電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中由于發(fā)生機(jī)械或電器故障，或負(fù)載異常，會(huì)造成電動(dòng)機(jī)過載運(yùn)行，如不采取保護(hù)措施，就會(huì)損壞電動(dòng)機(jī)，目前最常用也最簡(jiǎn)單的方法就是使用熱過載繼電器或者電動(dòng)機(jī)斷路器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行熱過載保護(hù)。

斷路器和熱繼電器等低壓電器產(chǎn)品所具有的長(zhǎng)延時(shí)過載保護(hù)作用，多半是通過熱脫扣機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)這些電器產(chǎn)品所在電路中的工作電流超過某整定值以后, 熱脫扣機(jī)構(gòu)中的熱雙金屬元件會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的彎曲撓度, 并撥動(dòng)脫扣機(jī)構(gòu)來完成電路分?jǐn)唷?/p>

但是在產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中經(jīng)常容易出現(xiàn)的問題是：產(chǎn)品熱調(diào)時(shí)出現(xiàn)“整定電流刻度無法校驗(yàn)”、“雙金位置返工”；在客戶使用產(chǎn)品時(shí)出現(xiàn)“拒動(dòng)作”或“誤動(dòng)作”，這兩種故障在行業(yè)內(nèi)始終是遺留問題。

本文將以電動(dòng)機(jī)斷路器為例，從產(chǎn)品相關(guān)零件與結(jié)構(gòu)因素兩個(gè)角度來分析其問題產(chǎn)生的原因，并基于理論設(shè)計(jì)，提出相應(yīng)的解決方案建議。

1 電動(dòng)機(jī)斷路器生產(chǎn)合格率

1.1 電動(dòng)機(jī)斷路器工作原理

圖1為電動(dòng)機(jī)斷路器，電動(dòng)機(jī)斷路器的工作原理是：通過調(diào)節(jié)旋鈕設(shè)置其整定電流值，當(dāng)通過電動(dòng)機(jī)斷路器的電流值超出設(shè)置的整定電流值的一定倍數(shù)時(shí)，主雙金屬片將受熱彎曲過量，帶動(dòng)導(dǎo)板水平移動(dòng)，導(dǎo)板推動(dòng)輔助雙金，輔助雙金轉(zhuǎn)動(dòng)，將用來鎖住跳扣的鎖扣推開，因合閘時(shí)而儲(chǔ)備彈性勢(shì)能的跳扣得到解鎖，因此釋放彈性勢(shì)能將動(dòng)靜觸頭斷開，實(shí)現(xiàn)分?jǐn)嚯娐返墓δ堋⒖紙D2。

圖1 電動(dòng)機(jī)斷路器

圖2 電動(dòng)機(jī)斷路器動(dòng)作機(jī)構(gòu)原理圖

1.2 最小整定電流值的動(dòng)作一致性影響合格率

在批量生產(chǎn)中，為了保證生產(chǎn)效率及合格率，必須研究與設(shè)計(jì)一套能夠?qū)a(chǎn)品誤差做到最小的調(diào)試方法與設(shè)備，且每臺(tái)產(chǎn)品都是用這相同的方法與設(shè)備調(diào)試。

目前行業(yè)內(nèi)大多工廠采用三相同步機(jī)對(duì)電動(dòng)機(jī)斷路器的主雙金進(jìn)行調(diào)整。其目的是將每臺(tái)產(chǎn)品的主雙金調(diào)試到距離基準(zhǔn)壁相同的位置，從而來保證每臺(tái)產(chǎn)品的動(dòng)作一致性。理論上每臺(tái)產(chǎn)品的雙金與基準(zhǔn)壁的距離保持一致的話，在相同時(shí)間內(nèi)通以相同的電流，雙金彎曲幅度距離引起跳扣動(dòng)作之間所形成的脫扣距離是相等的。

然而，在實(shí)際當(dāng)中，以最小整定電流值為10A的電動(dòng)機(jī)斷路器為例，目前電動(dòng)機(jī)斷路器從結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)，是通過整定電流調(diào)節(jié)旋鈕的旋轉(zhuǎn)來測(cè)量其不同整定電流的刻度值，在生產(chǎn)上可以發(fā)現(xiàn)，許多產(chǎn)品在經(jīng)過同步機(jī)調(diào)試之后，復(fù)測(cè)時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)實(shí)際的10A刻度線所在位置，由于雙金的離散性存在一定偏差，會(huì)出現(xiàn)至少兩個(gè)問題：

其一（如圖3）：1#的10A位置已經(jīng)處在調(diào)節(jié)旋鈕的起始位置，由于雙金彎曲還不足以使跳扣動(dòng)作，調(diào)節(jié)旋鈕又無法再逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)至10A的準(zhǔn)確位置，因此1#產(chǎn)品需返工，將雙金原來與基準(zhǔn)壁的距離縮小來補(bǔ)償。

其二：2#最小整定電流值—10A的刻度線位置距離起始位置近200°，電動(dòng)機(jī)斷路器正常需要工廠測(cè)量出最小整定值外，還要測(cè)量最大整定電流的刻度位置，不同電流規(guī)格的產(chǎn)品，主雙金通小電流時(shí)的彎曲與通大電流的彎曲量之差，是有區(qū)別的，彎曲量之差傳遞到調(diào)節(jié)旋鈕上，則表示為最小整定電流刻度值與最大整定電流刻度值之間的角度差。

對(duì)于小規(guī)格電動(dòng)機(jī)斷路器， 0.1~0.16A級(jí)別的，角度差在200°左右，因?yàn)?#的最小整定電流刻度值已經(jīng)處在200°位置，所以這類產(chǎn)品的最大整定電流的刻度值將為400°＞360°，因此最大整定電流將無法校驗(yàn)。3#是合理的最小整定電流刻度位置。

以上結(jié)果可能看到，最小整定電流值的動(dòng)作一致性直接影響到了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和合格率；在同規(guī)格的產(chǎn)品中，如果最小整定電流刻度參差不齊，則外觀質(zhì)量也受到影響。

圖3 斷路器整定電流旋鈕10A的刻度線

2 最小整定電流的動(dòng)作一致性分析

2.1 Gap值影響一致性

熱過載保護(hù)器的動(dòng)作特性是由熱元件、導(dǎo)板、動(dòng)作機(jī)構(gòu)來決定的，保證動(dòng)作的一致性的關(guān)鍵，在于保證雙金彎曲后，鎖扣旋轉(zhuǎn)至鎖扣臨界1)的行程要保持一致，鎖扣的旋轉(zhuǎn)是由輔助雙金的旋轉(zhuǎn)來帶動(dòng)的，此時(shí)導(dǎo)板、差動(dòng)杠桿可以與主雙金看做一個(gè)整體來分析（不考慮缺相電流的情況下），差動(dòng)杠桿與輔助雙金之間存在間隙Gap的，這個(gè)Gap值可正可負(fù)，由實(shí)際裝配情況而定。

三相同步機(jī)調(diào)節(jié)雙金與基準(zhǔn)壁之間的距離，由于雙金首先需要點(diǎn)焊在聯(lián)結(jié)板上，聯(lián)結(jié)板再插入中基座槽中，而輔助雙金與鎖扣又分別裝在調(diào)節(jié)架與機(jī)構(gòu)夾板內(nèi)，調(diào)節(jié)架再裝進(jìn)中基座另一槽中，在如此復(fù)雜的裝配過程后，主雙金與基準(zhǔn)壁之間的距離難以保持一致，需要調(diào)節(jié)。

同理，調(diào)節(jié)架上的零件存在加工誤差和裝配誤差，例如：輔助雙金的張角大小不一，鎖扣、跳扣、調(diào)節(jié)架等配合后的誤差累積，都將影響Gap的一致性。

即便調(diào)節(jié)雙金與基準(zhǔn)壁之間的距離一致，Gap值在每臺(tái)產(chǎn)品上也是不同的。因此，Gap值是影響一致性的原因之一。

3 雙金屬元件的穩(wěn)定性影響動(dòng)作的重復(fù)性

假設(shè)Gap值每臺(tái)產(chǎn)品都相等，各個(gè)機(jī)構(gòu)零件尺寸與裝配也理想化，最終產(chǎn)品的動(dòng)作特性還是會(huì)存在問題。

雙金的穩(wěn)定性，所謂穩(wěn)定性是指熱雙金屬元件在長(zhǎng)期應(yīng)用過程中性能是否保持穩(wěn)定, 元件工作端的移動(dòng)軌跡是否重復(fù)。熱雙金屬在加工成形的過程中產(chǎn)生的殘余加工應(yīng)力, 是造成熱雙金屬工作不穩(wěn)定的原因之一。

當(dāng)溫度變化時(shí), 由于組元熱膨脹系數(shù)不同, 相互約束產(chǎn)生熱應(yīng)力, 再與殘余加工應(yīng)力相疊加, 就有可能超過某一組元的彈性極限, 產(chǎn)生塑性變形, 致使熱雙金屬的動(dòng)作發(fā)生不可逆的變化, 在重復(fù)動(dòng)作時(shí)不能回復(fù)到原始出發(fā)點(diǎn)，工程技術(shù)上稱之為“零點(diǎn)漂移”。

元件出現(xiàn)零點(diǎn)漂移就會(huì)直接影響電器產(chǎn)品長(zhǎng)延時(shí)熱過載保護(hù)功能的準(zhǔn)確性, 例如：電動(dòng)機(jī)在過載運(yùn)行時(shí)，會(huì)出現(xiàn)拒動(dòng)作；或者電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)斷路器出現(xiàn)誤動(dòng)作，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)無法正常運(yùn)行。

雙金屬元件在裝配之前都會(huì)經(jīng)過高溫?zé)崽幚砣?nèi)應(yīng)力，即便熱處理足夠充分，實(shí)際使用的產(chǎn)品，雙金仍然會(huì)出現(xiàn)不同程度的零點(diǎn)漂移，這也是國(guó)內(nèi)外機(jī)械式熱過載保護(hù)器始終面臨的一個(gè)難題。

4 最小整定電流值動(dòng)作一致性的解決方案建議

4.1 調(diào)節(jié)旋鈕的雙調(diào)式凸輪結(jié)構(gòu)

如圖4所示，（a）所示為原凸輪結(jié)構(gòu)，在原調(diào)節(jié)旋鈕的調(diào)節(jié)架上插入一個(gè)調(diào)節(jié)螺釘，調(diào)節(jié)螺釘?shù)那岸擞|碰在調(diào)節(jié)旋鈕的漸開線上（見圖5）；（b）所示，當(dāng)調(diào)節(jié)螺釘順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，則帶動(dòng)調(diào)節(jié)架逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，裝在調(diào)節(jié)架上的輔助雙金也同時(shí)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

圖4 雙調(diào)式凸輪結(jié)構(gòu)

圖5 雙調(diào)式凸輪結(jié)構(gòu)剖視圖

4.2 雙調(diào)式凸輪結(jié)構(gòu)的調(diào)試原理

參考圖6，首先，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)旋鈕至指定刻度處；然后將三相主雙金調(diào)試同步，三相主雙金分別與導(dǎo)板的三組觸足貼合；再將主雙金通以過載電流，達(dá)到熱平衡后，順時(shí)針擰動(dòng)調(diào)節(jié)螺釘，帶動(dòng)調(diào)節(jié)架與輔助雙金則逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，使輔助雙金的長(zhǎng)邊旋轉(zhuǎn)至與導(dǎo)板觸碰，擰動(dòng)調(diào)節(jié)螺釘使調(diào)節(jié)架繼續(xù)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，使得輔助雙金的短邊撥動(dòng)鎖扣，直到鎖扣脫離跳扣而分閘。此時(shí)，調(diào)節(jié)旋鈕所指向的刻度處，則為最小整定電流值的位置。

上述操作，并不需要確定雙金的起始位置與基準(zhǔn)壁之間的距離，也排除了零件尺寸與裝配帶來的誤差積累，精確的將最小整定電流的刻度值調(diào)試了出來，測(cè)量最大整定電流時(shí)，再用傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)旋鈕的方法來實(shí)現(xiàn)即可。

圖6 調(diào)試原理圖

5 雙調(diào)式凸輪結(jié)構(gòu)的調(diào)試效果預(yù)測(cè)

5.1 工序減少

雙調(diào)式凸輪結(jié)構(gòu)相對(duì)現(xiàn)有凸輪結(jié)構(gòu)將會(huì)簡(jiǎn)化工序，如圖7所示，因?yàn)樾鹿ば虿恍枰{(diào)節(jié)第一雙金的位置；并且移印是將調(diào)節(jié)旋鈕刻度盤與蓋同時(shí)移印，而在舊工序中，由于最小整定電流值的位置具有不確定性，因此第一次為蓋上的文字信息移印，熱調(diào)結(jié)束后才能移印刻度盤。提高了生產(chǎn)效率。

圖7 新舊工序?qū)Ρ葓D

5.2 合格率提升

因?yàn)殡p調(diào)式凸輪結(jié)構(gòu)是通過調(diào)節(jié)螺釘來確定最小整定電流位置的，所以在批量生產(chǎn)時(shí)，調(diào)節(jié)旋鈕可以統(tǒng)一設(shè)置在相同位置，將會(huì)避免由于最小整定電流位置過大和過小所帶來的“整定電流刻度無法校驗(yàn)”、“雙金位置返工”等問題。提升生產(chǎn)合格率。

5.3 改善重復(fù)性問題

雙調(diào)式凸輪結(jié)構(gòu)只需對(duì)三相雙金進(jìn)行同步微調(diào)，相對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)來說，降低了對(duì)雙金的掰動(dòng)幅度，因此，減少雙金內(nèi)應(yīng)力的重復(fù)產(chǎn)生，將會(huì)改善雙金屬片由于零點(diǎn)漂移所帶來的重復(fù)性差的問題。

6 結(jié)語

綜上所述，電動(dòng)機(jī)斷路器動(dòng)作特性的合格率與質(zhì)量性能受到以下兩個(gè)方面影響，其一：最小整定電流的動(dòng)作一致性，影響動(dòng)作一致性的因素有Gap值、零件尺寸與裝配誤差累積；其二：雙金屬元件的穩(wěn)定性，它是造成熱過載保護(hù)器在使用過程中拒動(dòng)作與誤動(dòng)作的重要原因之一。

建議將調(diào)節(jié)旋鈕的調(diào)節(jié)架處設(shè)計(jì)一調(diào)節(jié)螺釘，熱調(diào)過程中，通過擰動(dòng)調(diào)節(jié)螺釘來確定最小整定電流值的位置，且量產(chǎn)中統(tǒng)一了最小整定電流值的位置，將會(huì)避免由于最小整定電流值位置過大或過小所帶來的產(chǎn)品不良問題；三相同步的微調(diào)降低了內(nèi)應(yīng)力的重復(fù)產(chǎn)生幅度；生產(chǎn)中將能夠使工序簡(jiǎn)單化，合格率得到提升。

本文編自《電氣技術(shù)》，標(biāo)題為“影響電動(dòng)機(jī)斷路器動(dòng)作特性一致性的原因分析”，作者為肖裕文、靳海富 等。