框架式断路器

框架式断路器操作机构剖析

倪文元

操作机构是框架式断路器的关键部件，断路器的储能、闭合、断开由操作机构承担；操作机构应具备自由脱扣功能，以保证操作者的人生安全；断路器配置的辅助开关与相关脱扣器串接，以保证脱扣器正常动作。辅助开关的动作由操作机构操纵，它的通断与断路器同步对外可提供断路器的通断状态电气信号。操作机构由储能合闸机构和自由脱扣分闸机构组成，操作机构按合闸储能和分闸储能可以分成两类，两类操作机构结构不同各具特点：前者结构复杂零部件多，两套机构各自相对独立，能分别完成储能合闸和脱扣分闸功能；后者具有结构简单零部件少，两套机构融为一体相互借用，装配维修方便，能降低生产成本。两种操作机构孰优孰劣难下定论，前者由于闭合后已储能，所以当断路器断开后，能立即闭合。但是，实际使用中框架断路器遇故障断开后，应查明原因排除故障后，才能合闸。因此，其积极意义并不显现。而后者的经济性比较突出，虽然，分闸后才能储能，但数秒的储能时间不会影响框架断路器的正常工作，利用其良好的经济性可以设计出价廉物美的框架式断路器，这样的产品更符合中国的国情。当然，在设计框架式断路器时应作市场调研，根据市场需求、产品定位等具体情况，选择符合要求的操作机构类型进行设计。

目前，国内框架式断路器的主流产品DW45年销量已达二十余万台，产品质量稳步提高，完全可与施耐德的M型断路器相媲美。DW45及其延伸产品W2、W3的操作机构属于合闸储能类型，以下对DW450操作机构(其结构、原理、功能完全一致)与业内同仁进行共同剖析，深入了解掌握它的结构、原理和功能，为改进以致设计操作机构打下基础。

1储能合闸机构剖析

1.1 储能

见图1所示，由手柄操作或电动操作机构驱动储能轴2带动凸轮1逆时针转动，凸轮1的外轮廓推动储能滚子5使储能杠杆3以O3为支点逆时针转动，在储能杠杆3的推动下，不断压缩储能弹簧13，如图2所示，当安装在凸轮1上释能滚子4压住储能扣片6的下端，储能扣片6以O2为支点顺时针转动，它的另一端扣在储能半轴8缺口处，凸轮1被锁扣，储能结束。此时，手柄操作或电

动操作机构都不能驱动储能轴2转动，被压缩的储能弹簧13的能量被储存在储能杠杆3上待命。

1.2 合闸

见图2所示，合闸装置包括按钮7、释能脱扣器9和杠杆12.。当操作机构符合合闸条件（后面详述）时，杠杆12.的凸台位于储能半轴8的脱扣指上方，手动按动按钮7绕O1顺时针转动，推动杠杆12绕支点O4逆时针转动，下压脱扣指使储能半轴8绕自身圆心顺时针转一角度，储能扣片6解扣绕O2顺时针转动解扣，凸轮1同时解扣绕储能轴2圆心逆时针转动，储能杠杆3在被压缩的储能弹簧13的作用力下绕O3顺时针转动，见图7所示，储能杠杆3上的击打轴将储能弹簧13的能量瞬间释放在连杆27的受击滚子21上，由于杠杆22与安装在分闸扣片18上的轴承19、分闸扣片18与分闸半轴23此前已在再扣位置，所以Oa点可视为固定点，受击连杆27绕Oa点顺时针转动，带动连杆26推动悬臂24逆时针转动，断路器闭合。

用释能脱扣器9驱动动力杆10推动杠杆12重复上述动作，实现电动合闸。

1.3 合闸条件

只有杠杆12.的凸台位于储能半轴8的脱扣指上方时，操作机构才符合合闸条件，DW45操作机构是通过控制杠杆12.实现的。

1.3.1 储能

如图3所示，操作机构已储能，储、释能指示31下面的凸台落入凸轮32的缺口中，档杆33顺时针转过让开，杠杆12在拉簧30作用下右移，杠杆12.的凸台位于储能半轴8的脱扣指上方，可合闸。如图4所示，操作机构已释能，储、释能指示31下面的凸台被凸轮32外轮廓抬起，档杆33逆时针转过，杠杆12被挡住不能合闸。

1.3.2 分闸

如图5所示，操作机构已合闸，与主轴一体的悬臂34后部压住分、合闸指

示件35，迫使档杆36逆时针转动，杠杆12被挡住不能合闸。如图6所示，操作机构已分闸，与主轴一体的悬臂34后部脱离分、合闸指示件35，档杆36顺时针转过让开，杠杆12在拉簧30作用下右移，杠杆12.的凸台位于储能半轴8的脱扣指上方，可合闸。

1.3.3 欠压脱扣器

欠压脱扣器正常工作状态即吸合状态，表示主电路电压正常，它的动力杆吸合上抬，分闸半轴23再扣。

2自由脱扣分闸机构剖析

2.1自由脱扣机构

操作机构与触头系统的连接是通过自由脱扣机构实现的。自由脱扣机构有两种工作状态：（1）再扣状态：操作机构与触头系统相连，可对断路器进行闭合操作，此时自由脱扣机构为四连杆；（2）脱扣状态：操作机构与触头系统解扣，断路器分闸，自由脱扣机构消除一支点四连杆变为五连杆，脱扣瞬间触头系统的位

置与操作机构无关，以保证操作者安全。

见图7～8所示，自由脱扣机构由分闸半轴23、分闸扣片18、杠杆22、连杆26、连杆27、悬臂24组成。见图7所示，自由脱扣机构为再扣状态，断路器闭合，此时自由脱扣机构为四连杆：连杆1-OaOb连线即连杆27、连杆2-ObOc 连线即连杆26、连杆3-OcOd连线即悬臂24、连杆4ad为支座OdOa连线。这时连杆27和连杆26交点Ob点过死点并被销29扣住成一顶杆，触头系统的反力通过悬臂24及顶杆传递至Oa点，使杠杆22绕Oe点逆时针转动，但在杠杆22的缺口处被轴承19档住，此处的力使分闸扣片18绕自身轴逆时针转动，但被分闸半轴23扣住，操作机构保持合闸状态。

2.2分闸

见图7～8所示，分闸装置包括按钮16、导杆15、分闸半轴23、分励脱扣器14。手动按动按钮16绕O1顺时针转动，推动导杆15向右移动，使导杆15右端推动分闸半轴23下部脱口指，使其绕自身圆心逆时针转动，分闸扣片18解扣并绕自身轴逆时针转动，杠杆22随即解扣并绕Oe点逆时针转动，Ob点反向过死点，四连杆解体变为五连杆：连杆1-OaOb连线即连杆27、连杆2-ObOc连线即连杆26、连杆3-OcOd连线即悬臂24、连杆4ae为OaOe连线、连杆5为支座OeOd连线。在触头反力和复位弹簧25的双重作用下，断路器分闸。

用分励脱扣器14（或图中未示出的欠压脱扣器、磁通变换器）的动力杆22推动分闸半轴23的水平面脱口指，重复上述动作，实现电动分闸。

3操作机构工作状态分析

通过上述对操作机构的剖析，我们可以清楚的看到：储能合闸机构有释能、储能两种工作状态；自由脱扣分闸机构有分闸、合闸两种工作状态。那么操作机构有几种工作状态？其实操作机构的工作状态就是上述两种机构工作状态的组合，下面按操作机构工作过程顺序予以介绍。

3.1 合闸储能操作机构

3.1.1 释能—分闸状态

此状态为操作机构的初始自然状态，分别按动合闸、分闸按钮，操作机构无反应见图9所示。

3.1.2 储能—分闸状态