ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKA

Transkrypt

1 NIWERSYTET TECHNOLOGICZNO-PRZYRODNICZY W BYDGOSZCZY WYDZIAŁ INŻYNIERII MECHANICZNEJ INSTYTT EKSPLOATACJI MASZYN I TRANSPORT ZAKŁAD STEROWANIA ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKA ĆWICZENIE: E13 BADANIE ELEMENTÓW KŁADÓW ATOMATYCZNEGO STEROWANIA Piotr Kolber, Daiel Perczyński Bydgoszcz 2011

2 1. Budowa i zasada działaia elemetów układów automatyczego sterowaia kłady automatyki apędu elektryczego moża podzielić a dwa zasadicze rodzaje: automatyczego sterowaia i automatyczej regulacji. Przedmiotem ćwiczeń będą układy automatyczego sterowaia (AS). Każdy z tych układów składa się z kilku, połączoych człoów, które moża przedstawić a schemacie blokowym (rys. 1). Człoy te odpowiadają fukcjom spełiaym w rzeczywistym układzie. Na rys. 1 pokazao schemat blokowy układu automatyczego sterowaia (AS), Strzałki wskazują wskakują kieruek przepływu sygału. Rys. 1. Schemat blokowy układu automatyczego sterowaia W układzie tym rozkaz przychodzący z zewątrz powoduje uruchomieie układu samoczyie sterującego obiektem. Efekt pracy układu ie ma jedak wpływu a zmiaę rozkazu. Ze względu a brak oddziaływaia zwrotego z wyjścia a wejście; AS zwae są iaczej układami otwartymi. kłady automatyczego sterowaia zalazły olbrzymie zastosowaie we wszystkich gałęziach przemysłu. Wykorzystuje się je do realizacji takich czyości jak: rozruch, hamowaie i awrót silika elektryczego, sterowaie apędem wielosilikowym w obrabiarkach, urządzeiach dźwigowych itp. Elemety AS w zależości od ich przezaczeia i działaia moża podzielić a astępujące grupy: aparaty przełączające prąd roboczy w obwodach główych silika (stycziki), przekaźiki, łącziki sterowicze oraz urządzeia sygalizacyje Styczik elektromagetyczy Styczik elektromagetyczy jest łączikiem roboczym sterowaym elektryczie, przezaczoym do częstych łączeń obwodów elektryczych ormalych warukach pracy. Styczik elektromagetyczy składa się z elektromagesu przyciągającego ruchomą zworę i utrzymującego ją w położeiu zamkiętym, zespołu styków główych (roboczych) i zespołu styków pomociczych.

3 Styki główe są zazwyczaj otwarte, a styki pomocicze muszą być ormalie otwarte i ormalie zamkięte. Styki ormalie otwarte są to takie styki, które w staie bezapięciowym styczika są otwarte, a styki ormalie zamkięte to takie styki, które w staie bezapięciowym styczika są zamkięte. Gdy przez cewkę styczika płyie prąd styki główe zamykają się, zaś styki ormalie otwarte zamykają się, a ormalie zamkięte otwierają się. Otwieraie styków główych astępuje po przerwaiu obwodu zasilającego elektromages, czyli obwodu sterującego, wskutek działaia ciężaru zwory i siły sprężyy. Na rys. 2 pokazay jest układ połączeń styczika przezaczoego do załączaia i wyłączaia silika klatkowego za pomocą przycisków sterowiczych. Rys.2. Schemat połączeń styczika do załączaia i wyłączaia silika klatkowego Naciśięcie przycisku załączającego Z spowoduje zamkięcie obwodu A B C D E F cewki elektromagesu, która przyciąga zworę i związae z ią sztywo styki ruchome, wobec czego styki główe S 3 zostaą zamkięte, styki ormalie otwarte zamkięte, zaś styki ormalie zamkięte otwarte, w tym układzie sterowae urządzeie elektrycze, p. silik idukcyjy M, rozpoczya pracę. 3

4 Pomimo zwolieia acisku a przycisk włączający Z przez cewkę elektromagesu adal płyie prąd, gdyż zamkięte styki S 1 zapewiają zamkięcie obwodu sterującego. Aby rozewrzeć styki główe ależy przycisąć przycisk włączający W, co spowoduje przerwaie obwodu cewki elektryczej (obwodu sterującego) i odpadięcie zwory od rdzeia. Jedocześie z otwarciem styków główych S otwierają się styki pomocicze ormalie zamkięte S 2. Poowe włączeie urządzeia jest możliwe tylko przy powtórym aciśięciu przycisku sterowiczego włączającego Z. Charakterystyczą własością styczików elektromagetyczych jest ich charakterystyka prądowo apięciowa, przedstawioa a Rys. 3. Rys. 3. Charakterystyka prądowo-apięciowa styczika elektromagetyczego Z charakterystyki prądowo-apięciowej f I wyika, że prąd w obwodzie sterującym styczika przed przyciągięciem zwory I p ma zaczie większą wartość iż prąd trzymaia zwory I t. Zjawisko to tłumaczy się tym, że przy iewielkim apięciu a cewce elektromagesu zwora jest zaczie oddaloa od rdzeia i wskutek tego reaktacja idukcyja X l cewki jest iewielka. Po zbliżeiu zwory do rdzeia i zmiejszeiu szczeliy powietrzej do miimum, strumień magetyczy wytworzoy przez elektromages, zamyka się prawie całkowicie przez, rdzeń stalowy, co powoduje zwiększeie, w stosuku do poprzediego stau, reaktacji idukcyjej cewki, a tym samym i zmiejszeie wartości prądu pobieraego przez cewkę styczika. 4

5 Na rys. 4 pokazao charakterystykę sterowaia styczika, tz. zależość sygału wyjściowego Y (stau zestyków) w fukcji sygału wejściowego (apięcia przyłożoego do cewki). Przy zwiększaiu apięcia cewki od zera do p (apięcia przyciągaia zwory), wartość parametru Y mi 0. Dla p styczik zadziała i parametr Y zmieia się skokowo do wartości Y max. Przy dalszym zwiększaiu apięcia od wartości zamioowej pozostaje stały. Zmieiając apięcie od do parametr Y o (apięcie odpadaia zwory) - wartość parametru Y ie ulega zmiaie. Dopiero przy wartości apięcia styczik otwiera swoje zestyki tz. parametr Y skokowo maleje do Y mi. o Stosuek sygałów k do p Rys. 4. Charakterystyka sterowaia styczika o p - azywa się współczyikiem powrotu, atomiast stosuek k z p współczyikiem zapasu. Dla aktualie produkowaych styczików współczyik powrotu wyosi około 0,5; atomiast współczyik zapasu około 1,2. Stycziki charakteryzują się dużą częstotliwością łączeń do 2000 łączeń a godz. Możliwe to jest dzięki zastosowaiu urządzeń do gaszeia łuku i wprowadzeiu samoczyszczących się styków, które ślizgają się po sobie i toczą Przekaźik Przekaźik jest aparatem, który pod wpływem działającej a iego zmiay wielkości fizyczej steruje obwodami elektryczymi. Ze względu a parametr wpływający a działaie, rozróżia się przekaźiki: apięciowe, prądowe, czasowe, 5

6 termicze, kierukowe (kieruek). W praktyce ajczęściej wykorzystuje się przekaźiki pośrediczącej (apięciowe), czasowe i termicze. Przekaźiki termicze przezaczoe są do zabezpieczeń przed skutkami przeciążeń silików elektryczych (przy współpracy ze styczikami). Działaie ich oparte jest o wykorzystaie własości termobimetali. Pasek bimetalowy w przekaźiku agrzeway jest prądem płyącym bądź bezpośredio w pasku, bądź też w grzejiku awiiętym wokół bimetalu. Gdy atężeie prądu przekroczy pewą wartość pasek bimetaliczy agrzewa się do takiej temperatury, że jego wygięcie powoduje rozwarcie zestyków łączika i przerwaie obwodu cewki współpracującego z przekaźikiem styczika. Nastawieie prądów zadziałaia zabezpieczeń termiczych uzyskuje się poprzez zmiaę długości drogi, jaką wiie przebyć odchylający się koiec: płytki bimetalowej do chwili zadziałaia. Wartość atężeia prądu, jaki astawia się a przekaźiku, zależy od prądu zamioowego silika i powia zawierać się w graicach: gdzie: I - prąd zamioowy silika. I I 1, 1 I Przekaźiki termicze wykoywae są w pewych przedziałach prądowych i często bywają, motowae razem ze styczikiem. Przekaźiki czasowe dokoują przełączeń swych zestyków z pewym opóźieiem od chwili pojawieia się lub zikięcia sygału sterującego a jego zaciskach. Mają oe zastosowaie w tych układach sterowaia, w których występuje zależość czasowa między działaiem poszczególych elemetów. W praktyce ajczęściej stosuje, się przekaźiki sychroicze lub elektromechaicze. Przekaźiki czasowe sychroicze składaj się z miiaturowego silika sychroiczego, przekładi zębatej, elektromagesu, zespołu zestyków oraz części astawczych czasu zadziałaia. Schemat takiego przekaźika typu RS-521 pokazay jest a Rys. 5. 6

7 Rys. 5. Schemat budowy przekaźika czasowego sychroiczego typu RS-521 Jego działaie rozpoczya się w chwili załączeia zacisków 1-2 apięcia wzbudzeia, uruchomioy zostaje silik M oraz wzbudzoa cewka elektromagesu. Po upływie astawioego a podziałce czasu, astępuje przełączeie zestyków zwłoczych (5-6-7). Powrót przekaźika do położeia wyjściowego astępuje z chwilą przerwaia obwodu wzbudzeia. Przyciski sterowicze rys. 6. służą do zamykaia i otwieraia obwodów sterowiczych. żywa się ich do sterowaia styczikami. Mogą być pojedycze, podwóje lub potróje. Rys. 6. Budowa i ozaczeie przycisków sterowiczych 2. Pomiary laboratoryje I. Badaie elemetów automatyki. 1. Pomiar apięcia przyciągaia zwory i wyzaczeie charakterystyki prądowoapięciowej styczika elektromagetyczego. a) połączyć układ pomiarowy wg schematu a Rys. 7. 7

8 Rys. 7. Schemat układu pomiarowego do wyzaczaia charakterystyki styczika S - cewka styczika b) powoli zwiększając apięcie dokoywać pomiarów prądu i apięcia - zaobserwować momet chwytaia zwory, obiżając apięcie zaobserwować momet odpadaia zwory (pomiary powtórzyć trzykrotie), c) wyiki pomiarów otować w tablicy 1 jak poiżej, poadto zazaczyć p, Ip, o, Io, It, It Tablica 1. V I A 2. Na podstawie pomiarów wyzaczyć charakterystykę prądowo-apięciową styczika p =... I p =... o =... I o =... I t =... I t =... d) obliczyć moc pobieraą przez cewkę styczika podczas pracy zamioowej (zapozać się z tabliczką zamioową) e) wyzaczyć charakterystykę sterowaia, współczyik powrotu kp oraz współczyik zapasu kz styczika. 8

9 2. Badaie przekaźika czasowego sychroiczego RS-545 a) zapozać się z budową przekaźika i opisać ją, b) dołączyć apięcie zasilające do przekaźika (zgodie z tabliczka zamioową) i uruchomić go, c) zmierzyć czas zadziałaia przekaźika. 3. Badaie przekaźika czasowego typu RZw a) zapozać się z budową przekaźika oraz z jego schematem a rys. 8 i opisać zasadę działaia przekaźika, Rys. 8. Schemat budowy przekaźika czasowego RZw b) dołączyć apięcie zasilające do przekaźika i uruchomić go dla kilku astawień czasu. c) zmierzyć czasy zadziałaia przekaźika. 4. Oględziy przekaźika typu R-15 - zapozaie się z budową i zasadą działaia oraz daymi katalogowymi. 5. Podać kilka możliwości zastosowań każdego z pozaych elemetów z uwzględieiem maszy i urządzeń roliczych. 9

10 6. Wioski. 7. Podać umery i dae przyrządów użytych do pomiarów. 3. Zagadieia do przygotowaia 1. Budowa i zastosowaie styczików elektromagetyczych. 2. Budowa i zastosowaie przekaźików czasowych. Literatura 1. Chęciński B., Ksycki P., Mierzbiczak J.: Laboratorium elektrotechiki i elektroiki, Wydawictwo czeliae ATR, Bydgoszcz, Chmielarz J.: Elemety i podzespoły stykowych urządzeń elektryczych sterowaych i sygalizacyjych. WNT, Warszawa, Majerowska Z.: Laboratorium elektrotechiki ogólej. Maszyy elektrycze. Wydawictwo Politechiki Warszawskiej, Warszawa, Majka K., Tymiński J.: Elektryfikacja rolictwa, Państwowe Wydawictwo Rolicze i Leśe, Warszawa, Opydo W.: Elektrotechika i elektroika dla studetów wydziałów ieelektryczych, Wydawictwo Politechiki Pozańskiej, Pozań, Opydo W., Kulesza K., Twardosz G.: rządzeia elektrycze i elektroicze przewodik do ćwiczeń laboratoryjych, Wydawictwo Politechiki Pozańskiej, Pozań, Przeździecki F., Opolski A.: Elektrotechika i elektroika, PWN, Warszawa, Sawicki F., Piechocki J., Orliński J.: Laboratorium z elektrotechiki dla mechaików, Wydawictwo iwersytetu Warmińsko-Mazurskiego, Olszty,