2、断路器机构设计

电力设备电气绝缘国家重点实验室

Xi ’an Jiaotong University, China

低压断路器机构设计

2、低压断路器机构的多体动力学仿真

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1.低压断路器机构简介

低压断路器的机构一般由传动机构、自由脱扣机构和主轴（转轴）、脱扣轴（牵引杆）等组成

¾手柄和杠杆传动的最大操作力应不超过250N。

超过的断路器，可以配备加长手柄

¾传动机构的消耗功率要小。可采用储能闭合的

电动机传动，电动机的功率可降至0.3-1kW ¾应使固有闭合时间短。采用预储能措施。可以使用电磁铁传动，电磁铁传动速度快。

¾闭合断路器的冲击应尽量小

设计传动机构时应注意：

1.1传动机构

低压断路器的传动机构一般可以分成手柄传动、杠杆传动、电磁铁传动、电动机传动和气压或液压传动等5种

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41.2自由脱扣机构

自由脱扣机构是实现传动机构与触头系统之间联系的一种机构。自由脱扣机构再扣时，传动机构应带动触头系统一起运动，即通过手柄使触头闭合或断开。当自由脱扣后，即解脱了传动机构与触头系统的联系，传动机构的运动与触头系统无关，并且在发生脱扣的瞬间与传动机构的位置无关。一般自由脱口分自动再扣和非自动再扣两种

自动再扣的自由脱扣由手柄自身的重量或自复位弹簧作用下再扣。DW15和DW45系列万能式断路器的再扣可用手柄或电动机储能来实现。

EE 操动机构实质上是一种四五连杆机构

手动分闸时，一旦手柄向左越

连杆机构简化模型

塑壳断路器连杆机构简化模型

连杆、上连杆、跳扣和脱扣器

图3-1 DW45断路器连杆机构及其简化模型

处于分闸位置，五连杆机构

合闸时，连杆4被顶杆顶住不能运动，储能弹簧（6）处于压缩状态，储能弹簧向右推动储能杠杆逆时针转动，进而推动连杆3和连杆2向左运动，然后推动连杆1顺时针转动，最终带动动触头使动触头闭合，当Oc点处于Od，Ob连线的下方

时，机构进入死点，动触头处于稳定状态。DW45断路器连杆机构及其简化模型当机构分闸时，在触头压力，分闸弹簧，电动斥力的作用下，动触头有逆时针转动的趋势，当半轴（4）在脱扣器作用下脱开后，顶杆顺时针运动，这样连杆4脱开顶杆绕Oa顺时针方向转动，Ob点向下移动，当Oc点处于Od，Ob连线的上方后，机构加速

向右运动，直到断路器处于

稳定分闸状态。

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手柄合闸时的四连杆机构图

L——手柄T——跳扣M——锁扣K——触头CB——上连杆BA——下连杆

E——主弹簧（拉力弹簧）

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断路器的合闸力矩与反力矩可以由下图计算

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触头系统的合闸力矩：

一般要求

即

塑壳机构分析模型

为断路器操作机构设基于多体动力学分析软件ADAMS的二次开发及参数低压电器操作机构及应力分析

机构应力分析

低压电器操作机构及应力分析

计算流程：

＊方便地实现几何模型的修改；＊通过参数实现约束的调整；＊可以选择不同过程的仿真；＊方便的后处理曲线显示。

参数化分析特点

机构应力分析

¾MCCB 分闸的动态特性

弹簧力

触头臂受到的电磁力

ANSYS 数据ÆADAMS 轴对称直动式等问题可用ANSOFT

低压电器操作机构及应力分析

机构应力分析

触头主轴角位移仿真与实测对比

机构运动过程仿真结果

机构应力分析

低压电器操作机构及应力分析

的柔体动力学应力分析（ANSYS）

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t /m s

不同合闸角触头闭合实验和低压电器操作机构及应力分析

机构应力分析

发现了在线运行条件下电器的劣化规，为实现智能电器的运行状态自诊断提供了理论基础。

开关电器

实验方法仿真方法操动机构状

态参数电气绝缘状

态参数

机构应力分析

多体动力学模型

机构应力分析

触头杆强度分析

0.00000.00020.00040.00060.00080.0010

50000

100000150000200000力 (N )

时 间 (s)

14匝线圈 18匝线圈 28匝线圈

斥力盘强度分析

斥力与位移曲线

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