2018年11月08日 | 技术文章：塑壳断路器需要可靠的开关技术

作者：C&K开关工业和消费类全球部门经理Michael Bolduc

塑壳断路器（MCCB）正变得越来越先进，并且在保护电路和系统的同时，它们还提供额外的功能，包括通信能力和电能质量监测等。

开关技术是这一功能增强的核心，它实现了与系统的通信以及对跳闸值等关键性能参数进行编程。

在这篇博文中，C&K将研究断路器的演变过程，然后研究主要的开关功能和典型产品。

MCCB是一种电气保护器件，可以将它认为是微型断路器（MCB）的“大哥”——微型断路器常用在家庭或办公室的小型设备中。它们通常在负载电流超过MCB的能力时使用，或者在跳闸值需要可调的应用中使用。

虽然也有跳闸等级仅为几十安培的版本，但MCCB的尺寸一般会比MCB大很多，并且可以处理高达数千安培的电流。与所有类型的热磁断路器一样，MCCB有两种主要的保护模式：

-          过载保护通过使用双金属条来实现。在正常工作条件下，电流连续通过该金属条。然而，如果有大电流流过并且持续时间超过期望值，则加热效应会使金属条弯曲，从而断开触点并切断负载的电源。

-          故障保护是一种具有瞬时响应的电磁功能，从而在遇到故障电流时能够将其立即中断。无论何时发生故障，MCCB内的电磁线圈都会通电而使触点跳闸，从而切断电路的电源。由于要切断的电流很大，许多MCCB都包括消弧措施。

MCCB还包括一个可以手动使断路器跳闸的断路开关。这个开关用于在维护或系统升级期间，将设备与电源的连接断开。

MCCB最近的研发着眼于使“连接”性能更强，可以实现远程控制和监控。许多MCCB制造商现在提供符合工厂4.0标准的智能模块，可以远程监控和计量相电流电压等参数。这也有助于计算电力和能源使用，而使工厂操作人员能够更大程度地了解他们的运营费用。

MCCB的开关

MCCB中的开关有两个主要作用：它们通常用于设置跳闸电流和延时等主要参数，以及用作辅助开关，一旦MCCB跳闸就执行各种功能。这里需要用到两种非常不同类型的开关。

-          为了设置跳闸电流，通常会使用一种PCB安装双列直插（DIP）开关。这些开关可以采用旋转设计（最常见）或者偶尔采用标准的直插琴键式DIP开关。这些开关很少使用，因此可靠性在这里不太重要。但是，确保正确设置电流对于安全、避免误跳闸（nuisance trip）以及确保在发生故障时不会损坏任何下游设备来说至关重要。

为了实现这一点，在旋转开关中，触点设计为具有正向制动器，从而使得传动器只能设置在拨码的整数点上。一般而言，这些开关的设置需要使用诸如小螺丝刀之类的工具。由于开关非常小并且可能较为难以够到，因此使用工具来转动传动器比使用手指操作更容易。它还提供一定程度的防篡改保护。许多制造商提供各种类型的传动器作为半定制选项，而使得MCCB制造商可以选择执行方法或需要使用特殊工具。

-          辅助开关通常是一种微动开关，用于在跳闸情况下进行通知以及控制外部设备。虽然与其他应用相比，其使用率可能不高，但对设计人员来说，需要控制各种设备可能是一个挑战。控制报警灯、继电器和外部电源可能需要10A至15A范围内的电流，而PLC和电路的控制可能需要较低的信号电流。将这种双重功能设计到通用器件上（用于实现配置灵活性），经常需要采用定制设计而不是标准开关。

辅助开关的一个主要要求是与MCCB实现机械兼容，以便在最终客户希望重新配置各种功能时可以轻松快速地将其移除。这通常需要定制标准微动开关，以便添加带有快速释放锁扣（latch）的包覆成型（overmolded）外壳。许多情况下还添加了定制布线，以适应特定应用并使安装更加容易。

MCCB应用中受欢迎的开关

MCCB中使用的两种主要类型的开关是：

RTE系列——超薄旋转DIP开关

这种灵活的多功能旋转DIP开关主要用于MCCB，用于设置基本参数，例如跳闸电流。

图1：RTE系列提供多种机械选择，可在紧凑的空间内进行简单安装

RTE可选择4、10或16个位置，输出可指定为BCD、格雷码、十六进制码或简单的单刀输出，具体取决于应用的需要。这种开关提供一系列机械排列，包括垂直、水平和反向版本，也可提供表面贴装水平版本。

标准的螺丝刀LCP传动器可以使用直头或十字头螺丝刀，并且可以通过把手更换，以便在开关易于够到的应用中进行手动操作。顶板银色或黑色可选，以提高美观性和易读性，还可选配ESD保护板。

动触点的电阻很低，仅有约100mΩ，它由镀金铜合金制成，以确保可靠性。其形状为每个位置提供一个正向制动器，从而确保可靠地设置正确的位置。RTE开关的机械寿命约为20,000个转位（indexation），可在-25℃至+85℃的环境温度下工作。

TM系列——微型快动开关

对于MCCB中所用、用来显示该MCCB跳闸的开关，UL级TM系列构成了许多定制卡接式解决方案的基础。

图2：TM快动系列提供多种选择，通常可定制用于MCCB应用

单刀瞬动开关的额定电流为15A/250VAC，可提供SPST（常开和常闭）和SPDT（单刀双掷）配置。对于仅需要信号级开关的应用，也提供具有镀金触点的小电流版本（电流额定值大于1A的情况采用纯银电镀）。

设计人员可以指定操作力（三种选择）和传动器的中心位置以及传动器类型（杠杆、滚杆、滚针或模拟滚轮），以满足几乎所有应用的机械需求。

这些开关的循环次数高达350,000次，工作温度范围为-55℃至+150℃，非常适合在恶劣的工业应用中使用。它们提供一系列端子，包括两种尺寸的快速连接焊接端子和螺丝端子——可根据工厂生产定制组件的要求端接引线。

尽管C&K定制设计、具有正确尺寸引线的卡接配件非常受欢迎（可以通过联系工厂进行安排），但在其裸露形式中，英制螺钉或公制螺钉通常安装在开关上。

总结

MCCB正变得更加智能，能够在工厂4.0场景中提供监控和管理功能。然而，这些热机电器件严重依赖于机械开关来执行重要功能，例如设置关键参数和提供跳闸通知。

当设计人员为MCCB等应用选择开关时，有两件事非常关键：恶劣环境下的可靠性，以及根据应用进行定制的能力。C&K开关在这两个方面都表现出色，因此成为所有MCCB应用的首选。