断路器

电路保护是电子行业关注的一个重要问题。虽然简单的保险丝是一种保护设备的经济方式，但如果保险丝熔断，就需要更换。有些应用虽然需要电路保护，但保险丝熔断会对其造成严重妨碍。以生产组装点主生产线的控制板为例，如果上面的保险丝炸开，就会毫不夸张地出现“生产线停产”的情形。如果使用的保险丝不合适并且控制板损坏，则会出现更长时间的“生产线停产”情形。使用自复位断路器是使用保险丝和完全没有电路保护之间的完美折衷方案。如果使用保险丝，有可能会在更换时用错保险丝。而使用断路器则可以确保在断路器复位后获得正确的电路保护。控制板将受到保护，而且断路器跳闸后也很容易复位。本文将介绍一些不同种类的断路器、用于描述它们的术语以及潜在的应用。

断路器是一种在过载或短路的情况下自动断开电路的器件。它有一个“额定电流”值，这是断路器可在不断开电路的情况下工作的最大电流。在 DigiKey 网站上可以搜索到额定电流参数。图 1 的右上部分显示了额定电流在“断路器”页面上的位置。突出显示所需的额定电流并选择左下角红色的“应用筛选条件”按钮，即可保留所有适用选项而筛选掉其他选项。

图 1： DigiKey 参数搜索中的额定电流。

断路器的另一个重要特征是额定电压。可以使用额定电压高于电路上所存在电压的断路器。如果电路使用的是 120 V_AC，可以使用额定电压为 250 V_AC 的断路器。反之，如果在 250 V_AC 线路上使用额定电压为 120 V_AC 的断路器，则是不可接受的做法。DigiKey 提供两个可选参数帮助缩小具有适当额定电压的选项范围。这两个参数是 AC 参数和 DC 参数。这些参数的使用方式与前面的示例相同。只需突出显示所需的额定电压，然后单击红色的“应用筛选条件”按钮，即可删除不在该列表中的选项。

断路器类型

磁断路器

不同种类的断路器更适合不同的特定应用。液压延迟磁断路器适合用于防止短路。它们使用与输入和输出串联的螺线管工作。当电流进入断路器时，会在螺线管周围产生磁场。随着越来越多电流进入断路器，磁场也变得越来越强。到了某一个时刻，足够的电流导致磁场强度足以压倒内部弹簧并释放断路器上的闩锁，从而使电路断开。线圈的铁芯位于密封的圆筒内，圆筒中有活塞和放在液压油中的弹簧。液压油的粘度决定了断路器跳闸所需的时间。这对于涌流高的应用非常有用；它可以让大电流立即通过而不会造成误跳闸。磁断路器对温度不敏感，非常适合气候多变的环境。它们对电压敏感，因此 AC 装置不能代替 DC 装置。图 2 显示了 Carling Technologies 的磁断路器 N11-B0-24-610-121-D3，而图 3 显示了内部工作原理。

图 2： Carling Technologies 的 N11-B0-24-610-121-D3 磁断路器。

图 3： Carling Technologies N 系列断路器的内部工作原理。（图片来源： Carling Technologies）

热断路器

热断路器的工作方式与磁断路器略有不同。这种断路器包含某种双金属元件，并有一个触头与其相连。当电流达到一定值时，双金属片将加热到弯曲点并打开触头，从而切断电路。通常会有一个绝缘体滑入到位，使触头保持打开状态，直到完成手动复位。此类断路器的一个难点在于它非常依赖于温度。在较高的工作温度下，它能处理的电流较小。在较低温度下的情况恰好相反，断路器在低于 25°C 的温度下工作时，所需电流比公布的跳闸电流要大。此类断路器通常会提供关于环境温度补偿的说明文档。图 4 是 TE Connectivity Potter & Brumfield Relays W57 系列的环境温度补偿表示例。该表以 1 安培为基准，显示了各型号热断路器在不同温度下的额定电流。此数据没有相应的标准，所以请务必查阅制造商的说明文档。

图 4： TE Connectivity W57 系列断路器的环境补偿表（图片来源： TE Connectivity）

通常，热断路器跳闸比磁断路器跳闸所需的时间稍长。再看 W57 系列说明文档，其中还有一个“时间与电流跳闸曲线”，以详细的图表显示不同百分比的过载电流的跳闸时间，如图 5 所示。

图 5： TE Connectivity W57 系列在 25˚C 时的时间与电流跳闸曲线。（图片来源： TE Connectivity）

热断路器通常比磁断路器小，价格也更便宜。它们对电压不敏感，因此同一装置既可用于 AC 操作也可用于 DC 操作。TE 的 W57-XB7A4A10-15 便是 15 A 热断路器的一个例子。图 6 是 W57-XB7A4A10-15 的图解。

图 6： TE Connectivity 的 W57-XB7A4A10-15。

图 7 是对磁断路器与热断路器之间的一些区别进行比较的对照表。

图 7： 比较热断路器与磁断路器。

热磁断路器

热磁断路器是热断路器和磁断路器的混合物。它们既包含电磁铁也包含双金属片。该断路器的热元件可防止低电平过载，而磁特性可在发生电流较高的故障（如短路）时立即跳闸。热磁断路器的一个例子是 American Electrical Inc. 的 UTE100E-FTU-100-3P-LL-UL，如图 8 所示。

图 8： UTE100E-FTU-100-3P-LL-UL 热磁断路器。

固态断路器

固态继电器是一种正在努力取代磁断路器和热断路器的新兴技术。这些断路器以数字微处理器或微控制器和电流传感器来代替热断路器的双金属片和磁断路器的螺线管操作。它们对波形进行采样并将其转换为数字信号，然后使用微处理器或微控制器进行评估。这些断路器的准确性比磁断路器或热断路器要高得多，但通常也更为昂贵。固态断路器的一个例子是 Phoenix Contact 的 3000763，如图 9 所示。

图 9： Phoenix Contact 的 3000763 固态断路器。

安装选择

面板安装

断路器用于许多不同的应用。因此，制造商努力开发了许多不同的尺寸和安装类型来适应多种不同的需求。面板安装式断路器非常受欢迎。这些断路器适用于多种应用。如果应用有一个可穿透的面板，那么面板安装是一个很好的选择。面板安装式断路器的一个例子是 E-T-A 的 1658-G21-01-P10-10A。致动器是圆形的，可以非常容易地钻出一个安装孔。面板安装选择通常会附带一个螺母，用于将其固定到位。1658-G21-01-P10-10A 提供一个配件盖帽，可以在 DigiKey 网站上产品页面底部的“相关产品”区域中查看。配件盖帽为 X20128501。图 10 和 11 分别显示了 1658-G21-01-P10-10A 和 X20128501。

图 10： E-T-A 的 1658-G21-01-P10-10A 面板安装式断路器。

图 11： E-T-A 的 X20128501 配件盖帽，适用于 1658-G21-01-P10-10A 面板安装式断路器。

DIN 导轨

工业环境通常需要许多断路器，且这些环境的占地面积可能弥足珍贵。通常可将断路器挂在设备机架内的 DIN 导轨上，以节省占地面积。DIN 导轨是一种用于安装这些断路器的标准尺寸金属导轨。这些导轨通常宽 35 毫米，要安装在其上的产品必须设计成与轨道紧密贴合。DIN 导轨安装式断路器的一个例子是 Phoenix Contact 的 2907573，如图 12 所示。图片底部显示了 DIN 导轨以及断路器的安装方式。

图 12： Phoenix Contact 的 2907573 DIN 导轨安装式断路器。

底座安装

断路器也经常使用底座。这样就可以非常容易地更换旧断路器。如图 13 所示，E-T-A 的 1610-21-15A 安装在一个底座中，然后将底座安装到 DIN 导轨上。可以在 DigiKey 网站上 1610-21-15A 产品页面底部的“相关产品”区域中找到底座，如图 14 所示。

图 13： E-T-A 的 1610-21-15A。

图 14： 1610-21-15A 的“相关产品”。

总结

断路器并不是最复杂的设备，但它们在电子行业中发挥着非常关键的作用。不同种类的断路器更适合不同的应用。磁断路器适合气候多变的环境，因为它们对温度不敏感。它们对电压敏感，所以不能在 DC 电路上使用 AC 磁断路器。磁断路器依靠断路器内部的液压油粘度来决定其跳闸时间。这对有涌流的应用非常有用，因为断路器有少许时间可以让电流平息而不会造成误跳闸。

热断路器依靠双金属片来中断电流。当双金属片的温度足够高时，它会弯曲并释放断路器内部的触头，从而断开电路。这些断路器非常依赖于温度，但也比磁断路器便宜。随着温度上升，热断路器可以处理的电流量减少，需要的额定电流更高。随着温度下降，热断路器可以处理的电流量增加，需要的额定电流更低。

热磁断路器是上述两种断路器的混合物。这些断路器在发生过载时将使用热元件断开电路，而在短路时则使用磁特性快速断开电路。

固态继电器使用电流检测和微处理器或微控制器来检测过载或短路并断开电路。这些断路器比磁断路器和热断路器更加可靠和快速，但也比这二者昂贵得多。

断路器有多种安装方式，方便帮助最终用户在任何应用中完成安装。

关于断路器的话题还有很多值得探讨，但希望本文是个良好的开端，有助于读者了解断路器的概念及其主要类型之间的一些关键区别。

资源

1. “Understanding Overcurrent Circuit Protectors”（了解过流电路保护器），2017 年 9 月 27 日检索
2. “Thermal Magnetic Circuit Breakers”（热磁断路器），2014 年 2 月 4 日
3. “Molded Case Circuit Breaker Basics”（模制外壳断路器基础知识），2017 年 9 月 27 日检索