Cel ćwiczenia:

Zapoznanie się z wyłącznikami różnicowoprądowymi i silnikiem

Wiadomości teoretyczne:

Czujnik różnicowoprądowy -  zabezpieczenie elektryczne, urządzenie, które rozłącza obwód, gdy wykryje, że prąd elektryczny wypływający z obwodu nie jest równy prądowi wpływającemu. Służące do ochrony ludzi przed porażeniem prądem elektrycznym przy dotyku pośrednim jak i bezpośrednim ogranicza także skutki uszkodzenia urządzeń, w tym wywołanie pożaru.

Ogólna budowa wyłącznika różnicowoprądowego:

1. Zestyki torów prądowych wraz z zamkiem i dźwignią załączającą

2. Wyzwalacz różnicowoprądowy, najczęściej jest to przekaźnik spolaryzowany

3. Przekładnik Ferrantiego - w postaci pierścienia ferromagnetycznego, przez który przechodzą przewody fazowe i przewód neutralny

4. Obwód testowania wyłącznika - umożliwia jego sprawdzenie w trakcie eksploatacji.

Zasada działania:

• Podczas normalnej pracy wektorowa suma prądów płynących przez przekładnik jest równa zero (zgodnie z I prawem Kirchhoffa). Stąd w uzwojeniu wtórnym przekładnika Ferrantiego (nawiniętym na rdzeniu) nie indukuje się SEM, przekaźnik spolaryzowany jest zamknięty (zwora przyciągana przez magnes stały) a styki główne zamknięte.

• Jeżeli w chronionym obwodzie pojawi się prąd upływowy (np. przez ciało człowieka do ziemi lub przez przewód PE), to wtedy suma prądów w oknie przekładnika będzie różna od zera. W uzwojeniu wtórnym indukuje się SEM, która powoduje przepływ prądu przez cewkę przekaźnika spolaryzowanego. Pole magnetyczne wytworzone przez cewkę kompensuje pole magnetyczne magnesu stałego przekaźnika. Jeśli prąd upływu przekroczy próg zadziałania wyłącznika (I_Δn), przekaźnik spolaryzowany zostanie otwarty zwalniając zamek i otwierając styki główne, a przez to odłączając zasilanie obwodu.

• Podczas testowania przycisk testujący zwiera zacisk toru fazowego wyłącznika od strony odbiornika z przewodem neutralnym od strony zasilania poprzez wbudowany rezystor (zwykle 10 kΩ). W ten sposób przez wyłącznik płynie tylko prąd w torze fazowym, a suma prądów w oknie przekładnika będzie różna od zera, tak jak w przypadku upływu. Wyłącznik powinien wtedy zadziałać.

Silnik prądu stałego - silnik elektryczny zasilany prądem stałym służący do zamiany energii elektrycznej na energię mechaniczną.

Jako maszyna elektryczna prądu stałego może pracować zamiennie jako silnik lub prądnica. W tym drugim przypadku wirnik napędzany jest energią mechaniczną dostarczona z zewnątrz, a na zaciskach uzwojenia twornika odbierana jest wytworzona energia elektryczna.

Większość silników prądu stałego to silniki komutatorowe, to znaczy takie, w których uzwojenie twornika zasilane jest prądem poprzez komutator. Jednak istnieje wiele silników prądu stałego które nie posiadają komutatora lub też komutacja przebiega na drodze elektronicznej.

Budowa i sposób działania:

1. stojan z magnesem trwałym;

2. wirnik z uzwojeniem twornika - prostokątna ramka z drutu;

3. szczotki - doprowadzające prąd do uzwojenia twornika;

4. komutator - pierścień ze stykami - wyprowadzenia z ramki (uzwojenia twornika);

5. wyjścia do zasilania.

Silnik elektryczny prądu stałego zbudowany jest z dwóch magnesów zwróconych do siebie biegunami różnoimiennymi, tak aby pomiędzy nimi znajdowało się pole magnetyczne. Pomiędzy magnesami znajduje się przewodnik w kształcie ramki podłączony do źródła prądu poprzez komutator i ślizgające się po nim szczotki. Przewodnik zawieszony jest na osi, aby mógł się swobodnie obracać.

Na ramkę, w której płynie prąd elektryczny, działa para sił elektrodynamicznych z powodu obecności pola magnetycznego. Siły te powodują powstanie momentu obrotowego. Ramka wychyla się z położenia poziomego, obracając się wokół osi. W wyniku swojej bezwładności mija położenie pionowe (w którym moment obrotowy jest równy zero a szczotki nie zasilają ramki). Po przejściu położenia pionowego ramki, szczotki znów dotykają styków na komutatorze, ale odwrotnie, prąd płynie w przeciwnym kierunku, dzięki czemu ramka w dalszym ciągu jest obracana w tym samym kierunku.

Tachometr - urządzenie służące do pomiaru prędkości poruszającego się ciała lub substancji. Najczęściej spotykaną postacią tachometru jest tachometr mierzący prędkość obrotów wału napędowego w silniku lub w maszynie. Odczyt jest w postaci analogowej, ale wskaźniki cyfrowe są coraz częściej spotykane.

Wykaz zastosowanych elementów:

Silnik:

Wamel - warszawskie zakłady maszyn elektrycznych

Typ - PTT-20

Rok - 1980

Nr 6225

Moc - 1000W

N - 3000 obr/min

U - 90 V

I - 14 A

Mierniki:

Metex mutlimetr M - 3800

Metex multimetr M - 3650

Zasilanie:

Zasilacz Metex Universal systems - 9140

Schemat Połączeń układu:

Wykonanie:

Po podłączeniu układu I po zatwierdzeniu go przez nauczyciela uruchomiliśmy silnik i wykonywaliśmy pomiary napięcia i natężenia w obwodzie.

Tabela pomiarowa:

Lp	U	I
1	0	0
2	2	0,14
3	4	0,14
4	6	0,14
5	8	0,14
6	10	0,14
7	12	0,14
8	14	0,14
9	16	0,14
10	18	0,14
11	20	0,14

Charakterystyka prądowo - napięciowa:

Następnie w celu obciążenia silnika został złapany za wirnik po czym wartość prądu wzrosła.

Po tym nastąpiło zapoznanie się z wyłącznikami różnicowoprądowymi.

Oglądane modele:

- Merlin Gerin / R9618/C90H/C10

- Merlin Gerin / A9551/NC100LS/D16A

- Merlin Gerin / A9650/NC100LMA/MA25A

- Merlin Gerin / A9551/NC100LS/D16A

- Merlin Gerin / R9504/C6ON/B40 x3

- Kopp / MCB/C32/KD502 x3

Wnioski:

Aby zwiększyć bezpieczeństwo sieci elektrycznej w domu warto zastosować wyłączniki różnicowoprądowe.

Silnik włączony bez obciążenia mimo zmiany wartości napięcia zachowuje stałą wartość prądu. Natomiast gdy dostanie jakieś obciążenie prąd płynący w układzie zwiększa swoją wartość.