電動機在運行過程中由于發生機械或電器故障，或負載異常，會造成電動機過載運行，如不采取保護措施，就會損壞電動機，目前最常用也最簡單的方法就是使用熱過載繼電器或者電動機斷路器對電動機進行熱過載保護。

斷路器和熱繼電器等低壓電器產品所具有的長延時過載保護作用，多半是通過熱脫扣機構來實現的。當這些電器產品所在電路中的工作電流超過某整定值以后, 熱脫扣機構中的熱雙金屬元件會產生相應的彎曲撓度, 并撥動脫扣機構來完成電路分斷。

但是在產品的生產過程中經常容易出現的問題是：產品熱調時出現“整定電流刻度無法校驗”、“雙金位置返工”；在客戶使用產品時出現“拒動作”或“誤動作”，這兩種故障在行業內始終是遺留問題。

本文將以電動機斷路器為例，從產品相關零件與結構因素兩個角度來分析其問題產生的原因，并基于理論設計，提出相應的解決方案建議。

1 電動機斷路器生產合格率

1.1 電動機斷路器工作原理

圖1為電動機斷路器，電動機斷路器的工作原理是：通過調節旋鈕設置其整定電流值，當通過電動機斷路器的電流值超出設置的整定電流值的一定倍數時，主雙金屬片將受熱彎曲過量，帶動導板水平移動，導板推動輔助雙金，輔助雙金轉動，將用來鎖住跳扣的鎖扣推開，因合閘時而儲備彈性勢能的跳扣得到解鎖，因此釋放彈性勢能將動靜觸頭斷開，實現分斷電路的功能。參考圖2。

圖1 電動機斷路器

圖2 電動機斷路器動作機構原理圖

1.2 最小整定電流值的動作一致性影響合格率

在批量生產中，為了保證生產效率及合格率，必須研究與設計一套能夠將產品誤差做到最小的調試方法與設備，且每臺產品都是用這相同的方法與設備調試。

目前行業內大多工廠采用三相同步機對電動機斷路器的主雙金進行調整。其目的是將每臺產品的主雙金調試到距離基準壁相同的位置，從而來保證每臺產品的動作一致性。理論上每臺產品的雙金與基準壁的距離保持一致的話，在相同時間內通以相同的電流，雙金彎曲幅度距離引起跳扣動作之間所形成的脫扣距離是相等的。

然而，在實際當中，以最小整定電流值為10A的電動機斷路器為例，目前電動機斷路器從結構上設計，是通過整定電流調節旋鈕的旋轉來測量其不同整定電流的刻度值，在生產上可以發現，許多產品在經過同步機調試之后，復測時會發現實際的10A刻度線所在位置，由于雙金的離散性存在一定偏差，會出現至少兩個問題：

其一（如圖3）：1#的10A位置已經處在調節旋鈕的起始位置，由于雙金彎曲還不足以使跳扣動作，調節旋鈕又無法再逆時針旋轉至10A的準確位置，因此1#產品需返工，將雙金原來與基準壁的距離縮小來補償。

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°，電動機斷路器正常需要工廠測量出最小整定值外，還要測量最大整定電流的刻度位置，不同電流規格的產品，主雙金通小電流時的彎曲與通大電流的彎曲量之差，是有區別的，彎曲量之差傳遞到調節旋鈕上，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。

對于小規格電動機斷路器， 0.1~0.16A級別的，角度差在200°左右，因為2#的最小整定電流刻度值已經處在200°位置，所以這類產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。3#是合理的最小整定電流刻度位置。

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

圖3 斷路器整定電流旋鈕10A的刻度線

2 最小整定電流的動作一致性分析

2.1 Gap值影響一致性

熱過載保護器的動作特性是由熱元件、導板、動作機構來決定的，保證動作的一致性的關鍵，在于保證雙金彎曲后，鎖扣旋轉至鎖扣臨界1)的行程要保持一致，鎖扣的旋轉是由輔助雙金的旋轉來帶動的，此時導板、差動杠桿可以與主雙金看做一個整體來分析（不考慮缺相電流的情況下），差動杠桿與輔助雙金之間存在間隙Gap的，這個Gap值可正可負，由實際裝配情況而定。

三相同步機調節雙金與基準壁之間的距離，由于雙金首先需要點焊在聯結板上，聯結板再插入中基座槽中，而輔助雙金與鎖扣又分別裝在調節架與機構夾板內，調節架再裝進中基座另一槽中，在如此復雜的裝配過程后，主雙金與基準壁之間的距離難以保持一致，需要調節。

同理，調節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、調節架等配合后的誤差累積，都將影響Gap的一致性。

即便調節雙金與基準壁之間的距離一致，Gap值在每臺產品上也是不同的。因此，Gap值是影響一致性的原因之一。

3 雙金屬元件的穩定性影響動作的重復性

假設Gap值每臺產品都相等，各個機構零件尺寸與裝配也理想化，最終產品的動作特性還是會存在問題。

雙金的穩定性，所謂穩定性是指熱雙金屬元件在長期應用過程中性能是否保持穩定, 元件工作端的移動軌跡是否重復。熱雙金屬在加工成形的過程中產生的殘余加工應力, 是造成熱雙金屬工作不穩定的原因之一。

當溫度變化時, 由于組元熱膨脹系數不同, 相互約束產生熱應力, 再與殘余加工應力相疊加, 就有可能超過某一組元的彈性極限, 產生塑性變形, 致使熱雙金屬的動作發生不可逆的變化, 在重復動作時不能回復到原始出發點，工程技術上稱之為“零點漂移”。

元件出現零點漂移就會直接影響電器產品長延時熱過載保護功能的準確性, 例如：電動機在過載運行時，會出現拒動作；或者電動機在正常運行時，電動機斷路器出現誤動作，導致電動機無法正常運行。

雙金屬元件在裝配之前都會經過高溫熱處理去內應力，即便熱處理足夠充分，實際使用的產品，雙金仍然會出現不同程度的零點漂移，這也是國內外機械式熱過載保護器始終面臨的一個難題。

4 最小整定電流值動作一致性的解決方案建議

4.1 調節旋鈕的雙調式凸輪結構

如圖4所示，（a）所示為原凸輪結構，在原調節旋鈕的調節架上插入一個調節螺釘，調節螺釘的前端觸碰在調節旋鈕的漸開線上（見圖5）；（b）所示，當調節螺釘順時針旋轉時，則帶動調節架逆時針旋轉，裝在調節架上的輔助雙金也同時逆時針旋轉。

圖4 雙調式凸輪結構

圖5 雙調式凸輪結構剖視圖

4.2 雙調式凸輪結構的調試原理

參考圖6，首先，旋轉調節旋鈕至指定刻度處；然后將三相主雙金調試同步，三相主雙金分別與導板的三組觸足貼合；再將主雙金通以過載電流，達到熱平衡后，順時針擰動調節螺釘，帶動調節架與輔助雙金則逆時針旋轉，使輔助雙金的長邊旋轉至與導板觸碰，擰動調節螺釘使調節架繼續逆時針旋轉，使得輔助雙金的短邊撥動鎖扣，直到鎖扣脫離跳扣而分閘。此時，調節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試了出來，測量最大整定電流時，再用傳統的旋轉調節旋鈕的方法來實現即可。

圖6 調試原理圖

5 雙調式凸輪結構的調試效果預測

5.1 工序減少

雙調式凸輪結構相對現有凸輪結構將會簡化工序，如圖7所示，因為新工序不需要調節第一雙金的位置；并且移印是將調節旋鈕刻度盤與蓋同時移印，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，熱調結束后才能移印刻度盤。提高了生產效率。

圖7 新舊工序對比圖

5.2 合格率提升

因為雙調式凸輪結構是通過調節螺釘來確定最小整定電流位置的，所以在批量生產時，調節旋鈕可以統一設置在相同位置，將會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”、“雙金位置返工”等問題。提升生產合格率。

5.3 改善重復性問題

雙調式凸輪結構只需對三相雙金進行同步微調，相對現有結構來說，降低了對雙金的掰動幅度，因此，減少雙金內應力的重復產生，將會改善雙金屬片由于零點漂移所帶來的重復性差的問題。

6 結語

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

建議將調節旋鈕的調節架處設計一調節螺釘，熱調過程中，通過擰動調節螺釘來確定最小整定電流值的位置，且量產中統一了最小整定電流值的位置，將會避免由于最小整定電流值位置過大或過小所帶來的產品不良問題；三相同步的微調降低了內應力的重復產生幅度；生產中將能夠使工序簡單化，合格率得到提升。

本文編自《電氣技術》，標題為“影響電動機斷路器動作特性一致性的原因分析”，作者為肖裕文、靳海富 等。