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 1 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 2 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 3 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 4 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-ObOc 连线-OcOd 连线ad 为支座 OdOa 连线 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-ObOc 连 线-OcOd 连线ae 为 OaOe 连线 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 5 按 1.1 项进行储能操作，完成后操作机构呈再扣状态。操作机构的再扣过程 见图 9 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，在弹簧 28 的拉动下，杠杆 22 绕储能轴 2 顺时针转动至缺口对应轴承 19 时，分闸扣片 18 在拉簧 17 的作用下绕 O5 点顺时针转动，至轴承 19 落入分闸扣片 18 缺口后， 分闸半轴 23 在弹簧 37 作用下转过一角度，操作机构呈再扣状态如图 7 所示。 3.1.3 释能—合闸状态 按 1.2 项进行合闸操作，储能合闸机构释能完成后，操作机构保持闭合状态。 3.1.4 储能—合闸状态 由于操作机构在闭合状态，因此，储能合闸机构可以继续储能，而操作机构 无再扣过程。当框架式断路器安装在正常工作的电路中时，断路器可以自动储能。 3.2 分闸储能操作机构 这里再简单介绍一下分闸储能操作机构：图 10 为储能合闸机构；图 11 为自 由脱扣分闸机构。它有三种工作状态： 3.2.1 释能—分闸状态 6 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。 3.2.2 储能—分闸状态 用手柄手动或电操机构储能，储能合闸机构完成后如图 10 所示，自由脱扣 分闸机构再扣为合闸准备就绪。 3.2.3 释能—合闸状态 推动合闸按钮或使释能脱扣器通电，操作机构完成合闸动作如图 11.。由于 其合闸的四连杆靠凸轮支承，所以合闸后不能再储能，而另有机构阻止储能操作。 7
