圖1 脫扣器結(jié)構(gòu)圖,。
1. 2 脫扣器機(jī)構(gòu)工作原理
脫扣器是一種含有復(fù)位裝置的斷路器脫扣裝置。它將磁性元件,、導(dǎo)磁體,、線圈、襯套,、儲(chǔ)能器,、驅(qū)動(dòng)元件等緊湊地安裝在一個(gè)體積很小的殼體內(nèi)，并由磁性元件,、殼體,、導(dǎo)磁片、動(dòng)作元件組成一個(gè)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(chǔ)能器處于最大的勢(shì)能狀態(tài),，當(dāng)控制器檢測(cè)到主回路過(guò)載或短路時(shí),，給脫扣器一個(gè)一定強(qiáng)度的短時(shí)持續(xù)脈沖信號(hào)( 持續(xù)時(shí)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(chǔ)能器釋放能量，銜鐵彈出推動(dòng)推桿,，再推動(dòng)斷路器上的牽引桿執(zhí)行動(dòng)作,，從而使斷路器可靠分閘。
2 設(shè)計(jì)時(shí)因注意的問(wèn)題
在選擇脫扣器零件時(shí)應(yīng)注意:
(1) 例如,，HSM1z-160 脫扣器中彈簧力原設(shè)計(jì)P1 = (4. 0 ± 0. 4) N,，P2 = (7. 0 ± 0. 7) N，生產(chǎn)過(guò)程中彈簧力偏下公差時(shí),，常常出現(xiàn)脫扣器脫扣而斷路器卻沒(méi)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(yàn),，當(dāng)P2 >9. 2 N 時(shí),，會(huì)出現(xiàn)斷路器機(jī)構(gòu)部分已在合閘位置，但脫扣器卻沒(méi)有吸合,，從而使斷路器不能可靠合閘的狀況,。經(jīng)過(guò)試驗(yàn),，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(yīng)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(guò)的電流就大。為減少對(duì)電路的影響,，線圈的導(dǎo)線應(yīng)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(dǎo)磁性同時(shí)，要考慮價(jià)格及流通度,。實(shí)際設(shè)計(jì)中,，因受體積及材料價(jià)格的限制，參考脫扣力,、磁鋼參數(shù)應(yīng)先確定,。
(4)脫扣器與斷路器之間的行程設(shè)計(jì)也應(yīng)合理，否則會(huì)影響到脫扣器對(duì)斷路器的沖擊力,，以及再扣時(shí)斷路器對(duì)脫扣器的作用力,。例如:HSM1z-160 脫扣器中推桿長(zhǎng)度由4. 5 mm 改為4. 0 mm，推桿長(zhǎng)度與牽引桿間隙因確保在0. 5 ～ 1 mm 范圍內(nèi),，過(guò)小會(huì)影響沖擊力;反之,，會(huì)減小脫扣行程。
3 結(jié)構(gòu)零件技術(shù)參數(shù)分析
以智能型斷路器生產(chǎn)的各個(gè)規(guī)格的脫扣器為例作比較,，大致可分為2 種:① 將儲(chǔ)能器放在執(zhí)行部件中,，且在磁回路里(暫且稱(chēng)作A 類(lèi));② 將儲(chǔ)能器放在執(zhí)行部件外,，且不在磁回路里( 暫且稱(chēng)作B 類(lèi))。規(guī)格為A 類(lèi)的,，適用于結(jié)構(gòu)緊湊,、體積小的殼架電流;規(guī)格為B 類(lèi)的，適用于規(guī)格A類(lèi)以外的整個(gè)斷路器系列,。其中,，HSM1z-160 脫扣器結(jié)構(gòu)屬于規(guī)格為A 類(lèi)的型式。
由HSM1z-160 智能型斷路器內(nèi)部空間的關(guān)系,，要求脫扣器的設(shè)計(jì)體積必須小,，也就對(duì)脫扣器的各個(gè)零件設(shè)計(jì)要求比較嚴(yán)格，作為關(guān)鍵件或主要件來(lái)設(shè)計(jì),。設(shè)計(jì)中,，雖然每個(gè)零件都很重要，但實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)脫扣器影響較大的卻是個(gè)別,。從HSM1z-160 脫扣器最初生產(chǎn)的幾千個(gè)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(jìn)行真空退火處理,，因此，不但加工周期長(zhǎng),，且價(jià)格比較貴,，再加上鐵鎳軟磁合金容易變形，除加工成形時(shí)有報(bào)廢外,，電鍍時(shí)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(shí)還會(huì)變形,。殼體變形會(huì)導(dǎo)致殼體密封性降低，也就增大了磁路氣隙,，進(jìn)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(duì)整體的影響更大，因此,，應(yīng)選擇具有一定導(dǎo)磁性,、又不易變形的材料作殼體更恰當(dāng)。
如B 類(lèi)規(guī)格,，就選擇比較常見(jiàn)的冷軋鋼板作為殼體材料,，雖然導(dǎo)磁性降低,，但一致性較好。脫扣器在設(shè)計(jì)軸時(shí)應(yīng)考慮同端板的配合,，軸徑偏小,，裝配后雖能保證可以自如進(jìn)出，但會(huì)左右擺動(dòng),，從而影響產(chǎn)品的可靠性,。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，用實(shí)踐與理論相結(jié)合的方法解決了軸孔配合問(wèn)題,。下面對(duì)2 類(lèi)不同規(guī)格的脫扣器設(shè)計(jì)參數(shù)作一比較,，如表1 所示。
表1 兩種規(guī)格的脫扣器設(shè)計(jì)參數(shù)
4 功能與技術(shù)參數(shù)分析比較
智能型塑殼式斷路器中脫扣器的驅(qū)動(dòng)電路是一致的,，都是通過(guò)脈沖信號(hào)控制MOS 管,，通過(guò)MOS 管的開(kāi)關(guān)功能控制脫扣器銜鐵的動(dòng)作。脫扣器功能與技術(shù)參數(shù)比較如表2 所示,。
表2 脫扣器功能技術(shù)參數(shù)
當(dāng)然，線圈匝數(shù)對(duì)脫扣器技術(shù)參數(shù)也有一定的影響,。對(duì)于規(guī)格A 類(lèi)產(chǎn)品而言,，曾對(duì)線圈的匝數(shù)減少試驗(yàn)表明:其對(duì)脫扣器技術(shù)參數(shù)的影響并不明顯。
在實(shí)際使用中,，施加在規(guī)格為A 類(lèi)與規(guī)格為B 類(lèi)上的持續(xù)脈沖都應(yīng)有限,，主要原因有以下2點(diǎn):
(1)導(dǎo)通時(shí)，流過(guò)線圈的電流較大,，線圈容易產(chǎn)生發(fā)熱,。
(2)導(dǎo)通時(shí)，主回路電流過(guò)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(shí)際生產(chǎn)情況分析與改進(jìn)
在已逐漸投入生產(chǎn)的產(chǎn)品中,，現(xiàn)有的技術(shù)指標(biāo)與國(guó)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(jìn)行國(guó)內(nèi),、外競(jìng)爭(zhēng)的需要。
在最初的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,，規(guī)格為A 類(lèi)的結(jié)構(gòu),，其脫扣器零件,、成品的報(bào)廢率居高不下，不僅浪費(fèi)了財(cái)力,、物力,，提高了產(chǎn)品的成本，也嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的正常供貨,。脫扣器零件作為主要件或關(guān)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(diǎn)不足都可能導(dǎo)致成品的報(bào)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(jìng)爭(zhēng)力。因此,，產(chǎn)品的改進(jìn)勢(shì)在必行,，主要從以下3 方面進(jìn)行改進(jìn)。
5. 1 殼體的改進(jìn)
針對(duì)殼體來(lái)講,，首先考慮對(duì)材料進(jìn)行改進(jìn),，脫扣器原先采用鐵鎳軟磁合金帶，雖然導(dǎo)磁性好,，但材質(zhì)較軟,，在加工及裝配過(guò)程中易變形，且供貨周期較長(zhǎng),，而且沖加工前和加工后技術(shù)上都要求進(jìn)行真空熱處理,，后將材料改為冷軋鋼板，技術(shù)上也不用真空熱處理;其次,，對(duì)材料表面處理進(jìn)行改進(jìn),，原先材料表面處理為Ep. Ni10Cr0. 3，現(xiàn)改為Ep. Zn12. c2C,。通過(guò)以上2 方面的改進(jìn)后,，脫扣器殼體易變形現(xiàn)象得到很大改進(jìn)，同孔端鉚合時(shí)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(jìn)
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(shù)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(guò)以上改進(jìn),，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(jìn)
在實(shí)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(dá)到極限,，于是只能改變推桿。從原先的平面設(shè)計(jì)改為圓弧面,，利用圓弧面接觸面積小的特點(diǎn),，相對(duì)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(guò)以上改進(jìn)原設(shè)計(jì)上的不足及改善零件制造過(guò)程中的工藝,，對(duì)脫扣器殼體的改進(jìn),，對(duì)脫扣器銜鐵的改進(jìn)和對(duì)脫扣器推桿外形結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的批量生產(chǎn),，質(zhì)量明顯提高,，零件的報(bào)廢率大幅度下降。因此,，對(duì)智能斷路器脫扣器的重新設(shè)計(jì)與改進(jìn),，提高了產(chǎn)品整體的質(zhì)量，提升了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力,。
6 結(jié)語(yǔ)
在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，要設(shè)計(jì)的產(chǎn)品能適合批量生產(chǎn)的才稱(chēng)得上是好的產(chǎn)品,。在實(shí)際生產(chǎn)中,，脫扣器零件加工工藝的優(yōu)劣對(duì)脫扣器動(dòng)作檢測(cè)電壓有著很大影響;有時(shí)，理論設(shè)計(jì)已非常合理,，但往往一個(gè)零件加工工藝稍不太理想,，就會(huì)引起脫扣器檢測(cè)電壓偏出范圍。因此,，只有經(jīng)過(guò)反復(fù)摸索試驗(yàn),，才能設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)屬低壓電器制造技術(shù)領(lǐng)域,，在塑殼式斷路器有限的空間內(nèi)設(shè)計(jì)出具有體積小,、功耗低、動(dòng)作快及工作可靠性高等特點(diǎn)的產(chǎn)品,，對(duì)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,。