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問：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。

了解不同類型斷路器的優(yōu)缺點。

在選擇斷路器時，識別并避免一些常見錯誤。

斷路器是一種自動操作的電氣開關(guān)，旨在防止電路產(chǎn)生由過載或短路造成的損壞。斷路器最基本的功能是檢測故障情況，并“立即”中斷電流。與使用過一次就必須更換的保險絲不同，斷路器在復(fù)位之后可以繼續(xù)正常工作。

斷路器與保險絲的區(qū)別

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

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

斷路器的初始價格看似較高，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)行電路保護以外的功能，如開關(guān)和指示。比如：一些斷路器既可以用作電源開關(guān)，也可以用作電路保護器，而熔斷電路則都會需要單獨的電源開關(guān)。

更多斷路器和保險絲的比較，可參見電路保護器件的差異。

斷路器的類型

斷路器的類型主要包括以下幾種，我們下面會做詳細的介紹：

熱敏式

磁動式

液力延遲磁動式

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跳閘，因此會有可預(yù)測的延遲。

這類斷路器具有相對緩慢的特性曲線，可區(qū)分安全的臨時浪涌和長時間的過載。

熱敏式斷路器適用于機械或車輛，在啟動電機、變壓器和螺線管時會伴隨較大電流。

我們來進一步分析熱敏式斷路器的工作原理：

在接通狀態(tài)下，電流將流過雙金屬板。如果電流值過高，會使雙金屬發(fā)熱并彎曲，進而斷開觸點，并中斷電流流動。

當(dāng)觸點斷開時，絕緣體會滑入觸點之間的位置以保持觸點處于斷開狀態(tài)（因此在冷卻時不會自動復(fù)位），并使其持續(xù)保持該狀態(tài)，直到手動復(fù)位斷路器。

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

磁動式斷路器

磁動式斷路器通過螺線管工作。它利用電磁來移動內(nèi)部電樞，從而斷開觸點。

磁動式斷路器在達到閾值電流后立即跳閘。

此類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。

液力延遲磁動式斷路器

磁動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；否則可能需要降低額定值。

磁動式斷路器工作原理如下：

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

液壓延遲磁動式斷路器采用了完全相同的設(shè)計，但有一個關(guān)鍵區(qū)別。在簡單的磁動式斷路器中，磁芯會暴露在空氣中，以減少磁芯運動的阻力。

液壓延遲零件的磁芯周圍會包裹某種液體。液體的粘度越大，延遲時間就越長。

熱磁式斷路器

熱磁式斷路器結(jié)合了熱敏和磁動式斷路器的優(yōu)點：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現(xiàn)快速響應(yīng)。

高過電流導(dǎo)致螺線管快速觸發(fā)釋放機制，而熱機制則響應(yīng)長時間的低值過載。

此類斷路器具有兩步跳閘配置的特點，為昂貴的電氣系統(tǒng)提供快速短路保護，同時將系統(tǒng)運行中斷的風(fēng)險降到最低。

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，雙金屬元件便不會移動，并且磁芯也不會拉得足夠遠以使斷路器跳閘（圖A）。

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

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

在需要瞬間跳閘功能并且環(huán)境溫度過高會對產(chǎn)品產(chǎn)生負面影響的情況下，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

價格

在大多數(shù)情況下，熱敏式斷路器的成本無疑是最低的。位列其后的便是磁動式斷路器。價格最高的是液壓延遲磁動式斷路器和熱磁式斷路器。然而，像密封、觸點負載、材料組成、物理尺寸等規(guī)格都會對價格產(chǎn)生影響。

斷路器選型時的常見錯誤

我們將斷路器選型時，工程師常犯的六種錯誤歸納如下：

為應(yīng)用選定錯誤類型的斷路器。

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

指定過高的額定值可避免因勵磁涌流或瞬態(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絲來防止干擾跳閘。然而，卻沒有必要使用超大型的斷路器。

與保險絲額定值不同，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斷路器會保持10A的電流而不會引起干擾跳閘。事實上，具有慢跳閘配置的典型4A斷路器能承受臨時的10A電流浪涌而不會引起跳閘。

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

在設(shè)計中未考慮間距問題。

在非溫度補償熱敏式斷路器之間需要保持建議的最小間距，這一點非常重要。

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

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，斷路器的額定負載應(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，請遵循廠商的降額指南。例如，當(dāng)需要10A保護的應(yīng)用在50℃條件下工作時，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環(huán)境溫度的波動很敏感。在寒冷的環(huán)境中，它會在電流較高時跳閘，而在炎熱的環(huán)境中又會在電流較低時跳閘。

工程師的一個常見錯誤是，認為在環(huán)境溫度升高時有必要對熱敏式斷路器降額。

實際上，熱敏式斷路器會跟蹤系統(tǒng)的性能需求，從而假設(shè)它暴露在相同的熱源中。例如，電機繞組在90℃時比在20℃時需要更多的過熱保護。冷電機需要更多的勵磁涌流才能啟動，因此在寒冷條件下，較長的延遲是有利的。

為高振動環(huán)境指定錯誤類型的斷路器。

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

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

編輯：jq