Politechnika Warszawska Wydział Transportu Zakład Sterowania Ruchem Kolejowym

LABORATORIUM AUTOMATYKI

Sprawozdanie z ćwiczenia nr 1

PRZEKAŹNIKI OBOJĘTNE

Zespół 1 Pokropski Tomasz 2. Szwonder Krzysztof 3. Jasiński Cezary

GRUPA LTS 1

SEMESTR V

Przekaźniki obojętne

Wstęp

Przekaźnik jest jednym z podstawowych elementów wszelkiego rodzaju urządzeń automatyki. Jest to element o nieciągłej zasadzie pracy, w którym pojawienie się parametru Y na wyjściu przekaźnika ma miejsce dopiero przy pewnej wartości parametru X na wejściu. Zależność pomiędzy parametrami X i Y jest skokowa zarówno przy narastaniu parametru X (przekaźnik zaczyna przyciągać), jak i przy zanikaniu tego parametru (przekaźnik zwalnia).

Zasadniczymi częściami przekaźnika obojętnego są: rdzeń z uzwojeniem jarzmo, kotwica, zestyki. Elementy obwodu magnetycznego są wykonane najczęściej z miękkiej stali o małej zawartości domieszek.

Wyznaczanie charakterystyk czasowych przekaźników

1.Wyznaczanie charakterystyki czasu przełączania przy przyciąganiu t_pp w funkcji k_{p .}

W celu wyznaczenia charakterystyki tpp = f(kp) połączyliśmy układ według schematu zamieszczonego w instrukcji i wyznaczyliśmy wartość prądu Ip= 29,3 mA, by móc następnie dokonać pomiarów czasu przełączania zestyków przy przyciąganiu. Pomiary wykonywaliśmy dobierając właściwe zakresy miernika czasów krótkich MT1 dla zadanych wartości natężenia prądu. Wyniki pomiarów i obliczenia współczynnika zapasu kp = I / Ip przedstawiono w tablicy

I [mA]	29,3	50	70	90	110	130	150	175	200	250	300
tpp [ms]	115	28,2	26,3	18,8	20,8	26,4	24,3	21,2	16,1	13,1	11,5
kp	1,00	1,71	2,39	3,07	3,75	4,44	5,12	5,97	6,83	8,53	10,24

Charakterystyczne dla tej części ćwiczenia jest to że, wraz ze wzrostem współczynnika zapasu maleje czas przełączania. Największą różnicę pomiędzy czasami przełączania w kolejnych pomiarach zaobserwowaliśmy dla małych wartości współczynnika zapasu. Dla wartości współczynnika zapasu k_p, równego 1, czyli dla najmniejszej wartości prądu dla której już zachodzi przełączenie. W kolejnych pomiarach zaobserwowaliśmy ,że przy jednakowych wzrostach wartości prądu, różnice między kolejnymi czasami zmniejszały się. Zaobserwowaliśmy tendencje do stabilizowania się czasu przełączania w miarę wzrostu współczynnika k_p.

Taki kształt charakterystyki jest spowodowany narastaniem natężenia prądu wyrażony wzorem

2.Wyznaczanie charakterystyk tzz,tzr,trz,trr w funkcji k_p

tzz - czas zwarcia zestyków zwiernych

tzr - czas zwarcia zestyków rozwiernych

trz - czas rozwarcia zestyków zwiernych

trr - czas rozwarcia zestyków rozwiernych

Po połączeniu układu pomiarowego zgodnie z instrukcją i przestawieniu w mierniku MT1 przełącznika rodzaju impulsów w pozycję IMP przystąpiliśmy do wykonywania pomiarów dla poszczególnych czasów analogicznie jak w pierwszej części ćwiczenia.

Wyniki pomiarów i obliczenia przedstawiono w tabeli:

I [mA]	29,3	50	70	90	110	130	150	175	200	250	300
tzz [ms]	980	235	151	114	91,7	81,8	64	55	49	42,1	37,5
trr [ms]	938	207	127	96	73	57,8	41,5	37	34	29,6	26,4
trz [ms]	15,3	32	36	38	39	40	40	41,5	41,5	42	42,5
tzr [ms]	23,4	37	42,5	45	45,8	46,2	47	47	47,8	48,2	48,4
kp	1,00	1,71	2,39	3,07	3,75	4,44	5,12	5,97	6,83	8,53	10,24

Charakterystykę czasów tpp ,tzz ,trr ,trz ,tzr przedstawiono na wykresie.

Czasy tzz i trr w stosunku do trz i tzr mają odwrotną charakterystykę, tzn. wraz ze wzrostem współczynnika zapasu dla tzz i trr czasy zadziałania zmniejszają się ,a dla trz i tzr zwiększają się.

Przebieg charakterystyk czasów tzz i trr jest spowodowany tym ,że wraz ze wzrostem prądu zmienia się czas rozruchu, ulega skróceniu wraz z czasem lotu kotwicy. Czasy ciągle będą maleć lecz zmiany te będą coraz mniejsze..

Zwiększanie się czasów trz i tzr - czasy związane ze zwalnianiem kotwicy można wytłumaczyć tylko tym, że powstaje zjawisko samoindukcji i że wytwarzają się prądy wirowe.

Przy mniejszym prądzie a więc przy mniejszym strumieniu czas zanikania jest krótszy, a przy większym prądzie i większym strumieniu czas zanikania strumienia będzie dłuższy.

Wyrównanie się charakterystyki czasów trz i tzr dla większych wartości prądów można tłumaczyć osiągnięciem przez materiał stanu nasycenia ,czyli dalszy wzrost natężenia pola (natężenia prądu) praktycznie nie powoduje zwiększania indukcji. Powolne rozmagnesowywanie powoduje, że po wyłączeniu napięcia sterującego kotwica jest jeszcze przez moment "przytrzymywana" przez pole magnetyczne rdzenia.

3. Układy pracy przekaźnika obojętnego.

W tej części ćwiczenia badaliśmy wpływ elementów dołączonych do cewki przekaźnika na czasy jego działania. Mierzyliśmy czas tzz oraz trz w różnych układach łączonych zgodnie z instrukcją:

1. bez dołączonych elementów

2. z szeregowo dołączoną cewką i rezystorem

3. z szeregowo dołączonym rezystorem

4. z równolegle dołączonym kondensatorem i szeregowym rezystorem

5. z szeregowo dołączonym elementem równolegle połączonych kondensatora i rezystora

6. z równolegle dołączonym rezystorem

7. z równolegle dołączonym elementem szeregowo połączonych kondensatora i rezystora

8. z równolegle dołączonym elementem szeregowo połączonych
   cewki i rezystora

Pomiary przeprowadziliśmy dla znamionowej wartości prądu Izn = 38 mA

(odczytanej z tabliczki znamionowej przekaźnika).

		a	b	c	d	e	f	g	h
tzz	ms	350	400	245	430	175	350	360	360
trz	ms	23,5	24,8	23,3	340	24,5	96,5	175	16
I	mA	37,9	37,8	37,8	37,8	37,8	37,8	37,8	37,8

Porównanie układów

Porównanie A-C

Zaobserwowaliśmy zmniejszenie się czasu zwarcia o 105 ms i czasu rozwarcia o 0,2 ms w stosunku do czasów działania z punktu a. Wpływ rezystancji nie ma praktycznie wpływu na czas rozwarcia. Ma natomiast duży wpływ na czas zwarcia. Podłączenie dodatkowego oporu szeregowego w obwód sterujący powoduje zmniejszenie stałej czasu, która jest proporcjonalna do indukcyjności, a odwrotnie proporcjonalna do oporu ( τ=L/(Rp+Rd) ), co w konsekwencji powoduje zmniejszenie czasu przyciągania przekaźnika.

Porównanie A-F

Przy rezystorze włączonym równolegle do uzwojenia przekaźnika czas tzz nie powinien ulec zmianie (różnica wynika z niedokładności pomiaru).Czas trz jest większy o 73 ms co jest spowodowane powstawaniem SEM samoindukcji na obwodzie z opornikiem.

Porównanie F-G

Przy pojemności włączonej równolegle do uzwojenia przekaźnika czas tzz nie powinien ulec zmianie. W naszym wypadku czas tzz jest większy o 10ms (różnica wynika z niedokładności pomiaru). Ładunek zgromadzony na kondensatorze w chwili wyłączenia napięcia będzie się rozładowywał i powoduje podtrzymanie kotwicy. Czas trz jest większy o 78,5 ms.

Porównanie F-H

Praktycznie czasy tzz nie ulegają zmianie. Na cewce przekaźnika powstaje SEM samoindukcji. Taka sama siła powstaje na włączonej cewce lecz jest przeciwnie skierowana. Powoduje to skrócenie czasu trz u nas o 80,5 ms.

Porównanie C-B

Włączenie szeregowe pojemności do układu spowoduje zwiększenie stałej czasowej τ=L/R co prowadzi do zwiększenia czasu rozruchu
(tzz większe o 155 ms ). Natomiast trz nie powinien się zmieniać (różnica 1,5ms wynika z błędów pomiarowych).

Porównanie C-D

Na początku prąd płynie tylko przez kondensator, a następnie przez przekaźnik. Czas tzz wzrasta o 185 ms. Po wyłączenia napięcia następuje rozładowanie kondensatora i prąd ten podtrzymuje napięcie na przekaźniku. Czas trz jest większy o 316,7 ms.

Porównanie C-E

Włączenie kondensatora równolegle do opornika spowodowało zwarcie tego obwodu i prąd popłynął większy co prowadzi do skrócenia czasu tzz o 70 ms. Czas rozwierania zestyków zwiernych powinien być taki sam , ponieważ kondensator rozładowuje się poprzez opornik (różnica 1,2ms wynika z błędów pomiarowych).

---