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問(wèn)：斷路器淺談

本帖旨在幫助你：

熟悉一般的斷路器的原理和特性。

了解不同類(lèi)型斷路器的優(yōu)缺點(diǎn)。

在選擇斷路器時(shí)，識(shí)別并避免一些常見(jiàn)錯(cuò)誤。

斷路器是一種自動(dòng)操作的電氣開(kāi)關(guān)，旨在防止電路產(chǎn)生由過(guò)載或短路造成的損壞。斷路器最基本的功能是檢測(cè)故障情況，并“立即”中斷電流。與使用過(guò)一次就必須更換的保險(xiǎn)絲不同，斷路器在復(fù)位之后可以繼續(xù)正常工作。

斷路器與保險(xiǎn)絲的區(qū)別

斷路器跳閘后能快速簡(jiǎn)單地復(fù)位，也能修復(fù)電路故障。而如果保險(xiǎn)絲燒壞，可能沒(méi)有現(xiàn)成的保險(xiǎn)絲替換。

斷路器可以幫助操作員避免誤操作。在保險(xiǎn)絲應(yīng)用中，可能會(huì)插入不正確的保險(xiǎn)絲，這會(huì)導(dǎo)致過(guò)早燒壞電路或因故障損壞電路。

斷路器的初始價(jià)格看似較高，但由于出現(xiàn)故障的次數(shù)及應(yīng)用的設(shè)備數(shù)量隨著時(shí)間的推移而增加，采用斷路器可以有助于節(jié)省大量成本。

一些斷路器可以執(zhí)行電路保護(hù)以外的功能，如開(kāi)關(guān)和指示。比如：一些斷路器既可以用作電源開(kāi)關(guān)，也可以用作電路保護(hù)器，而熔斷電路則都會(huì)需要單獨(dú)的電源開(kāi)關(guān)。

更多斷路器和保險(xiǎn)絲的比較，可參見(jiàn)電路保護(hù)器件的差異。

斷路器的類(lèi)型

斷路器的類(lèi)型主要包括以下幾種，我們下面會(huì)做詳細(xì)的介紹：

熱敏式

磁動(dòng)式

液力延遲磁動(dòng)式

熱磁式

熱敏式斷路器

熱敏式斷路器結(jié)合了熱響應(yīng)雙金屬條或圓片。

由于零件必須要加熱后才會(huì)跳閘，因此會(huì)有可預(yù)測(cè)的延遲。

這類(lèi)斷路器具有相對(duì)緩慢的特性曲線，可區(qū)分安全的臨時(shí)浪涌和長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)載。

熱敏式斷路器適用于機(jī)械或車(chē)輛，在啟動(dòng)電機(jī)、變壓器和螺線管時(shí)會(huì)伴隨較大電流。

我們來(lái)進(jìn)一步分析熱敏式斷路器的工作原理：

在接通狀態(tài)下，電流將流過(guò)雙金屬板。如果電流值過(guò)高，會(huì)使雙金屬發(fā)熱并彎曲，進(jìn)而斷開(kāi)觸點(diǎn)，并中斷電流流動(dòng)。

當(dāng)觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)，絕緣體會(huì)滑入觸點(diǎn)之間的位置以保持觸點(diǎn)處于斷開(kāi)狀態(tài)（因此在冷卻時(shí)不會(huì)自動(dòng)復(fù)位），并使其持續(xù)保持該狀態(tài)，直到手動(dòng)復(fù)位斷路器。

通過(guò)觀察其工作原理，我們不難發(fā)現(xiàn)，環(huán)境溫度會(huì)減少或增加額定跳閘電流，但要根據(jù)具體的應(yīng)用來(lái)判斷該特點(diǎn)的優(yōu)劣。

磁動(dòng)式斷路器

磁動(dòng)式斷路器通過(guò)螺線管工作。它利用電磁來(lái)移動(dòng)內(nèi)部電樞，從而斷開(kāi)觸點(diǎn)。

磁動(dòng)式斷路器在達(dá)到閾值電流后立即跳閘。

此類(lèi)斷路器適用于印刷電路板應(yīng)用和控制應(yīng)用中的脈沖斷開(kāi)。

液力延遲磁動(dòng)式斷路器

磁動(dòng)式斷路器常常與液壓延遲相結(jié)合，以承受電流浪涌。

液壓延遲斷路器最好安裝在水平位置，以防重力影響螺線管的移動(dòng)；否則可能需要降低額定值。

磁動(dòng)式斷路器工作原理如下：

流過(guò)線圈的電流使得活塞/磁芯向上或向下移動(dòng)。當(dāng)超過(guò)額定電流時(shí)，磁芯就會(huì)超過(guò)某一點(diǎn)。當(dāng)磁芯位于“極片”附近的一定距離內(nèi)時(shí)，電磁力就足以移動(dòng)電樞，從而斷開(kāi)觸點(diǎn)。

液壓延遲磁動(dòng)式斷路器采用了完全相同的設(shè)計(jì)，但有一個(gè)關(guān)鍵區(qū)別。在簡(jiǎn)單的磁動(dòng)式斷路器中，磁芯會(huì)暴露在空氣中，以減少磁芯運(yùn)動(dòng)的阻力。

液壓延遲零件的磁芯周?chē)鷷?huì)包裹某種液體。液體的粘度越大，延遲時(shí)間就越長(zhǎng)。

熱磁式斷路器

熱磁式斷路器結(jié)合了熱敏和磁動(dòng)式斷路器的優(yōu)點(diǎn)：一方面，延遲功能可避免正常浪涌電流造成的干擾跳閘；另一方面，可借助高電流脈沖實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)。

高過(guò)電流導(dǎo)致螺線管快速觸發(fā)釋放機(jī)制，而熱機(jī)制則響應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間的低值過(guò)載。

此類(lèi)斷路器具有兩步跳閘配置的特點(diǎn)，為昂貴的電氣系統(tǒng)提供快速短路保護(hù)，同時(shí)將系統(tǒng)運(yùn)行中斷的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

熱磁式斷路器工作原理如下：

熱磁式斷路器結(jié)合了這兩種不同的技術(shù)。

如果在等于或低于額定電流的電流下工作，雙金屬元件便不會(huì)移動(dòng)，并且磁芯也不會(huì)拉得足夠遠(yuǎn)以使斷路器跳閘（圖A）。

然而，與熱敏式斷路器類(lèi)似，環(huán)境溫度的大幅升高和/或電流的小幅增加都可能會(huì)使斷路器跳閘（圖B）。

此外，與磁動(dòng)式斷路器類(lèi)似的是，如果電流迅速增加到一定程度，那么斷路器就會(huì)立即跳閘（圖C）。

在需要瞬間跳閘功能并且環(huán)境溫度過(guò)高會(huì)對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生負(fù)面影響的情況下，熱磁式斷路器可憑借上述特性成為你的不二之選。

斷路器的跳閘配置

價(jià)格

在大多數(shù)情況下，熱敏式斷路器的成本無(wú)疑是最低的。位列其后的便是磁動(dòng)式斷路器。價(jià)格最高的是液壓延遲磁動(dòng)式斷路器和熱磁式斷路器。然而，像密封、觸點(diǎn)負(fù)載、材料組成、物理尺寸等規(guī)格都會(huì)對(duì)價(jià)格產(chǎn)生影響。

斷路器選型時(shí)的常見(jiàn)錯(cuò)誤

我們將斷路器選型時(shí)，工程師常犯的六種錯(cuò)誤歸納如下：

為應(yīng)用選定錯(cuò)誤類(lèi)型的斷路器。

設(shè)計(jì)工程師最常犯的一個(gè)錯(cuò)誤是為應(yīng)用選定了錯(cuò)誤的斷路器技術(shù)。因此選型前，設(shè)計(jì)人員需要了解跳閘配置和斷路器的運(yùn)作環(huán)境。

指定過(guò)高的額定值可避免因勵(lì)磁涌流或瞬態(tài)電流引起的干擾跳閘。

工程師們習(xí)慣采用超大尺寸的保險(xiǎn)絲來(lái)防止干擾跳閘。然而，卻沒(méi)有必要使用超大型的斷路器。

與保險(xiǎn)絲額定值不同，斷路器額定值表示斷路器在環(huán)境室溫下能保持的最大電流。因此，10A斷路器會(huì)保持10A的電流而不會(huì)引起干擾跳閘。事實(shí)上，具有慢跳閘配置的典型4A斷路器能承受臨時(shí)的10A電流浪涌而不會(huì)引起跳閘。

通常情況下，干擾跳閘是由與某些電氣元件（主要是電機(jī)、變壓器、螺線管和大電容）相關(guān)的勵(lì)磁涌流引起的。在這種情況下，設(shè)計(jì)者需要指定帶有延遲功能的斷路器。

在設(shè)計(jì)中未考慮間距問(wèn)題。

在非溫度補(bǔ)償熱敏式斷路器之間需要保持建議的最小間距，這一點(diǎn)非常重要。

斷路器之間通常僅需1mm的間距。如果沒(méi)有這種微小的熱間距，斷路器就會(huì)升溫并增加雙金屬跳閘機(jī)制的敏感度。

如果斷路器必須相互接觸，生產(chǎn)廠家的建議是將電流降至正常額定電流的80%（生產(chǎn)廠家規(guī)格書(shū)應(yīng)該列出了具體的降值信息）。

降低額定值容易出現(xiàn)的失誤

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，斷路器的額定負(fù)載應(yīng)為100%。然而，一些應(yīng)用需要斷路器在高溫或低溫下連續(xù)工作。

在這些情況下，請(qǐng)遵循廠商的降額指南。例如，當(dāng)需要10A保護(hù)的應(yīng)用在50℃條件下工作時(shí)，就要求使用12A額定電流的熱敏式斷路器。

不必要地降低額定值

熱敏式斷路器的性能對(duì)環(huán)境溫度的波動(dòng)很敏感。在寒冷的環(huán)境中，它會(huì)在電流較高時(shí)跳閘，而在炎熱的環(huán)境中又會(huì)在電流較低時(shí)跳閘。

工程師的一個(gè)常見(jiàn)錯(cuò)誤是，認(rèn)為在環(huán)境溫度升高時(shí)有必要對(duì)熱敏式斷路器降額。

實(shí)際上，熱敏式斷路器會(huì)跟蹤系統(tǒng)的性能需求，從而假設(shè)它暴露在相同的熱源中。例如，電機(jī)繞組在90℃時(shí)比在20℃時(shí)需要更多的過(guò)熱保護(hù)。冷電機(jī)需要更多的勵(lì)磁涌流才能啟動(dòng)，因此在寒冷條件下，較長(zhǎng)的延遲是有利的。

為高振動(dòng)環(huán)境指定錯(cuò)誤類(lèi)型的斷路器。

通常，磁動(dòng)式斷路器的觸發(fā)器是鉸接的金屬電樞，會(huì)因電磁線圈的移動(dòng)而閉合。正由于這種設(shè)計(jì)，磁動(dòng)式斷路器（和液壓磁動(dòng)式斷路器）特別容易受到振動(dòng)的影響。

與之相反，典型的熱敏式斷路器由熱致動(dòng)器和機(jī)械鎖存器組成。因此，熱敏式斷路器具有很強(qiáng)的抗沖擊和振動(dòng)能力。如果對(duì)某種應(yīng)用而言，磁動(dòng)式斷路器是最適用的，則可使用推拉式致動(dòng)器來(lái)提高其抗振性。這種類(lèi)型的致動(dòng)器帶有鎖存器設(shè)計(jì)。

編輯：jq