LABORATORIUM URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH

BADANIE WYŁĄCZNIKA SILNIKOWEGO

Z WYZWALACZEM BIMETALOWYM

Literatura:

„Wprowadzenie do urządzeń elektrycznych”, Borelowski M., PK 2005

„Elektrotechnika i elektronika dla nieelektryków”, Hempowicz P i inni, WNT 1999

„Elektrotechnika. Podstawy i instalacje elektryczne”, Miedziński B., PWN 2000

Instytut Inżynierii Cieplnej i Ochrony Powietrza

1

LABORATORIUM URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH

Energia elektryczna dostarczona elementowi rezystancyjnemu R zamienia się w całości

na ciepło. Ilość ciepła Qc wywołaną przepływem prądu elektrycznego o natężeniu i w czasie

t można wyrazić wzorem:

t

Q

R i 2 dt

c = ∫

⋅

0

W przypadku przepływu prądu stałego i dla niezmiennej wartości rezystancji, zależność

tę można przedstawić wzorem:

Q = R ⋅ I 2 ⋅ t

c

Wzór ten znany jest jako prawo Joule’a – Lenza.

Przepływ prądów większych niż obciążalność prądowa przewodów lub prąd znamio-

nowy odbiorników i urządzeń elektrycznych, a także pogorszenie warunków chłodzenia po-

woduje podwyższenie temperatury zarówno żył przewodów, jak i uzwojeń urządzeń elek-

trycznych. Powoduje to z kolei przyspieszone starzenie się izolacji, a niekiedy nawet jej zniszczenie, powstanie pożaru lub wybuchu. Z tych względów instalacje i urządzenia elektryczne powinny być wyposażone w skuteczne zabezpieczenia przetężeniowe (nadmiarowo –

prądowe). Zabezpieczenia te powinny gwarantować samoczynne wyłączenie zasilania w razie

długotrwałych przeciążeń lub zwarcia, a także przy nieprawidłowej pracy urządzeń zapewnia-

jących właściwe warunki chłodzenia.

Zabezpieczenia nadmiarowo – prądowe mogą być wykonane z zastosowaniem:

• jednego urządzenia zabezpieczającego zarówno przed skutkami zwarć jak i przeciążeń,

• dwóch oddzielnych urządzeń, z których jedno zabezpiecza przed skutkami zwarć a drugie

przed przeciążeniami.

Charakterystyki czasowo – prądowe bezpieczników, wyzwalaczy i przekaźników ter-

micznych oraz elektromagnetycznych w łącznikach samoczynnych stanowiących zabezpie-

czenie przetężeniowe powinny być dostosowane do występujących w układzie prądów robo-

czych oraz zwarciowych. Przeciążone urządzenia i instalacje elektryczne powinny zostać au-

tomatycznie wyłączone zanim nagrzewające się przewody i uzwojenia osiągną temperaturę

przekraczającą wartość graniczną dopuszczalną krótkotrwale, nie powodującą jeszcze ryzyka

uszkodzenia urządzenia czy wystąpienia pożaru.

Instytut Inżynierii Cieplnej i Ochrony Powietrza

2

LABORATORIUM URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH

PRZEKAŹNIKI I WYZWALACZE CIEPLNE BIMETALOWE.

Przekaźniki cieplne należą do grupy przekaźników prądowych. Stosuje się je do zabez-

pieczeń od przeciążenia urządzeń posiadających uzwojenia prądowe. Większość przekaźni-

ków cieplnych działa na zasadzie zmian kształtu, wymiarów geometrycznych lub własności

fizycznych elementu pomiarowego pod wpływem zmian jego temperatury.

Najbardziej rozpowszechnionym rozwiązaniem są wyzwalacze i przekaźniki bimetalo-

we (2 paski metali różniące się współczynnikiem rozszerzalności cieplnej liniowej, zgrzane ze

sobą). W celu uzyskania odpowiednio dużego ugięcia stosuje się różne kształty pasków:

Dla płytki przedstawionej na pierwszym (a) rysunku wartość strzałki ugięcia można

wyrazić wzorem:

2

f =

l

k

α

(

1 − α )

2

⋅ υ

∆

s

gdzie:

k – współczynnik proporcjonalności zależny od rodzaju metalu,

l – długość paska,

Instytut Inżynierii Cieplnej i Ochrony Powietrza

3

LABORATORIUM URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH

s – grubość paska,

α1, α2 – współczynniki liniowej rozszerzalności cieplnej poszczególnych pasków,

∆υ - przyrost temperatury.

Zasadę działania wyzwalacza bimetalowego pokazuje rysunek:

1 – bimetal roboczy, 2 – bimetal kompensujący, 3 – przycisk kasujący, 4 – regulacja prądu działania.

W przypadku wystąpienia prądu nadmiarowego w obwodzie, bimetal roboczy odkształ-

ca się, powodując przesunięcie dźwigni i zadziałanie wyłącznika. Wyzwalacze bimetalowe

często posiadają pokrętła, którymi można zmieniać długość drogi, jaką musi pokonać od-

kształcający się bimetal. Uzyskuje się przez to możliwość regulacji prądu rozruchowego.

Przykładową charakterystykę czasowo – prądową przedstawia wykres na dołączonej karcie

katalogowej.

Bezwzględne wygięcie bimetalu zależy od wartości temperatury a nie od jej przyrostu;

powoduje to szybsze działanie przekaźnika w przypadku, gdy pracuje on w wyższej tempera-

turze otoczenia. Jest to zjawisko niekorzystne, ponieważ charakterystyka włącznika powinna

być niezależna od temperatury otoczenia. Aby spełnić to wymaganie stosuje się kompensację

Instytut Inżynierii Cieplnej i Ochrony Powietrza

4

LABORATORIUM URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH

eliminującą wpływ zmian temperatury otoczenia. Przykładowe rozwiązanie przedstawione

jest na poniższym rysunku:

1 – bimetal właściwy, 2 – grzejnik, 3 – bimetal kompensacyjny, 4 – zestyk, 5 – izolacja termiczna

Obydwa styki przekaźnika umieszczone są na paskach bimetalowych (takich samych).

W przypadku zmiany temperatury otoczenia następuje odkształcenie obydwu bimetali, dzięki

czemu nie zmienia się droga, jaką musi pokonać bimetal właściwy, aby spowodować zadzia-

łanie przekaźnika. Konieczne jest odizolowanie termiczne bimetalu kompensacyjnego od

właściwego.

PROGRAM ĆWICZENIA:

W ramach ćwiczenia należy wyznaczyć charakterystykę czasowo – prądową wyłączni-

ka silnikowego typu M250 (produkcji FAEL / Legrand). Charakterystyka zostanie sporządzo-

na dla stanu nienagrzanego. Należy zmierzyć czas zadziałania wyłącznika dla prądów rów-

nych: 1.10, 1.20, 1.50, 2.00, 2.50, 3.50, 5.00 x In. Po każdym zadziałaniu przekaźnika należy

odczekać, aż bimetal ostygnie. Na podstawie wykonanych pomiarów należy wykreślić cha-

rakterystykę t = f(I / In). Wyniki zestawić w tabeli:

Instytut Inżynierii Cieplnej i Ochrony Powietrza

5

LABORATORIUM URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH

Lp.

U [V]

I [A]

P [W]

t [s]

I / In

Pobl [W]

R [Ω]

Przykładową charakterystykę czasowo – prądową przedstawia poniższy rysunek.

Przykładowa charakterystyka czasowo – prądowa wyłącznika silnikowego z wyzwalaczem bimetalowym.

Instytut Inżynierii Cieplnej i Ochrony Powietrza

6