毕业设计(论文)－油阻尼断路器的研究与设计

1、提供全套毕业设计，欢迎咨询 毕 业 论 文 题 目： 油阻尼断路器的研究与设计 系： 电气信息学院 专业：电气工程及其自动化班级：电气 学号： 学生姓名： 导师姓名： 完成日期： their own conditions to develop the correct road, the maximum to avoid investment risk, gain profit.(three) vigorously promote the brand. to establish brand awareness, awareness of the use of brand, brand value

2、, brand acquisition performance, enhance the competitive strength. concentrated manpower, careful planning, packaging and publicity of a number of unique, market influence and coverage of the brand, the implementation of key breakthroughs, to enhance the competitive strength, walking business road t

3、he competition of alienation and characteristics, the pursuit of stability and development of the market.(four) to promote the integration of resources. to further broaden their horizons, effective integration of resources within the group, the city resources, other industries and regional resources

4、, mutual trust, mutual benefit, seeking win-win principle, in the framework of national policies and regulations, strict inspection and argumentation, legal consultation, examination and approval procedures, strict regulation of economic activities, attract injection the social investment to the ind

5、ustry group, to achieve leveraging the development, ensure that the value of state-owned assets.(five) to strengthen the construction management personnel. strengthen the management of education and training of cadres and workers of the existing business, firmly establish the concept of the market,

6、enhance the sense of crisis to adapt to market competition, the sense of urgency, improve the ability to respond to market competition, improve management and operation of the market. at the same time, according to the need of industrial development, vigorously the introduction of high-quality manag

7、ement management personnel, and strive to build a high-quality professional management team, hard work, and promote the entire workforce knowledge structure, age structure, structure optimization and upgrading ability, enhance core competitiveness, adapt to the need of market competition.(six) serio

8、usly study the policy for policy. serious research about social support the development of cultural undertakings in the country and the xx policy, especially the policy of industrial development, financial investment policy, financial policy and tax policy, and actively seek policy, projects and fun

9、ds, enterprise and industry group mission to promote leapfrog development.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 日毕业设计（论文）任务书 题目： 油阻尼断路器的研究与设计 姓名 系 电气信息学院 专业 电气工程及其自动

10、化 班级 电 学号 指导老师 职称 副 教 授 教研室主任 一、 基本任务及要求：(1)查阅资料，熟悉相关知识，收集与论文相关的资料。 (2)完成油阻尼断路器各个系统的的计算和设计； 包括其总体结构，操作机构系统，电磁系统，灭弧系统，电接触系统和工艺等。 并了解其各部分作具体的研究和设计。 (3)油阻尼断路器设计的论文编写。 二、 进度安排及完成时间(1)2月27日至3月10日查阅相关资料，撰写开题报告和文献综述。 (2)3月11日至3月24日毕业实习，并撰写实习报告。 (3)3月25日至4月7日完成油阻尼断路器的总体结构和机构的设计。 (4)4月8日至4月21日完成油阻尼断路器的电磁系统的设

11、计。 (5)4月22日至5月12日完成完成断路器的灭弧系统和电接触系统的设计。 (6)5月13日至5月26日完成油阻尼断路器的工艺设计。 (7)5月27日至6月9日完成油阻尼断路器研究与设计的论文编写。 (8)6月10日至6月12日毕业论文答辩，提交电子文档。 目 录摘要：abstract: 第1章 前 言11.1 课题研究的背景与意义11.2 油阻尼断路器的原理功能和特点21.2.1 油阻尼断路器的原理和功能21.2.2 油阻尼断路器的特点31.3 国内外油阻尼断路器的现状和发展前景31.3.1油阻尼断路器的现状31.3.2油阻尼断路器的发展前景41.4 课题研究的总体思路和需要解决的主要问

12、题51.4.1 课题研究的总体思路51.4.2 课题需要解决的主要问题6第2章 结构设计82.1 总体结构设计82.2 操作机构的设计112.2.1 传动轴112.2.2 主轴、脱扣轴112.2.3 油阻尼断路器操作机构的设计与分析12第3章 电磁系统设计及计算143.1 弹簧的设计与脱扣力的计算143.1.1 弹簧的设计与计算143.1.2 脱扣力计算163.2 油杯的结构设计183.3 电磁线圈的设计与计算193.3.1 理论上的设计与计算203.3.2 线圈参数校验233.4 电磁系统的温升校验25第4章 灭弧系统的设计274.1 电弧的产生和熄灭274.2 油阻尼断路器的灭弧装置的设计

13、284.2.1 灭弧室的设计284.2.2 灭弧室附件设计30第5章 电接触系统设计335.1 接触电阻的分析与计算335.2 可分断触头设计345.2.1 触头尺寸大小确定345.2.2 触头温升计算365.3 固定电接触设计38第6章 工艺设计406.1 国内外电器制造工艺介绍406.2 油阻尼断路器的工艺设计416.2.1 零件处理工艺设计416.2.2 油阻尼断路器的固定接触工艺设计42结束语44参考文献45致 谢46附录1 压簧计算公式与相关表格47附录2 脱扣曲线图49油阻尼断路器的研究与设计油阻尼断路器的研究与设计摘要：本文论述了油阻尼断路器的国内外发展状况，指出以阻尼器研究和设

14、计为核心的油阻尼断路器的发展趋势。与普通热磁式断路器相比较，油阻尼断路器具有功能强、适用范围广、低功耗、体积小等优点。 通过对目前国内外各种低压电器的功能和原理进行分析，确定了油阻尼断路器的总体设计方案。包括其操作系统、电磁系统和灭弧系统等。通过对目前机械行业使用较多的阻尼液进行研究，发现其卓越的耐热性、电绝缘性、和较小的表面张力、低的黏温系数和较高的抗压缩性非常适用于电气行业的断路器中。所以就设计了用阻尼液制成阻尼器而代替普通断路器中的铁芯和双金属片，实现了对电路进行短路瞬时和过载长延时的保护功能。由于其没有双金属片，所以油阻尼断路器对温度的适应范围比普通断路器大很多。关键词：油阻尼断路器；

15、阻尼器；阻尼液；设计the research and design of oil-damping circuit breakerabstract: this paper discusses the damping oil circuit breaker development at home and abroad, points out the trend of the research and design as the core of the damping oil circuit breaker development .compared with common circuit brea

16、ker, damping oil circuit breaker has some advantages such as: strong functions, wide application range, low power consumption, small volume etc. based on the analysis on the electrical function and principle of current domestic and foreign various low voltages, i determine the overall design schemes

17、: the operating system, the electromagnetic system and arc extinguishing system including. by means of the study of the damping oil which the present mechanical industry uses often, i found that its excellent characteristics just as excellent heat resistance, electrical insulation, and a smaller sur

18、face tension, low viscosity and temperature coefficient and high resistance are extremely fit to apply to the circuit breaker in electric industry. so the designed uses the damping oil cup instead of the core and a bimetallic strip in common circuit breaker, make the functions of the circuit instant

19、aneous short-circuit and overload long-time delay protection come true. because of the discard of double metal sheets, so the oil damping circuit breaker on temperature adaptation range is much larger than ordinary breaker.key words: the oil-damping circuit-breaker, damper, damping fluid;design第1章 前

20、 言在现代社会、工业、农业、交通运输、国防、文教卫生、金融、商业、旅游服务和人民生活等领域都离不开电能。电力产生后，其输送、使用配电是一个及其重要的环节。配电系统所用的电气器具包括变压器和各种高低压电气设备，而低压断路器则是一种使用中量最大的电器产品。但目前普通低压断路器有着体积大、分断低、对环境温度要求高等缺点，这样就应运产生的油阻尼断路器，也只本文研究的对象。下面对其意义，原理功能等基本情况做一个简单的介绍。1.1 课题研究的背景与意义 我国低压电器行业在经济形势不稳定、国际经济大环境复杂多变，低压电器主要原材料价格持续趋于高位并不断上涨，劳动力成本快速上升等不利形势下艰难的度过了“十二五

21、”开局之年。在众多企业家，各企业管理团队以及全行业员工共同努力下，我国低压电器行业在去年又取得了新的发展。全行业低压电器产品产量大约增长10%左右;低压电器行业总产值大约增长15%左右。我国低压电器行业以常熟、正泰、上海人民、德力西为代表的一批优秀企业继续处于快速增长发展态势。其中正泰、苏州法泰、上海良信、无锡新宏泰、常州新洛凯、凯隆等部分优秀企业去年销售增长率保持在30%左右。但是，随着原材料成本、劳动力成本、财务成本不断上涨，而低压电器产品价格竞争仍在持续，造成低压电器行业整体利润增长率处于下降态势。 虽然很艰难但总体来看我国低压电器面临的形势依然是机遇大于挑战。按照我国电压电器“十二五”

22、总体发展方向规定：(1)开发个性化，具有自主产权产品；(2)优秀企业考虑并开展适合自己企业特点的新一代低压电器研发工作。作为低压电器行业新一代低压电器应具备以下基本条件。新技术、新工艺、新材料应用有较大突破或重大创新。产品结构有重大创新。产品性能与功能有很大提高与扩展。研发与设计手段有重大突破。产品制造工艺与设备有较大提升对于不具备开发上述条件产品的企业，可以在现有第三代产品基础上改进、完善作为企业新一代产品。(3)由上海电科集团联合行业8家优秀企业开发的第一批四大系列新一代产品将从明年开始逐步推向市场。低压电器市场将重新分割：第一代产品将在“十二五”基本或完全淘汰。第二代产品将成为低压电器市

23、场低端产品并逐步退出市场。第三代产品将成为低压电器市场主导产品。新一代产品将成为低压电器市场高端产品和发展方向。按照国家提出的“十二五”的要求，我国低压电器要技术创新，要拥有自己的知识产权，要向高端市场发展，并且重要的是要绿色环保。所以油阻尼断路器便在这种情形下应运而生了。油阻尼断路器完全顺应国家提出的“十二五”规划中的要求加强经济发展方式转型，推动技术创新。油阻尼断路器的研制成功标志着我国的电压断路器突破了传统的热磁式断路器的设计方案，并且在适用范围上扩大，在工作性能上更稳定。在低压电器市场上占有绝对竞争优势。1.2 油阻尼断路器的原理功能和特点 由于油阻尼断路器不同于普通断路器的特殊设计，

24、其原理功能和特点与热磁式断路器的相比较有所不同，现分别介绍如下。1.2.1 油阻尼断路器的原理和功能油阻尼断路器的组成和热磁式断路器类似，也是由操作系统、电磁系统、灭弧系统、触头系统四部分组成。正常工作时各个系统之间相互紧密联系，相互配合以达到实现断路器的保护功能的目的。油阻尼断路器的电磁系统为电磁-液压式其脱扣机理如下： 图1.1 电磁铁额定运行状态 (1)当断路器处于额定运行状态的时候，如图1.1所示。磁路产生的电磁力不足以克服阻尼油和弹簧对铁芯的阻力。此时，由于铁芯离极靴较远，所以磁阻比较大，根据得出磁通量较小，根据麦克斯韦电磁力计算公式，得出电磁吸力f也就比较小，所以铁芯不会向极靴处运

25、动，此时无法吸动衔铁。 图1.3 电磁铁短路运行状态 图1.2 电磁铁过载运行状态 （2）如图1.2所示。当电路出现过载故障信号时，即电流大于断路器的额定值时。线圈产生的吸力能够克服弹簧对铁芯的阻力，由于阻尼液的阻尼作用阻尼器里面的铁芯只能缓慢的向极靴处移动，在移动过程中磁阻随着铁芯的移动慢慢减小。当铁芯运动到跟极靴无限接近时，磁阻变到最小，磁通量也就达到最大，电磁吸力f此时最大，吸动衔铁之后带动脱扣机构动作实现跳闸。跳闸后，铁芯在阻尼器弹簧的作用下又回到初始位置。阻尼器里面的铁芯从开始运动到与极靴无限接近的这段时间即为过载延时时间，其时间长短与过载电流大小成反比。 （3）当电路出现短路故障时

26、，如图1.3所示。电路中会出现较大的电流值，此时电磁能量的合力增加迅速。线圈产生足够大的磁通量，即使铁芯没有运动到极靴处，但产生的电磁力也足以马上吸引衔铁克服反力运动后带动机构脱扣。这样便实现了油阻尼断路器对电路的过载长延时保护和短路瞬时保护。 同时油阻尼断路器亦可作不频繁的接通和分断。可广泛用于计算机及其外围设备、工业自动控制系统、电讯设备、通用电源系统、ups不间断电源设备、铁路机车、船用电气系统、航空航天、电梯控制系统和移动电源设备中。1.2.2 油阻尼断路器的特点油阻尼断路器和热磁式断路器相比较，由于它没有采用测量元件双金属片实现过载保护，而是采用阻尼器内的阻尼液的阻尼作用实现过载保护

27、和短路保护，所以它具有如下特点： （1）因为没有双金属制成的发热元件，所以产生的热量比热磁式断路器少，在满足发热条件的前提下可以尽量缩小体积，因此油阻尼断路器一般要比热磁式断路器要薄5mm左右。另外由于产生的热量比热磁式断路器少，油阻尼断路器的固有功耗比热磁式断路器的固有功耗少，所以油阻尼断路器比热磁式断路器更为环保。 （2）由于传统的铁芯被阻尼器取代，利用油的阻尼作用来实现两段保护，不再采用测量元件双金属片，因此油阻尼断路器对温度的适应范围增大（-4085），能在高温和低温场使用。由于双金属片的弯曲程度是由其本身的温度决定，所以传统的采用双金属片的断路器无法在温度很高或很低的地方使用。这样油

28、阻尼断路器的适用范围比热磁式断路器的广。另外当电路在过载故障信号消失后，阻尼器内的铁芯能在弹簧的反力作用下迅速复位，可以实现立即再合闸，而热磁式断路器由于采用的双金属片发热弯曲的过载保护原理，所以想要实现在合闸必须等待双金属片冷却。(3)由于油阻尼断路器的操作机构的特殊设计，在非人为分闸后必须将手柄沿合闸的反方向扳动，使跳扣卡住以后才能实现再次合闸，因此在油阻尼断路器脱扣后，能够轻易分辨出是故障脱扣还是人为脱扣，避免重合时再次出现事故。1.3 国内外油阻尼断路器的现状和发展前景 油阻尼断路器的生产技术虽然是很早就有了，但由于对关键技术的要求较高，发展空间不如热磁式，所以其目前发展肯定不如热磁式

29、断路器那么完善。比如功能没有热磁式断路器的完善，脱扣力不如热磁式断路器稳定等。但其发展前景却比热磁式短路器广阔，下面分别做一个简单的介绍。1.3.1油阻尼断路器的现状目前全球生产油阻尼断路器的国家并不是很多。现阶段生产油阻尼断路器的企业主要受到技术和材料的限制。以上海良信电器股份有限公司为代表有ndb5和ndb3两个系列。其中ndb5型的产品全球只有两个企业生产。上海良信是其中的一家。但目前良信电器的这两种产品在性能和功能方面也不是非常的稳定和完善。以ndb5为例，从工业上说目前上海良信对于这种产品还处于试制阶段，对于每一台组装好的产品都必须由人工调试脱扣力。而不像其他的普通的热磁式断路器直接

30、组装后就进行出厂检测，由于产品对脱扣力的范围要求较高，所以这样就造成产品的产量的降低，并且性能的不可靠。从技术上来说油阻尼断路器的电磁系统中的阻尼器是一个发展瓶颈。阻尼器主要由铁芯、阻尼液、阻尼管、反力弹簧、极靴组成。其中阻尼油的的配制是个难点。阻尼液过稀那阻尼液的阻尼作用太小可能会提前跳扣，阻尼液过浓阻力太大可能会造成不跳。所以对这个油的配制要求非常高，但目前国内电器行业从事这方面工作的人很少。所以对油阻尼的发展是个很大的阻力。另外还有一个就是目前油阻尼断路器脱扣力不稳定，ndb5油阻尼断路器的技术要求是上下偏差为0.06n精度较高。由于操作机构和弹簧的问题导致这个脱扣力非常的不稳定。直接导

31、致产品在性能的稳定程度上达不到要求。所以总的来说目前我国油阻尼断路器的情况是：(1) 生产厂家少；(2) 相关专业人员缺乏； (3) 生产工艺有待提高； (4) 关键技术有待改进。1.3.2油阻尼断路器的发展前景在未来油阻尼断路器在技术上一方面还是要向多功能、高分断、高性能发展。以改变目前油阻尼断路器普遍只做到短路瞬时、过载长延时、欠电压、电涌保护等功能，目前油阻尼断路器分断能力直流为10ka，交流为3ka。另一方面也油阻尼断路器可以向智能化发展，实现远程控制，在线检测，故障记忆等。目前只是做到有线远程控制，所以在将来油阻尼断路器在智能化方向上前景广阔。在工艺方面就是尽量实现装配的自动化，避免

32、人工失误导致产品不合格；在设计上要系列化和模块化，努力提高产品的稳定性。在附件上面要实现模块化、多元化以及高互换性。根据市场的需求，小型化几乎是所以断路器的发展方向。所以油阻尼断路器也不例外。虽然油阻尼断路器在技术和工艺上面还有很多没有完善的地方，需要时间来发展，但就油阻尼目前的性能和未来的发展空间来说还是很有市场竞争力的，同时其发展前景也是非常广阔的。1.4 课题研究的总体思路和需要解决的主要问题对于一个具体产品的研究和设计一般方法是将其拆开成若干个独立的部分进行研究，然后再总和在一起。对于油阻尼断路器产品的研究，我的总体研究思路为将其划分为6个独立的部分进行研究， 壳体设计；机构设计；电磁

33、系统的设计；灭弧系统的设计；电接触系统的设计；工艺设计。下面对课题研究思路和需要解决的主要问题介绍如下。1.4.1 课题研究的总体思路（1）壳体设计：包括绝缘材料选取和开模。对断路器的绝缘的材料的要求是高绝缘性、高介电性和硬度。目前ndb5油阻尼断路器的壳体采用的是热固性材料（dmc）其他绝缘材料手柄、灭弧罩等都是采用的热塑性材料增强阻燃尼龙pa66。该材料具有很高的韧性，并且不容易被电弧击穿。选取好材料后就要对其具体尺寸进行设计，然后开模注塑，完成相关绝缘零件的设计。（2）机构设计：机构的设计涉及到操作力的大小，反应时间，机械寿命等相关要求。首先确定油阻尼断路器采用什么样的连杆机构，然后在设

34、计过程中应该尽量使机构零件少这样反应时间快；脱扣力小方便电磁铁的设计；所占空间小，这样断路器的体积就会相应的要小。（3）电磁系统的设计：油阻尼断路器的电磁系统设计是整个断路器最关键的部分，也是油阻尼断路器区分其他断路器的一个特点。脱扣力的大小直接关系到电磁系统的设计。安匝数决定磁场强度的大小，从而决定产生磁吸力的大小，而磁吸力的大小能否克服需要达到的脱扣力大小对产品的性能起着决定性的作用，线圈的安匝数受制与线圈的匝数，而线圈承载的电流大小决定了线圈的要求截面积大小，进而得出线圈的其他尺寸。油阻尼断路器的电磁系统中的铁芯部分是由一个阻尼器替代的。阻尼器里面的组成是一个有dt4构成的比线圈稍长的铁

35、芯、阻尼弹簧和甲基硅油。整个原理就是当电路过载时，线圈产生的电磁力拖动油杯内的铁芯克服阻尼弹簧和硅油的阻尼作用向极靴处运动，由于运动过程中磁阻减小，所以增大，但运动到接触极靴时，到最大所以对衔铁的电磁吸力也到最大。此时电磁吸力克服衔铁反力拖动衔铁运动实现跳闸。短路保护和此基本一致。在设计过程中就由于线圈发热油的阻尼作用会降低，在铁芯运动过程中阻尼弹簧对铁芯的阻尼作用会逐渐增大，且电磁吸力对也会随着铁芯运动增大。所以油阻尼断路器较一般断路器电磁系统来说除了工作气隙一个变量外还有其他二个变量。所以对其计算带来很大麻烦。所以一般都是按照经验值加上电脑模拟计算和大量实验来确定线圈的设计。 （4）灭弧系

36、统的设计：目前小型断路器的灭弧系统都是采用导电栅板灭弧。油阻尼断路器的灭弧系统组成有引弧板、挡弧板、灭弧室。引弧板，对电弧向灭弧室的运动起到促进作用。其材料为1.5冷轧钢板镀锡。引弧板上面有一条凸起，主要就是为了方便电弧移动，更好的将电弧引入灭弧室。导磁板是触头和灭弧室之间的一个铁片，主要是为了防止多次分断后电弧将壳体烧穿。灭弧室设计由八块栅片组成，其材料为冷轧钢板镀镍。这个灭弧室的灭弧原理主要就是将电弧分断成若干个小电弧，增大其近极压降，提高电弧的静态伏安特性曲线让其与电路的静态伏安特性曲线无交点，导致电弧熄灭。（5）电接触系统的设计：电接触系统包括固定连接和可分断触头。固定连接比如软连接与

37、导电板之间的焊接等；此处要求固定连接焊接牢固，避免接触电阻过大引起发热大。另外还包括导电部件的设计和材料选取。一般来说对于导电部件材料一般为紫铜镀银。对于一些特殊部件也可采用镀锡。比如部分裸露的静触板等。可分断触头即动静触头，可分断触头是断路器运行是否可靠的一个最根本的因素。一般来说触头的接触电阻决定了整个断路器的内阻的大小。对于触头的设计首先要确定触头的材料选取，然后对其形状、厚度等进行设计和计算。由于断路器对触头的要求比较苛刻，对其熔点、硬度、导电、抗熔焊性等都有很高要求，所以在材料选取方面一定要注意。（6）工艺设计：任何一个产品的工艺水平都关系着其产品性能的高低，同时也代表着其生产水平的

38、高低。对于油阻尼断路器来说其零件的处理工艺和固定接触的连接工艺是至关作用的。因为这两个工艺直接关系到产品的使用寿命的长短、性能的稳定和是否能够满足发热要求。1.4.2 课题需要解决的主要问题 研究和设计油阻尼断路器需要解决的问题如下： （1）对于壳体内外部尺寸的设计以及材料的选取。 （2）操作机构的设计，具体是采用何种机构能提高断路器的性能。 （3）确定脱扣力大小，根据脱扣力大小来确定电磁铁的设计和阻尼油浓度。 （4）触头的设计，采用什么样的材料和焊接方法尽量减小接触电阻，从而减小发热。 （5）灭弧系统的设计，采用何种灭弧方式在达到效果的前提下比较合理。 （6）在设计过程中需要尽量模块化和减少

39、零件的个数。使断路器生产工艺简单，从而减少由于人工装配失误对产品性能的影响。 以上海良信电器股份有限公司生产的ndb5系列油阻尼断路器为例，其主要参数如下： （1）额定电压：dc80v； （2）额定电流：63a； （3）额定工作频率=50/60hz； （4）机械电气寿命：10000次（其中电气寿命6000次）； （5）额定短路分断能力：=10ka； （6）正常工作温度范围：-4085； （7）工作制：长时间工作制 。第2章 结构设计断路器的结构设计包括其总体结构设计和操作机构的设计。总体结构的设计主要是针对油阻尼断路器的的壳体进行设计。包括壳体尺寸，壳体设计需要遵守的原则，壳体的材料等等。其总

40、体结构还应该包括整个断路器的的内部结构设计，即油阻尼断路器内部零件的摆放。因为零件摆放的合理性直接关系到油阻尼断路器的工作性能的稳定性。所以油阻尼断路器在壳体内部的摆放位置必须服从相关原则规定。油阻尼断路器的操作机构直接关系到断路器的分断能力的大小和工作的稳定与否。操作机构原则上是在保证操作机构正常工作的情况下，零件越少越好。因为这样能够减少机构的反应时间提高其灵敏度。从而能够提高断路器的分断能力。接下来就详细的介绍油阻尼断路器的总体结构设计和其操作机构的设计方法。2.1 总体结构设计总体结构设计包括壳体的大小尺寸、内部零件的摆放和壳体材料的选取等。零件摆放可分为平面布置和立体布置两种，综合油

41、阻尼断路器各方面因素考虑，油阻尼断路器的零件摆放采用平面布置的方法，即所有零部件如操作机构、电磁系统、灭弧系统、支架、轴等，全部铺开布置在一块绝缘底板上，这种布置方法的特点是容易接触到每一个零部件，便于装配和调整，也便于更换易损零部件。对于油阻尼断路器来说壳体的设计的主要原则是：（1） 零件的取下和安装方便。断路器零件安装时最好不要用螺钉紧固的方式安装零件。油阻尼断路器固定零件的方法是首先将零件全部都按照壳体内部的形状卡在壳体上，然后用铆钉铆紧壳体这样的方法固定内部零件。因为这样的方法对零件和壳体内部的尺寸的配合要求比较严格，所以就需要对壳体模具内部形状尺寸进行精确设计（比如凹槽的形状、宽度、

42、深度等），这样方便卡住各个零件。 （2）各部件接线方便。对于油阻尼断路器主要考虑的是对接线端口怎样设计方便使用人员接线。 （3）操作机构操作方便，便于安装。为了便于产品的的装配方便和使用者的方便，将油阻尼断路器的操作手柄装在油阻尼断路器顶部。 （4）产品安装方便。油阻尼断路器采用燕尾槽配合卡快安装，无需螺栓安装。 根据以上要求设计出ndb5油阻尼断路器壳体的内部形状和外形尺寸如图2.1和图2.2所示。图2.1 油阻尼断路器下壳体尺寸图图2.2 油阻尼断路器上壳体尺寸图由图2.1和图2.2可知，油阻尼断路器的尺寸比较小。这样使得油阻尼断路器在安装时大大的节省了安装空间。这样使得客户的产品在尺寸也

43、会有个下降。更受客户的青睐。目前油阻尼断路器的上下壳体材料均选用pa66增强阻燃尼龙。因为该材料绝缘耐压好，可塑性好并且可回收进行重塑。这样就使得生产成本会大大降低。节约生产资源。壳体实物如下图2.3所示。图2.3 油阻尼断路器的壳体实物 断路器内部零件摆放如图2.4所示。图2.4油阻尼断路器内部零件摆放实物图内部零件的摆放直接关系到断路器的温升实验、盐雾实验以及机构的灵活运动。如果电磁系统摆放的太过中间那么可能会导致电磁系统产生的热量不能够马上传递出去，以至于温升通不过，所以电磁系统要尽量的不要放在中间。但由于衔铁对于盐雾实验的要求非常高所以有要求跟衔铁一起的电磁系统尽量放在中间一些。这样就

44、会减少衔铁接触外部空气的几率。这样综合考虑后将电磁系统放在如图所示的位置。其他系统只需满足相关要求即可。操作机构只需保证机构的可灵活操作，灭弧系统只需考虑怎么样的摆放达到最好额灭弧效果，其余导电部件只需满足温升的要求。2.2 操作机构的设计 一般断路器的的闭合与断开动作是由传动机构、自由脱扣机构和主轴（转轴）、脱扣轴（牵引杆）等来实现的。2.2.1 传动轴 对于的不同的断路器，如acb、mccb和mcb，它们的传动机构都可以分为手柄传动、杠杆传动、电磁传动、电机传动和气压传动或者液压传动五种9。设计传动机构时应注意：（1） 手柄和杠杆的传动的最大操作力应不超过250n。为了减轻操作者的操作负担

45、，如操作力超过250n的断路器，可配备加长力臂。（2） 传动机构的消耗功率要小。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，此时电动机的功率可降至0.3-1kw。（3） 应使固有闭合时间缩短。（4） 闭合断路器的冲击应尽量小。2.2.2 主轴、脱扣轴 对于小型断路器（mcb）来说一般是采用主轴和脱扣轴的结构来完成机构的闭合与断开动作。因为采用这种结构其体积和质量不会很大，符合小型断路器的设计要求。而自由脱扣机构一般较大，常用于万能式断路器（acb）和塑料外壳式短路器（mccb），且这种脱扣机构一般需要很大的操作力才能动作，所以一般不用于mcb中。下面对主轴和脱扣轴分别介绍如下。

46、 主轴（也有称支架的），它是四连杆之一，机构的下连杆和动触头系统均与之相连。主轴与三个极或者四个极的动触杆相连，它必须经受数千甚至数万次的寿命考核，因此要求它有很高的机械强度；由于它是连着多级的导电系统，就要求油很好的绝缘等级。（有的也直接将支架作为导电系统）。主轴一般采用热固性材料（如国产的fx-502酚醛玻璃纤维压塑料、dmc、smc聚酯玻璃丝增强压塑料等）压制9。但对于油阻尼断路器来说，由于将支架直接作为导电系统，所以油阻尼断路器的支架是采用的紫铜作为材料，并且在外面镀银进行防氧化保护和降低电阻。脱扣轴（又名牵引杆），它是一种解扣（解开自由脱扣机构-锁扣）的重要部件。当发生过载短路时，双

47、金属片或电磁铁的动铁芯（衔铁）碰撞脱扣杆（牵引杆），使其上的锁扣与四连杆中的跳扣脱开，在主力弹簧的作用下，将四连杆变为五连杆、断路器跳闸。对与油阻尼断路器来说其牵引杆就是衔铁。当跳扣失去衔铁的支撑作用后就会在主力弹簧的作用下，将四连杆变为五连杆、断路器跳闸。2.2.3 油阻尼断路器操作机构的设计与分析操动机构，无论是那种型式的断路器，实质上是一种四连杆机构。当然油阻尼断路器也不例外。但油阻尼断路器的操作机构不同于普通的mccb的操作机构。普通的操作机构结构复杂，繁琐。其零件个数大多超过十个以上个。这样直接导致其安装工艺复杂和其灵敏度降低。油阻尼断路器的操作机构为四连杆机构中的双摇杆机构。双摇杆

48、机构结构图如图2.4所示。图2.4 双摇杆机构机构图其工作原理为摇动摇杆ab时，通过连杆bc另一个摇杆cd也会做相应的运动。在作为油阻尼断路器的操作机构时，为了提高其灵敏度，不同于普通断路器采用cd杆为有效动作杆，直接将bc作为动触头杆。但双摇杆机构存在必须满足一些条件：连架杆和机架中必有一杆是最短杆，称为最短杆条件；最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其他两杆的长度之和，称为杆长之和条件；在满足杆长之和条件时，要选取最短杆对面的杆为机架；在不满足杆长条件之和时，不管那一杆为机架都可以是双摇杆机构。 在具体断路器机构设计时除了考虑上述条件外还要考虑实际情况，如触头开距、分断速度、合闸速度等等一些

49、跟机构有关系的实际因素。在综合考虑后设计出如图2.5所示的操作机构草图。图2.5 油阻尼断路器操作机构草图如图2.5所示，手柄为摇杆杆ab，动触头组为连杆bc，弹簧为连架杆cd，固定点手柄轴（e）与跳扣和弹簧接触的位置(d)之间为机架ed。这样便组成了一个双摇杆机构。其中机架为四杆之中最短的一杆，满足双摇杆机构组成的必要条件。当断路器处于正常工作状态时，锁扣必须先扣住衔铁，因为如图2.6所示，弹簧是扣在锁扣上的，只有当锁扣固定后才能形成固定点d，这样才能组成双摇杆机构。在合闸过程中，转动手柄（摇杆ab），根据双摇杆机构的工作原理连杆bc和连架杆cd都会跟随一起运动，从而实现合闸。当断路器工作在

50、短路或者过载的情况下，那么衔铁会被吸引向线圈，从而跳扣失去衔铁的固定作用，从固定状态变为可活动状态，从而固定点d也不存在，所以破坏了双摇杆机构，使机构由稳定变为不稳定，不能保持正常工作状态下的工作状态，实现跳闸。油阻尼断路器操作机构的特点： 零件少，油阻尼断路器操动机构包括支架在内一共只有8和零件，安装工艺简单，提高了操作机构的工作性能的稳定性。灵敏度高，当断路器接收到分闸信号时，衔铁被吸引想线圈，跳扣失去支撑力，但由于传动部件仅有跳扣一个。所以跳闸反应时间特别快（2.1ms内），这样直接导致油阻尼断路器的分断能力较高，达10ka。 合闸、分闸时间快，由于手柄和动触头之间没有任何传动部件，所以

51、转动手柄的同时，动触头也在运动过程中。这样合闸时间将会降低，在分闸的时候由于弹簧的对动触头的拉力作用，将会是动触头加速分离，由于分合闸的时间的降低将会对电弧的熄灭起到积极作用，所以这也会提高其分断能力，降低电弧的燃烧时间。油阻尼断路器操作机构实物图如图2.6所示。图2.6 油阻尼断路器操作机构实物图第3章 电磁系统设计及计算 油阻尼断路器在电路中主要起到二段保护作用，即短路瞬时保护和过载长延时保护。而这个功能主要是由电磁系统完成，所以电磁系统是油阻尼断路器的核心。电磁系统的设计主要包括弹簧的设计与脱扣力的计算、阻尼器的结构设计、电磁线圈的设计与计算和电磁系统温升的校验。下面分别介绍如下。3.1

52、 弹簧的设计与脱扣力的计算脱扣力的大小确定直接关系到断路器电磁系统的设计。况且脱扣力的稳定性是油阻尼断路器的一个技术难题。由于其脱扣力的大小和稳定主要有弹簧决定，所以弹簧的选取也是一个重要因素。3.1.1 弹簧的设计与计算低压断路器中弹簧的的制造为十大关键工艺之一。低压断路器中常用弹簧可以分为三类，有拉伸弹簧（简称拉簧）、压缩弹簧（简称压簧）、扭转弹簧（又称扭力弹簧，简称扭簧），个别地方也用圆锥塔形弹簧（又称宝塔弹簧）。前三者统称圆柱螺旋弹簧，后者称圆锥螺旋弹簧。圆柱螺旋弹簧还按它的钢丝截面分为圆形、方形、矩形等9。 弹簧基本物理性质；（1） 旋绕比（w或c）。旋绕比又称弹簧指数，它等于弹簧的

53、中径（平均直径）与钢丝直径之比。 (3-1)式中 弹簧的中径； d弹簧钢丝直径； w一般在4-25之间。（2） 工作负荷、.。工作进程中承受的力或力矩。（3） 极限负荷。指对应于弹簧材料屈服极限的负荷（力或力矩）。（4） 工作极限负荷。指弹簧工作中可能出现的最大负荷。（5） 变形量、.。变形量又称挠度。指弹簧也负荷作用方向产生的位移。（6） 工作极限负荷下的变形量。指在工作极限负荷作用方向上的相对位移。（7） 极限负荷下的变形量。指在极限负荷作用方向上的相对位移。（8） 弹簧刚度。指在单位变形的弹簧负荷。又称弹簧计算刚度。（9） 初拉力。指密圈弹簧在冷卷是形成的内力，其值为弹簧开始产生拉伸变形

54、时，所需加的作用力。它仅适用于钢丝直径8mm，碳素弹簧钢丝组的冷卷加工，不适用热卷。具有初拉力的弹簧用于拉伸弹簧。（10） 工作扭转角、.。工作扭转角指扭转弹簧承受工作负荷时的角位移。（11） 极限扭转角。指扭转弹簧承受极限负荷时的角位移。（12） 工作极限转角。指扭转弹簧承受工作极限负荷的角位移。（13） 总圈数。指沿螺旋轴线两端间的螺旋圈数。（14） 有效圈数n。指计算弹簧刚度时的圈数。（15） 曲度系数k、。指旋绕比对应力影响的修正系数。（16） 高径比b。又称弹簧稳定性指标或细长比。它指压缩弹簧的自由度与中径之比，一般b3。 弹簧的许用应力与钢丝直径d和钢丝的抗拉强度的关系 表3-1为碳素弹簧钢丝组，抗拉强度与许用应力的关系表3-1 碳素钢丝抗拉强度与许用应力的关系弹簧材料弹簧碳素钢丝组钢丝直径d（mm）