4.1 概述
按照低压断路器的定义，当被保护线路发生故障时，它应能自动开断故障电路，脱扣器作为断路器的重要部件用于反映线路情况，在线路发生故障时，它使操作机构脱扣，迅速开断电路。低压配电线路的故障有短路、过载、欠电压和接地等多种类型，因而反映上述故障，设计制造了相应的脱扣器。按工作原理分类，脱扣器目前可分为两大类，它们是热-磁脱扣器和基于微处理器的智能脱扣器，后者也被称为数字脱扣器。热脱扣器用于保护过载，利用双金属片的弯曲来动作，因而与通过的电流和电流加热双金属片的时间有关，具有反时限保护特性，热脱扣器的加热方式按脱扣器额定电流的大小，可分为直接加热、间接加热、复式加热和通过电流互感器加热等4种。磁脱扣器是一种依靠主电路电流串联励磁的电磁铁，当故障电流达到整定值就动作，起短路保护作用，也被称为瞬时脱扣器。智能脱扣器由于基于微处理器，它可具有多种功能，如过载、瞬时、短延时、接地、区域联锁和通信等。目前，热-磁脱扣器主要用于A类断路器，如微型和塑壳断路器，智能脱扣器主要用于B类断路器，如框架断路器。本章主要介绍塑壳断路器磁脱扣器的虚拟样机技术。
基于耦合场分析的电磁脱扣器保护特性分析，首先在给定短路电流条件下，计算载流导体中的电流分布，以此为励磁，计算脱扣器磁系统的磁场，再进一步计算脱扣器的电磁吸力和静态特性，与电路瞬态和脱扣器可动部分的机械运动方程相耦合，即可求得瞬时脱扣器的保护特性。
图4-1 两种结构的电磁脱扣器
a）拍合式电磁脱扣器 b）螺管式电磁脱扣器
塑壳断路器用电磁脱扣器的磁系统为拍合式占多数（图4-1a），个别额定电流小的也有用螺管式（图4-1b），前者结构简单、体积小，直接用引入母排做激磁，后者结构较复杂、体积大，但可通过改变线圈匝数适应额定电流小的脱扣器需要，目前也有趋势在拍式合电磁铁上加线圈来代替螺管电磁铁。
电磁脱扣器的优化设计目标除了尺寸小、用料省外，在工作特性上主要要求如下：(https://www.daowen.com)
1）动作时间要短。
2）满足脱扣电流I脱的要求，这里脱扣电流是指脱扣器的最小动作电流，一般对不可调脱扣器来说，取脱扣器额定电流的10～12倍，对可调脱扣器则取此值为上限。
对塑壳断路器来说，短路电流出现在操作机构带动触头系统，需要经过电磁脱扣器动作，使扣锁机构解锁，操作机构才能开始运动，所以脱扣器动作时间短，可提前使操作机构带动触头系统动作，有利于提高开断性能。另一方面，电磁脱扣器动作时间短，也有利于促使触头斥开过程与操作机构动作过程合理配合，防止动触头回落而使触头系统熔焊。
图4-2表示动触头斥开与机械运动的配合，图的上半部分为电流波形i=f（t），下半部分为由于电动斥力造成的动触头位移曲线xc=f（t）和操作机构的位移曲线xm=f（t），为了进行比较，后者的位移归化到动触头的位移上去。当短路电流由零上升到i0时，这时对应的时间t=t0，由于电动斥力与触头压力相等，并且随后超过触头压力，触头开始斥开，电流i到达最大值后下降，并且由于动静触头间距离加大，电动斥力减小，xc=f（t）到达最大值后下降，这时机构如不能及时动作，则动触头会产生跌落现象。若取t1为操作机构开始动作时间，把它称为机构启动时间，t2是指机构从开始运动瞬间起到动触头达终端位置xd所需时间，称为机构动作时间。机构启动时间t1由三部分组成，它们是：瞬时脱扣器动作时间、脱扣机构解锁时间、操作机构由四连杆变五连杆时间，其中脱扣器动作时间是主要的，因而这里认为启动时间是由脱扣器动作时间所决定。若假定操作机构的动作速度和动作时间t2不变，但机构启动时间t1，即磁脱扣器动作时间不同时，图4-2显示机构位移曲线xm=f（t）与动触头位移曲线xc=f（t）的配合：从xma=f（t）曲线看，其机构启动时间为t1a，它与xc=f（t）曲线相交于a点，即动触头的位移开始随时间增加，达到最大值后，由于脱扣器动作较慢，使机构动作没有跟上，动触头随之后退而发生跌落，直至跌落至a点时，操作机构带动动触头继续前进，这种配合，动触头有跌落现象；xmb=f（t）的机构动作曲线，它的脱扣器动作很快，让启动时间t1b小于t1a并与xc=f（t）曲线交于b点，这种配合机构能及时带动动触头前进，动触头无跌落现象；启动时间为t1c的机构动作曲线xmc=f（t），由于脱扣器动作很慢，使t1c滞后较大，造成机构位移曲线与触头位移曲线无交点，这种情况，动触头发生完全跌落现象，动静触头重新闭合，触头系统由于二次闭合可能引起熔焊。由上可知，加快磁脱扣动作，减小其动作时间，让触头斥开过程与操作机构动作过程合理配合，可防止动触头回落而使触头系统熔焊。
图4-2 磁脱扣器动作时间对防止动触头跌落现象的作用
瞬时脱扣器应严格按规定的脱扣电流来设计，即一般取额定电流的10～12倍，对小规格脱扣器，若采用拍合式电磁铁，常会使脱扣电流大于规定值，这样为了避开在脱扣器未动作时触头在电动斥力作用下斥开，必须增加触头压力，过大的触头压力会造成触头开断速度变慢，影响断路器开断性能，因而小规格脱扣器若采用拍合式电磁铁，需采用特殊设计。
