1. Wstęp teoretyczny

Przekaźnik - to urządzenie elektromagnetyczne, elektroniczne lub cyfrowe. Służy ono do przełączania określonych styków w obwodzie automatyki. Urządzenie to, przy spełnieniu odpowiednich warunków wejściowych, reaguje na zmianę pewnej wielkości fizycznej (np. napięcia) w taki sposób, że po przekroczeniu określonej wartości napięcia następuje skokowa zmiana położenia kotwicy (przyciąganie do rdzenia).

Przekaźnik jest szeroko wykorzystywany w elektronice i automatyce. Podstawowymi elementami przekaźnika są: cewka, rdzeń, kotwice z zestykami antymagnetycznymi oraz zestyki (zwierne, rozwierne).

Parametry charakteryzujące pracę przekaźnika to: moc zadziałania, moc sterowania, czasy działania przekaźnika, stała czasowa τ, współczynnik zapasu oraz współczynnik powrotu.

Do przekaźnika dostarczane jest dane napięcie U, które wywołuje przepływ prądu przez uzwojenie. To z kolei, powoduje magnesowanie cewki (nawiniętej na rdzeń), dzięki czemu powstaje strumień magnetyczny. Na jego skutek na kotwicę działa siła, która powoduje przyciąganie kotwicy do rdzenia.

Kotwica poruszając się zmienia stany poszczególnych zestyków:

- przyciąganie kotwicy: zwieranie zestyków zwiernych i rozwieranie zestyków rozwiernych

- zwolnienie kotwicy: rozwieranie zestyków zwiernych i zwieranie zestyków rozwiernych.

Przekaźnik obojętny - jest to element, który pośredniczy między obwodem sterującym a sterowanym. Pod wpływem określonych sygnałów elektrycznych w obwodzie sterującym przekaźnik zmienia jeden lub wiele obwodów sterowanych.

Wyznaczenie charakterystyk czasowych przekaźników.

1. Wyznaczenie charakterystyki tpp = ( kp  .

tpp - czas przełączania przy przyciąganiu

kp - współczynnik zapasu kp = I/Ip ;

Ip - prąd przyciągania ,

- minimalny prąd , który spowoduje przyciągnięcie kotwicy ;

Prąd Ip = 34,00 [mA]

I [mA]	34	50	70	90	110	130	150	175	200	250	300
tpp [ms]	5,8	3,7	3,3	2,3	2,5	2,4	2,6	2,5	1,9	1,4	1,1
kp [mA/mA]	1	1,47	2,06	2,65	3,24	3,82	4,41	5,15	5,88	7,35	8,82

Prąd I po osiągnięciu pewnej wartości wytwarza strumień magnetyczny, dzięki czemu kotwica przyciągana jest do rdzenia.

Wraz ze wzrostem prądu I oraz współczynnika k_p, czas t_pp maleje, z wyjątkiem dla wartości k_p=3,24 i t_pp=2,5. Sytuacja powtarza się po raz drugi dla k_p=4,41 i t_pp=2,6 - zamiast spadku występuje chwilowy oraz gwałtowny wzrost czasu. Jest to pewna niedoskonałość, która charakteryzuje przekaźniki. Spowodowana jest ona drganiami zestyków oraz kotwicy, co powoduje wzrost czasu przyciągania. Kotwica jest przyciągana z dość dużą siłą i podczas przyciągania, odbija się od jarzma i zaczyna chwilowo drgać. Dlatego też miernik wskazuje chwilowy wzrost czasu.

1. Wyznaczenie charakterystyk tzz = ( kp), trr = ( kp), trz = ( kp), tzr = ( kp) .

tzz - czas zwierania zestyków zwiernych ,

trr - czas rozwierania zestyków rozwiernych ,

trz - czas rozwierania zestyków zwiernych ,

tzr - czas zwierania zestyków rozwiernych ,

I mA	34	50	70	90	110	130	150	175	200	250	300
tzz ms	79	18	17	13	10	9	7,8	6,2	5,5	4,1	3,9
trr ms	2,4	3,8	4,9	3,8	4,1	4,2	4,4	5,9	4,6	4,3	4,7
trz ms	85	20	14	10	8	6,3	5,1	3,9	3,6	2,9	2,0
tzr ms	2,1	4,5	4,4	5,7	5,0	5,3	5,4	5,1	5,4	4,5	5,6
kp mA/mA	1	1,47	2,06	2,65	3,24	3,82	4,41	5,15	5,88	7,35	8,82

Wszystkie czasy charakteryzujące pracę przekaźnika przy przyciąganiu są odwrotnie proporcjonalne do współczynnika zapasu, natomiast czasy przy zwalnianiu są wprost proporcjonalne.

Czas zwierania zestyków zwiernych jest sumą czasów przełączania przy przyciąganiu oraz rozwierania zestyków rozwiernych.

Wystąpienie napięcia na zaciskach powoduje, że prąd sterujący i strumień magnetyczny rosną a gdy strumień osiągnie wystarczającą wartość, zacznie przyciągać kotwicę.

W momencie, gdy obwód zostanie przerwany, zmniejsza się strumień magnetyczny oraz prąd sterujący, kotwica może opaść pod wpływem własnego ciężaru, zwierając zestyki zwierne i rozwierając zestyki rozwierne.

Zmniejszenie czasów tzz oraz trr spowodowane jest szybszym czasem narastania strumienia magnetycznego i wcześniejszym przyciągnięciem kotwicy.

Zwiększenie czasów tzr i trr oraz wzrost współczynnika kp spowodowane jest zwiększonym namagnesowaniem rdzenia. Dzieje się tak, ponieważ rdzeń powoli rozmagnesowywuje się po przerwaniu obwodu.

Na charakterystykach widać, że charakterystyki t_zz = f(k_p) i t_rr = f(k_p) mają bardzo podobny przebieg. Obydwa czasy dotyczą przyciągania kotwicy oraz oba maleją wraz ze wzrostem prądu. Patrząc na kolejne charakterystyki t_rz = f(k_p) i t_zr = f(k_p) można zauważyć, że te już nie zależą tak od prądu I. Można zauważyć również, że przy wartościach prądu powyżej 200 mA czasy te zbliżają się do siebie i przyjmują wartości do siebie zbliżone.

2. Układy pracy przekaźnika obojętnego (opracowane teoretycznie)

W tej części ćwiczenia należało zbadać wpływ elementów dołączonych do cewki przekaźnika na jego czasy działania.

a) Bez dodatkowych elementów - opracowane powyżej.

b) Szeregowo podłączony opornik i cewka - obecność cewki powoduje wolniejsze wzrost wartości prądu. Wpływ indukcyjności jest określany przez wzór τ=L/R. Zwiększenie się stałej czasowej powoduje zwiększenie się czasu przyciągania. Niemniej jednak, wpływ cewki jest redukowany poprzez istnienie rezystancji w oporniku.

c) Szeregowo podłączony opornik - rezystancja podłączona nie ma praktycznie większego wpływu na czas rozwarcia. Można jednak zauważyć jej zależność na czas zwarcia. Podczas podłączenia dodatkowego oporu szeregowo zmniejsza się stała czasu , co w konsekwencji powoduje zmniejszenie czasu przyciągania przekaźnika.

d) Szeregowo podłączony opornik i zbocznikowany pojemnością - W chwili wyłączenia napięcia sterującego, kondensator zaczyna się rozładowywać. Powoduje to dłuższe utrzymywanie strumienia magnetycznego i późniejsze zwolnienie kotwicy. Wzrost czasów t_zz i t_rz.

e) Szeregowa rezystancja zbocznikowana pojemnością - Można zauważyć brak wpływu kondensatora na czas zwalniania. Wynika to z rozładowania kondensatora przez rezystor a nie przez przekaźnik. Występuje zmniejszenie czasu zwierania.

f) Zbocznikowana rezystancja - Występuje wzrost czasu t_rz i podtrzymanie strumienia magnetycznego. Jest to wywołane przepływem prądu przez podłączoną równolegle rezystancję i uzwojenie cewki przekaźnika. Cewka przekaźnika w momencie wyłączenia napięcia posiada energię pola magnetycznego.

g) Zbocznikowany szeregowo połączony rezystor i kondensator - Czas rozwierania zwiększył się, ponieważ w momencie wyłączenia napięcia nastąpiło powolne rozładowanie kondensatora. Czas rozwierania nie był tak duży jak w przypadku poprzednim, ponieważ kondensator rozładowywał się dodatkowo poprzez rezystor. Mniejszy wpływ kondensatora na czas zwierania może wynikać z tego, że w przypadku 2.d prąd ten był pomniejszony poprzez obecność prądu z kondensatora.

h) Zbocznikowany szeregowo indukcyjność i rezystancja - Indukcyjność w tym punkcie, tak jak w punkcie 2.b, ma mały wpływ na czas zwierania, w dużym stopniu wpływa na czas rozwierania.

2

---