1、 畢 業 設 計題 目： 新型塑殼式低壓斷路器設計 系： 電 氣 與 信 息 工 程 系 專業： 電氣工程 班級： 0502 學號： 0501120232 學生姓名： XXXXXXXXXXXXXXXX 導師姓名： XXXXXXXXX 完成日期： 2009年6月20日 誠 信 聲 明本人聲明：1、本人所呈交的畢業設計（論文）是在老師指導下進行的研究工作及取得的研究成果；2、據查證，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，畢業設計（論文）中不包含其他人已經公開發表過的研究成果，也不包含為獲得其他教育機構的學位而使用過的材料；3、我承諾，本人提交的畢業設計（論文）中的所有內容均真實、可信。作者簽名： 日

2、期： 年 月 日畢業設計（論文）任務書 設計（論文）題目： 新型塑殼式低壓斷路器設計 姓名 xxxxxx 系別 電氣與信息工程系 專業 電氣工程及其自動化 班級 0502 學號 0502120232 指導老師 XXXXX 職稱 教 授 教研室主任 XXXXXXXXX 一、基本任務及要求：本課題要求設計一臺采用串聯方式、雙斷口的塑料外殼式單相低壓斷路器。該斷路器主要有導電系統、滅弧室、脫扣器和手柄直接傳動操作機構等組成。主要技術參數為交流50HZ、額定電壓230V、額定電流125A，主要用于配電網絡電能分配時線路與電源設備的過載、短路保護。在正常條件下，可作為線路的不頻繁轉換之用。主要設計內容包

3、括：1、觸頭與滅弧系統設計; 2、過載保護器件設計；3、斷路器總體結構設計；4、產品三維實體造型和電磁性能分析等。 二、進度安排及完成時間： （1）2月20日至3月10日：查閱資料；撰寫文獻綜述和開題報告；確定總體方案。 （2）3月13日至3月24日：畢業實習、撰寫實習報告。 （3）3月27日至5月30日 畢業設計。 3月27日至4月27日 導電系統和滅弧室設計。 4月28日至5月12日 過載保護器件設計。 5月12日至5月20日 斷路器總體結構設計。 5月21日至5月30日 產品三維實體造型和電磁性能分析。 （4）6月1日至6月12日：撰寫畢業設計論文。 （5）6月12日至6月14日：指導老

4、師評閱、電子文檔上傳FTP。 （6）6月15日至6月18日：畢業設計答辯。 目 錄摘 要 Abstract第1章 緒論11.1 塑殼式低壓斷路器的概述11.2 塑殼式低壓斷路器的發展1 1.2.1 配電保護型2 1.2.2 電動機保護型3 1.2.3 家用和類似用途過電流保護型3 1.2.4 剩余電流（漏電）保護型31.3 新型塑殼式斷路器的設計思路41.4 課題的目的與意義5第2章 斷路器的導電系統設計72.1 觸頭的基本要求72.2 觸頭的工作情況72.3 觸頭形式、尺寸和材料的確定8 2.3.1 主觸頭接觸形式的選擇8 2.3.2 斷點形式的選擇8 2.3.3 觸頭尺寸的確定9 2.3.

5、4觸頭材料的選擇92.4 觸頭主要參數選擇10 2.4.1 觸頭開距10 2.4.2 觸頭超程10 2.4.3 觸頭壓力10 2.4.4 接觸電阻112.5 觸頭驗算12 2.5.1 觸頭穩定溫升驗算12 2.5.2 觸頭動穩定性驗算13 2.5.3 觸頭熱穩定性驗算142.6 動靜觸頭設計圖樣142.7 本章小結15第3章 滅弧室設計163.1 滅弧室設計要求163.2 電弧的產生、熄滅及熄弧原理16 3.2.1 電弧的產生16 3.2.2 電弧的熄滅16 3.2.3 交流電弧的熄弧原理173.3 滅弧室的設計18 3.3.1 滅弧裝置的選擇18 3.3.2 滅弧室的結構18 3.3.3 滅

6、弧柵片的形狀19 3.3.4 滅弧柵片隔弧板的選用193.4 導弧板的設計203.5 滅弧能力的估算203.6 本章小結22第4章 熱脫扣器設計（熱雙金屬片設計）234.1 雙金屬片特性和動作原理234.2 雙金屬片的選擇23 4.2.1 結構形狀23 4.2.2 加熱方式234.3 雙金屬片尺寸、位移及推力的計算244.4 雙金屬片動作特性的計算254.5 雙金屬片設計圖樣274.6 本章小結27第5章 電磁瞬動機構的設計285.1 電磁鐵的設計28 5.1.1 電磁鐵結構的選擇28 5.1.2 電磁鐵設計注意事項28 5.1.3 電磁鐵的設計步驟29 5.1.4 確定鐵心尺寸30 5.1.

7、5 線圈部分設計315.2 溫升計算33 5.2.1 線圈熱態電阻33 5.2.2 線圈電阻損耗33 5.2.3 鐵心損耗33 5.2.4 線圈溫升335.3 吸力計算與反力計算33 5.3.1 工作氣隙磁導33 5.3.2 反力計算34 5.3.3 吸力計算345.4 計算電磁鐵的銅重，鐵重及經濟重量35 5.4.1 銅重35 5.4.2 鐵重35 5.4.3 經濟重量355.5 電磁鐵各部分設計圖樣355.6 本章小結36第6章 電磁瞬動機構的設計376.1 Pro/ENGINEER簡述376.2 零件三維造型376.3 零件三維造型整圖386.4 本章小結39結束語40參考文獻41致 謝

8、42新型塑殼式低壓斷路器設計 新型塑殼式低壓斷路器設計摘 要: 低壓斷路器是用于接通、分斷配電電路及對各種故障進行保護的一種開關電器，廣泛應用于低壓配電系統中，是低壓電網系統中重要的配電電器之一。隨著現代工業的發展，電力工業進一步發展，電網的容量不斷提高，對低壓斷路器也提出了更高的要求。本次論文設計的是額定電流125A、額定電壓230V的新型塑殼式低壓斷路器，在借鑒國外同類產品的設計思想和分析樣機的基礎下，查閱相關資料完成了觸頭系統、滅弧系統和電磁系統等的設計、計算和校核，直至數據滿足設計要求。最后利用Pro/E和CAD軟件對產品進行圖形設計。關鍵詞：新型塑殼式斷路器；滅弧室；電磁系統； TH

9、E DESIGN OF NEW MODEL CASE TYPE LOW-VOLTAGE CIRCUIT BREAKERSAbstract: The low-voltage breaker is a switch machine, used in connecting or cutting distribution circuit. And preventing from all kinds of fault. It is used widely in low voltage power distribution system, and one become of the important p

10、ower distribution machines. As the modern industry and electricity developing, the capacity of electric network increasing, the demands of low-voltage circuit breaker become higher.The designed object of my thesis is new model case low-voltage circuit breaker (voltage rating 125A, current rating 230

11、V) .Based on the design and sample of other similar products abroad. I looked up lots of materials and designed the contact system, put out arc system and electromagnetic system. After calculating and checking figures, the data is corresponding to the design. Finally, I made the sketch design of pro

12、duct by Pro/E and CAD soft ware.Keywords: model case circuit breaker ；put out the room；electromagnetism system； 44新型塑殼式低壓斷路器設計第1章 緒 論1.1 塑殼式低壓斷路器的概述塑殼式低壓斷路器是低壓輸配電網中最重要的基礎元件之一，使用于低壓電網交流（50HZ或60HZ）額定電壓在1200V及以下，直流額定電壓在1500V及以下的電路，它不僅可以接通和分斷正常負載電流、電動機工作電流和過載電流，而且可以接通和分斷短路電流。主要用在不頻繁操作的低壓配電線路或開關柜中作為電源開關使

13、用，并線路、電器設備及電動機等實行保護，當它們發生嚴重過電流、過載、短路、斷相、漏電等故障時，能自動切斷線路，起到保護作用，應用十分廣泛。我國塑殼式斷路器的發展過程分為四個階段：按20世紀50年代從原蘇聯引進A3系列原版圖紙進行試制和生產，其規格25A到600A有五個外殼等級，型號為DZ1，產品的外形尺寸大，分斷指標低；60年代中期開發了國內第二代產品，型號為DZ10，規格為100-600A三個外殼等級，外形尺寸比第一代產品縮小許多，分斷指標與第一代相同；隨著生產低壓電器的企業不斷增多且各自為政產品外形和安裝尺寸各不相同，給用戶使用造成困難，為此70年代末，政府組織有關企業進行全國聯合設計，其

14、成果就是現在仍為用戶所采用的DZ20系列產品，該產品與國際先進水平差距不大，而且產品品種多、規格全、附件齊、接線方式多樣化；在開發DZ20系列的同時，國內有些企業引進了國外技術進行試制和生產，對我國塑殼式斷路器的發展起到了很大的推動作用。目前國內企業在塑殼式斷路器產品開發方面，比較有特點的或各項技術經濟指標相對先進的產品很少，大部分是簡單的重復生產，這與低壓電器行業基礎及企業規模有關。由于投入開發資金不足，缺乏開發軟件和基礎研究能力，研究人員太少，因此無法實現全新的設計理念，這是低壓電器行業要有所作為，需要克服的難題。但這些難題靠目前企業自身能力很難解決，需要國內有實力的企業、研究機構和大專院

15、校積極從事這方面的研究工作，與企業結合轉讓技術，以加快產品開發的進度，盡快推出高技術水平的產品。1.2 塑殼式低壓斷路器的分類因為使用場所、場合、條件的不同，低壓斷路器被分為：配電保護型、電動機保護型、家用和類似過電流保護型、剩余電流（漏電）保護型四大類，以下根據這種劃分進行分別介紹。1.2.1 配電保護型以配電保護功能為主的塑殼斷路器的發展大致分為兩種“風格”，以ABB公司、美國西屋公司為代表的所謂歐美派和日本三菱公司、富士公司為代表的日本派。日本產品如三菱公司PSS系列，富士公司S、E、H系列主要突出分斷能力高、體積小。歐美產品如ABB公司S系列和美國西屋公司的C系列產品不過分追求小型化，

16、而是強調綜合性能。所以日本產品體積更小一些，但660V電壓下，由于受滅弧空間的限制，分斷能力相對較低。上述產品總體上都具有小型化、高分斷、多功能、模塊化、附件齊全等特點。新一代產品縮小體積主要從改進產品結構著手，簡化導電回路、緊縮操作機構和脫扣器尺寸，改變主要部件排列方式，有的產品取消軟連接，動觸頭通過軸銷導電。提高分斷能力主要從提高限流能力著手，設計具有高限流效應的電動斥力機構，同時，在外形縮小以后，保留盡可能大的滅弧空間，有效控制電弧反向轉移游離氣體外逸。法國施耐德公司1995年推出一種全新的NS系列塑殼斷路品，采用轉動式雙斷點滅弧系統，體積更小，分斷能力進一步提高。以較少的殼架覆蓋全系列

17、產品，是當前國際上較先進的產品。塑殼斷路器由于受結構上限制，短時耐受電流及短延時分斷能力較低，為此一般不宜作為主開關使用。隨著智能化脫扣器和計算機網絡技術的應用，人們正在研究限流選擇器。一旦成功，塑殼斷路器完全有可能作為主開關使用。屆時，塑殼斷路器與萬能式斷路器的“界線”將逐漸模糊。所以塑殼斷路器發展趨向除了前面介紹的特點外，正在向大容量智能化發展。限流選擇型斷路器是低壓斷路器重要發展方向之一，它的意義不僅在于斷路器本身，而且能大幅度降低低壓成套配電裝置動、熱穩定性要求。對發展新一代緊湊型低壓配電裝置十分有利。電動機保護斷路器的發展進入90年代后，國外主要公司紛紛推出新設計或改進產品，進一步提

18、高分斷能力，增加各種附加功能，使其適合于各種電動機控制中心使用。例如：西門子公司90年代推出3VU系列代替原來3VE系列。額定工作電壓至660V,額定工作電流至52A，3VU采用系列化、模塊化和模數化設計，具有各種附件，如：分勵脫扣、欠電壓脫扣、短路故障顯示、遠距離操作機構、外置式輔助觸頭、門聯鎖操作機構、隔離模塊、各種防護外殼及附加接線端子。金鐘 - 默勒公司的電動機保護斷路器的發展趨向是以轉動式手柄的方向明確指示觸頭的位置。該產品除一般附件外，還配置智能化件，可以與此同時計算機網絡進行通信，實現自動化控制。施耐德公司的GV2系列電動機保護斷路器除上述附件外，可組裝靈活多樣的附加模塊，與D2

19、接觸器組合可以組成自動電動機起動置。該組合電器兼有電動機保護斷路器和接觸器兩者的優點，可靠性高、操作安全、安裝方便靈活。1.2.2 電動機保護型對于小型鼠籠型異步電動機(功率在30kW及以下)保護的塑殼式斷路器，目前仍流通于市場的有20世紀六、七十年代我國自行設計、開發的DZ520(短路分斷能力380V 1.5kA)、DZ1540、DZ1563(短路分斷能力380V 3kA)和80年代引進國外技術制造的M611.3VE1(有多種附件)，M611.3VE1的短路分斷能力大抵在380V 3kA左右。19941995年，上海電器科學研究所與嘉興電氣控制設備廠共同開發了DZ35系列電動機保護型塑殼式斷

20、路器(型號有DZ3525和DZ3563兩種)。DZ3525的額定電流有1、1.6、2.5、4、6.3、10、16、20、25A；DZ3563的額定電流有：16、20、25、32、40、50、63A等。短路分斷能力：DZ3525有380V.3kA、35kA、50kA(后兩種加裝限流部件)，DZ3563為380V.3kA：DZ3525的體積為DZ520的43.13%，DZ3563的體積為DZ1563的50.7%。DZ35系列斷路器帶有模塊式的輔助觸點、分勵脫扣器、欠電壓脫扣器和斷相保護等附件。功率大于30315kW電動機保護型斷路器，CM1、TM30、HSM1、JxM2和S型均有相應的產品供選擇，

21、它們的短路分斷能力分別有400V 1565(80)kA，可適應于MCC(電動機控制中心)離電源較近回路的電動機保護。小型塑殼式斷路器(MCB)現在也有適應小功率電動機保護的產品，如C45NAD(天津梅蘭日蘭公司)和PX200CD(嘉興電控廠)等。1.2.3 家用和類似用途過電流保護型我國最初的家用或類似家用場所保護的是仿蘇(A-25)的DZ425(二極)塑殼斷路器，但性能不高，20世紀60年代中期國內開發了DZ5系列(二極)，70年代開發了DZl5系列(單極、二極)、DZ12系列，70年代末引進德國技術生產了S060系列，80年代初，引進日本技術 了TH一5SB、TH一5DB(二極插入式)系列

22、，80年代中后期，天津梅蘭日蘭公司的C45N和嘉興電控廠引進德國F&G公司的PX200C相繼問世，使家用保護斷路器上了一個新臺階，C45N、PX200C的短路分斷能力均達到4kA(50A及上)6kA(40A及以下)。1.2.4 剩余電流(漏電)保護型為了保護人身免受電擊，我國在20世紀五、六十年代，在一些電力系統維修廠，生產了電壓型漏電保護器。由于它的檢測線圈(或檢測繼電器)串接在變壓器中性點與接地極之間，接地極電阻變化無常，造成精度差，此外，檢測線圈容量不夠，結構簡易，防雷效果差，便逐步退出了應用。60年代后期，我國第一臺電流動作型電子式漏電保護器誕生(主開關是DZ520斷路器)。我

23、國首臺電流動作型電磁式漏電斷路器的型號是DZ5-20L(主開關仍是DZ520斷路器)。70年代中后期，全國聯合設計的新型(DZ15L一40、DZ15L一63)電流動作型電磁式漏電斷路器試制成功，其殼架電流有40A、63A兩種，額定電流663A，漏電動作電流有30mA、50mA、75mA和100mA，是快速型(漏電動作時間0.1s)，斷路器的短路分斷能力為380V3kA和5kA。DZ15L系列是經過國家級鑒定的。進入80年代就有DZL16、DZL18、DZL29、DZL1 18、DZ12L、DZL33、DZL38和DZ10L等，大部分是電流動作型電子(集成電路)式漏電斷路器(帶過載、短路保護和不

24、帶過載、短路保護)。90年代初天津梅蘭日蘭公司生產了Vigi C45EIE(電子式)、VigiC45ELM(電磁式)、Vigi NCIO0等漏電斷路器，漏電動作電流 30mA、快速型(Vigi NCIO0， 有30mA、300mA和500mA幾種，快速動作型)。80年代中期，嘉興電控廠、遵義長征電器八廠又引進德國F&G公司的技術生產了FIN型(不帶過載、短路保護)(In有25A、40A、63A， In 有30mA、l00mA、300mA和500mA)和FILS型(帶過載、短路保護)( In有2A、4A、6A、10A、20A、25A、32A等，In有30mA、50mA、l00mA和300

25、mA)的漏電斷路器。OTT集團于1999年開發試制了S L系列剩余電流動作斷路器規格100A、200A(額定電流40、50、63、80、l00A和100、125、160、200A)，漏電保護原理采用電子與電磁混合型，漏電動作電流有30mA、l00mA、300mA三種，動作時間有快速型(0.2s)和延時型(最大0.5s)，斷路器還有過載和短路保護。極限短路分斷能力達40kA(400V時)，另外還開發了只報警不脫扣型，以適合消防不斷電的要求。對于只報警而不斷電的漏電繼電器，目前有JD1型(電磁式)、JD3(電子式)，在農村使用的LJM型、LTS型(均為電子式)漏電繼電器的額定電流100A、250A

26、，最大達800A，額定漏電動作電流為l00mA、300mA、500mA等種，除了單獨做漏電時聲、光報警之用外，也可與接觸器、斷路器組合成漏電斷路器。1.3 新型塑殼式斷路器的設計思路近年來國外斷路器發展較快，一些著名公司不斷推出框架式斷路器和塑殼式斷路器新產品，覆蓋的電流范圍從幾十安培直至6300A。產品的開發思路是根據整個系統的需要來考慮的，不是單純追求高指標，要同時考慮經濟適用、縮小體積、盡可能減少殼架規格，便于進行標準化設計等。新開發的斷路器均帶有通信接口，可用于總線系統，使系統達到最佳的配合。新型塑殼式斷路器的設計思路：1大電流塑殼式斷路器向電子脫扣器方向發展。近年來國外公司開發的塑殼

27、式斷路器的殼架電流一般從幾十安培至125A(或1600A)。如西門子公司的Sen-tron VL塑殼式斷路器，額定電流從161600A。Moeller公司的NZM系列塑殼式斷路器額定電流從321600A。從近幾年的產品發展來看，殼架電流630A及以上的塑殼式斷路器基本上都已采用電子脫扣器并要具有通信接口，不再采用傳統的熱磁式脫扣器。殼架電流為250A及400A的塑殼式斷路器可帶電子脫扣器也可帶熱磁式脫扣器，可根據用戶需要選用。100A殼架電流以下的產品，考慮到經濟性，目前基本上仍采用傳統的熱磁式脫扣器。但是，因為電子脫扣器具有脫扣特性穩定、可調，便于增加各種保護、測量功能及通信功能，隨著電子技

28、術的進一步發展和電子元器件成本的降低，在塑殼式斷路器中，電子脫扣器全面取代傳統的熱磁脫扣器已是必然的發展趨勢。2新型雙斷點分斷的技術越來越受到重視。近年來在新開發的塑殼式斷路器中，國外越來越多的公司采用了新型雙斷點分斷的技術。如Schneider公司的NS系列；Moeller公司的NZM系列；ABB公司的Tmax系列和GE公司的Record Plus系列等都采用了這種技術。新型雙斷點分斷的技術，不僅通過增加斷點可提高電弧電壓，而且通過采用氣壓管原理提高吹弧能力，使分斷能力大大的提高。新型雙斷點分斷技術一般采用轉動式結構，兩個觸頭斥力的迭加，可使斷開速度大大提高。3對既可帶熱磁式脫扣器又可帶電子

29、式脫扣器的塑殼式斷路器的設計，各公司均采用模塊化的結構，不打開斷路器蓋子就可更換脫扣器，可以方便地適應生產和用戶的需要。例如三菱公司的WS系列和西門子公司的VL系列等。為適應系統的需要，各公司新開發的塑殼式斷路器內部附件均采用盒式附件，以前只有日本三菱和富士公司采用，現在各公司已基本普及這種結構。同時內部附件朝向標準化的，如Moeller公司的NHZ系列四個殼架的內部附件全部統一，使安裝更為方便，既減少庫存又節約了投資。1.4 課題的目的與意義塑殼式斷路器是低壓配電電器中的重要品類，在低壓配電系統占有很大的份量。我國目前已有數百家工廠從事研發和生產低壓斷路器，而與國外產品相比，模塊化和安全性考

30、慮不多。通過十幾年的仿制設計和生產，已積累了一定的實力和經驗，計算機輔助設計的應用提升了開發手段。高精度的數控機床設備使模具加工有了長足的提高，目前所缺的是設計理念和工藝水平。本課題目的是要我們對設計產品各部件有深入的研究和了解，包括對導電系統、滅弧室、熱脫扣器和電磁式瞬動機構等進行研究計算以及優化分析，并進一步掌握斷路器的研究設計方法，為我們投入工作后開發新一代塑殼式斷路器和提出新的設計理念做了很好的鋪墊。工業發達的國家歷來非常重視低壓電器工業的發展，并注意將新技術、新工藝、新材料和新理論運用于低壓電器產品的改進和更新。要設計出具有自主知識產權且國際領先水平的塑殼式斷路器，必須大力加強人力資

31、源的培訓，加強基礎技術、新材料和新工藝的研究，不斷分析國外產品的優劣及標準的不足之處進行自主開發。本課題的意義就在于提高我們的理論應用能力和研究開發能力，以及指明技術研究的方向，為低壓電器行業培養新一代的應用技術人才。 第2章 導電系統的設計2.1 塑殼斷路器觸頭系統的基本要求斷路器的導電系統，又稱為斷路器的觸頭系統。它包括了觸頭、載流連接板、軟連接等。對導電系統的基本要求是：1）能安全可靠地接通和分斷短路電流及其以下的所有電流；2）長期通過額定電流（發熱電流）而不產生超過允許的溫升（它本身的和與之相鄰的絕緣體）；3）能保證所設計的（預期）機械壽命和電氣壽命。并在壽命試驗結束后能達到標準規定的

32、必須驗證的試驗（如溫升、保護特性等）。2.2 斷路器觸頭的工作情況斷路器觸頭的工作可分為四種工作情況：分斷狀態、閉合狀態、閉合過程和分斷過程。觸頭在分斷狀態時，斷口承受電路電壓和工作時出現的過電壓。設計時只要保證斷口間隙與爬電距離有足夠大即可。觸頭在閉合狀態下，流過額定發熱電流時，觸頭的溫升不應超過允許值。當線路發生短時過載及短路時，觸頭應能承受住短時電流產生的電磁斥力，并且觸頭間不應發生熔焊。長期在閉合狀態下工作的觸頭，接觸電阻的阻值應長期保持穩定，受外界的影響小。觸頭在閉合過程工作時，觸頭系統都具有一定的質量和閉合速度，會產生觸頭的碰撞跳動。如果電路的電壓較高，觸頭間隙減小到尚未碰撞前會發

33、生預擊穿。觸頭的跳動會引起觸頭間產生連續的短弧，由于電弧的高溫作用，電極受到高溫的加熱，會引起觸頭的熔焊與侵蝕。觸頭分斷電路的電壓與電流值大于生弧最小值，觸頭間就會產生電弧。電弧會燒損觸頭，破壞絕緣。在嚴重情況下，甚至破壞開關造成短路等事故。為了迅速而有效的熄滅電弧，在電壓與電流增大到一定范圍值之后，就需要滅弧室來幫助滅弧，限制燃弧和游離區域，減小滅弧時間，降低開斷時的過電壓值。2.3 觸頭型式、尺寸和材料的確定2.3.1 主觸頭接觸形式的選擇觸點接觸形式按接觸面外形的幾何形狀可分為點接觸，線接觸和面接觸三種形式。1、點接觸：膜電阻小，但是散熱面積熱容量小，而且要求觸頭曲率半徑要小，以保證必要

34、的壓強，最大限度地和清除膜電阻的影響。2、線接觸：壓力集中，實際壓力強度較大，在中等壓力時，接觸電阻小，而且線接觸的調整方便，并切在觸頭閉和的過程中有相對運動凈化。3、面接觸：多用于固定電接觸中，一般采用螺釘或柳釘等壓緊，壓力很大，使接觸電阻小。此外，由于面接觸的散熱面積及熱容量大，多用于大電流。因本次設計的斷路器電流不大等原因，故選用線接觸形式。2.3.2 斷點形式根據動靜觸頭在分斷狀態的斷點數，可分為單斷點和雙斷點。 單斷點（1）優點：在閉合的過程中有滾、滑運動，可籍此清除觸頭表面的氧化物，保證接觸可靠，故采用銅或銅基的觸頭材料。在同樣觸頭彈簧壓力下，比雙斷點觸頭上的接觸壓力

35、大，故電動穩定性高。觸頭參數易調節。（2）缺點：是觸頭開距大，沖擊能量大，多數情況下必須用軟連接，不利于提高機械壽命。在分斷臨界電流時，燃弧時間長，觸頭有滾滑運動，機械磨損大。 雙斷點（1）優點：滅弧的效果好，在小容量交流電器中，由于利用電流過零時斷點的近陰極效應，可靠地熄滅電弧，不需要加特殊的滅弧裝置，觸頭開距小，沖擊能量小，無軟連接，有利于提高機械壽命。（2）缺點：是觸頭材料必須用銀或銀基合金，在與單斷點同樣的觸頭壓力下，觸點上的接觸壓力小，電動穩定性較低，此外觸頭參數調節不便。因雙斷點觸頭系統增加了一個斷點，加強了短弧的近陰極效應，具有較高的電弧電壓，可提高短路分斷能力。并

36、且該系統在機械結構上避免了軟連接或可轉動的導電連接，提高了接卸和電氣可靠性，在新一代塑殼斷路器中得到廣泛的應用。我參考同類產品和低壓電器設計手冊，選擇雙斷點的接觸形式。2.3.3 觸頭尺寸 靜觸頭 靜觸頭采用矩形平面觸頭， 如圖2.1，取。 動觸頭動觸頭采用橢圓形圓柱面觸頭，如圖2.1，取。 圖 觸頭材料的選擇交流塑殼斷路器采用的觸頭材料有純銀，銀-氧化鎘，銀-氧化錫幾種材料。隨著觸頭品種的增加，制造工藝的改進，觸頭材料使用性能的提高，從節銀方面考慮，逐漸淘汰了純銀觸頭。AgCdO2觸頭材料自30年代問世以來，由于其耐磨損、抗熔焊性好、接觸電阻小等，

37、經過不斷改進，在低壓電器中得到了廣泛的應用，但是它產生的有害金屬蒸汽對環境的污染，對人們的健康的危害，已越來越引起重視。AgSnO2觸頭作為一種新型的銀-氧化物觸頭材料，正逐步取代雖有很好的抗熔焊性能但有極大毒性的AgCdO2，有很強的耐電弧性能，這種材料的熱穩定性比銀氧化鎘高得多，因此，選用AgSnO2觸頭材料取代AgCdO2,可使材料體積減少25%，并能保持同樣的壽命。，大量研究表明AgSnO2的性能完全可以與AgCdO2媲美。雖然AgSnO2的溫升比較高，但可以添加WO3、MoO3等來減少接觸電阻，改善溫升情況。AgSnO2觸頭的制造工藝有內氧化法及粉末冶金法兩種，內氧化法必須加入銦才能

38、完成，但銦儲量少，因此，世界上多數用粉末冶金法擠壓而成新型的AgSnO2,但大多數含MeO2。用粉末燒結擠壓技術制成AgSnO2+MeO3材料具有：電阻率小，觸頭溫升小；觸頭耐電弧燒損性能高，耐機械磨損性能高。因此，主觸頭選用AgSnO2材料，接觸電阻低而穩定，熱穩定性高，可使電弧的弧根處熔池中熔融體的粘度提高，減少電弧灼燒時的噴濺損失可以大大簡化滅弧系統的設計；高的熱穩定性還使觸頭表面富集金屬氧化物，從而保護了低沸點的銀的蒸發并提高了耐熔焊性，也就提高了電壽命。輔助觸頭采用純銀材料，它具有良好的導電、導熱性，接觸電阻低而穩定，電磨損小而均勻。主靜觸頭導電板選用導電性能好，抗拉強度較高的黃銅，

39、并鍍錫3-6m。2.4 觸頭主要參數的選擇2.4.1 觸頭開距所謂開距是指動、靜觸頭之間的最短距離。觸頭開距的作用是：動、靜觸頭在一定的短路電流下斷開（此短路電流足以產生較大的電弧），觸頭之間有一定的間隙空間，能把電弧拉長（形成長弧）拉細，增加其自然滅弧能力；也為了在規定的試驗電壓下，不被擊穿而引起電弧重燃。觸頭開距的設計一定要和滅弧系統有良好的配合。觸頭開距如果設計過大，一則無此必要，二則勢必增大斷路器的體積。依據一些國際上通用的標準，本次設計的產品主觸頭的開距取6mm，弧觸頭的開距取38mm。2.4.2 觸頭超程觸頭超程是指觸頭開始接觸時，觸頭再向前運動的一段距離。觸頭的超程，取決于傳動連

40、桿的磨損和觸頭的磨損。在設計時，必須保證在斷路器壽命完結前，動、靜觸頭仍能可靠地接觸。習慣上認為，當動、靜觸頭的接觸減小到原來的1/3以下時，觸頭便不宜繼續工作了。一般規定，超額行程應設計在26mm。本次設計的產品選擇超程為2.5mm。2.4.3 觸頭壓力斷路器的觸頭壓力主要取決于極限短路通斷能力，必須保證觸頭在通過短路電流時不致因電動斥力而產生跳動或引起熔焊。因此，要求觸頭壓力要大于觸頭間的電動斥力。弧觸頭的壓力一般取主觸頭的1/31/2。1）觸頭終壓力的計算觸頭終壓力是指觸頭處于閉合位置的壓力。終壓力不能過大或過小，應保證觸頭工作時的溫升不超過允許值，同時要保證觸頭在通過短路電流時不因電動

41、力斥開產生跳動而熔焊。觸頭終壓力 （2.1） 式中 Fz觸頭終壓力（N）； Ie電器觸頭的額定工作電流（A）； K經驗系數（N/A），K=Fz/Ie,見表2.1。因為主觸頭中含銀，所以值選表中的0.14。額定電流Ie=125A。2）觸頭初壓力的計算觸頭初壓力是指動、靜觸頭剛接觸時的壓力。初壓力過小會造成觸頭振動和電磨損。觸頭初壓力 （2.2）系數取0.5，則表2.1 各類低壓電器觸頭的經驗系數K值 電器種類觸頭材料框架式斷路器塑殼式斷路器接觸器小容量接觸器主令電器銀0.490.10.390.070.1450.042.4.4 接觸電阻 概述接觸電阻是兩金屬導體相接觸時，在接觸區域內

42、存在的一個附加電阻。觸頭接觸電阻由兩部分組成，一部分是收縮電阻Rs，一部分是膜電阻Rb。膜電阻可分為塵埃膜，吸附膜和無機膜，有機膜等幾種類型。這幾種類型膜電阻對接觸電阻都有不同程度的影響，造成觸頭溫升的增加。嚴重時，觸頭間完全不能導電，造成近距離起弧。為了保證觸頭導電性可靠，常采用如下方法將膜電阻破壞：a、利用機械力的作用；b、加大電流；c、提高電壓。 接觸電阻的計算接觸電阻除了考慮上述的收縮電阻和膜電阻外，還考慮到接觸部分的結構形式，材料，表面加工情況和通電電流大小等很多因素的影響，要準確地計算接觸電阻是很困難的。我們利用經驗公式計算接觸電阻 （2.3）式中 F壓力（N）；電阻

43、（µ）；m觸形式、壓力范圍和實際接觸面的數目等因數有關的系數，對于點接觸m=0.5；線接觸m=0.70.75；高壓下的面接觸m=0.81；Kj頭材料的物理化學性質及接觸表面情況等有關的系數，見低壓電器手冊表8-4。計算中，F取主觸頭的終壓力17.5N，K值查表取60，線接觸m取0.7， 則 2.5 觸頭的驗算2.5.1 觸頭穩定溫升驗算 導電板端部的穩定溫升根據GB149785規定按間斷或短時工作制主觸頭允許最高溫升65K。當導電板具有足夠長度時，我們利用經驗公式計算導電板端部穩定溫升 （2.4） 式中I導電極的電流，取125A 把以上參數代入式（2.4）

44、 觸頭與導電板連接面上穩定溫升我們利用經驗公式計算導電板端部穩定溫升 （2.5）式中 （2.6） 觸頭接觸點處的穩定溫升我們利用經驗公式計算導電板端部穩定溫升 （2.7）式中 L勞侖磁常數 L=2.4×10-8V2/K2T絕對溫度 把得數和各參數代入式（2.8）有：因2.5.2 觸頭動穩定性驗算觸頭間的電動力大小與觸頭實際接觸點的數量有關，接觸點越少，電流線收縮的現象越顯著，觸頭間的電動力就越大。但要準確地確定觸頭的實際接觸點的數量是很困難的，因而常根據僅有一個接觸點的情況進行計算，計算觸頭間電動力的模型如圖2.2所示。圖2.2 計算觸頭間電動力的模型我們利用經驗公式計

45、算 （2.8）式中d觸頭的直徑，取4mm；d0觸頭接觸點處的直徑， （2.9）式中 Fj觸頭接觸力，取主觸頭的終壓力17.5NHB查低壓電器表4.7，按銀氧化錫材料查得700N/mm2）則： 將以上各得數代入式（2.9）有： F<17.5N 故動穩定性合格2.5.3 觸頭熱穩定性驗算熱穩定電流I取： 熱穩定性合格的判斷依據是：觸頭在閉合位置通過熱穩定電流，產生的接觸壓降小于觸頭溶化電壓UJS，則認為熱穩定性合格。查表（電器原理與產品上P126）取UJS=0.37V因2.6 動靜觸頭設計圖樣 圖2.1 動觸頭正視及俯視圖 圖2.3 動靜觸頭俯視圖2.7 本章小結本章先介紹了觸頭設計的基本要

46、求及觸頭的工作情況，進一步加深對觸頭系統的了解，從而設計出高質量的產品。初步設計時首先選擇主觸頭的接觸形式、斷點形式和觸頭材料，確定觸頭尺寸。然后對觸頭開距、超程、壓力、接觸電阻等觸頭主要參數進行選擇。最后根據設計的數據進行觸頭穩定溫升及觸頭動、熱穩定性的驗算，直至符合要求，并畫出動靜觸頭的設計圖樣。第3章 滅弧系統設計3.1滅弧室設計要求設計滅弧室時必須保證以下的性能：1）可靠的熄滅電弧且燃弧時間盡可能的短；2）有足夠的熱容量，使在熄滅電弧的時，滅弧室的溫度不至于太高防止滅弧室變形或碎裂；3）盡可能小的飛弧距離；4）有良好的絕緣性能，在受電弧高溫灼燒后不容易碳化，而使絕緣電阻下降；5）有足夠

47、的機械強度，能承受電弧熱能產生的壓力；6）盡可能小的外形尺寸和重量。3.2電弧的產生、熄滅及熄弧原理3.2.1 電弧的產生電弧是一種氣體放電的特殊形式。產生電弧的條件是電路內的電流和電壓必須大于某一最小起弧電流和最小起弧電壓。電弧的產生是由于氣體的游離。游離的原因有熱發射、冷發射、碰撞游離和熱游離。熱發射：動靜觸頭分開過程中，觸頭表面溫度劇增，由于熱運動，金屬內的自由電子克服了金屬內正離子的吸力而從陰極表面發射，這就是熱發射。冷發射：即高電場發射。觸頭剛分開，在氣隙間形成高電場，將電子從陰極拔出。碰撞游離：從陰極發射出來的電子，在電場作用下獲得能量再加速，碰撞中性氣體分子而使其游離。熱游離：電

48、弧燃燒時，電弧溫度很高，氣體分子在高溫的作用下，由于強烈的熱運動互相碰撞而游離。3.2.2 電弧的熄滅電弧的熄滅是由于氣體的消游離，而消游離主要是復合和擴散的作用。1）復合就是異性離子互相結合而中和。復合速度受溫度影響極大，溫度高、復合幾率小；反之，則復合幾率大。因此利用液體或氣體人工冷卻電弧或將電弧擠入絕緣冷壁做成的窄縫，用鐵板制作的滅弧柵片內，迅速導出電弧內部的熱量，減少離子的運動速度，加速復合速度，盡快將電弧熄滅。2）擴散就是電弧表面的離子擴散到周圍冷介質中去。密度大、溫度高的氣體分子總是向密度小、溫度低的介質方面擴散，擴散出來的離子因冷卻相互結合而成中性分子（中性分子是不導電的）。總之

49、，電弧的熄滅是在消游離的速度超過游離的速度來實現的。因此，從電的方面來說，要求介質恢復速度（即空氣中恢復成中性分子的速度）大于觸頭兩端的電壓恢復速度，使電弧不致因冷發射和碰撞游離而重燃；在熱的方面要求散熱速度大于發熱速度，使電弧不致因發熱形成的熱發射和熱游離而復燃。3.2.3 交流電弧的熄弧原理交流電弧的熄滅存在兩種理論，即弧隙介質強度恢復理論及弧隙能量平衡理論。弧隙介質強度恢復理論是斯列賓提出的，認為電弧的重燃是由于外加電場將間隙擊穿的結果。從電流過零時刻開始，一方面弧隙上的電壓從熄弧電壓開始上升，要恢復到電源電壓；另一方面在電流過零時弧隙有一定的介質強度，并隨著取游離程度而不斷上升。電弧的

50、熄滅或重燃就決定于這兩個過程競爭的“競賽”結果。因此，交流電弧的熄滅條件可概述為而電流過零后，弧隙介質恢復強度在任何時刻始終高于弧隙上的恢復電壓。弧隙能量平衡理論是克西提出的，認為電弧重燃不是電流過零后簡單的電壓擊穿，而是電路及弧隙之間能量平衡的結果。因此電弧熄滅的條件是：弧隙的熄滅能量小于弧隙的散觸能量，弧隙電阻的變化決定于電弧能量輸入與散出的對比，隨著能量散出的增加，電弧溫度下降，弧隙電阻增加，電弧熄滅。通常在低壓電器設計時，較常用的理論是弧隙介質強度的恢復理論，這里我們也采用這一理論。交流電器中常用的滅弧方法如下：1、自然滅弧 觸頭不用特殊滅弧室，觸頭開斷時，在交流電流自然過零時熄弧，廣

51、泛應用于主令電器和電器的副觸頭上。2、磁吹滅弧 靠磁吹線圈產生的磁通在兩塊磁性夾板間形成平行的磁場，從而對電弧產生電動力并使電弧轉移到引弧觸頭上燃燒。3、柵片滅弧 低壓交流電器的金屬柵片滅弧室是利用交流電弧的近陰極效應滅弧，優點是滅弧能力強，過電壓低，噴弧距離小，缺點是滅弧室中除有電弧能量轉變為熱量外，還有柵片電阻損耗及鐵損耗轉變的熱量均使柵片及滅弧室壁溫度升高，導致滅弧條件惡化，甚至損壞柵片。4、縱縫滅弧 性能和柵片滅弧室的十分接近，但工藝簡單得多，零件數少，成本低弧室的耐電磨損性能好。主要用于接觸器中。5、真空滅弧 該滅弧方法具有很高的開斷能力，但成本高，易產生過電壓，目前主要用于660KV,1140V供電系統使用的真空接觸器和斷路器，近年來在低壓接觸器方面也有進展。6、封閉式壓力滅弧利用固體材料產氣，提高氣壓以進行滅弧，他的滅弧能力很強，限流作用非常顯著。在熔斷器方面應用較多。