1000A智能型万能式断路器设计—毕业设计.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流1000A智能型万能式断路器设计毕业设计.精品文档.毕 业 论 文题 目： 1000A智能型万能式断路器设计 系： 电气与信息工程系 专业：电气工程及其自动化班级：0学号：0201120109 学生姓名： XXX 导师姓名： XXX 完成日期： 2009-06-12 毕 业 设 计题 目： 1000A智能型万能式断路器设计 系： 电气与信息工程系 专业:电气工程及其自动化班级:0201学号:0201120109学生姓名： XXX 导师姓名： XXX 完成日期： 2009-06-12 毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目： 1000A智能型万

2、能式断路器设计 姓名 XXX系别 电气与信息工程系 专业 电气工程及其自动化班级XX1学号0201XX09指导老师 XXX 教研室主任 XXX 一、 基本任务及要求：1. 断路器整体结构设计。 2. 智能脱扣器设计，这一部分是重点，包括互感器设计计算，参量采样，输出模块设 计，硬件设计，软件设计等。 3. 电磁兼容设计。 4. 各功能模块的配合，全部器件的装配。 二、 进度安排及完成时间： 第一周到第三周：查阅资料、撰写文献综述、撰写开题报告 第三周：查阅资料总体方案的确定 第四周到第五周：硬件系统的设计 第五周到第八周：软件设计 第九周到第十三周：撰写毕业设计说明书（论文） 第十四到第十五周

3、：修改、装订毕业设计说明书（论文） 第十六周：毕业设计答辩 诚 信 声 明本人声明：1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。作者签名： 日期： 年 月 日目 录摘要.Abstract. 第1章 绪论.11.1 智能型万能式断路器的开发与意义11.2 智能脱扣器的发展11.3 万能式断路器21.4 智能监控单元31.5 课题来源及主要研究内容4第

4、2章 断路器的设计 52.1 断路器的设计要点及总体结构52.1.1 断路器结构概述52.1.2 断路器主要参数62.1.3 断路器设计要点62.1.4 总体结构的布置82.2 断路器零部件的设计82.2.1 触头系统的设计82.2.2 灭弧室的设计112.2.3 断路器操作机构的设计112.3 本章小结13第3章 智能脱扣器硬件的设计 143.1 智能脱扣器的基本功能143.2 智能脱扣器的工作原理153.3 智能脱扣器的主要结构及系统163.4 智能脱扣器的设计原理173.4.1 电压和电流的计算173.4.2 功率和功率因数的计算183.5 智能脱扣器的使用183.6 智能脱扣器实时任务

5、的分类与调度203.7 本章小结21第4章 智能监控单元的设计方法224.1 智能监控单元的功能及结构组成224.1.1 智能监控单元的基本功能224.1.2 智能监控单元硬件功能模块的划分224.2 智能监控单元的硬件设计及数据采集234.2.1 智能监控单元的硬件设计234.2.2 现场参量采集与传输234.2.3 输入通道的基本结构设计244.3 智能监控单元的软件设计方法264.3.1 智能监控单元软件的层次设计方法264.3.2 整体结构设计274.4 实时多任务调度系统284.4.1 任务的划分294.4.2 任务的管理与协调304.4.3 任务调度方法和执行过程314.5 智能电

6、器单元软件的数据格式设计324.6 智能监控软件的程序设计344.7 智能电器监控单元的电磁兼容性设计384.7.1 电磁兼容性的基本概念和电磁干扰的传播途径394.7.2 监控单元硬件的电磁兼容性设计404.7.3 印刷电路板（PCB）的抗干扰设计424.7.4 智能监控单元软件的抗干扰措施424.7.5 电磁兼容的试验目的444.8 本章小结44结 束 语45参 考 文 献46致 谢47附录A 智能脱扣器的外形48附录B 断路器的操作结构491000A智能型万能式断路器设计摘要：智能型万能式断路器是断路器中重要品类的一种，在供配电系统中占有很大的分量。随着用电系统的规模和等级不断扩大，系统

7、的网络结构和运行方式日趋复杂，传统的断路器已经越来越难满足系统的可靠性、准确性和实时性的要求。智能型万能式断路器以其可靠性高、准确性高和实时性好等优点而得到了广泛的应用。本次设计以DW-40为参考，在原有的断路器的基础上以1000A为额定电流进行设计，添加了各种抗干扰的程序，力求使断路器达到智能化的要求，并对其中运用的元件进行了详细的介绍。关键词：智能型；万能式；断路器；智能脱扣器 Design of 1000 -Intellingent Conventional Circuit BreakerABSTRACT： The intelligence multi-purpose circuit b

8、reaker is in the circuit breaker the important category one kind, in supplies in the electrical power distribution system to hold the very great component. Along with uses electricity the system scale and the rank unceasingly expands, system network architecture and movement way day by day complex,

9、the traditional circuit breaker has been more and more difficult to satisfy the system the reliability, the accuracy and the timely request. The intelligence multi-purpose circuit breaker by its reliability high, the accuracy high and timeliness was good and so on the merit obtained the widespread a

10、pplication. This design take DW-40 as the reference, as the nominal current carries on the design in the original circuit breaker foundation take 1000A, increased each kind of antijamming procedure, makes every effort to enable the circuit breaker to achieve intellectualized the request, and has car

11、ried on the detailed introduction to utilization part.Key word: Intelligence type；all-powerful； circuit breaker； intelligent release第1章 绪论1.1 智能型万能式断路器的开发与意义随着国民经济的发展，技术的不断进步，无论是工业的生产还是人民的日常生活都对电力系统的供电质量提出了越来越高的要求；能够实现不间断供电，即使断电也必须要求断电时间尽可能的短、停电范围尽可能的小。这就要求供电系统具有比较高的自动化程度和智能化水平，当电力系统出现一些故障时，系统中的智能保护

12、设备能即时识别故障类型，快速切除系统中的故障部分，防止故障进一步扩大，使整个系统能够正常运行。断路器是用于接通、分断电力系统以及对各种故障进行保护控制的一种开关器件，具有过载、短路、接地、漏电等故障保护功能，其保护功能主要通过各种检测单元对断路器进行开合操作来实现。传统的断路器的检测单元和保护功能大多是通过电磁元件来完成，其抗干扰能力差，动作时间长，保护精度较低，整定起来比较困难；而且没有自检测和自诊断功能，如果元件受到损坏，极有可能引起误动作。随着人们对供电系统自动化程度要求越来越高，对断路器也提出了更高的要求：对单台断路器要求其自动化、智能化、模块化；对于供电系统中多台断路器要求能实现联网

13、控制，集中监控。为了完善断路器的各种保护功能，降低功耗，进一步提高断路器工作的可靠性和稳定性，断路器的保护器件由电子式向数字智能化方向发展。随着计算机、微处理器和数字处理技术的飞速发展，出现了带高性能微处理器的智能控制器，提高了断路器的智能化程度。智能脱扣器就是其中最具代表性的一类断路器的智能控制器，其作为智能断路器的核心设备，基本功能是对主回路进行故障保护。智能脱扣器可以实时显示电网的有关参数，允许用户根据具体的情况来设置各种保护参数，具有自检测功能和报警功能，同时提供网络通讯接口，方便和计算机进行通信。若干个智能断路器通过现场总线组成智能供电系统，实现电力系统遥测、遥控、遥信和遥调功能。1

14、.2 智能脱扣器的发展智能脱扣器有着传统许多脱扣器无法比拟的优点，在国内外受到普遍重视。纵观脱扣器的发展历史，主要可以分为以下三个阶段：第一阶段的脱扣器为电磁式脱扣器，其检测单元是铁心电流互感器，线性差，精度低，能耗大：其动作单元是热继电器，主要靠双金属片受热弯曲变形而发出脱扣信号，在整定值附近继电器不能准确可靠的动作。并且由于大电流和机械碰撞，双金属片容易产生永久变形使整定值发生变化；热继电器的动作特性会受到环境温度的影响，有很多难以克服的弊端。第二阶段是电子式脱扣器，它主要是通过阻容充放电调整动作时间；通过调整电位器来设定电流的整定值;脱扣信号则通过电压比较器来发出。电子式脱扣器相对电磁式

15、脱扣器，在很大程度上提高了断路器的保护功能，但也存在很多不足：动作时间和电流整定值的调整范围有限，精度不高；不具备监控，显示以及联网的功能。第三阶段就是智能型脱扣器，80年代末，由于计算机技术，微电子技术和网络通讯技术的飞速发展，脱扣器的功能越来越强大，可靠性越来越高，联网方面也发展迅速。以智能型脱扣器为主要控制单元的智能型断路器，具有许多传统断路器无法比拟的优势。国内直到90年代中期才出现电子脱扣器，90年代末期才开始研制基于单片机的多功能脱扣器，可实现断路器的过流、短路等故障保护，但与国外相比还存在很大的差距。开发高性能的智能脱扣器是国内电器行业迫切需要实现的课题，在国内具有广阔的发展前景

16、和用户市场。1.3 万能式断路器智能型万能式断路器分三个阶段开发。1991-1997年以前为框1开发阶段，这是最困难的一个阶段，它是本系列的基础阶段，其任务要开发高性能，高分断的短路器本体和智能控制器。以后的框2（DW45-4000），框3（DW45-6300）都是以框1为基础而开发成功的。框3主体由两大部分组成，即断路器本体和智能控制器，现分叙如下：1.框1基本结构：框1（1000A）是本系列断路器的基本结构及设计基础，其他两个框架都是在此基础上发展而来的。断路器采用模块式结构，由触头系统、灭弧系统、底座、操作机构、智能控制器、失压脱扣器、分励脱扣器、释能电磁铁、抽屉座、辅助开关、各种联锁、

17、附件组成。(1) 触头系统：1000A智能型万能式断路器的触头系统采用一挡触头，动触头由多条回路并联，以提高触头的电动稳定性，其软联接按采用铜编织成，柔性极性。触头支持为压塑件，明显改善了触头系统的绝缘性能。触头系统置于类似塑壳断路器的绝缘底垫中，每相的导电部件由绝缘筋条隔开，使每相的导电部件均由绝缘小室中活动，当产生电弧时，气体不能向左右和上下喷射，只能向上运行，快速进入灭弧室而熄灭。保证上下进线的短路分断能力相同；(2) 灭弧室: 灭弧室置于短路器的上方，采用优良的复合灭弧室。灭弧室壁用绝缘材料压制而成，除灭弧栅片插人绝缘夹板中外，尚有动、静触头引弧片，促进电弧顺利进人灭弧室，灭弧栅片的上

18、方还有灭焰栅使电弧在进入灭弧室后快速熄灭并去游离。把游离区(飞弧区)限制在80 mm以内，没有超出抽屉式断路器最高高度。就是说实现了零飞弧区，保证在电器成套中使用安全可靠。又降低了成套装置的尺寸；(3) 操作机构:智能型万能式短路器的操作机构全系列通用，由储能机构、自由脱扣器、电动机传动机构组成。操作机构设计的关键要掌握反动特性，调整各弹簧的参数，才能做到全系列的机构采用同一形式；(4) 其他：失压脱扣器、分励脱扣器、释能电磁铁采用螺管式，相同的外型尺寸，便于生产。2.框2的基本结构：框2（3200A）是框1基础上发展而成的。由于额定电流从1000A提升到3200A，所以每相由框1的10条并联

19、支路提高到14条并联支路。每相灭弧室也相应增宽，即增加了灭弧能力。利用框2四极断路器可设计成4000A三极断路器，其设计思路较为独特，即将四极断路器中间的两极并联作为B相。其道理是因为中间相（B相）散热较困难，采用二极并联后，减少了发热，因此框2能满足4000A三极的要求。这一挡三极断路器应用得较多，经济效益明显。3.框3基本结构：框3（6300A）则由两个框2断路器并联，因而要解决电流信号采样技术。为了达到最大的通用性，保持采样互感器结构通用，采用调整二次匝数，输出叠加后送入控制器中的微机处理，以达到保护与控制能力。1.4 智能监控单元根据智能型断路器的基本原理，我们这次主要设计的是智能操作

20、的核心部件智能控制单元。该单元能自动识别断路器在工作中的状态，针对不同的状态自动调整断路器的操动机构来实现预计的开断特性，记录和显示断路器的工作状态，并与远端主机进行通信等功能。1.智能化断路器的操作核心是断路器能够根据其工作条件自动地调整开断性能以实现最优操作。智能操作的实现可以充分挖掘现有断路器的潜力，提高操作的可靠性，延长断路器的寿命，这无疑会具有很高的经济效益。设计和实际运行经验表明，断路器的运动特性对其性能有重要影响，因此通过调整断路器的运动特性可以改变断路器的性能。智能操作断路器的工作原理及整个操作过程为：自适应控制单元（即智能控制单元）不断从电力系统中采集某些特定信息，据此来判别

21、断路器当前的工作状态，同时处于操作的准备状态。当变电站的主控室因系统故障而由继电保护装置发送出分闸信号或正常操作向断路器发出操作命令后，控制单元根据一定的算法求得与断路器工作状态对应的操动机构预定的最佳状态，并驱动执行机构将操动机构调整至该状态，从而实现最优操作。显然，自适应控制单元是断路器智能操作实现的核心部件。电参量显示键盘输入A/D转换器采样电路模拟量输入DSP通信脱扣指示自检图1.1 智能控制单元原理图2.智能控制单元的基本功能：(1) 自动识别断路器的工作状态：断路器的工作状态的准确识别是实现智能操作的前提。对于超电流、过载电流、小容性电流和小电感性电流等。(2) 自动调整断路器的操

22、动机构：这是控制单元的核心功能。因此控制单元必须在识别断路器工作状态的基础上确定与之相对应的操动机构的调整量。(3) 记录并显示断路器的工作状态：由于断路器在大多数运行时间内是不动作的，在此期间，本单元的任务是对断路器的工作状态应不断地进行监测，同时它还应记录断路器每次开断情况，包括开断电流的大小、开断类型及是否发生拒分或拒合等信息。短路时还应记录短路电流的变化过程，以便于电力部门进行事故分析及断路器的维护，同时也可通过断路器累积开断电流的大小来表示断路器触头的烧蚀情况。(4) 具有与远端主机进行通信的功能：控制单元可以根据主机的要求将断路器的开断记录传送至上位机，并通过上位机将操作命令及保护

23、参数等配置信息传送过来。1.5 课题来源及主要研究内容根据我们专业的特点和我们的实际动手能力，我们针对当前我国的断路器发展状况及今后的社会需求，我们对智能型万能式断路器进行设计，其主要内容有：1.断路器整体结构设计；2.智能脱扣器的设计，这一部分是重点，包括互感器设计计算，参量采样，输出模块设计，硬件设计，软件设计等；3.电磁兼容设计；4.各个功能模块的配合，全部器件的装配。第2章 断路器的设计2.1 断路器的设计要点及总体结构1000A智能型万能式断路器作为线路和电气设备的过载、欠电压、短路及单相接地保护在各类工矿企业配电系统中大量使用, 它的主体由智能脱扣器构成。它采用的是平面布置(所有的

24、零部件都铺开布置在一块绝缘底版上),这种布置的优点在于容易接触到每一个部件，便于更换易零部件，也便于装配、调整与维修,其缺点是安装面积较大,降低了断路器的经济指标。断路器所需要的部件是根据产品技术任务书的规定进行安装，即按需要而配置。例如，需要电动操作，则需要配制电磁铁或电动机操作机构。又如要求远距离脱扣的话，则需加装分励脱扣器；需要达到欠电压保护的话，则需加装欠电压脱扣器。所必须的部件如何配置合理，要认真对待。但是很难有一个通用的、固定的原则。一般来说，可考虑以下几个方面：1.安装和取下方便。例如灭弧室的安装最好不要采用螺钉紧固,但要固定稳定可靠,如果一定要采用螺钉固定,则不要用2只以上；2

25、.需要调整的部件，要容易触及并看的见。最好设计成可在部件上预先进行调整好。在断路器上进行调整的部件最好放在断路器前面,以便调整；3.各部件的各部件的接线要方便，特别是辅助开关的接线应能在面进行操作接线；4.操作机构要操作方便，便于安装；5.任何部件都不应有悬空的端子。不便在部件上接线的端子,应把引线接到接线方便的端子排上,以便用户自行接线1。2.1.1 断路器结构概述1000A智能型万能式断路器由本体和抽屉座两部分组成。断路器本体由操作机构、触头系统、灭弧室、绝缘底座、脱扣器、二次插接件和辅助开关等组成。侧视图成田字形布置，左上方设置各种附件，左下面为操作机构；右上方布置灭弧室和触头系统；右下

26、方布置有电流互感器。上下左右之间有绝缘隔离，需要联结的活动部位的间隙控制在最小值，使触头系统在分断短路电流时所产生的气体不致喷射到脱扣操作机构系统，也不会喷射到互感器，达到双重效果。正面为两层川型布置，上层左为智能控制器，中间为操作机构，右边为电动机操作和手柄。下层为三相主电路，互相间绝缘可靠，使其不可能产生相间短路。图2.1 1000A智能断路器结构图2.1.2 断路器主要参数表2.1 DW40脱扣器整定值及误差 长延时 短延时瞬时接地故障Ur1误差Ir2误差Ir3误差Ir4误差(0.41)In10%(0.41)In10%1.01In50KA15%(0.21)In最大1200A最小160A1

27、0%表2.2 智能型万能式断路器长延时和定时限特性1.05lr11.3r11.5lr1整定时间(s)1530601202404802h不动作1h动作2.0lr1整定时间(s)8.416.933.767.5135270延时时间(S)可返回时间(S)0.10.20.30.40.060.110.230.352.1.3 断路器设计要点1.绝缘配合断路器可能用于不同的场所和不同的污染等级。为了使断路器的工作可靠，在选择电气间隙和爬电距离时要考虑绝缘材料的类别。图2.2 1000A智能型断路器脱扣器保护特性图2.31000A智能断路器接地故障特性2.提高可靠性要保证断路器设计成功，应注意断路器在电气上、机

28、械上和保护方面的可靠性。3.力求上下进线通断能力相等4.检修方便对可维修的断路器，应要求检修方便。设计抽屉式断路器是提高检修方便的措施之一。2.1.4 总体结构的布置断路器的布置大体有平面布置和立体布置两种。平面布置，即所有的零部件，如触头系统、操作机构、各种脱扣器、安装支架、主轴、脱扣轴等都铺开布置在一块绝缘底版上。这种布置方式的优点是容易接触到每一个部件，便于装配和调整，也便于更换易零部件，便于维修。缺点是安装面积较大，降低了断路器的经济指标。立体布置可大大缩小断路器的安装面积，由于有层次的布置势必造成一些部件不易接触，因此给装配、调整、维修带来了一定的困难。在设计大容量断路器时，一般选用

29、并联结构，有两种选择：纵向布置和横向布置。纵向布置是断路器的横向尺寸不变，而改变断路器的高度。优点是可采用标准的配电屏安装，但断开短路电流时电弧只能向侧面或后面喷出，不能利用热流向上的特点，不利于电弧运动。横向布置是断路器的高度不变，只改变断路器的高度。缺点是要采用加宽型的配电屏才能安装大容量断路器，优点是装配较方便，电弧向上喷，对断开短路电流有利1。考虑到装配维修及短路时电弧的扩散，在这里我们选用平面布置和横向布置。2.2 断路器零部件的设计1000A智能型万能式断路器的零部件设计主要考虑以下三个部分：触头系统、操作机构、灭弧室。2.2.1 触头系统的设计所谓触头系统包括触头、载流母线和软联

30、接等部件。对触头的基本要求可概括为:（1） 安全可靠地接通和分断短路电流及以下的所有电流,也就是说除了接通和分断极大的电流外，断路器还应分断临界负载电流。临界负载电流一般认为是4In0.3In；（2）长期通过额定发热电流而不致发生过高温升；（3）达到标准规定的点寿命和机械寿命，在规定的接通和分断次数后，不致有严重的磨损1。为此，在设计触头系统时需考虑以下几个方面：1.触头的型式断路器常用的有对接式触头、桥式触头和插入式触头。在这里我们选用桥式触头。桥式触头有两对触头，这对大容量（1000A以上）断路器有利，可省去笨重的软连接。2.触头的挡数触头有单挡、双挡和三挡之分。这里我们选用双挡触头。双挡

31、触头具有主触头和弧触头，适用于大容量断路器。3.弧角的应用弧角的主要任务是把电弧引入灭弧室，并使用弧根沿弧角迅速运动，以减轻弧角的主要任务是把电弧引入灭弧室，并使弧根沿弧角迅速运动，以减轻弧触头的烧伤。为此弧角做成流线型。一般工作电压越高，弧角越长。在弧角上开槽或加筋引导电弧沿弧角运动的作用1。4.触头开距低压断路器所需的开距很小，在断开短路电流时不会因气隙击穿而发生电弧复燃。在决定断路器开距时，要考虑以下三点：（1）保证断路器在断开短路电流时断路器不会因为动触头和停档碰撞引起的反弹而再次接通电路；（2）保证断开临界电流；（3）尽可能使灭弧室的空间得到充分利用，触头开距尽可能取大些。取触头开距

32、为1570mm。我们选用的是双挡触头，因此当弧触头刚接触时，主触头的开距（小开距）在25mm。5.触头压力断路器的触头压力主要取决于极限短路通断能力，必须保证触头在通过短路电流时不致因电动斥力而产生跳动或引起熔焊。因此，要求触头压力要大于触头间的电动斥力。电动斥力可按下式决定：（2.1）式中：F触头间的电动力(N)；I流过触头的电流(A)；触头的直径(m)；触头接触点的直径(m)。其中d0可用下式决定: （2.2）式中：触头间接触压力(N)；HB触头材料的布氏硬度。弧触头的压力一般取主触头的1/31/2。限流断路器的触头压力越小越好,满足触头长期的导电能力和避开电路中可能出现的起动电流。6.电

33、动补偿当分断电流增大时,按（2.1）计算出的触头压力很大，给机构设计造成困难。为了减少所需的触头压力弹簧，可采用多种型式的电动力补偿措施。采用多个触头并联是措施之一。如果有n个触头并联，则总的斥力在理论上可降低到原来的1/n。但触头并联数不宜太多，否则使触头结构复杂，不利于制造和装配。另一方面，照成电流分布不均，使两侧触头电流较大，反而减小补偿的效果，也使得两侧触头发热严重。一般使得每个触头的额定电流约为250500A。7.触头材料主触头一般不断开电弧，主要要求它能长期有导电能力，有一定的机械强度，在规定的机械寿命下不致压踏变形。弧触头承担分断电弧，主要要求触头材料抗熔焊性能好，耐电弧灼烧。触

34、头的几何尺寸与额定电流关系不大，主要取决于电磨损和载流母线的尺寸以及由于制造偏差所造成的动、静触头之间的相对位移。触头的厚度为24mm。8.触头超程主要是主触头的超程，它决定于传动杆的磨损和触头的磨损，必须保证在寿命终了时，主触头仍能可靠地接触，一般取26mm。9.载流导体和软连接截面的选择必须保证它们在长期工作时不超过温升的规定。母线尺寸确定后，可按下式验算： （2.3）式中：I流过导电板的电流（A）；导电板的电阻率（）；KT导电板表面的传热系数W/（m2K）；P导电板横截面的周长（m）；S导电板的横截面积（m2）。载流体的截面可按电流密度Jb来决定。断路器母线电流密度为取0.86A/mm2

35、。额定电流大的断路器取小的电流密度，额定电流小的断路器取较大的电流密度。在设计时应力求避免电流回路所产生的磁通经过铁磁物质而造成闭路，由于涡流损耗导致铁磁部分发热，使断路器的母线和触头温升都上升。10.磁吹为了把电弧驱入灭弧室，有时要考虑磁吹，特别是在直流的情况下，加磁吹线圈是有效的灭弧措施之一。但是加磁吹线圈会使断路器的结构变的更复杂，这里我们不选用。2.2.2 灭弧室的设计灭弧室必须保证以下性能：1.为了可靠地熄灭电弧，燃弧时间应尽可能短；2.有足够的热容量，使在熄灭电弧时，灭弧室的温度不致太高，防止灭弧室变形或碎裂；3.尽可能小的飞弧距离；4.有良好的绝缘性能，在受电弧高温灼烧后不容易碳

36、化，而使绝缘电阻下降；5.有足够的机械强度，能承受电弧热能产生的压力；另一方面也能承受产品在装配和运输过程中的振动而不致碎裂；6.尽可能小的外型尺寸和重量1。在设计中采用绝缘材料制成的灭弧室，内装栅片和灭焰栅，使电弧向上进入灭弧室后快速熄灭并游离。出口成窄缝状，构成复式灭弧，使游离气体喷出高度不超过短路器的最大高度，实现了零飞弧区。节约了断路器在电器成套柜中的体积，使尺寸一定的成套柜中可安装多一些电路。灭弧室全部置于断路器的绝缘底座中，增强了灭弧室室壁的机械强度，不致在分断大短路电流时炸裂。置于断路器的上方，采用复式灭弧原理，灭弧室壁用绝缘材料压制而成。灭弧室内有灭弧栅片和灭焰栅片、引弧片等。

37、灭弧室的出口为狭缝状，可把游离区限制在80mm以内。加之抽屉式断路器上方装有罩壳，也就是说实现了零飞弧区，保证在电器成套装置中安全可靠使用。2.2.3 断路器操作机构的设计断路器的闭和与断开由机构来实现。机构包括传动机构、自由脱扣机构和主轴、脱扣轴等。（见附录B）1.传动机构断路器的传动机构可分为手柄传动、杠杆传动、电磁铁传动、电动机传动和气动或液压传动五类。在选择和设计传动机构时应注意到：（1）手柄和杠杆传动的最大操作力最好不超过250N。为了满足这个要求，可以适当的选择手柄长度和转动角度；（2）传动机构消耗功率小，为了降低大容量断路器的消耗功率，可采用储能闭合的电动机传动，这时电动机的功率

38、可降至0.31KW；（3）固有闭合时间小，为了缩短电动机传动储能闭合机构的固有闭合时间，可采用预储能措施。（4）闭合断路器是冲击应尽量小。2.蓄能机构：采用弹簧储能,由储能弹簧、凸轮、储能杠杆、扣板和半轴组成。当扣板扣于半轴时,籍电动或手动带动凸轮顺时针方向转动，推动蓄能杠杆上的滚柱B，使蓄能杠亦顺时针方向转动，其下端则向左移动，使蓄能弹簧压缩。达到蓄能的目的。当推动凸轮到最高点时，凸轮上的滚珠A被扣板锁住，能量以蓄足，这时处于预储能状态，准备断路器闭合。如要释能使断路器闭合时，借手动或释能电磁铁动作，使半轴逆时针转一角度，扣板释放。A也释放，滚珠B在弹簧力推动下迅速下降到凸轮最低凹处，完成释

39、能动作，使断路器触头闭合。3.自由脱扣机构自由脱扣机构是实现传动机构和触头系统之间的联系。自由脱扣机构再扣时，传动机构应带动触头系统一致运动，并使触头闭合。一般，自由脱扣机构分自动再扣和非自动再扣两类。自动再扣的自由脱扣机构是由手柄自身的重量或在复位弹簧作用下再扣。万能式断路器采用的就是这一类的自由脱扣机构。用若干个零件相互扣搭的自由脱扣机构可在受柄的重量下复位。其缺点是没有省力作用，因此闭合操作力较大。为了消除这一缺点，现多采用四连杆变五连杆的自由脱扣机构，当机构闭合后，消除其中一个支点，从而实现自由脱扣1。1-释能脱扣半轴 ,2-杠杆1, 3-连杆2 ,4-储能杠杆,5-储能弹簧,6-凸轮

40、 ,7-连杆1, 8-主轴 ,9-连杆3 ,10-分断脱扣半轴, 11-连杆2图2.4 储能和自由脱扣机构原理图4.欠电压脱扣器：它分为欠电压瞬时脱扣器和欠电压延时脱口器，分励脱扣器用于远距离遥控或热继电器动作分断断路器。过电流脱扣器用于防止过载和负载侧短路。5.电动机与手柄操作机构：采用直流串激电动机作为动力源，高速电动机经齿轮和行星轮变速后带动主轴上的凸轮转动而工作。当蓄能完成后，微动开关动作，切断电动机的电源，电动机停止。手动蓄能时，蓄能手柄能带动主轴转动，但其他部分不会转动。一般手柄来回7次完成蓄能操作。电动机操作机构自成一套体系，蓄能轴与主轴之间通过凹凸型锲口活动联结，装配和拆卸都很

41、方便。6.机构的特性和计算（1）机构的运动特性曲线：它是主动轴的位移（或转角）与被动轴位移（或转角）的关系曲线，即 （2.4）或 （2.5）式中：主动轴的转角； 被动轴的转角； 动触头的行程。（2）断开弹簧的确定：断开弹簧是用来保证触头系统向断开方向运动的，它必须克服运动系统的重力和摩擦力。断开弹簧一般用来防止触头反弹，断开弹簧力一般取闭合弹簧力的10%左右。（3）反力特性曲线计算 反力特性表示为主动轴转角与反作用力的关系 （2.6）或转角与反作用力矩的关系 （2.7）反作用力应包括：各触头的触头压力、断开弹簧的拉力、摩擦力、重力等。（4）闭合功闭合功就是反力特性曲线与横坐标之间所包含的面积。

42、在设计传动装置时，计算闭合功有实用意义。例如在采用电动机传动机构中，如已知闭合功A和电动机的闭合时间为,则所需电动机的功率为（2.8）如断路器采用储能闭合，则可增大，在A为一定的情况下，所需电动机功率较小。2.3 本章小结本章节对断路器的结构及各个部件的设计特点进行了分析，给出了设计所需的计算方程。为后续章节的设计提供了理论基础。第3章 智能脱扣器硬件的设计3.1 智能脱扣器的基本功能智能脱扣器要切断短路故障电流，应满足短路条件下的动稳定和热稳定要求，还必须具备足够的通断能力。智能脱扣器对现场各种被测参量检测和处理的实时性、快速性、准确性要求很高。在正常使用中和用电设备正常起动时，保护电器不会动作，在故障时必须按规范规定的时间内切断故障电路，这是实施规范的最基本目标，也是智能脱扣器的根本任务。所以，智能脱扣器应具备以下基本功能：1.保护功能智能脱扣器的保护可分为非电参量和电参量保护两类。非