Ćwiczenie nr 4

Badanie przekaźników termicznych

Gębala Mariusz

Pulzin Aleksander

Samczyński Ariel

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie z zasadą działania przekaźnika termicznego oraz pomiar jego czasu działania. Poznanie własności na podstawie wyników badania.

2. Wstęp teoretyczny

Bezpiecznik termiczny - rodzaj bezpiecznika elektrycznego, rozłącza obwód wskutek wzrostu temperatury otoczenia. Jest stosowany do ochrony obwodu przed uszkodzeniem pod wpływem nadmiernej temperatury. Rezystancja bezpiecznika termicznego jest bardzo mała i może on przewodzić duże prądy zmienne, nawet do 20A.

Wyłącznik termiczny - urządzenie, które w warunkach nienormalnej pracy ogranicza temperaturę przyrządu lub jego części w wyniku samoczynnego otwarcia obwodu i jest tak skonstruowane, że użytkownik nie może zmienić jego nastawienia .

Wyłącznik termiczny samoczynny - wyłącznik termiczny, który samoczynnie przywraca przepływ prądu, gdy odpowiednia część przyrządu ulegnie dostatecznemu ochłodzeniu.

Wyłącznik termiczny niesamoczynny - wyłącznik termiczny, który wymaga ręcznego zadziałania do ponownego załączenia w celu przywrócenia przepływu prądu. Ręczne zadziałanie obejmuje również odłączenie od źródła zasilania.

Przekaźniki przeciążeniowe należą do grupy urządzeń zabezpieczających zależnych od prądu. Nadzorują temperaturę uzwojenia silnika pośrednio przez prąd płynący w przewodach zasilających i oferują cenną ochronę przed zniszczeniem spowodowanym:
- utknięcie silnika
- przeciążeniem
- zanik jednej z faz
Przekaźniki przeciążeniowe wykorzystują własność bimetalu do zmiany formy i stanu przy nagrzaniu. Gdy zostanie osiągnięta określona wartość temperatury, to zostaje przestawiony styk pomocniczy. Bimetal jest nagrzewany przez rezystory, przez które przepływa prąd silnika. Równowaga między ciepłem doprowadzanym i oddawanym ustala się w zależności od natężenia prądu przy różnych temperaturach. Gdy zostanie osiągnięta temperatura zadziałania, to przekaźnik powoduje wyzwolenie. Czas wyzwolenia zależny jest od natężenia prądu i obciążenia wstępnego przekaźnika. Dla wszystkich natężeń prądu musi on być mniejszy od czasu zagrożenia dla izolacji silnika. Z tego względu EN 60947 definiuje maksymalne czasy dla przeciążenia. Zdefiniowane są również minimalne czasy dla prądu granicznego i stanu zatrzymania silnika, aby uniknąć niepotrzebnych wyzwoleń.

3. Przeprowadzenie ćwiczenia

Pierwszym etapem ćwiczenia było przeprowadzanie pomiarów dla prądu nastawionego przekaźnika termicznego równego 2,4A. Aby móc to zrobić, należało obliczyć prąd płynący przez przekaźnik o odpowiednim stosunku do nastawy. Ćwiczenie przeprowadzono dla następujących stosunków:

1,4; 1,6; 2; 2,4; 4,2. Samo ćwiczenie należało przeprowadzić dla 1 toru oraz dla 3 torów. Sam pomiar polegał na zmierzeniu czasu po jakim przekaźnik termiczny rozłączył obwód. Czas mierzono dwoma stoperami - jeden obsługiwała jedna osoba, drugi inna. Poniżej przedstawione są uzyskane wyniki dla 1 toru.

Prąd zasilania w stosunku do prądu nastawionego	Wyliczony prąd [A]	Ustawiony prąd [A]	Uśredniony czas zadziałania
1,4	3,36	3,4 ± 0,1	4 min 29 s ± 1s
1,6	3,84	3,8 ± 0,1	2 min 36 s ± 1s
2	4,8	4,8 ± 0,1	40 s ± 1s
2,4	5,76	5,8 ± 0,1	19 s ± 1s
4,2	10,08	10,1 ± 0,1	4 s ± 1s

Druga część była bardzo podobna do pierwszej. Różnica polegała na tym, że stosowane były 3 tory.

Poniżej przedstawione są uzyskane czasy zadziałania przekaźnika termicznego dla 3 torów.

Prąd zasilania w stosunku do prądu nastawionego	Wyliczony prąd [A]	Ustawiony prąd [A]	Uśredniony czas zadziałania
1,4	3,36	3,4 ± 0,1	8 min 57 s ± 1s
1,6	3,84	3,8 ± 0,1	3 min 55 s ± 1s
2	4,8	4,8 ± 0,1	54 s ± 1s
2,4	5,76	5,8 ± 0,1	29 s ± 1s
4,2	10,08	10,1 ± 0,1	8 s ± 1s

Ponieważ rozdzielczość zasilacza, na którym ustawiane były żądana wartości prądu wynosiła 0,1A nie można było ustawić dokładnie wyliczonych wartości teoretycznych (do dwóch miejsc po przecinku), dlatego przyjęto zaokrągloną wartość przy ustawianiu prądu. Jako błąd przyjęto właśnie rozdzielczość zasilacza tj. 0,1A. Jako błąd pomiaru czasu nie przyjęto rozdzielczości stopera (0,01s) lecz uwzględniono jeszcze czas reakcji obsługujących stopery. W zaokrągleniu można przyjąć, że jet to 1 sekunda. Poniżej przedstawione są wykresy obrazujące powyższe wyniki wraz z błędami oraz krzywą regresji potęgowej.

Zależność czasu zadziałania przekaźnika termicznego od prądu dla jednego toru

Zależność czasu zadziałania przekaźnika termicznego od prądu dla trzech torów

Dla krzywych regresji potęgowej przeprowadzane jest przekształcenie do modelu liniowego. Krzywa regresji potęgowej jest obliczana zgodnie z równaniem y=b*x^a, które jest przekształcane na ln(y)=ln(b)+a*ln(x).

Wszystkie badania zostały przeprowadzone dla wyłącznika termicznego typu 340B firmy Moeller.

4. Wnioski

Sugerując się powyższymi wynikami, można zauważyć, że czas zadziałania wyłącznika termicznego maleje wraz ze wzrostem prądu płynącego przez obwód. Takich wyników spodziewano się przed przystąpieniem do zadania. Analizując wykresy można stwierdzić, że jest to zależność potęgowa.

---