【文章內(nèi)容簡介】 主觖頭的超程，它決定于傳動(dòng)桿的磨損和觸頭的磨損，必須保證在壽命終了時(shí)，主觸頭仍能可靠地接觸，一般取2～6mm。 為了把電弧驅(qū)入滅弧室，有時(shí)要考慮磁吹，特別是在直流的情況下，加磁吹線圈是有效的滅弧措施之一。但是加磁吹線圈會(huì)使斷路器的結(jié)構(gòu)變的更復(fù)雜，這里我們不選用。 滅弧室的設(shè)計(jì) 主要由氣密絕緣外殼、導(dǎo)電回路、屏蔽系統(tǒng)、觸頭、波紋管等部分組成陶瓷外殼真空滅弧室。 滅弧室必須保證以下性能： ，燃弧時(shí)間應(yīng)盡可能短： ，使在熄滅電弧時(shí)，滅弧室的溫度不致太高，防止滅弧室變形或碎裂； ； ，在受電弧高溫灼燒后不容易碳化，而使絕緣電阻下降； ，能承受電弧熱能產(chǎn)生的壓力；另一方面也能承受產(chǎn)品在裝配和運(yùn)輸過程中的振動(dòng)而不致碎裂；。 斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 斷路器的閉和與斷開由機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。機(jī)構(gòu)包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、自由脫扣機(jī)構(gòu)和主軸、脫扣軸等。 斷路器的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可分為手柄傳動(dòng)、杠桿傳動(dòng)、電磁鐵傳動(dòng)、電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)和氣動(dòng)或液壓傳動(dòng)五類。 在選擇和設(shè)計(jì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)應(yīng)注意到： (1)手柄和杠桿傳動(dòng)的最大操作力最好不超過250N。為了滿足這個(gè)要求，可以適當(dāng)?shù)倪x擇手柄長度和轉(zhuǎn)動(dòng)角度； (2)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)消耗功率小，為了降低大容量斷路器的消耗功率，可采用儲(chǔ)能閉合的電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，～1KW。 (3)固有閉合時(shí)間小，為了縮短電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)儲(chǔ)能閉合機(jī)構(gòu)的固有閉合時(shí)間，可采用預(yù)儲(chǔ)能措施。 (4)閉合斷路器是沖擊應(yīng)盡量小。 ：采用彈簧儲(chǔ)能，由儲(chǔ)能彈簧、凸輪、儲(chǔ)能杠桿、扣板和半軸組成。當(dāng)扣板扣子半軸時(shí)，籍電動(dòng)或手動(dòng)帶動(dòng)凸輪順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)蓄能杠桿上的滾柱B，使蓄能杠亦順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，其下端則向左移動(dòng)，使蓄能彈簧壓縮。達(dá)到蓄能的目的。當(dāng)推動(dòng)凸輪到最高點(diǎn)時(shí)，凸輪上的滾珠A被扣板鎖住，能量以蓄足，這時(shí)處于預(yù)儲(chǔ)能狀態(tài)，準(zhǔn)備斷路器閉合。如要釋能使斷路器閉合時(shí)，借手動(dòng)或釋能電磁鐵動(dòng)作，使半軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)一角度，扣板釋放。A也釋放，滾珠B在彈簧力推動(dòng)下迅速下降到凸輪最低凹處，完成釋能動(dòng)作，使斷路器觸頭閉合。 自由脫扣機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和觸頭系統(tǒng)之間的聯(lián)系。自由脫扣機(jī)構(gòu)再扣時(shí)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)帶動(dòng)觸頭系統(tǒng)一致運(yùn)動(dòng)，并使觸頭閉合。一般，自由脫扣機(jī)構(gòu)分自動(dòng)再扣和非自動(dòng)再扣兩類。自動(dòng)再扣的自由脫扣機(jī)構(gòu)是由手柄自身的重量或在復(fù)位彈簧作用下再扣。萬能式斷路器采用的就是這一類的自由脫扣機(jī)構(gòu)。用若干個(gè)零件相互扣搭的自由脫扣機(jī)構(gòu)可在受柄的重量下復(fù)位。其缺點(diǎn)是沒有省力作用，因此閉合操作力較大。為了消除這一缺點(diǎn)，現(xiàn)多采用四連桿變五連桿的自由脫扣機(jī)構(gòu)，當(dāng)機(jī)構(gòu)閉合后，消除其中一個(gè)支點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)自由脫扣。它分為欠電壓瞬時(shí)脫扣器和欠電壓延時(shí)脫口器，分勵(lì)脫扣器用于遠(yuǎn)距離遙控或熱繼電器動(dòng)作分?jǐn)鄶嗦菲?。過電流脫扣器用于防止過載和負(fù)載側(cè)短路。采用直流串激電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，高速電動(dòng)機(jī)經(jīng)齒輪和行星輪變速后帶動(dòng)主軸上的凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)而工作。當(dāng)蓄能完成后，微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作，切斷電動(dòng)機(jī)的電源，電動(dòng)機(jī)停止。手動(dòng)蓄能時(shí)，蓄能手柄能帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，但其他部分不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。一般手柄來回7次完成蓄能操作。電動(dòng)機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)自成一套體系，蓄能軸與主軸之間通過凹凸型鍥口活動(dòng)聯(lián)結(jié)，裝配和拆卸都很方便。 圖23 操動(dòng)機(jī)構(gòu)原理圖 斷路器的保護(hù)功能萬能式斷路器具有短路保護(hù)、過載保護(hù)和漏電保護(hù)的功能。在電器超載或非正常運(yùn)行中，如出現(xiàn)故障，會(huì)自動(dòng)斷開開關(guān)，起到保護(hù)電器和線路的作用；另外帶有漏電保護(hù)的斷路器，具有漏電保護(hù)功能，防止人為觸電。 斷路器的三段保護(hù)：當(dāng)線路發(fā)生相間短路、相間短路接地故障時(shí)，能保證斷路器瞬時(shí)動(dòng)作的保護(hù)裝置叫 做電流速斷保護(hù)，屬于電力設(shè)備主保護(hù)。其整定值應(yīng)是按躲過線路末端最大短路電流來設(shè)置，即線路末端發(fā)生短路部動(dòng)作，所以不能保護(hù)線路全長，它只能保護(hù)線路的一部分，系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化影響電流速斷的保護(hù)范圍。因此，瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的任務(wù)是在線路始端短路時(shí)能快速地切除故障。電流速斷保護(hù)又分為瞬時(shí)電流速斷保護(hù)和限時(shí)電流速斷保護(hù)兩種。2. 限時(shí)電流速斷保護(hù)： 為了彌補(bǔ)瞬時(shí)速斷保護(hù)不能保護(hù)線路全長的缺點(diǎn)，常采用略帶時(shí)限的速斷保護(hù)，即延時(shí)速斷保護(hù)。這種保護(hù)一般與瞬時(shí)速斷保護(hù)配合使用，其特點(diǎn)與定時(shí)限過電流保護(hù)裝置基本相同，所不同的是其動(dòng)作時(shí)間比定時(shí)限過電流保護(hù)的整定時(shí)間短。為了使保護(hù)具有一定的選擇性。 圖24 電流速斷保護(hù)圖中　　1――最大運(yùn)行方式下d (3 ) 2――最小運(yùn)行方式下d (2 ) 3――保護(hù)1第一段動(dòng)作電流　 （229）　　　　　　　　　 　　　　 （230）可見，Id的大小與運(yùn)行方式、故障類型及故障點(diǎn)位置有關(guān)最大運(yùn)行方式：對每一套保護(hù)裝置來講，通過該保護(hù)裝置的短路電流為最大的方式。（）最小運(yùn)行方式：對每一套保護(hù)裝置來講，通過該保護(hù)裝置的短路電流為最小的方式。（）3. 過電流保護(hù)： 當(dāng)線路發(fā)生相間短路、相間短路接地故障且速斷保護(hù)裝置拒動(dòng)或當(dāng)線路電流大于最大負(fù)荷電流時(shí)，保證斷路器動(dòng)作的保護(hù)裝置叫做過電流保護(hù)，屬于電力設(shè)備后備保護(hù)，其整定值按躲過線路的最大負(fù)荷電流來設(shè)置。過電流保護(hù)又分為定時(shí)限電流保護(hù)（當(dāng)限流中的電流大于整定值時(shí)，按規(guī)定時(shí)限動(dòng)作的電流保護(hù)裝置）和反時(shí)限電流保護(hù)（當(dāng)電路中的電流大于整定值時(shí)，動(dòng)作時(shí)間與電流幅值成反比例關(guān)系的電流保護(hù)裝置）。瞬時(shí)電流速斷保護(hù)（電流Ⅰ段）、限時(shí)電流速斷保護(hù)（電流Ⅱ段）和過電流保護(hù)（電流Ⅲ段）都是反應(yīng)電流增大而動(dòng)作的保護(hù)，它們相互配合構(gòu)成一整套保護(hù)，稱做三段式電流保護(hù)。電流速斷保護(hù)動(dòng)作快，但存在著保護(hù)盲區(qū)，而過電流保護(hù)雖然可以保護(hù)線路全長，但存在著跳閘時(shí)間長的問題，而加入限時(shí)電流速斷保護(hù)則可以彌補(bǔ)以上存在的不足。 過載保護(hù)、漏電保護(hù) 過載保護(hù)：負(fù)荷過大，超過了設(shè)備本身的額定負(fù)載，產(chǎn)生的現(xiàn)象是電流過大，用電設(shè)備發(fā)熱，線路長期過載會(huì)降低線路絕緣水平，甚至燒毀設(shè)備或線路。此時(shí)電流超過了電路所設(shè)定的限定額定電流，通過斷路器的斷開保護(hù)電路安全。漏電保護(hù)：當(dāng)主回路中發(fā)生漏電或絕緣破壞時(shí)，漏電保護(hù)開關(guān)可根據(jù)判斷結(jié)果將主電路接通或斷開的開關(guān)元件。第3章 硬件電路設(shè)計(jì) 通過檢測供電線路中的電流（電壓）并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字電路和單片機(jī)可處理的電平信號，信號經(jīng)選相、采樣、比較等處理后送入微處理器，微處理器內(nèi)帶的A/D轉(zhuǎn)換單元將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，供CPU進(jìn)行邏輯運(yùn)算與處理。各種故障保護(hù)的動(dòng)作電流和時(shí)間的整定值通過鍵盤設(shè)定并存于串行中央處理單元中（掉電不丟失），CPU將檢測到的電流信號與整定值比較，判斷是否脫扣，若脫扣則確定動(dòng)作時(shí)間并發(fā)出控制信號及報(bào)警信號，顯示故障電流和故障類型；否則脫扣器刷新顯示。其原理框圖如下：操動(dòng)機(jī)構(gòu)圖31 智能脫扣器原理框圖 單片機(jī)的選擇 主控單元的確定 MCS51單片機(jī)的管腳功能采用HMOS制造工藝的MCS51單片機(jī)都采用40管腳雙列直插式封裝；而采用CHMOS制造工藝的80C51,除采用40腳雙列式直插式封裝外，還有用方形的封裝方式。如圖33所示為雙列直插式封裝單片機(jī)管腳圖[6]。各管腳功能說明如下：1．電源管腳VCC(40腳):接＋5V；VSS（20腳）：接地。2．時(shí)鐘信號腳XTAL1(19腳),XTAL2(18腳):外部時(shí)鐘信號腳。圖32 MCS51單片機(jī)的管腳1）RST/Vpd(9腳):當(dāng)作RST使用時(shí)，為復(fù)位輸入端；當(dāng)作為Vpd使用時(shí)，當(dāng)VCC掉電下，可作備用電源。2）/Vpp（31腳）：為訪問內(nèi)部或外部程序儲(chǔ)存器的選擇號。對片內(nèi)RPROM編程時(shí)，Vpp接入21V編程電壓。 3）ALE/（30腳）：當(dāng)訪問外部儲(chǔ)存器時(shí)，ALE信號的負(fù)跳變將P0口上的低8位送入地址鎖存器，不訪問外部儲(chǔ)存器時(shí)，ALE端仍以固定的振蕩頻率的1/6速率輸出正脈沖信號。當(dāng)對片內(nèi)EPROM編程時(shí)，該管腳PROG用于輸入編程脈沖。4）（29腳）：外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號。1）P0口（32～39腳）：雙向I/O口，既可接地址鎖存器作低8位地址I/O口使用也可以作數(shù)據(jù)I/O口使用。能驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。2)P1口（1～8腳）：具有內(nèi)部上位電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。3）P2口（21～28腳）：8位具有內(nèi)部上位電阻的準(zhǔn)雙向I/O口，在接收外部存儲(chǔ)器時(shí)，P2口作為地址高8位。能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。4）P3口（10～17腳）：8位具有內(nèi)部上位電阻的準(zhǔn)雙向I/O口，其每一位又有如下特殊功能：P30（RXD）：串行口輸入端。P31（TXD）：串行口輸出端。P32（）:外部中斷0輸入端，低電平有效。P33（）:外部中斷1輸入端，低電平有效。P34（T0）：定時(shí)/計(jì)數(shù)器0外部事件計(jì)數(shù)輸入端。P35（T1)：定時(shí)/計(jì)數(shù)器1外部事件計(jì)數(shù)輸入端。P36（):外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號，低電平有效。P37（):外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號，低電平有效。該電源采用變壓器供電，變壓器原邊電壓取進(jìn)線側(cè)的任意兩相間的線電壓。變壓器的副邊電壓經(jīng)過整流橋整流、電容濾波和穩(wěn)壓芯片線性穩(wěn)壓，產(chǎn)生脫扣器的工作電源。，由于線性穩(wěn)壓電路和隔離電路輸出電壓的精度比較高，紋波比較小，所以該電路的輸出電壓可以作為5V基準(zhǔn)電壓。圖33 智能脫扣器電源結(jié)構(gòu)框圖 智能脫扣器電路智能化脫扣器脫扣電路的結(jié)構(gòu)如圖34所示,在微處理器脫扣控制電路的基礎(chǔ)上,加入了模擬脫扣電路,作為后備保護(hù)。模擬脫扣電路用于系統(tǒng)上電初期的短路電流保護(hù)和系統(tǒng)運(yùn)行期間特大短路電流的保護(hù)。 微處理器在上電初期要進(jìn)行上電初始化,無法實(shí)現(xiàn)保護(hù)。模擬脫扣電路采用硬件比較器電路可以快速判斷出斷路器接通時(shí)出現(xiàn)短路的情況,并做出相應(yīng)的動(dòng)作進(jìn)行保護(hù)。在微處理器運(yùn)行期間,模擬脫扣電路實(shí)現(xiàn)特大短路電流的判斷,如果出現(xiàn)特大短路電流,微處理器沒有來得及反應(yīng),則模擬脫扣電路可作出相應(yīng)的判斷和動(dòng)作。因此數(shù)字脫扣和模擬脫扣相結(jié)合,兩者互補(bǔ),增加了脫扣器的可靠性。模擬脫扣電路采用比較器鑒幅電路來實(shí)現(xiàn),每一相使用兩個(gè)比較器來完成。電流 信號Ia、Ib、Ic的幅值同參考電平VRE+和VRE進(jìn) 行比較。比較器采用LM393,其輸出是集電極開路的,因此圖中所有電壓比較器輸出并聯(lián)起來,通過一個(gè)上拉電阻接VCC實(shí)現(xiàn)線與功能。圖34智能脫扣器電路圖在正常情況下,微處理器沒有發(fā)出脫扣信號且電流信號的幅值在基準(zhǔn)電壓范圍內(nèi),則比較器的并聯(lián)輸出UTRIP被上拉電阻拉高,否則只要任一電壓比較器輸出為低,則UTRIP被拉低。UTRIP信號接脈寬檢測電路,進(jìn)行抗干擾處理,如果UTRIP的低脈沖維持一定的寬度,則單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被觸發(fā),UOUT輸出一定寬度的脈沖通過驅(qū)動(dòng)電路使磁通變換器打開,從而分?jǐn)鄶嗦菲?。采用上述比較器鑒幅電路,在實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行中由于干擾的存在,比較器的輸出會(huì)出現(xiàn)一些不必要的窄脈沖,如果直接接單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路,會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作。為了消除干擾,在比較器的輸出端加了脈寬檢測電路,該電路由一個(gè)555器件組成,輸出接由另一個(gè)555器件構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路。 脈寬檢測電路的工作原理如下:UTRIP、UTH、UQ、UOUT表示圖中各個(gè)結(jié)點(diǎn)。UTRIP來自電壓比較器并聯(lián)的輸出端。在正常情況下,比較器輸出高阻,此時(shí)圖中NPN三極管導(dǎo)通,UTH被三極管嵌位在其飽和電壓脈寬檢測電路及工作波形 ,UQ輸出高電平。當(dāng)電流越限或單片機(jī)發(fā)出脫扣指令,比較器輸出將把UTRIP拉低,則NPN三極管截止,此時(shí)接UTH的電容通過電阻RR6開始充電,UTH電壓升高。如果UTRIP低脈沖保持一定的寬度,UTH隨著電容充電上升并達(dá)到2/3VCC,則UQ輸出低電平,觸發(fā)其后由個(gè)555器件構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路,UOUT輸出一個(gè)一定寬度的脈沖。由電路的工作波形可知,由于電容充電需要一定的時(shí)間,因此該脈寬檢測電路只有在UTRIP輸出低脈沖寬度保持一定的時(shí)間才能使UOUT觸發(fā)。如果UTRIP的脈沖過窄,UTH電壓達(dá)不到2/3VCC,則UOUT不會(huì)觸發(fā),因此通過該電路可以消除前級比較器出現(xiàn)的干