Ćwiczenie 8

Ćwicz.8
Sensory i elementy wykonawcze automatyki
SiEWA/PM
Laboratorium: ELEMENTY WYKONAWCZE
AUTOMATYKI
Temat ćwiczenia: Przekaźniki mechaniczne
1. Wprowadzenie
Praca przekaźnika elektromagnetycznego polega na przyciąganiu kotwicy poprzez
elektromagnes i przełączaniu styków (rys.1). Kotwica w ruchu napotyka na opór sprężyny
odciągającej oraz opór sprężyn stykowych. Opory te muszą być pokonane przez siłę przyciągania
elektromagnesu. W czasie ruchu kotwicy zmienia się (w trakcie jej przyciągania – maleje)
szerokość szczeliny powietrznej (kotwica – rdzeń), a przez to również siła przyciągania
elektromagnesu. Siła ta musi być w całym zakresie ruchu kotwicy większa od, również zależnej
od wychylenia kotwicy, siły sprężystości układu mechanicznego. Zmiana położenia kotwicy
powoduje zmianę indukcyjności cewki przekaźnika (zmienia się szczelina dla pola
magnetycznego). Powoduje to zjawisko w gwałtownej zmiany prądu: w chwili przyciągnięcia
kotwicy rośnie impedancja cewki przekaźnika a tym samym następuje chwilowy spadek prądu,
natomiast w chwili gdy kotwica zostaje odciągnięta od rdzenia przekaźnika następuje
przejściowy nagły jego wzrost. W ćwiczeniu przewiduje się możliwość rejestracji na
oscyloskopie takich zmian prądu – wyjście z tyłu obudowy. Typowa postać prądu w stanach
przełączania przekaźnika pokazana jest na rys.2.
Rys.1 Budowa (szkic) typowego przekaźnika elektromagnetycznego
8-SiEWA-PM
18.10.2012
Ćwicz.8
Sensory i elementy wykonawcze automatyki
SiEWA/PM
Rys. 2 Krzywa narastania i opadania prądu w uzwojeniu przekaźnika w chwili jego włączenia (po
lewe stronie)i wyłączenia (po prawe stronie)
W ramach ćwiczenia bada się trzy rodzaje przekaźników 24V powszechnie stosowanych w
przemyśle:
-przekaźnik przemysłowy wielozestykowy,
-przekaźnik przemysłowy R-15,
-przekaźnik jednorurkowy zwierny.
Głównym celem ćwiczenia jest zbadanie parametrów charakterystycznych przekaźnika:
histerezy pracy, czasu ich zadziałania jak i czasu drgań zestyków po jego zadziałaniu.
Należy tu wyjaśnić, że każdy przekaźnik charakteryzuje się różnym napięciem inicjującym
(wyższym) w stosunku do napięcia jego wyłączenia. Zarówno napięcie przy którym przekaźnik
zaczyna pracować jak i napięcie przy którym przestaje pracować są dużo niższe od napięcia
znamionowego.
Drugim istotnym parametrem przekaźnika jest opóźnienie jego zadziałania. Rozumiany jest
on tu jako czas liczony od momentu przyłożenia na cewkę przekaźnika zasilania do momentu
jego zadziałania. Czas ten bardzo silnie zależy od napięcia zasilania.
Przekaźnik po zadziałaniu pracuje niestabilnie, jest to spowodowane drganiami jego kotwicy i
styków. Czas niestabilnej pracy przekaźnika jest kolejnym parametrem badanym w tym
ćwiczeniu.
Ogólnie przekaźniki elektromagnetyczne można scharakteryzować następującymi czasami
działania:
a.
b.
c.
Opóźnienie zadziałania (czas przyciągania) – tp, czas od momentu wzbudzenia do
pierwszego zwarcia (lub rozwarcia) zestyku,
Czas zwalniania – tz, czas od momentu zaniku wzbudzenia do zwolnienia ostatniego
styku,
Czas drgań styków – td czas od momentu zwarcia pierwszego styku do stabilizacji
ostatniego.
Na rys.3 zobrazowano pracę typowego przekaźnika. Linia niebieska pokazuje moment
przyłożenia napięcie zasilania (po zróżniczkowaniu) - jego wystąpienie synchronizuje pracę
8-SiEWA-PM
18.10.2012
Ćwicz.8
Sensory i elementy wykonawcze automatyki
SiEWA/PM
oscyloskopu. Linia czerwona pokazuje stan zwarcia styków przekaźnika. Widać tu, że
przekaźnik zaczyna działać z pewnym opóźnieniem oraz styki przez pewien czas nie zapewniają
pełnego zwarcia – występują oscylacje prądu przez nie płynącego.
td
a
b
tp
Rys.3 Przebiegi obrazujące pracę przekaźnika:
a – impuls synchronizacji – moment podania napięcia zasilania na przekaźnik,
b - prąd płynący przez styki przekaźnika.
2. Zestaw aparatury
- zestaw laboratoryjny do badania przekaźników,
- oscyloskop,
- zasilacz regulowany,
Podstawowym układem jest zestaw trzech przekaźników ze sterującym układem
elektronicznym.
Przyciskami ABC wybiera się rodzaj przekaźnika odpowiednio: -przekaźnik przemysłowy
wielozestykowy, przekaźnik przemysłowy R-15, przekaźnik jednorurkowy zwierny.
Na gnieździe BNC oznaczonym „sync”, na płycie czołowej układu pomocniczego, można
zaobserwować sygnał pobudzający przekaźnik. Sygnał ten powinien synchronizować podstawę
czasu oscyloskopu dając punkt odniesienia do pomiarów czasowych pracy przekaźnika).
Na wyjściu oznaczonym „osc” można zaobserwować pracę styków przekaźnika.
Z tyłu obudowy umieszczone są dwa gniazdka oznaczone symbolem A, umożliwiają one
podgląd kształtu prądu płynącego przez przekaźnik. Dwa kolejne gniazda oznaczone symbolem
V służą do zasilania przekaźników.
Poniżej podane są trzy wersje badań przekaźników i sposób podłączeń układu.
1. Badanie własności statycznych – histerezy włączania wyłączania.
W celu dokonania tych badań należy zestawić układ jak na rys. 4.
8-SiEWA-PM
18.10.2012
Ćwicz.8
Sensory i elementy wykonawcze automatyki
SiEWA/PM
Ustawić następujące nastawy:
Podstawa czasu oscyloskopu – bez synchronizacji
Przycisk START – włączony,
Przycisk GEN – nie ma znaczenia
Zasilacz
regulowany
Zestaw lab.
V
Sync
.Osc.
DC
Oscyloskop
Stop
Start
Rys.4 Schemat połączeń do badania charakterystyki statycznej
2. Badanie własności dynamicznych – stan nieustalony pracy zestyków.
Zestawić układ jak na rys. 5.
Ustawić następujące nastawy:
Podstawa czasu oscyloskopu synchronizowana w kanale II z gniazda SYNC
Przycisk START służy do ręcznego wyzwalania pracy,
Przycisk GEN – nie ma znaczenia,
Ch2
Zasilacz
regulowany
Zestaw lab.
V
Sync
.Osc.
Ch1
Oscyloskop
Stop
Start
Rys.5 Schemat połączeń do badania charakterystyki dynamicznej
3. Badanie własności dynamicznych – prądu
Zestawić układ jak na rys. 6.
Ustawić następujące nastawy:
Podstawa czasu oscyloskopu synchronizowana z gniazda Sync.
Przycisk GEN włączony - praca automatyczna.
Podgląd prądu
A
Zasilacz
regulowany
Zestaw lab.
V
Sync
.Osc.
Oscyloskop
Stop
Start
Rys.6 Schemat połączeń do badania charakterystyki dynamicznej
8-SiEWA-PM
18.10.2012
Ćwicz.8
Sensory i elementy wykonawcze automatyki
SiEWA/PM
3. Zadania
3.1
Zestawić układ laboratoryjny- jak na rys.4. Wybrać jeden z trzech przekaźników
przekaźnik. Przekaźniki są wybierane z przodu obudowy: A –przemysłowy
wielozestykowy, B- przemysłowy R-15 C jednorurkowy zwierny.
3.2
Uruchomić oscyloskop Agilent- Technologies DSO-64A: ustawić wzmocnienie w kanale 1
0.2V/div i wyłączyć wyzwalanie (ustawić w opcji Trigger wybrać Mode Coupling i ustawić
AUTO). Wejście kanału DC. Zwiększając napięcie zasilania od 0V ustalić próg
zadziałania przekaźnika „Uz”. Moment zadziałania przekaźnika można zaobserwować w
postaci gwałtownego wzrostu napięcia na stykach przekaźnika (Osc.) a w efekcie
przemieszczenie się odpowiedniej linii na ekranie.
Napięcia odczytujemy na wyświetlaczu zasilacza, następnie, powoli zmniejszamy napięcie
stałe od wartości „Uz” do momentu gdy przekaźnik przestanie działać - napięcie Ug.
Badania z p. 3.2 powtórzyć kilka razy dla każdego przekaźnika.
3.3
Ustawić Trigger w oscyloskopie w pozycję NORMAL i wyzwalanie SINGLE (układ jak
na rys.5). Wyzwolić działanie układu wciskając w obudowie przekaźników przycisk
START. Przy właściwie ustawionych parametrach oscyloskopu (kanał 1 wzm 0.2V/div,
kanał 2 wzm. 5V/div, podstawa czasu 10ms/div) powinien pojawić się właściwy obraz.
Można go do potrzeb pomiaru czasów odpowiednio rozciągać w czasie . Po ustawieniu
markerów dokonać archiwizacji obrazu sygnałów.
3.4
Pomierzyć czas opóźnienia zadziałania przekaźnika tp i czas trwania stanu przejściowego
td w funkcji napięcia pobudzenia od najniższego napięcia przy którym przekaźnik pracuje
poprawnie do 24V. Przeprowadzić te pomiary minimum 3x2 punktów pomiarowych.
Pomiary te przeprowadzić dla wszystkich trzech przekaźników.
Zarejestrować w komputerze kształt prądu płynącego przez cewkę przekaźnika 1 na tle
obrazu pracy jego styków. W tym celu wybrać synchronizować oscyloskop sygnałem z
kanału 1 a na kanał 2 podać sygnał prądu wyprowadzony z tyłu obudowy na zaciski
oznaczone literą A. Należy spowolnić podstawę czasu oscyloskopu tak by widać było cały
przebieg od momentu włączenia do wyłączenia przekaźnika i wzmocnić sygnał prądu.
3.5
8-SiEWA-PM
18.10.2012
Ćwicz.8
Sensory i elementy wykonawcze automatyki
SiEWA/PM
4. Opracowanie wyników.
4.1 Zamieścić tabele pomiarowe z p. 3.2, 3.4.
4.2 Zobrazować wyniki badań z p. 4.1 w postaci odpowiednich wykresów – histereza działania
poszczególnych przekaźników. Poniżej pokazano przykłady rysunków:
Uosc[V]
Ug
Uz
Uzaś[V]
Rys.7 Histereza działania przekaźnika .
Czas zadziałania przekaźnika
12
10
a
tp[ms]
8
6
b
4
2
0
0
2
4
6
8
10
12
Uzaś[V]
Rys.5 Zależność czasu działania przekaźnika od napięcia zasilania:
a – przekaźnik przemysłowy R-15,
b – przekaźnik jednorurkowy zwierny,
itp. (PRZYKŁAD – formy graficznej).
Podobnie może wyglądać wykres czasu opóźnienia przekaźników „td(Uzaś)”– inne zmienne.
4.3. Zamieścić obraz zmian prądu po zadziałaniu przekaźnika oraz po jego zakończeniu.
4.54Zamieścić uwagi i wnioski.
8-SiEWA-PM
18.10.2012