼體的密封不一致比材料對整體的影響更大,，因此，應選擇具有一定導磁性,、又不易變形的材料作殼體更恰當,。
如B 類規(guī)格，就選擇比較常見的冷軋鋼板作為殼體材料,，雖然導磁性降低,，但一致性較好。脫扣器在設計軸時應考慮同端板的配合,，軸徑偏小,，裝配后雖能保證可以自如進出，但會左右擺動,，從而影響產(chǎn)品的可靠性,。在實際設計中，用實踐與理論相結(jié)合的方法解決了軸孔配合問題,。下面對2 類不同規(guī)格的脫扣器設計參數(shù)作一比較,，如表1 所示。
表1 兩種規(guī)格的脫扣器設計參數(shù)
4 功能與技術參數(shù)分析比較
智能型塑殼式斷路器中脫扣器的驅(qū)動電路是一致的,，都是通過脈沖信號控制MOS 管,，通過MOS 管的開關功能控制脫扣器銜鐵的動作。脫扣器功能與技術參數(shù)比較如表2 所示,。
表2 脫扣器功能技術參數(shù)
當然,，線圈匝數(shù)對脫扣器技術參數(shù)也有一定的影響。對于規(guī)格A 類產(chǎn)品而言,，曾對線圈的匝數(shù)減少試驗表明:其對脫扣器技術參數(shù)的影響并不明顯,。
在實際使用中，施加在規(guī)格為A 類與規(guī)格為B 類上的持續(xù)脈沖都應有限,，主要原因有以下2點:
(1)導通時,，流過線圈的電流較大，線圈容易產(chǎn)生發(fā)熱。
(2)導通時,，主回路電流過大,，而總功率是一定的，則主回路電壓就拉低,，使控制器不能正常工作,。
5 實際生產(chǎn)情況分析與改進
在已逐漸投入生產(chǎn)的產(chǎn)品中，現(xiàn)有的技術指標與國內(nèi),、外差距不大,，但是質(zhì)量還不穩(wěn)定。因此,，提高可靠性及產(chǎn)品質(zhì)量不僅是用戶的要求,，也是企業(yè)進行國內(nèi)、外競爭的需要,。
在最初的實際生產(chǎn)過程中,，規(guī)格為A 類的結(jié)構(gòu)，其脫扣器零件,、成品的報廢率居高不下,，不僅浪費了財力、物力,，提高了產(chǎn)品的成本,，也嚴重影響了產(chǎn)品的正常供貨。脫扣器零件作為主要件或關鍵件要求生產(chǎn),，在現(xiàn)有的生產(chǎn)條件下加工出的零件合格率偏低,，每一點不足都可能導致成品的報廢或不穩(wěn)定。這就不適合在現(xiàn)有條件下的批量生產(chǎn),，必將失去產(chǎn)品的競爭力,。因此，產(chǎn)品的改進勢在必行,，主要從以下3 方面進行改進,。
5. 1 殼體的改進
針對殼體來講，首先考慮對材料進行改進,，脫扣器原先采用鐵鎳軟磁合金帶,，雖然導磁性好，但材質(zhì)較軟,，在加工及裝配過程中易變形,，且供貨周期較長，而且沖加工前和加工后技術上都要求進行真空熱處理,，后將材料改為冷軋鋼板,，技術上也不用真空熱處理;其次，對材料表面處理進行改進,，原先材料表面處理為Ep. Ni10Cr0. 3,，現(xiàn)改為Ep. Zn12. c2C。通過以上2 方面的改進后,，脫扣器殼體易變形現(xiàn)象得到很大改進,，同孔端鉚合時保持性較好，解決了脫扣器脈沖電壓不穩(wěn)定現(xiàn)象,，提高了產(chǎn)品的合格率,，不但節(jié)約了成本，還縮短了加工周期,。
5. 2 脫扣器銜鐵的改進
原先脫扣器的銜鐵用鐵鎳軟磁合金棒,，后改為通用的電磁純鐵棒。技術上要求將真空熱處理取消,，表面處理由Ep. Ni10Cr0. 3 改為Ep. Zn12.c2C,。通過以上改進，不但節(jié)約了成本,，還縮短了加工周期,。
5. 3 材料和推桿的改進
在實際生產(chǎn)中，發(fā)現(xiàn)脫扣器同斷路器的配合有不穩(wěn)定現(xiàn)象,，但脫扣器的各零件參數(shù)選擇幾乎達到極限,，于是只能改變推桿。從原先的平面設計改為圓弧面,，利用圓弧面接觸面積小的特點,，相對增大推桿的推力。這樣,，在不增大彈簧力的情況下可解決沖擊力不足的現(xiàn)象,，保證了斷路器的可靠分閘和合閘。
通過以上改進原設計上的不足及改善零件制造過程中的工藝,，對脫扣器殼體的改進,，對脫扣器銜鐵的改進和對脫扣器推桿外形結(jié)構(gòu)進行改進后，經(jīng)過一段時間的批量生產(chǎn),，質(zhì)量明顯提高,，零件的報廢率大幅度下降。因此,，對智能斷路器脫扣器的重新設計與改進,，提高了產(chǎn)品整體的質(zhì)量，提升了產(chǎn)品的競爭力,。
6 結(jié)語
在產(chǎn)品開發(fā)中,，要設計的產(chǎn)品能適合批量生產(chǎn)的才稱得上是好的產(chǎn)品。在實際生產(chǎn)中，脫扣器零件加工工藝的優(yōu)劣對脫扣器動作檢測電壓有著很大影響;有時,，理論設計已非常合理,，但往往一個零件加工工藝稍不太理想，就會引起脫扣器檢測電壓偏出范圍,。因此,，只有經(jīng)過反復摸索試驗，才能設計出適合現(xiàn)有條件下大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品,。本文所述的塑殼式斷路器脫扣的執(zhí)行機構(gòu)屬低壓電器制造技術領域,，在塑殼式斷路器有限的空間內(nèi)設計出具有體積小、功耗低,、動作快及工作可靠性高等特點的產(chǎn)品,，對低壓電器向智能化、模塊化,、小型化,、通信化方向發(fā)展起到巨大的作用。