低压开关电器主要应用于低压输配电系统线路、工业控制输配电线路以及大型交通工具内部输配电线路中,在整个系统中起控制、保护和监测功能,是线路及设备保护的主要执行元件。在低压系统中,微型断路器融合了短路、过载、漏电保护等几大功能于一身,对家庭用户和工业配电十分重要,所以市场需求量巨大。同时,随着接地故障检测和故障电弧检测功能逐渐集成到微型断路器中,其对人身安全和电气设备保护功能更加完备。微型断路器的短路分断性能和过载热保护功能的实现较为复杂,涉及机械结构、电场分布、磁场分布、发热等多个方面的知识。面对新的市场竞争和压力,如何低成本、快速地开发出性能优异的小型断路器成为企业市场的核心竞争力。虚拟样机技术是一项运用计算仿真技术对小型微型断路器原理样机的运动特性、电磁特性和热性能进行设计、验证、研究及深入解析的设计开发技术,受到越来越多企业的重视和应用。本文以公司现有产品UEB3-40为主要研究对象,从以下五个方面分别对微型断路器进行分析:第一,对微型断路器的动静触头间存在的电动斥力进行计算及仿真解析,利用经验公式对霍尔姆力进行计算,采用Ansys对洛伦兹力进行仿真计算;第二,利用Ansys对微型断路器螺线管及动静铁芯部件结构进行电磁吸力分析,得到电动斥力和电磁吸力原始数据,并对电磁吸力的优化提升做了部分研究;第三,利用所得到的电动斥力和电磁吸力作为驱动力,联合多体动力学分析软件ADAMS对微型断路器进行运动分析,分析其分断的运动过程,目的在于了解机构运动特性,并且通过仿真结果判断机构结构件是否需要进行适当优化;第四,联合ADAMS和Ansys软件对微型断路器的关键结构件—U型连杆进行刚柔耦合分析,分析该零件在整个完整运动进程中,在外加压力作用下的应力变形情况,并与材料属性进行对比,判断材料选型及尺寸选择是否正确;第五,通过电磁-热-结构多场耦合分析对微型断路器的双金属片进行仿真分析,通过型变量、温度等结果判断双金属选型是否正确。通过以上五个步骤仿真系统地对设计进行分析,为小型断路器设计方案,特别是一些创新性方案的修正提供有力的参考,预先从设计上避免关键技术问题出错,找出微型断路器的最优设计方案。通过高速摄影、试验站和过载脱扣设备对上述设计的样机进行测试分析表明,该设计方案的限流能力较高,试验一次通过率高,设计改动次数少,周期短,提高创造性新品研发的成功概率,能给企业带来较好的经济效益。