1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z budową stycznika i przekaźnika oraz z ich charakterystyczną pracą sterowania.

2. Opis podstaw teoretycznych pomiarów i wykonywanych czynnosci.

Stycznik jest łącznikiem mechanicznym, w którym zestyki utrzymywane są w położeniu wymuszonym siłą pochodzącą od elektromagnesu. W każdym styczniku z napędem elektromagnetycznym wyróżnia się zestyki główne (robocze), pomocnicze (zwierne, rozwierne lub przełączające) oraz cewkę napięciowo elektormagnesu.

Przekaźniki są elementami automatyki, których zadaniem jest zamykanie lub otwieranie współpracującego z nimi obwodu cewki stycznika. Włączanie lub wyłączanie stycznika odbywa sie poprzez zamykanie lub otwieranie zestyków prekaźnika umieszczonych w obwodzie zasilania cewki stycznika. Zestyki utrzymywane są w pozycji wymuszonej pod wpłwem dzwigni przyciąganej przez cewkę elektromagnesu. Przekaźnik ma wyprowadzone zaciski zestyków zwiernych, rozwiernych lub przełączających oraz zaciski cewki napięciowej. Wartość prądu przepływającego przez estyki przekaźnika jest porównywalna z wartością prądu płynącego przez jego cewkę.

Różnica pomiędzy stycznikami i przekaźnikami polega na zakresie mocy jaką obsługują. Stycznikami załącza sie układy dużej mocy (powyżej 16 A) np. silniki elektryczne, a przekaźnikami urządzenia, które załączają sygnały niskoprądowe lub sygnały o potencjale zerowym (np. Podawanie sygnałów sterujących do lub od sterowników PLC).

Najważniejszą cechą układów łącznikowych jest współczynnik trzymania, wyrażony jako stosunek napięcia przyciągania do napięcia opadania zwory, która zależy od charakterystyki sprężyny oraz cewki.Współczynnik trzymania wyliczono ze wzoru zamieszczonego poniżej:

gdzie:

• U_p – napięcie rozruchu [V]

• U_r – napięcie powrotu [V]

Dokładność współczynnika trzymania wyliczamy ze wzoru uzyskanego poprzez zastosowanie różniki zupełnej:

gdzie:

• ΔU_p – bład odczytu napięcia rozruchu [V]

• ΔU_r – bład odczytu napięcia powrotu [V]

Według teorii : U_p = 0,7 U_n , U_r = 0,5 U_n

Ćwiczenie polegało na zmianie wartości zasilania układu, tak aby różnica potęcjałów umożliwiła przepływ dostatecznie dużego prądu przez cewkę przekaźnika/stycznika aby ta załączyła styki, a następnie je wyłączyła. Uzyskane wartości napięć oraz prądów zanotowano w tabelkach, a następnie opracowano.

3. Schematy ideowe wykonanych układów połączeń z wyszczególnieniem mierników i urządzeń.

W ćwiczeniu wykorzystano następujące użądzenia :

• Miernik uniwersalny SANWA RD700

• Watomierz DW-6060

• Zasilacz DF1750 SLSA

• Przekaźniki : relpd type R2M

• Styczniki GMC 16M

4. Tabelki pomiarów

Tabela 1. Pomiary napięcia oraz prądu przy rozruchu oraz opadaniu dla stycznika AC

Napięcie znamionowe Un = 24 V, In = 0,19
Lp.	Opadanie				Rozruch
	Uod		Iod		Ur		Ir
	V	Δ	A	Δ	V	Δ	A	Δ
1	1	0,1	0,04	0,01	1	0,1	0,04	0,01
2	2	0,1	0,1	0,01	2	0,1	0,09	0,01
3	3	0,1	0,15	0,01	3	0,1	0,14	0,01
4	4	0,1	0,2	0,01	4	0,1	0,19	0,01
5	5	0,1	0,25	0,01	5	0,1	0,24	0,01
6	6	0,1	0,3	0,01	6	0,1	0,29	0,01
7	7	0,1	0,35	0,01	7	0,1	0,35	0,01
8	8	0,1	0,4	0,01	8	0,1	--	--
9	9	0,1	0,45	0,01	9	0,1	--	--
10	10	0,1	0,5	0,01	10	0,1	--	--
11	11	0,1	0,54	0,01	11	0,1	0,06	0,01
12	12	0,1	0,59	0,01	12	0,1	0,07	0,01
13	13	0,1	0,63	0,01	13	0,1	0,07	0,01
14	14	0,1	0,67	0,01	14	0,1	0,08	0,01
15	15	0,1	0,71	0,01	15	0,1	0,09	0,01
16	16	0,1	--	--	16	0,1	0,1	0,01
17	17	0,1	--	--	17	0,1	0,11	0,01
18	18	0,1	--	--	18	0,1	0,12	0,01
19	19	0,1	--	--	19	0,1	0,12	0,01
20	20	0,1	--	--	20	0,1	0,13	0,01
21	21	0,1	--	--	21	0,1	0,14	0,01
22	22	0,1	0,16	0,01	22	0,1	0,16	0,01
23	23	0,1	0,17	0,01	23	0,1	0,17	0,01
24	24	0,1	0,19	0,01	24	0,1	0,19	0,01

Tabela 2. Pomiary napięcia oraz prądu przy rozruchu oraz opadaniu dla przekaźnika AC

Napięcie znamionowe Un = 24 V, In = 0,03
Lp.	Opadanie				Rozruch
	Uod		Iod		Ur		Ir
	V	Δ	A	Δ	V	Δ	A	Δ
1	1	0,1	0	0,01	1	0,1	0	0,01
2	2	0,1	0	0,01	2	0,1	0	0,01
3	3	0,1	0	0,01	3	0,1	0	0,01
4	4	0,1	0	0,01	4	0,1	0	0,01
5	5	0,1	0	0,01	5	0,1	0	0,01
6	6	0,1	0,01	0,01	6	0,1	0	0,01
7	7	0,1	0,01	0,01	7	0,1	0,01	0,01
8	8	0,1	0,01	0,01	8	0,1	0,01	0,01
9	9	0,1	0,01	0,01	9	0,1	0,01	0,01
10	10	0,1	0,02	0,01	10	0,1	0,01	0,01
11	11	0,1	0,02	0,01	11	0,1	0,02	0,01
12	12	0,1	0,02	0,01	12	0,1	0,02	0,01
13	13	0,1	0,02	0,01	13	0,1	0,02	0,01
14	14	0,1	0,02	0,01	14	0,1	0,01	0,01
15	15	0,1	0,01	0,01	15	0,1	0,01	0,01
16	16	0,1	0,01	0,01	16	0,1	0,01	0,01
17	17	0,1	0,02	0,01	17	0,1	0,02	0,01
18	18	0,1	0,02	0,01	18	0,1	0,02	0,01
19	19	0,1	0,02	0,01	19	0,1	0,02	0,01
20	20	0,1	0,02	0,01	20	0,1	0,02	0,01
21	21	0,1	0,03	0,01	21	0,1	0,03	0,01
22	22	0,1	0,03	0,01	22	0,1	0,03	0,01
23	23	0,1	0,03	0,01	23	0,1	0,03	0,01
24	24	0,1	0,03	0,01	24	0,1	0,03	0,01

Tabela 3. Pomiary napięcia oraz prądu przy rozruchu oraz opadaniu dla stycznika DC

Napięcie znamionowe Un = 24 V, In = 0,112
Lp.	Opadanie				Rozruch
	Uod		Iod		Ur		Ir
	V	Δ	A	Δ	V	Δ	A	Δ
1	1	0,1	0,005	0,001	1	0,1	0,005	0,001
2	2	0,1	0,009	0,001	2	0,1	0,009	0,001
3	3	0,1	0,014	0,001	3	0,1	0,013	0,001
4	4	0,1	0,019	0,001	4	0,1	0,018	0,001
5	5	0,1	0,024	0,001	5	0,1	0,023	0,001
6	6	0,1	0,029	0,001	6	0,1	0,027	0,001
7	7	0,1	0,034	0,001	7	0,1	0,032	0,001
8	8	0,1	0,039	0,001	8	0,1	0,037	0,001
9	9	0,1	0,043	0,001	9	0,1	0,041	0,001
10	10	0,1	0,048	0,001	10	0,1	0,045	0,001
11	11	0,1	0,053	0,001	11	0,1	0,05	0,001
12	12	0,1	0,058	0,001	12	0,1	0,054	0,001
13	13	0,1	0,062	0,001	13	0,1	0,06	0,001
14	14	0,1	0,067	0,001	14	0,1	0,064	0,001
15	15	0,1	0,072	0,001	15	0,1	0,068	0,001
16	16	0,1	0,076	0,001	16	0,1	0,073	0,001
17	17	0,1	0,081	0,001	17	0,1	0,078	0,001
18	18	0,1	0,087	0,001	18	0,1	0,082	0,001
19	19	0,1	0,091	0,001	19	0,1	0,087	0,001
20	20	0,1	0,094	0,001	20	0,1	0,091	0,001
21	21	0,1	0,099	0,001	21	0,1	0,096	0,001
22	22	0,1	0,103	0,001	22	0,1	0,101	0,001
23	23	0,1	0,107	0,001	23	0,1	0,105	0,001
24	24	0,1	0,112	0,001	24	0,1	0,112	0,001

Tabela 4. Pomiary napięcia oraz prądu przy rozruchu oraz opadaniu dla przekaźnika DC

Napięcie znamionowe Un = 24 V, In = 0,03
Lp.	Opadanie				Rozruch
	Uod		Iod		Ur		Ir
	V	Δ	A	Δ	V	Δ	A	Δ
1	1	0,1	0,001	0,001	1	0,1	0,001	0,001
2	2	0,1	0,002	0,001	2	0,1	0,002	0,001
3	3	0,1	0,003	0,001	3	0,1	0,003	0,001
4	4	0,1	0,005	0,001	4	0,1	0,005	0,001
5	5	0,1	0,006	0,001	5	0,1	0,006	0,001
6	6	0,1	0,007	0,001	6	0,1	0,007	0,001
7	7	0,1	0,009	0,001	7	0,1	0,008	0,001
8	8	0,1	0,01	0,001	8	0,1	0,009	0,001
9	9	0,1	0,011	0,001	9	0,1	0,011	0,001
10	10	0,1	0,013	0,001	10	0,1	0,012	0,001
11	11	0,1	0,014	0,001	11	0,1	0,013	0,001
12	12	0,1	0,015	0,001	12	0,1	0,014	0,001
13	13	0,1	0,017	0,001	13	0,1	0,016	0,001
14	14	0,1	0,018	0,001	14	0,1	0,017	0,001
15	15	0,1	0,019	0,001	15	0,1	0,018	0,001
16	16	0,1	0,02	0,001	16	0,1	0,019	0,001
17	17	0,1	0,021	0,001	17	0,1	0,02	0,001
18	18	0,1	0,023	0,001	18	0,1	0,022	0,001
19	19	0,1	0,024	0,001	19	0,1	0,023	0,001
20	20	0,1	0,025	0,001	20	0,1	0,024	0,001
21	21	0,1	0,027	0,001	21	0,1	0,025	0,001
22	22	0,1	0,028	0,001	22	0,1	0,027	0,001
23	23	0,1	0,029	0,001	23	0,1	0,028	0,001
24	24	0,1	0,03	0,001	24	0,1	0,03	0,001

Tabela 5 . Rozruch i opadanie stycznika oraz przekaźnika AC; napięcie znamionowe Un =24V

	Opadanie		Rozruch
	Uod [V]	Iod [A]	Ur[V]	Ir[A]
Stycznik	11,0	0,06	15,0	0,71
Przekaźnik	12,1	0,02	14,2	0,02

Tabela 6. Rozruch i opadanie stycznika oraz przekaźnika DC

	Opadanie		Rozruch
	Uod [V]	Iod [A]	Ur[V]	Ir[A]
Stycznik	5,0	0,023	12.6	0,060
Przekaźnik	2,1	0,002	15,8	0,007

Tabela 7 Prąd pobierany przez cewkę elektormagnesu przy rozwartej (Io) i zamknieętej zworze(Iz)dla napięcia 0,9 Un , Un oraz 1,1 Un .

I\U	0,9Un=21,6 [V]	Un [V] =24V	1,1Un=26,4[V]
Stycznik DC		0,112 A
Przekaźnik DC		0,030 A
Stycznik AC		0,19 A
Przekaźnik AC		0,03 A

5. Obliczenia dokonane na podstawie pomiarów

Współczynnik trzymania dla stycznika AC :

Ostatecznie otrzymując :

Postępując analogicznie jak w powyższym przypadku otrzymano :

Współczynnik trzymania dla przekaźnika AC :

Współczynnik trzymania dla stzcynika DC :

Współczynnik trzymania dla przekaźnika DC :

6. Przebiegi napięcia i prądu przy opadaniu i rozruchu

wykres 1: przebiegi napięcia i prądu na cewce stycznika AC dla rozruchu i opadania

wykres 2: przebiegi napięcia i prądu na cewce przekaźnika AC dla rozruchu i opadania

wykres 3: przebiegi napięcia i prądu na cewce stycznika DC dla rozruchu i opadania

wykres 4: przebiegi napięcia i prądu na cewce przekaźnika DC dla rozruchu i opadania

6. Wnioski

Przemysław Lewandowski

Wykonanie ćwiczenia ukazało sposób w jaki pracują styczniki oraz przekaźniki napięcia stałego jak i zmiennego. Z teorii wiadomo, iż styczniki w odróżnieniu od przekaźników służą do sterowania dużo większym prądem, np prądem silnika. Niestety w przypadku ćwiczenia badaliśmy tylko prąd na cewce, który jest o wiele mniejszy niz prąd na stykach roboczych. Również napięcie na którym operowano było zbyt niskie aby doświadczyc tworzenia się łuku na stykach roboczych (zbyt niskie napięcie aby doszło do zjawiska jonizacji co jest warunkiem koniecznym dla tworzenia sie łuku). Z racji, iż budowa stycznika umożliwia dużo wiekszy przepływ prądu, tak więc prąd na cewne był zuważalnie wiekszy od tego który występował na cewce przekaźnika, o tym samym potencjale. Cewka stycznika wymaga dużo wiekszego prądu do załączania cewki, co prawdopodobnie ma związek z mechanizmem gaszenia łuku. Jednym ze sposobów gaszenia łuków, jest szybkie mechaniczne rozdzielenie styków. Przy stycznikach prąd roboczy jest dużo większy tak więc i sprężyna która ma na celu szybkie rozdzielenie styków roboczych ma większą siłe sprężystości niż te stosowane w przekaźnikach, tak więc i cewka stycznika musi byc większa aby wytworzyć takie pole elektromagnetyczne które umożliwi przezwyciężenie tej sile i zamknięcie obwodu.

W przypadku rozłączania w pewnych warunkach dochodzi do powstania łuku elektrycznego. Aby zminimalizować ten efekt i uczynić go mniej groźnim, stosuje się:

• szybkie migowe rozdzielanie się styków – stosowany w łącznikach niskiego napięcia na niewielkie prądy

• wydłużanie łuku przez odpowiednie ukształtowanie styków i wydmuch elektromagnetyczny

• wydłużenie łuku w przegrodach falistych

• podział łuku na częsci między płytkami dejonizacyjnymi

• chłodzenie łuku w dyszach sczelinowych

• chłodzenie łuku przez wydmuch gazu

• chłodzenie łuku w oleju lub w innych cieczach

• zastosowanie próżni

Większość z tych metod jest stosowana dla dużych napięć i prądów, jednak styczniki oraz przekaźniki na pracowni korzystają tylko z 2 pierwszych metod.

Budowa styczników i przekaźników w zaleźności dla prądu stałęgo czy zmiennego różni sie znacznie, co jest związane z problemami występującymi przy zachowaniu odpowiedniej pracy cewki dla napięcia zmiennego. W tym celu stosuje się dodatkowy pierścień miedziany który umożliwia nam prawidłową pracę cewki niezależnie dla poziomu 0 napięcia. Z kolei w przypadku napięcia stałego i braku poziomu 0, problemem jest rozłączenie styków.