1.Wstęp teoretyczny.

Stosowanie przekaźników prądu przemiennego pozwala na uzyskanie prostych, ekonomicznych i pewnych w działaniu urządzeń elektrycznych.

Jednym z rozwiązań przekaźników prądu przemiennego są przekaźniki indukcyjne, działające na zasadzie wzajemnego oddziaływania między prądem indukowanym w jakimś przewodniku i zmiennym strumieniem magnetycznym.

Istniejące typy przekaźników indukcyjnych można podzielić na:

- przekaźniki indukcyjne tarczowe

- przekaźniki indukcyjne bębnowe

- przekaźniki indukcyjne z ruchomą cewką

- elektromagnetyczne przekaźniki prądu przemiennego ze zwartym zwojem.

Na laboratorium badaliśmy 3 rodzaje przekaźników:

- przekaźnik typu JRY tarczowy

- przekaźnik typu JRJ bębnowy

- elektromechaniczny przekaźnik ze zwartym zwojem.

Zasada działania przekaźników indukcyjnych.

Wyniku wzajemnego oddziaływania pola magnetycznego prądu płynącego w przewodniku znajdującym się w tym polu, powstaje siła o kierunku takim, że wytworzony moment napędowy dąży do usunięcia tarczy z obszaru działania pola. Warunkiem koniecznym do działania przekaźnika indukcyjnego jest istnienie dwóch zmiennych w czasie pól magnetycznych. Przyrządy indukcyjne mogą posiadać jeden lub kilka obwodów magnetycznych o kierunku prostopadłym do powierzchni tarczy i przesunięte względem siebie w fazie i w przestrzeni.

Przekaźnik dwufazowe (takim jest przekaźnik typu JRY) ma dwa uzwojenia nawinięte na oddzielne rdzenie. Jedno z uzwojeń stanowi magnetyczny układ torowy lub kontrolny, a drugie magnetyczny układ lokalny. Uzwojenie lokalne jest podłączone do lokalnego źródła prądu o napięciu 220[V] (czasami 110[V]) natomiast uzwojenie kontrolne podłączone jest do obwodu kontrolnego zwrotnicy lub obwodu torowego o napięciu 10[V].

W przekaźniku 3-stawnym(JRY) ruchoma tarcza aluminiowa może znajdować się w 3 położeniach, z którego jedno odpowiada biernemu stanowi przekaźnika-gdy włączone jest zasilanie w jednym uzwojeniu przekaźnika lub, gdy przekaźnik jest bez prądu(tarcza w środkowym położeniu), drugie-normalnemu zasilaniu przekaźnika(tarcza w jednym skrajnym położeniu)oraz trzecie-gdy zasilanie jednego z uzwojeń(najczęściej torowego) odbywa się przy odwróconych fazach, wskutek czego tarcza przechodzi w drugie skrajne położenie. Tarcza jest aluminiowa w kształcie wycinka kołowego porusza się między nabiegunnikami elektromagnesów. W tarczy znajdują się promieniste podłużne wycięcia służące do nadawania odpowiedniego kierunku prądom indukcyjnym. Tarcza musi być z materiału niemagnetycznego o dużej przewodności elektrycznej, dlatego stosuje się tarcze aluminiowe.

Zmienny strumień elektromagnetyczny Φ_L jest wywołany przez prąd I_L płynący w uzwojeniu lokalnym, wskutek zasilania tego uzwojenia prądem zmiennym sinusoidalnym o napięciu U_L. Strumień Φ_L w tarczy indukuje siłę elektromotoryczną E_L oraz prąd i_L, których wektory są opóźnione względem wektora strumienia Φ_L o kat 90^o. Zmienny strumień magnetyczny Φ_K uzwojenia torowego układu magnetycznego wywołany jest prądem I_K płynącym w uzwojeniu torowym wskutek zasilania go napięciem sinusoidalnie zmiennym Φ_K. Strumień Φ_K w tarczy siłę elektromotoryczną E_g oraz prąd i_K. Strumień magnetyczny Φ_K uzwojenia kontrolnego oddziałując na indukowany prąd i_L wywołuje powstanie jednego momentu obrotowego, drugi moment obrotowy powstaje wskutek oddziaływania strumienia magnetycznego Φ_L uzwojenia lokalnego na prąd indukowany i_K.

Jeżeli na zaciskach jednego z uzwojeń zmienimy kierunek przepływającego prądu tak, że nastąpi zmiana znaku kąta Φ to nastąpi zmian kierunku działania momentu i obrotu tarczy. Potrzebną wielkość momentu obrotowego można uzyskać dla różnych wielkości prądów magnesowania, lecz przy stałym ich iloczynie. Wykorzystanie rej własności pozwala na szerokie zastosowanie przekaźników dwufazowych w elektrycznych obwodach torowych. Dlatego prądy otrzymane w obwodzie torowym mogą być bardzo małe, lecz ich wielkość momentu obrotowego może być dość znaczna, wskutek pobierania przez przekaźnik odpowiedniej wielkości prądu ze źródła lokalnego zasilania. Gdyby jednak zasilanie któregokolwiek źródła zostało by przerwane, wówczas tarcza zajmie położenie bierne i pomimo zwiększenia poboru mocy przez drugie uzwojenie nie zmieni tego położenia.

Rozwiązanie konstrukcyjne indukcyjnego przekaźnika bębnowego różni się od przekaźnika tarczowego tym, że jego ruchoma cześć jest wykonana w postaci cylindra metalowego, umieszczonego w przemiennym polu magnetycznym wytwarzanym przez dwa uzwojenia o przyłożonym napięciu U_L i I_K. Moment obrotowy powstaje w przekaźniku w wyniku wzajemnego oddziaływania strumieni magnetycznych i prądów indukcyjnych w cylindrze.

2. Przebieg ćwiczenia.

Najpierw badaliśmy przekaźnik typu JRY tarczowy. W pierwszej kolejności zmieniając kąt przesunięcia fazowego mierzyliśmy siłę F przyłożoną do tarczy dla różnych napięć uzwojenia kontrolnego. Wyniki są zestawione w poniższych tabelach oraz zostały na ich podstawie wykreślone charakterystyki M = f(φ).

U_L= 220[V] U_K= 3,5[V]

	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100	110	120	130	140
F[G]	0	0	1,5	3	5	8	10	12	15	16	14	13	13	12	12
F+P[G]	4	4	5,5	7	9	12	14	16	19	20	18	17	17	16	16
M[Gcm]	34	34	46,75	59,5	76,5	102	119	136	161,5	170	153	144,5	144,5	136	136

U_L= 220[V] U_K= 4,5[V]

	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100	110	120	130	140
F[G]	0	0	4	8	9	10	13	15	17	19	18	16	15	13	11
F+P[G]	4	4	8	12	13	14	17	19	21	23	22	20	19	17	15
M[Gcm]	34	34	68	102	110,5	119	144,5	161,5	178,5	195,5	187	170	161,5	144,5	127,5

U_L= 220[V] U_K= 5,5[V]

	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100	110	120	130	140
F[G]	0	0	0	7	11	14	17	19	21	24	22	18	16	15	13
F+P[G]	4	4	4	11	15	18	21	23	25	28	26	22	20	19	17
M[Gcm]	34	34	34	93,5	127,5	153	178,5	195,5	212,5	238	221	187	170	161,5	144,5

Następnie zmieniając przesunięcie fazowe od 0 do 160 stopni, co 10^o wyznaczyliśmy wartości napięć granicznych prądów uzwojenia kontrolnego przekaźnika typu JRY tarczowego. Wyniki pomiarów zostały zapisane w poniższej tabeli a na ich podstawie obliczyliśmy moc pozorna P_K1 oraz wykreśliliśmy charakterystyki zmiany mocy pozornej względem zmiany przesunięcia fazowego P=f(φ).

	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100	110	120	130	140	150	160
UK1[V]				2,8	1,6	1,6	1,6	1,6	1,6	1,5	1,2	1,2	1,2	1,1	1,2	1,4	2,4
IK1[A]				1,8	0,12	0,11	0,1	0,1	0,09	0,09	0,04	0,04	0,04	0,04	0,02	0,09	0,14
UK2[V]				5	3	3,5	4,75	4	3	3	3	3,5	3,5	3,8	4,2	4,46	6
IK2[A]				0,32	0,19	0,21	0,24	0,24	0,23	0,19	0,2	0,22	0,21	0,24	0,26	0,28	0,32
UK3[V]				2,8	1,6	1,6	1	1,5	1,6	0,7	0,7	0,6	1	0,6	0,4	0,1	0,8
IK3[A]				0,12	0,1	0,1	0,2	0,1	0,11	0,02	0,01	0,01	0,04	0,01	0,01	0,01	0,01
PK1[VA]				5,04	0,192	0,176	0,16	0,16	0,144	0,135	0,048	0,048	0,048	0,044	0,024	0,126	0,336

Kolejnym przekaźnikiem, jaki badaliśmy był przekaźnik typu JRJ bębnowy. Podobnie jak we wcześniejszym podpunkcie zmieniając kąt przesunięcia fazowego w zakresie od 30 do 150 stopni, co 30^o wyznaczaliśmy wartość napięć i prądów dla uzwojenia kontrolnego i na ich postawie obliczyliśmy wartość mocy pozornej oraz wykreśliliśmy charakterystyki zmiany tej mocy względem przesunięcia fazowego P=f(φ).

	30	60	90	120	150
UK1[V]	24	14,5	12	13,5	22,5
IK1[A]	0,17	0,10	0,07	0,09	0,17
UK3[V]	12	6,5	5,5	6,5	11,5
IK3[A]	0,05	0,01	0,01	0,02	0,08
PK1[VA]	4,08	1,45	0,84	1,215	3,825

Ostatnim naszym badanym przekaźnikiem był elektromechaniczny przekaźnik zwarty. Naszym zdaniem było zmieniając siłę działającą na kotwice wyznaczyć wartości prądów w uzwojeniu przekaźnika a następnie wykreślić charakterystyki tych zmian.

F[G]	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
I1[A]	2,1	2,55	3	3,3	3,6	3,9	4,05	4,35	4,5	4,65	4,8
I2[A]	0,75	0,975	1,2	1,2	1,35	1,35	1,35	1,5	1,5	1,65	1,8

3.Wnioski

Przekaźnik tarczowy uzyskuje największy moment obrotowy dla kąta φ = 60^o przy tej wartości następuje najmniejszy pobór mocy, na wykresie w miejscu gdzie φ = 60^o nie widać tego, ponieważ charakterystyka lekko wzrasta może być to spowodowane błędem w pomiarach lub błędem w odczytaniu z miernika. Lepiej jest to zauważalne na charakterystyce P=f(φ) dla przekaźnika bębnowego gdzie wyraźnie widać minimum dla φ = 60^o a następnie moc zaczyna rosnąc. Z charakterystyki przekaźniku elektromechanicznym ze zwojem zwartym można zaobserwować liniową zależność między przyrostem siły a rosnącą wartością prądów I₁ i I_2.

---