Ćwiczenie 3

Ćwicz. 3
Elementy wykonawcze
Temat ćwiczenia: Przekaźniki
EWA/PM
mechaniczne
1. Wprowadzenie
Praca przekaźnika elektromagnetycznego polega na przyciąganiu kotwicy poprzez
elektromagnes i przełączaniu styków (rys.1). Kotwica w ruchu napotyka na opór sprężyny
odciągającej oraz opór sprężyn stykowych. Opory te muszą być pokonane przez siłę
przyciągania elektromagnesu. W czasie ruchu kotwicy zmienia się (w trakcie jej przyciągania
– maleje) szerokość szczeliny powietrznej (kotwica – rdzeń), a przez to również siła
przyciągania elektromagnesu. Siła ta musi być w całym zakresie ruchu kotwicy większa od,
również zależnej od wychylenia kotwicy, siły sprężystości układu mechanicznego. Zmiana
położenia kotwicy powoduje zmianę indukcyjności cewki przekaźnika (zmienia się szczelina
dla pola magnetycznego). Powoduje to zjawisko w gwałtownej zmiany prądu: w chwili
przyciągnięcia kotwicy rośnie impedancja cewki przekaźnika a tym samym następuje
chwilowy spadek prądu, natomiast w chwili gdy kotwica zostaje odciągnięta od rdzenia
przekaźnika następuje przejściowy nagły jego wzrost. W ćwiczeniu przewiduje się możliwość
rejestracji na oscyloskopie takich zmian prądu – wyjście z tyłu obudowy. Typowa postać
prądu w stanach przełączania przekaźnika pokazana jest na rys.2.
Rys.1 Budowa (szkic) typowego przekaźnika elektromagnetycznego
EWA-3.doc
1
04/03/2016
Ćwicz. 3
Elementy wykonawcze
EWA/PM
Rys. 2 Krzywa narastania i opadania prądu w uzwojeniu przekaźnika w chwili jego włączenia (po
lewe stronie)i wyłączenia (po prawe stronie)
W ramach ćwiczenia bada się trzy rodzaje przekaźników 24V powszechnie stosowanych w
przemyśle:
-przekaźnik przemysłowy wielozestykowy,
-przekaźnik przemysłowy R-15,
-przekaźnik jednorurkowy zwierny.
Głównym celem ćwiczenia jest zbadanie parametrów charakterystycznych przekaźnika:
histerezy pracy, czasu ich zadziałania jak i czasu drgań zestyków po jego zadziałaniu.
Należy tu wyjaśnić, że każdy przekaźnik charakteryzuje się różnym napięciem inicjującym
(wyższym) w stosunku do napięcia jego wyłączenia. Zarówno napięcie przy którym
przekaźnik zaczyna pracować jak i napięcie przy którym przestaje pracować są dużo niższe od
napięcia znamionowego.
Drugim istotnym parametrem przekaźnika jest opóźnienie jego zadziałania. Rozumiany
jest on tu jako czas liczony od momentu przyłożenia na cewkę przekaźnika zasilania do
momentu jego zadziałania. Czas ten bardzo silnie zależy od napięcia zasilania.
Przekaźnik po zadziałaniu pracuje niestabilnie, jest to spowodowane drganiami jego
kotwicy i styków. Czas niestabilnej pracy przekaźnika jest kolejnym parametrem badanym w
tym ćwiczeniu.
Ogólnie, przekaźniki elektromagnetyczne można scharakteryzować następującymi czasami
działania:
a.
b.
c.
Opóźnienie zadziałania (czas przyciągania) – tp, czas od momentu wzbudzenia do
pierwszego zwarcia (lub rozwarcia) zestyku,
Czas zwalniania – tz, czas od momentu zaniku wzbudzenia do zwolnienia ostatniego
styku,
Czas drgań styków – td czas od momentu zwarcia pierwszego styku do stabilizacji
ostatniego.
Na rys.3 zobrazowano pracę typowego przekaźnika. Linia niebieska pokazuje moment
przyłożenia napięcie zasilania (po zróżniczkowaniu) - jego wystąpienie synchronizuje pracę
EWA-3.doc
2
04/03/2016
Ćwicz. 3
Elementy wykonawcze
EWA/PM
oscyloskopu. Linia czerwona pokazuje stan zwarcia styków przekaźnika. Widać tu, że
przekaźnik zaczyna działać z pewnym opóźnieniem oraz styki przez pewien czas nie
zapewniają pełnego zwarcia – występują oscylacje prądu przez nie płynącego.
td
a
b
tp
Rys.3 Przebiegi obrazujące pracę przekaźnika:
a – impuls synchronizacji – moment podania napięcia zasilania na przekaźnik,
b - prąd płynący przez styki przekaźnika.
2. Zestaw aparatury
- zestaw laboratoryjny do badania przekaźników,
- oscyloskop,
- zasilacz regulowany,
Podstawowym układem jest zestaw trzech przekaźników ze sterującym układem
elektronicznym.
Przyciskami ABC wybiera się rodzaj przekaźnika odpowiednio: -przekaźnik przemysłowy
wielozestykowy, przekaźnik przemysłowy R-15, przekaźnik jednorurkowy zwierny.
Na gnieździe BNC oznaczonym „sync”, na płycie czołowej układu pomocniczego, można
zaobserwować sygnał pobudzający przekaźnik. Sygnał ten powinien synchronizować
podstawę czasu oscyloskopu dając punkt odniesienia do pomiarów czasowych pracy
przekaźnika).
Na wyjściu oznaczonym „osc” można zaobserwować pracę styków przekaźnika.
Z tyłu obudowy umieszczone są dwa gniazdka oznaczone symbolem A, umożliwiają one
podgląd kształtu prądu płynącego przez przekaźnik. Dwa kolejne gniazda oznaczone
symbolem V służą do zasilania przekaźników.
Poniżej podane są trzy wersje badań przekaźników i sposób podłączeń układu.
EWA-3.doc
3
04/03/2016
Ćwicz. 3
Elementy wykonawcze
EWA/PM
1. Badanie własności statycznych – histerezy włączania wyłączania.
W celu dokonania tych badań należy zestawić układ jak na rys. 4.
Ustawić następujące nastawy:
Podstawa czasu oscyloskopu – bez synchronizacji
Przycisk START – włączony,
Przycisk GEN – nie ma znaczenia
Zasilacz
regulowany
Zestaw lab.
V
Syn
c.
Osc.
DC
Oscyloskop
Stop
Start
Rys.4 Schemat połączeń do badania charakterystyki statycznej
2. Badanie własności dynamicznych – stan nieustalony pracy zestyków.
Zestawić układ jak na rys. 5.
Ustawić następujące nastawy:
Podstawa czasu oscyloskopu synchronizowana w kanale II z gniazda SYNC
Przycisk START włączony,
Przycisk GEN – nie ma znaczenia,
Zasilacz
regulowany
V
Zestaw lab.
Sync
.
Osc.
Ch2
Ch1
Oscyloskop
Stop
Start
Rys.5 Schemat połączeń do badania charakterystyki dynamicznej
3. Badanie własności dynamicznych – prądu
Zestawić układ jak na rys. 6.
Ustawić następujące nastawy:
Podstawa czasu oscyloskopu synchronizowana z gniazda Sync.
Przycisk GEN włączony - praca automatyczna.
Podgląd prądu
A
Zasilacz
regulowany
V
Sync
.
Osc.
Stop
Zestaw lab.
Oscyloskop
Start
Rys.6 Schemat połączeń do badania charakterystyki dynamicznej
EWA-3.doc
4
04/03/2016
Ćwicz. 3
Elementy wykonawcze
EWA/PM
3. Zadania
3.1
Zestawić układ laboratoryjny- jak na rys.4. Wybrać jeden z trzech przekaźników.
Przekaźniki są wybierane z przodu obudowy: A –przemysłowy wielozestykowy, Bprzemysłowy R-15 C jednorurkowy zwierny.
3.2
Uruchomić oscyloskop Agilent- Technologies DSO-64A: włączyć kanał 1 i ustawić w nim
wzmocnienie 0.1V/div wejście DC. Wyłączyć wyzwalanie (wybrać w opcji Trigger Mode
Coupling i ustawić AUTO). Podstawa czasu 1ms/div. Zwiększając napięcie zasilania od
0V ustalić próg zadziałania przekaźnika „Uz”. Moment zadziałania przekaźnika można
zaobserwować w postaci gwałtownego wzrostu napięcia na stykach przekaźnika (Osc.) a w
efekcie przemieszczenie się odpowiedniej linii na ekranie.
Napięcia odczytujemy na wyświetlaczu zasilacza. Następnie, powoli zmniejszamy
napięcie stałe od wartości „Uz” do momentu wyłączenia przekaźnika - napięcie Ug.
Badania z p. 3.2 powtórzyć kilka razy dla każdego przekaźnika.
Wyniki pomiaru zestawić w tabeli jak poniżej:
Tabela nr 1 Pomiary dynamiki działania przekaźników
Nr pomiaru
Rodzaj
przekaźnika
1
Przemysłowy
wielozestykowy A
Uz[V]
Ug[V]
U[V]
2
3
3.3
Uruchomienie układu: włączyć kanał 2 i ustawić Trigger w oscyloskopie w pozycji
NORMAL, włączyć wyzwalanie kanał 2 - Edge-Source (układ jak na rys.5). Ustawić
napięcie zasilania powyżej górnego poziomu histerezy. Wyzwolić działanie układu
poprzez podłączenie zasilania. Czynność wyzwalania (odłączania i załączania zasilania
przez odłączanie przewodu +) należy powtórzyć kilka razy aż uzyska się poprawny obraz
sygnałów tj. obraz narastającego zbocza sygnału zasilania z widocznym opóźnieniem
sygnału pracujących styków bez zbędnych zakłóceń. Dla poprawienia obrazu można
włączyć wysoką rozdzielczość – w tym celu należy nacisnąć przycisk Acquire i wybrać
Acq. Mode i dalej High resolution. Przy właściwie ustawionych parametrach oscyloskopu
(kanał 1 wzm 0.1V/div, kanał 2 wzm. 5V/div, podstawa czasu 10ms/div) powinien pojawić
się właściwy obraz. Po ustawieniu markerów dokonać archiwizacji obrazu sygnałów.
3.4
Pomiary: pomierzyć czas opóźnienia zadziałania przekaźnika tp i czas trwania stanu
przejściowego td w funkcji napięcia pobudzenia od najniższego napięcia przy którym
przekaźnik pracuje poprawnie (powyżej górnego napięcia dla histerezy) do 24V. Dla
weryfikacji, powtórzyć czynność wyzwalania danego przekaźnika i pomiary odpowiednich
czasów minimum dwukrotnie. Pomiary te przeprowadzić dla wszystkich trzech
przekaźników dla trzech napięć np. 16V, 20V i 24V. Wyniki zestawić w tabeli jak poniżej:
EWA-3.doc
5
04/03/2016
Ćwicz. 3
Elementy wykonawcze
EWA/PM
Tabela nr 2 Parametry dynamiczne przekaźników
Rodzaj przekaźnika
3.5
Napięcie zasilania [V] Czas
opóźnienia Czas trwania stanu
zadziałania [ms]
nieustalonego [ms]
Zarejestrować kształt prądu płynącego przez cewkę przekaźnika A na tle obrazu pracy jego
styków. W tym celu, na 3 kanał oscyloskopu podać sygnał prądu wyprowadzony z tyłu
obudowy
na
zaciski
oznaczone
literą
A.
Dokonać
rejestracji
jak w p. 3.3. Jeżeli sygnał na kanale 3 jest nieczytelny to skorygować wzmocnienie oraz
nastawę podstawy czasu oscyloskopu.
4. Opracowanie wyników.
4.1 Zamieścić tabele pomiarowe z p. 3.2, 3.4.
4.2 Zobrazować wyniki badań z p. 4.1 w postaci odpowiednich wykresów – histereza działania
poszczególnych przekaźników. Poniżej pokazano przykłady rysunków:
Uosc[V]
Ug
Uz
Uzaś[V]
Rys.7 Histereza działania przekaźnika .
EWA-3.doc
6
04/03/2016
Ćwicz. 3
Elementy wykonawcze
EWA/PM
Czas zadziałania przekaźnika
12
tp[ms]
10
a
8
6
b
4
2
0
0
2
4
6
8
10
12
Uzaś[V]
Rys.8 Zależność czasu opóźnienia zadziałania przekaźnika od napięcia zasilania:
a – przekaźnik przemysłowy R-15,
b – przekaźnik jednorurkowy zwierny,
itp. (PRZYKŁAD – formy graficznej).
Podobnie może wyglądać wykres czasu opóźnienia przekaźników „td(Uzaś)”– inne zmienne.
4.3. Zamieścić obraz zmian prądu po zadziałaniu przekaźnika oraz po jego zakończeniu.
4.4. Zamieścić uwagi i wnioski.
EWA-3.doc
7
04/03/2016