1.2. Wyznaczenie charakterystyki t_pp = f(k_p).

t_pp - jest to czas przełączania przy przyciąganiu, czyli czas od momentu rozłączenia styków rozwiernych do zwarcia styków zwiernych.

k_p - jest to współczynnik zapasu

I_p - jest to prąd przyciągania, czyli najmniejszy prąd przy którym kotwica zostanie przyciągnięta do rdzenia

Wyniki pomiarów zestawiono w tabelce.

I	mA	29,5	50	70	90	110	130	150	175	200	250	300
tpp	ms	375	34	26,5	21,5	20,5	24,5	24,2	18,5	16	11,3	11,6
kp	-	1	1,69	2,37	3,05	3,73	4,41	5,08	5,93	6,78	8,47	10,2

Na podstawie wyników wykreślono charakterystykę czasu przełączania przy przyciąganiu w funkcji współczynnika zapasu

Wnioski:

Analiza charakterystyki t_pp = f(k_p):

Dla prądu przyciągania czyli współczynnik zapasu k_p=1 czas przełączania przy przyciąganiu t_pp test bardzo duży i wynosi 375 ms. Jest to spowodowane tym, że siła przyciągająca kotwicę do rdzenia, powodowana strumieniem magnetycznym, ma wartość zbliżoną do oporów przytrzymujących zestyki w pozycji początkowej.

Wraz ze wzrostem prądu, a co za tym idzie wzrostem wartości współczynnika k_p, czas t_pp maleje aby dla wartości k_p rzędu 8 ustabilizować się na wielkości około 11 ms.

1.3. Wyznaczenie charakterystyk t_zz = f(k_p), t_rr = f(k_p), t_rz = f(k_p), t_zr = f(k_p).

t_zz - jest to czas zwierania zestyków zwiernych, czyli czas od momentu włączenia zasilania do zwarcia zestyków zwiernych,

t_rr - jest to czas rozwierania zestyków rozwiernych, czyli czas od momentu włączenia zasilania do rozwarcia zestyków rozwiernych,

t_rz - jest to czas rozwierania zestyków zwiernych, czyli czas od momentu wyłączenia zasilania do rozwarcia zestyków zwiernych,

t_zr - jest to czas zwierania zestyków rozwiernych, czyli czas od momentu wyłączenia zasilania do zwarcia zestyków rozwiernych.

W celu zdjęcia charakterystyk połączono układ jak na rysunku

Wyniki pomiarów zestawiono w tabelce.

I	mA	29,5	30,5	50	70	90	110	130	150	175	200	250	300
tzz	ms	>1100	640	235	148	110	90	80	68	55	47	42	36
trr	ms	990	565	200	119	92	71	55	41	36	33	28	25
trz	ms	14,9	15,9	29	35	37	39	39	39	40	41	41	42
tzr	ms	21,5	23,2	36	41	43	45	45	46	46	47	47	48
kp	-	1	1,03	1,69	2,37	3,05	3,73	4,41	5,08	5,93	6,78	8,47	10,2

Wnioski:

Analizując otrzymane wyniki możemy zauważyć, że czasy t_zz i t_rr są ze sobą powiązane czasem t_pp w następujący sposób:

Czas t_zz dla k_p=1 jest to czas tak duży, że nie mogliśmy go zmierzyć używanym w ćwiczeniu miernikiem, możemy go jednak oszacować korzystając z zależności t_zz = t_rr+t_pp i wynosi on wtedy, biorąc pod uwagę błędy odczytów obu czasów, około 1365 ± 5ms.

Charakterystyki t_zz = f(k_p), t_rr = f(k_p), t_rz = f(k_p), t_zr = f(k_p).

Wnioski:

Analiza charakterystyk t_zz = f(k_p), t_rr = f(k_p), t_rz = f(k_p), t_zr = f(k_p):

Jak widać z wykresu czasy t_rr oraz t_zz mają odwrotne charakterystyki niż czasy t_rz i t_zr. Jest to związane z tym, że podczas dwu pierwszych czasów kotwica jest przyciągana do rdzenia, a podczas dwu drugich jest ona zwalniana.

Charakterystyki t_zz = f(k_p) i t_rr = f(k_p) mają kształt podobny do charakterystyki t_pp = f(k_p) czyli dla k_p zbliżonego do 1 czasy są bardzo duże. Jest to spowodowane dwoma czynnikami: po pierwsze podobnie jak w czasie t_pp wynika to z tego, że siła powodowana strumieniem magnetycznym ma małą wartość, dla małych wartości natężenia prądu powoduje siłę niewiele większą od sił trzymających kotwicę w położeniu wywoływanym przez sprężynę, i ciężko jest jej przyciągnąć kotwicę do rdzenia. Dlatego też fizyczne przemieszczenie kotwicy trwa dłużej niż w przypadku większych wartości prądu, a co za tym idzie większego k_p, czasy stają się coraz mniejsze żeby w końcu dla dużej wartości k_p ustabilizować się.

Jednak równie istotnym czynnikiem, zwłaszcza przy natężeniach prądu nieznacznie przekraczających prąd przyciągania ważny jest czas od momentu włączenia zasilania do chwili gdy kotwica zacznie rzeczywiście poruszać się w kierunku rdzenia. Przyczyną takiego stanu rzeczy jest fakt, że po włączeniu zasilania prąd nie zyskuje od razu żądanej wartości, a przez pewien czas rośnie nieliniowo, aż do chwili ustabilizowania się. Zatem przy zadaniu wartości natężenia prądu niewiele większych od prądu przyciągania, czas w którym w obwodzie rzeczywiście popłynie prąd większy od prądu przyciągania, a zatem powstania siły pozwalającej poruszyć kotwicę jest znacznie większy niż przy zadaniu wartości prądu znacznie większych od prądu przyciągania. Tak więc przy małych natężeniach prądu element opóźnienia związany z osiągnięciem w obwodzie prądu przyciągania jest stanowi znaczną część czasu t_zz, a w przypadku t_rr jest jeszcze ważniejszy, gdyż rozwarcie styków rozwiernych następuje zaraz po rozpoczęciu przez kotwicę ruchu w kierunku rdzenia i stanowi on główną składową tego czasu.

Gdzie: t₁ - czas osiągnięcia prądu przyciągania przy zadanej wartości znacznie większej od I_p

t₂ - czas osiągnięcia prądu przyciągania przy zadanej wartości zbliżonej do I_p

Przy charakterystykach czasów t_rz i t_zr miejsce ma sytuacja odwrotna. Dla k_p=1, gdy siła przyciągania kotwicy do rdzenia jest mała, powrót kotwicy pod wpływem sprężyny następuje bardzo szybko. Już przy małym oddaleniu kotwicy od rdzenia siła szybko zanika ułatwiając kotwicy powrót. W miarę wzrostu k_p rośnie wartość siły przyciągającej, więc przy rozłączaniu styków zwiernych, w miarę zwiększania się szczeliny powietrznej, siła przyciągająca maleje powoli, więc czas rozłączenia staje się coraz dłuższy i stabilizuje się przy pewnej wartości k_p.

2. Układy pracy przekaźnika obojętnego.

Ta część ćwiczenia ma za zadanie zbadanie wpływu elementów dołączanych do cewki przekaźnika na jego czasy działania.

Znamionowa wartość prądu używanego w ćwiczeniu przekaźnika wynosi 38 mA.

Układ a.

Schemat

Czas zwierania zestyków zwiernych tzz = 370 ms

Czas rozwierania zestyków zwiernych trz = 22 ms

Prąd znamionowy I = 37 mA

Układ b.

Schemat

Czas zwierania zestyków zwiernych tzz = 395 ms

Czas rozwierania zestyków zwiernych trz = 24,5 ms

Prąd znamionowy I = 38,1

Układ c.

Schemat

Czas zwierania zestyków zwiernych tzz = 238 ms

Czas rozwierania zestyków zwiernych trz = 23,5 ms

Prąd znamionowy I = 38,1

Układ d.

Schemat

Czas zwierania zestyków zwiernych tzz = 245 ms

Czas rozwierania zestyków zwiernych trz = 162 ms

Prąd znamionowy I = 38,1 mA

Układ e.

Schemat

Czas zwierania zestyków zwiernych tzz = 192 ms

Czas rozwierania zestyków zwiernych trz = 23,5 ms

Prąd znamionowy I = 28,2 mA

Układ f.

Schemat

Czas zwierania zestyków zwiernych tzz = 360 ms

Czas rozwierania zestyków zwiernych trz = 94 ms

Prąd znamionowy I = 37,9 mA

Układ g.

Schemat

Czas zwierania zestyków zwiernych tzz = 360 ms

Czas rozwierania zestyków zwiernych trz = 130 ms

Prąd znamionowy I = 37,9 mA

Układ h.

Schemat

Czas zwierania zestyków zwiernych tzz = 360 ms

Czas rozwierania zestyków zwiernych trz = 15 ms

Prąd znamionowy I = 37,9 mA

Wnioski:

Określenie wpływu parametrów elektrycznych elementów dołączanych do cewki przekaźnika na mierzone czasy:

1. 
   Dołączenie szeregowe indukcyjności (przypadek b) powoduje zwiększenie czasu t_zz w porównaniu z przypadkiem bez dołączonych elementów. Można to wytłumaczyć tym iż prąd w układzie narasta wolnej, gdyż stała czasowa układu rośnie wraz ze wzrostem indukcji zgodnie ze wzorem

, gdzie τ=L/R.

Zjawisku temu można przeciwdziałać na dwa sposoby. Albo zmniejszając wartość indukcyjności, dążąc do tego aby L=0 (własność ta wykorzystana została w układzie c). Albo w drugim przypadku zwiększać wartość rezystancji w taki sposób aby R>>L. W obu tych przypadkach wartość współczynnika τ→0, a więc zmniejsza się czas narastania prądu, oraz skraca czas t_zz.

2. Dołączenie szeregowo rezystancji powoduje spadek czasu t_zz w porównaniu z przypadkiem bez dołączonych elementów, oraz z przypadkiem gdzie dodatkowo w obwodzie znajduje się indukcyjność.

3. Dołączenie szeregowo rezystancji, oraz równoległe kondensatora powoduje jednoczesny wzrost czasu t_rz. Jest on powodowany tym, że po odłączeniu zasilania naładowany kondensator rozładowuje się podtrzymując zanikający strumień magnetyczny.

4. Dołączenie szeregowe połączonych równolegle rezystancji i kondensatora powoduje spadek czasu t_zz przy zachowaniu czasu t_rz w porównaniu z przypadkami c i d.

5. Dołączenie równolegle rezystancji powoduje wzrost czasu t_rz w porównaniu z przypadkiem bez dołączonych elementów, jest to spowodowane tym, że stała czasowa układu τ=R, a więc rośnie wraz ze wzrostem rezystancji.

6. Dołączenie równolegle połączonych szeregowo rezystancji i kondensatora powoduje wzrost czasu t_rz, w porównaniu z przypadkiem gdy jest podłączony sam rezystor. Jest to spowodowane tym, że po wyłączeniu zasilania kondensator rozładowuje się przez cewkę przekaźnika oraz rezystor. Ten ostatni fakt tłumaczy zmniejszenie czasu w porównaniu z przypadkiem gdy w gałęzi równoległej dołączony był sam kondensator. Dodatkowy wzrost czasu t_zz w porównaniu z tym przypadkiem można wytłumaczyć tym iż stała czasowa układu τ=RC.

7. Dołączenie równolegle indukcyjności nie powoduje zmian czasów w porównaniu z pierwszym przypadkiem.

Odpowiedź na pytanie „Jak zmieniły by się wyniki pomiarów gdyby nie można było wpływać na wartość napięcia zasilania?”

Jak widać z pomiarów wykonanych w punkcie 1.3 mała różnica 1 mA, przy prądzie zbliżonym do prądu przyciągania, powoduje zmianę czasu t_zz o około 700 ms a czasu t_rz o 425 ms.

Dołączenie do cewki przekaźnika dodatkowych elementów powoduje powstawanie na nich spadku napięcia, oraz zmniejszenie prądu w obwodzie cewki. Powoduje to iż nie uzyskujemy wartości prądu znamionowego, który w naszym przypadku wynosi 38 mA. Jeżeli nie mielibyśmy możliwości regulacji napięcia zasilania to w żadnym przypadku nie uzyskalibyśmy wartości prądu chociażby zbliżonej do wartości prądu znamionowego. W takim przypadku uzyskane czasy nie były by prawdziwe, a w niektórych przypadkach przekaźnik mógłby w ogóle nie zadziałać.

1

1

t

I_p

U₂

I₂

I₁

t₁

t₂

U₁

---