斷路器淺談

本文旨在幫助你：

• 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，旨在防止電路產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，斷路器在復位之后可以繼續正常工作。

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斷路器與保險絲的區別

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

斷路器可以幫助操作員避免誤操作。在保險絲應用中，可能會插入不正確的保險絲，這會導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，但由于出現故障的次數及應用的設備數量隨著時間的推移而增加，采用斷路器可以有助于節省大量成本。

一些斷路器可以執行電路保護以外的功能，如開關和指示。比如：一些斷路器既可以用作電源開關，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。

更多斷路器和保險絲的比較，可參見電路保護器件的差異：https://www.digikey.cn/zh/forum/t/topic/203

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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

熱敏式斷路器結合了熱響應雙金屬條或圓片。

由于零件必須要加熱后才會跳閘，因此會有可預測的延遲。

這類斷路器具有相對緩慢的特性曲線，可區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：

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

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

通過觀察其工作原理，我們不難發現，環境溫度會減少或增加額定跳閘電流，但要根據具體的應用來判斷該特點的優劣。

? 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用和控制應用中的脈沖斷開。

? 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。當超過額定電流時，磁芯就會超過某一點。當磁芯位于“極片”附近的一定距離內時，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計，但有一個關鍵區別。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

熱磁式斷路器結合了熱敏和磁動式斷路器的優點：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快速響應。

高過電流導致螺線管快速觸發釋放機制，而熱機制則響應長時間的低值過載。

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

熱磁式斷路器工作原理如下：

熱磁式斷路器結合了這兩種不同的技術。

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境溫度過高會對產品產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

以下基本截圖展示了各類斷路器的跳閘方式，供大家參考。

? 價格

在大多數情況下，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、物理尺寸等規格都會對價格產生影響。

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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：

1. 為應用選定錯誤類型的斷路器

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

2. 指定過高的額定值可避免因勵磁涌流或瞬態電流引起的干擾跳閘

工程師們習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）相關的勵磁涌流引起的。在這種情況下，設計者需要指定帶有延遲功能的斷路器。

3. 在設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，生產廠家的建議是將電流降至正常額定電流的80%（生產廠家規格書應該列出了具體的降值信息）。

4. 降低額定值容易出現的失誤

根據經驗，斷路器的額定負載應為100%。然而，一些應用需要斷路器在高溫或低溫下連續工作。

在這些情況下，請遵循廠商的降額指南。例如，當需要10A保護的應用在50℃條件下工作時，就要求使用12A額定電流的熱敏式斷路器。

5. 不必要地降低額定值

熱敏式斷路器的性能對環境溫度的波動很敏感。在寒冷的環境中，它會在電流較高時跳閘，而在炎熱的環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的性能需求，從而假設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。

6. 為高振動環境指定錯誤類型的斷路器

通常，磁動式斷路器的觸發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計。

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