Badanie dynamicznych charakterystyk aparatury komutacyjnej

Transkrypt

1 Wojskowa AKADEMIA TECHNICZNA im. Jarosława Dąbrowskiego Badanie dynamicznych charakterystyk aparatury komutacyjnej Podstawy Automatyki i Automatyzacji - Ćwiczenia Laboratoryjne ppłk dr inż. Mariusz WAŻNY Warszawa 3

2 BADANIE DYNAMICZNYCH CHARAKTERYSTYK APARATURY KOMUTACYJNEJ.. WIADOMOŚCI OGÓLNE Aparatura komutacyjna służy do sterowania obwodami elektrycznymi. Sterowanie to polega na zamykaniu, otwieraniu i przełączaniu obwodów elektrycznych. Można wyróżnić trzy główne grupy aparatury komutacyjnej:. Aparaturę sterowaną manualnie (ręcznie): wyłączniki, przełączniki i przyciski.. Aparaturę sterowaną elektromagnetycznie: przekaźniki i styczniki. 3. Aparaturę sterowaną elementami mechanicznymi (podwoziem, klapami podskrzydłowymi itp.): mikrowyłączniki i wyłączniki krańcowe. Cechą charakterystyczną aparatury sterowanej elektromagnetycznie jest posiadanie dwóch podstawowych zespołów: elektromagnesu (stanowiącego zespół napędowy); oraz układu zestyków (stanowiących zespół wykonawczy). Elektromagnetyczne urządzenia komutacyjne przystosowane do sterowania prądami do [A], przyjęto nazywać przekaźnikami, zaś urządzenia komutacyjne przystosowane do sterowania prądami powyżej [A], przyjęto nazywać stycznikami.... Przekaźnik ze zworą uchylną Na rysunku. przedstawiono podstawowe elementy przekaźnika. W celu wyjaśnienia działania przekaźnika należy prześledzić siły działające na zworę: siłę przyciągania zwory, to jest siłę nośną elektromagnesu; siłę sprężyny powrotnej F sp odciągającą zworę od rdzenia; siłę sprężyny stykowej (zderzakowej) F ss, także odciągającą zworę od rdzenia. NZ NR + U e - U e L e Oznaczenia: - rdzeń elektromagnesu; - jarzmo; 3 - sprężyna powrotna; 4 - zwora; 5 - izolacja; 6 - sprężyna stykowa (zderzakowa); 7 - styk ruchomy; 8 - szczelina powietrzna; NZ- styk normalnie zwarty; NR- styk normalnie rozwarty; - prąd elektromagnesu; U e - napięcie zasilania elektromagnesu. Rys.. Uproszczony rysunek przekaźnika ze zworą uchylną Działanie przekaźnika w ujęciu statycznym Na rysunku. przedstawiono charakterystyki statyczne przekaźnika. Siły te należy rozpatrywać, jako siły sprowadzone do jednej osi działania. Występujące siły zależą od szczeliny. Aby nastąpił ruch zwory, siła przyciągania zwory, dla każdej wartości szczeliny, musi być większa od sił odciągających zworę. Po przyłożeniu napięcia U e do zacisków cewki elektromagnesu płynie prąd, pod wpływem którego wytwarzany jest strumień magnetyczny powodujący powstanie siły przyciągającej zworę ( )-. Wartość tej siły jest większa od siły sprężyny powrotnej F sp ( ), co wprawia zworę w ruch. F m, ( )- MIN F sp+ss ( ) ZS F ss ( ) F sp ( ) ( )- MAX Oznaczenia: F m - siła mechaniczna; - siła elektromechaniczna; - szczelina powietrzna; ZS - szczelina powietrzna w momencie zwierania styków; F SP ( ) - charakterystyka mechaniczna sprężyny powrotnej; F SS ( ) - charakterystyka mechaniczna sprężyny stykowej; F SP+SS ( )- sumaryczna charakterystyka mechaniczna obu sprężyn; ( )- - charakterystyka elektromechaniczna (dla prądu zadziałania); ( )- - charakterystyka elektromechaniczna (dla prądu zwalniania). Rys... Przykładowe charakterystyki statyczne przekaźnika

3 Na skutek tego ruchu szczelina maleje. Po osiągnięciu przez szczelinę wartości zs następuje zwarcie styków przekaźnika. Od tego momentu, do siły sprężyny powrotnej F sp ( ), dodaje się siła sprężyny stykowej F ss ( ). Zwora nadal jest przyciągana, aż do osiągnięcia szczeliny minimalnej MIN. Rozwarcie styków przekaźnika następuje w sytuacji, gdy napięcie zasilania spadnie do wartości przy której siła przyciągania elektromagnesu będzie mniejsza od sił odciągających zworę ( ). Układ zasilania cewek stycznika i przekaźnika W przypadku zasilania cewek stycznika lub przekaźnika poprzez styki wyłącznika, w czasie włączania wyłącznika, następuje odbijanie jego styków. W związku z tym przebieg prądu cewki jest przerywany. W tym celu, dla uzyskania lepszych walorów dydaktycznych, wykonano układ zasilania cewek, który umożliwia podanie na jej zaciski napięcia narastającego skokowo. Schemat układu przedstawia rysunek.3. U zas U zas S Uład formowania napięcia S - wyłącznik. K - stycznik lub przekaźnik. V - dioda rozładowcza. V K Rys..3. Schemat układu zasilania cewek stycznika lub przekaźnika Działanie przekaźnika w ujęciu dynamicznym Analiza charakterystyk dynamicznych przekaźnika oparto na zarejestrowanych zmianach prądu cewki przekaźnika przy skokowym przyłączeniu i odłączeniu napięcia od jej zacisków. Skokowe podanie napięcia na cewkę przekaźnika Przebieg prądu cewki przekaźnika przy skokowym podaniu napięcia na jej zaciski, przedstawiono na rysunku.4. U e t t Styki rozwarte Zwarcie styków Ruch zwory ust t ruszania Styki zwarte t t t t 3 t Rys..4. Przebieg prądu cewki przekaźnika przy skokowym podaniu napięcia na jej zaciski Cewka przekaźnika posiada określoną indukcyjność L e. Indukcyjność ta zmienia się, gdy następuje zmiana szczeliny, gdyż wraz ze zmianą szczeliny, następuje zmiana przenikalności magnetycznej. Zmiana indukcyjności pociąga za sobą zmianę reaktancji indukcyjnej X L, a tym samym impedancji uzwojenia cewki Z e. Przy skokowym podaniu na uzwojenie cewki napięcia U e w chwili t, zaczyna narastać prąd, a tym samym siła przyciągania zwory przekaźnika. W chwili t następuje ruch zwory. W czasie t następuje zwarcie styków przekaźnika i po krótkim czasie położenie zwory ustala się przy MIN. W przedziale czasu od t do t 3 prąd maleje, gdyż rośnie impedancja cewki oraz w uzwojeniach cewki indukuje się napięcie U i, które jest skierowane przeciwnie do napięcia zasilania. 3

4 Wartość i zwrot napięcia indukowanego U i zależy od ilości zwojów cewki z oraz wartości i znaku pochodnej d /dt. W przypadku, gdy następuje malenie szczeliny, wartość strumienia rośnie a pochodna d /dt posiada znak dodatni. d U z d U U e e i U i z, I dt e t. dt Ze t Ze t Po ustaniu ruchu zwory, od chwili t 3 następuje ponowny wzrost prądu elektromagnesu, aż do jego ustalenia. Odłączenie napięcia od cewki przekaźnika Jeżeli cewka przekaźnika jest zasilana poprzez styki wyłącznika, to w chwili jego wyłączenia, na zaciskach cewki występują duże przepięcia. Aby zaobserwować poszczególne fazy pracy przekaźnika, równolegle do jego cewki przyłączono diodę V (rozładowczą). Po skokowym odłączeniu napięcia od uzwojenia cewki, energia zgromadzona w cewce rozładowuje się w postaci prądu elektrycznego, poprzez diodę rozładowczą. Przebieg prądu cewki przekaźnika przy skokowym odłączeniu napięcia od jej zacisków, przedstawiono na rysunku.5. Przy skokowym odłączeniu napięcia U e od zacisków cewki, w chwili t, zaczyna maleć prąd, a tym samym siła przyciągania zwory przekaźnika. W chwili t siła przyciągania elektromagnesu jest mniejsza od sumarycznej siły sprężyny powrotnej i stykowej. Następuje ruch zwory. W chwili t następuje rozwarcie styków przekaźnika, a w chwili t 3 położenie zwory ustala się przy MAX. U e ust zw t t Styki zwarte t t t 3 Ruch zwory Styki rozwarte t t ust - ustalony prąd cewki elektromagnesu. zw - prąd zwolnienia styków przekaźnika. Rys..5. Przebieg prądu cewki przekaźnika przy skokowym odłączeniu napięcia od jej zacisków W przedziale czasu od t do t 3 prąd rośnie, gdyż w uzwojeniach cewki indukuje się napięcie U i, które jest skierowane przeciwnie do napięcia indukowanego w przypadku narastania strumienia magnetycznego. Wartość i zwrot napięcia indukowanego U i zależy od wartości i znaku pochodnej d d. W tym przypadku, kiedy szczelina rośnie, wartość strumienia maleje i pochodna posiada dt dt znak ujemny. d z dt U i, I t Ui. Z Po chwili t 3, kiedy zwora osiąga szczelinę MAX, zanika napięcie U i, ale prąd jeszcze płynie, gdyż następuje dalsze rozładowanie energii elektromagnetycznej zgromadzonej w obwodzie przekaźnika. Po pewnym czasie prąd osiąga wartość zero.... Opis stycznika o magnetowodzie nurnikowym Zasada działania stycznika jest podobna do działania przekaźnika. Na rysunku.6 przedstawiono podstawowe elementy stycznika. e e t 4

5 +U e L e L e U e Oznaczenia: - Sprężyna stykowa (zderzakowa); - Styki ruchome; 3 - Styki nieruchome; 4 - Nurnik; 5 - Sprężyna powrotna; 6 - Sworzeń; 7 - Magnetowód; 8 - Styki dodatkowe; L e - Zasadnicze uzwojenie elektromagnesu; L e - Dodatkowe uzwojenie elektromagnesu (oszczędnościowe); U e - Napięcie zasilania elektromagnesu. Rys.6. Rysunek uproszczony stycznika o magnetowodzie nurnikowym Funkcję zwory spełnia tutaj nurnik. Jest on zarazem ruchomą częścią rdzenia elektromagnesu. Siła nośna powoduje wciąganie nurnika do wnętrza elektromagnesu. Wykonując ruch nurnik pociąga zarazem sworzeń i styki ruchome. Sworzeń napina sprężynę powrotną. Po zwarciu styków sworzeń przesuwa się dalej napinając sprężynę stykową. Sprężyna stykowa zabezpiecza styki przed nadmiernym odbijaniem. Charakterystyki statyczne stycznika przedstawiono na rysunku.7. F m, ( )- ( )- 3 MIN ZS F sp+ss ( ) ( )- MAX F ss ( ) F sp ( ) Oznaczenia: ZS - szczelina powietrzna w momencie zwierania styków; F SP ( ) - charakterystyka mechaniczna sprężyny powrotnej; F SS ( ) - charakterystyka mechaniczna sprężyny stykowej; F SP+SS ( ) - sumaryczna charakterystyka mechaniczna obu sprężyn; ( )- - charakterystyka elektromechaniczna (dla prądu zadziałania); ( )- - charakterystyka elektromechaniczna (dla prądu zwalniania); ( )-3 - charakterystyka elektromechaniczna po włączeniu dodatkowego uzwojenia elektromagnesu. Rys..7. Charakterystyki statyczne stycznika Należy jeszcze zwrócić uwagę na pewne szczególne różnice konstrukcyjne. Uzwojenie elektromagnesu składa się z dwóch części. Uzwojenie oznaczone L e (główne) wytwarza niezbędną siłę do zadziałania stycznika. Uzwojenie oznaczone L e (dodatkowe) początkowo jest zwarte. Po przyciągnięciu nurnika sworzeń wysuwa się z rdzenia i powoduje rozwarcie styków dodatkowych. Uzwojenie L e zostaje włączone szeregowo do uzwojenia L e. Ponieważ jego rezystancja jest duża, to wartość prądu elektromagnesu maleje. W ten sposób następuje, po zadziałaniu stycznika obniżenie prądu w uzwojeniu elektromagnesu. Zastosowanie takiego rozwiązania zmniejsza zarówno nagrzewanie się uzwojenia jak i obciążenie układu zasilania. Siła przyciągania wytwarzana przez oba uzwojenia jest wystarczająca do utrzymania nurnika w stanie przyciągniętym. Rozwiązanie z uzwojeniem dodatkowym stosowane jest także w niektórych rodzajach przekaźników. Podstawowe właściwości zestyków aparatury komutacyjnej. Rezystancja zestyku zależy od siły docisku styków oraz od stopnia ich zabrudzenia (opalenia).. W czasie zwierania styków następuje ich odbijanie. W celu zmniejszenia odbijania styków stosuje się sprężyny stykowe (zderzakowe). 3. W czasie rozwierania styków następuje przeskok iskry elektrycznej, co powoduje ich opalanie, a w skrajnym przypadku zespawanie styków. W celu zmniejszenia opalania styków stosuje się odpowiednie układy gaszenia łuku elektrycznego. 5

6 .3.3. Podstawowe dane dotyczące badanej aparatury komutacyjnej Lp. Typ Prąd znamion. Styki główne Przedział napięcia roboczego KM D 4 3 Napięcie znamion. Tabela.. Uzwojenie sterujące Napięcie zadziałania Napięcie zwolnienia styków Pobór prądu [A] [V] [V] [V] [V] [ma] Stycznik TKS DT KP 5D TKD 5DT Przekaźnik 5 TKE 53PD TKE 5PK TKE PDT RP CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z podstawowymi rodzajami aparatury komutacyjnej, jej parametrami i charakterystykami oraz rejestracja tychże charakterystyk w trakcie realizacji ćwiczenia..3. ZAKRES ĆWICZENIA W czasie ćwiczenia studenci winni dokonać pomiarów następujących parametrów i charakterystyk:. Przebiegu prądu elektromagnesu i napięcia na stykach stycznika i przekaźnika przy skokowym podaniu napięcia zasilania na cewkę elektromagnesu.. Przebiegu prądu elektromagnesu i napięcia na stykach stycznika i przekaźnika przy skokowym odłączeniu napięcia zasilania cewki elektromagnesu. 3. Czasu trwania odbijania styków stycznika i przekaźnika przy skokowym podaniu napięcia zasilania na cewkę elektromagnesu. 4. Czasu trwania odbijania styków przełącznika po jego komutacji..4. BADANIE DYNAMICZNYCH CHARAKTERYSTYK APARATURY KOMUTACYJNEJ.4.. Opis stanowiska laboratoryjnego Na rysunku.8 przedstawiono widok zestawu stanowiska laboratoryjnego do badania aparatury komutacyjnej w stanach dynamicznych. Stanowisko składa się z: pulpitu sterująco pomiarowego; zasilacza 3V/A; oscyloskopu cyfrowego; drukarki; badanego przekaźnika (stycznika). Pulpit sterująco pomiarowy Na płycie czołowej pulpitu zabudowano elementy, których wykaz i przeznaczenie opisano poniżej:. Zaciski laboratoryjne z napisem: +, -, 7V do przyłączenia zasilacza 3[V]/[A]. A, B, CEWKA do przyłączenia cewki badanego przekaźnika lub stycznika. STYKI NR do przyłączenia normalnie rozwartych styków badanego przekaźnika lub stycznika.. Gniazda pomiarowe z napisem: U st -S, U ZAS, i U st do przyłączenia kanałów oscyloskopu. Wyzw. do przyłączenia gniazda oscyloskopu Ext. Trigger. 3. Wyłącznik S do włączenia zasilania stanowiska +7[V]. 6

7 4. Przełącznik S BADANY z napisem PRZEKAŹNIK STYCZNIK, do przełączenia cewek aparatury komutacyjnej do odpowiednich rezystorów w celu pomiaru wartości prądu płynącego przez cewki. 5. Dioda luminescencyjna z napisem ZWARCIE STYKÓW do sygnalizacji zwarcia styków. Zasilacz 3V/A OSCYLOSKOP HP 5463B STANOWISKO DO BADANIA DYNAMICZNYCH CHARAKTERYSTYK APARATURY KOMUTACYJNEJ S + U st- S 7V - U zas PRZEKAŹNIK OSCYLOSKOP BADANY S ZWARCIE STYKÓW STYCZNIK B PULPIT STERUJĄCO - POMIAROWY U st A Wyzw. STYKI NR CEWKA DRUKARKA BADANY PRZEKAŹNIK (STYCZNIK) A 3 B Rys..8. Stanowisko laboratoryjne do badania dynamicznych charakterystyk aparatury komutacyjnej Pulpit sterujący umożliwia sterowanie pracą stycznika lub przekaźnika oraz podanie odpowiednich sygnałów elektrycznych do wejść oscyloskopu w celu rejestracji charakterystyk dynamicznych badanej aparatury komutacyjnej. Schemat elektryczny stanowiska przedstawia rysunek.9. Przełącznik S poprzez układ sterujący podaje skokowo napięcie na tranzystor V. Tranzystor zasila cewkę stycznika lub przekaźnika. Przełącznik S podaje zasilanie także na dzielnik napięcia DN, z którego sygnał podawany jest do oscyloskopu w celu rejestracji napięcia na stykach przełącznika po jego komutacji. Przełącznikiem S przyłącza się odpowiedni bocznik amperomierza w zależności od badanej aparatury komutacyjnej. Dioda sygnalizuje zwarcie zestyków stycznika lub przekaźnika. Z dzielnika napięcia DN napięcie proporcjonalne do napięcia zasilającego podawane jest do oscyloskopu, zaś z dzielnika napięcia DN3 podawane jest napięcie proporcjonalne do napięcia panującego na stykach stycznika lub przekaźnika. + 7V - S Wyzw. oscyl. Układ sterujący +7V V Zwarcie styków R5 R 6 R R U 3 zas DN DN R U S st - S R 4 Stycznik Przekaźnik A B DN 3 U st R B R B Rys..9. Schemat elektryczny stanowiska laboratoryjnego do badania dynamicznych charakterystyk aparatury komutacyjnej Przy skokowym odłączeniu napięcia zasilającego cewkę elektromagnesu stycznika lub przekaźnika, poprzez diodę V rozładowuje się energia zgromadzona w cewce, co zapobiega uszkodzeniu tranzystora V. Na bocznikach R B i R B odkłada się spadek napięcia proporcjonalny do płynącego prądu. Prądowi I=[A] płynącemu przez bocznik R B odpowiada spadek napięcia U=[V], zaś prądowi I=[mA] płynącemu przez bocznik R B odpowiada spadek napięcia U=[V]. 7

8 .4.. Badanie charakterystyk dynamicznych stycznika W celu dokonania pomiarów charakterystyk dynamicznych aparatury komutacyjnej należy zestawić układ pomiarowy zgodnie ze schematem zamieszczonym na rysunku.8. Przygotowanie stanowiska i oscyloskopu cyfrowego. Połączyć stanowisko zgodnie z rysunkiem.8.. Przełącznik S ustawić w położenie STYCZNIK. 3. Na zasilaczu ustawić napięcie U=7[V]. 4. Do gniazda pomiarowego przyłączyć kanał oscyloskopu. 5. Do gniazda pomiarowego U ZAS przyłączyć kanał oscyloskopu. 6. Gniazdo pomiarowego Wyzw. połączyć z gniazdem oscyloskopu External Trigger. 7. Przygotować oscyloskop do pracy zgodnie ze wskazówkami zawartymi w załączniku nr, punkt. i. (z uwzględnieniem poniższych punktów). 8. Ustawić wyzwalania oscyloskopu naciskając na przycisk Source i Ext na płycie czołowej oscyloskopu, a następnie Slope/Coupling i Slope. 9. Na oscyloskopie ustawić parametry pracy zgodnie z wartościami podanymi w poniższej tabeli. Pokrętłem Level ustawić poziom wyzwalania równy [V]. UWAGA! Wartości nastaw oscyloskopu są podawane jako nastawy wstępne. Każdy użytkownik, w zależności od potrzeb, może wprowadzić inne wartości nastaw. Tabela.. Kanał Mierzona Wzmocnienie Poziom zerowy Horizontal Podstawa czasu wielkość [V/dz] [V] [ms] [ms/dz] U ZAS U st Badanie dynamicznych charakterystyk stycznika przy skokowym podaniu napięcia na jego cewkę. Włączyć zasilacz.. Wyłączyć kanał oscyloskopu naciskając dwukrotnie na przycisk kanału, następnie nacisnąć przycisk Run. 3. Włączyć zasilanie cewki stycznika ustawiając przełącznik S w położenie - na ekranie ukaże się zarejestrowana ch-ka U ZAS. 4. Wyłączyć zasilanie cewki stycznika ustawiając przełącznik S w położenie. 5. W pamięci oscyloskopu zapisać zarejestrowaną charakterystykę pozostawiając jej przebieg na ekranie oscyloskopu. 6. Kanał oscyloskopu przyłączyć do gniazda pomiarowego U st, a kanał włączyć naciskając jednokrotnie na przycisk kanału. 7. Ustawić nowe położenie zerowe kanału dla rejestracji ch-ki napięcia styków U st i nacisnąć przycisk Run. 8. Włączyć ponownie zasilanie cewki stycznika ustawiając przełącznik S w położenie - na ekranie ukażą się zarejestrowane ch-ki i U st razem z poprzednią charakterystyką U ZAS. 9. W pamięci oscyloskopu zapisać zarejestrowane charakterystyki.. Pomierzyć kursorami oscyloskopu: maksymalną wartość prądu cewki stycznika MAX; wartość prądu przytrzymania styków przytrz; czas zadziałania stycznika t za.. Pomierzone wartości zanotować w tabeli.3.. Wydrukować zarejestrowane charakterystyki. 3. Wyczyścić pamięć i wyłączyć jej zobrazowanie. Przykładowe charakterystyki stycznika zostały pokazana na rysunku.. 8

9 m V 5.V U ZAS 5. m s m s 5. Sngl E STOP MAX przytrz U st Rys... Charakterystyki dynamiczne stycznika przy skokowym podaniu napięcia na jego cewkę t za Tabela.3. Rodzaj badanego stycznika MAX przytrz t za t zw t odb [A] [ma] [ms] [ms] [ms].4... Badanie charakterystyk dynamicznych stycznika przy skokowym wyłączeniu zasilania jego cewki. Zmienić nastawy oscyloskopu zgodnie z tabelą.4. Tabela.4. Kanał Mierzona Poziom Podstawa Poziom Wzmocnienie Horizontal wielkość zerowy czasu wyzwalania - - [V/dz] [V] [ms] [ms/dz] [V] U ZAS 5 +5, -, - U st Do gniazda pomiarowego U ZAS przyłączyć kanał oscyloskopu. 3. Wyłączyć kanał oscyloskopu naciskając dwukrotnie na przycisk pierwszego kanału. 4. Włączyć zasilanie cewki stycznika ustawiając przełącznik S w położenie. 5. Na oscyloskopie nacisnąć przycisk Run. 6. Wyłączyć zasilanie cewki stycznika ustawiając przełącznik S w położenie - na ekranie ukaże się zarejestrowana ch-ka U ZAS. 7. W pamięci oscyloskopu zapisać zarejestrowaną charakterystykę pozostawiając jej przebieg na ekranie oscyloskopu. 8. Kanał oscyloskopu przyłączyć do gniazda pomiarowego U st, a kanał włączyć naciskając jednokrotnie na przycisk kanału. 9. Ustawić nowe położenie zerowe kanału dla rejestracji ch-ki napięcia styków U st (tab..4).. Włączyć zasilanie cewki stycznika ustawiając przełącznik S w położenie i nacisnąć przycisk Run.. Wyłączyć ponownie zasilanie cewki stycznika ustawiając przełącznik S w położenie - na ekranie ukażą się zarejestrowane ch-ki i U st razem z poprzednią charakterystyką U ZAS.. Zapisać w pamięci oscyloskopu zarejestrowane charakterystyki. 3. Wykorzystując funkcje Cursors oscyloskopu, pomierzyć przy użyciu kursorów, czas zwolnienia styków t zw i zanotować go w do tabeli Wydrukować zarejestrowane charakterystyki. 5. Wyczyścić pamięć i wyłączyć jej zobrazowanie. Przykładowe charakterystyki stycznika zostały pokazana na rysunku.. 9

10 m V 5.V 45. m m s. s Sngl E STOP U ZAS U st Rozwarcie styków t zw Rys... Charakterystyki dynamiczne stycznika przy skokowym odłączeniu napięcia od jego cewki Pomiar czasu odbijania się styków stycznika po włączeniu go do pracy Wykonać czynności podobnie, jak w punkcie Wyłączyć kanał oscyloskopu.. Ustawić wyzwalania sygnałem kanału. W tym celu nacisnąć przycisk na oscyloskopie Source i, a następnie Slope/Coupling i Slope. 3. Zarejestrować tylko charakterystykę U st przy nowych nastawach oscyloskopu zgodnie z tabelą Pomierzyć kursorami oscyloskopu czas odbijania styków t odb i zanotować jego wartość w tabeli.3. Tabela.4. Kanał Mierzona Poziom Podstawa Poziom Wzmocnienie Horizontal wielkość zerowy czasu wyzwalania - - [V/dz] [V] [ms] [ s/dz] [V] U st - 5 Przykładowa charakterystyka stycznika została pokazana na rysunku.. Na zarejestrowanych charakterystykach należy nanieść symbol stycznika, symbole wielkości, skalę prądu, wartości prądów zapisanych w tabeli.3 oraz pomierzone czasy..v.5 m s 5 s Sngl E STOP U st t odb Rys... Pomiar czasu odbijania się styków stycznika po włączeniu go do pracy.4.3. Badanie charakterystyk dynamicznych przekaźnika W celu realizacji pomiarów charakterystyk dynamicznych przekaźnika należy do stanowiska przyłączyć badany przekaźnik Badanie charakterystyk dynamicznych przekaźnika przy skokowym podaniu napięcia na jego cewkę. Przełącznik S ustawić w położenie PRZEKAŹNIK.. Zmienić nastawy oscyloskopu wg tabeli.6.

11 Tabela.6. Kanał Mierzona Poziom Podstawa Poziom Wzmocnienie Horizontal wielkość zerowy czasu wyzwalania - - [V/dz] [V] [ms] [ms/dz] [V] U ZAS 5 +5, U st Pozostałe czynności wykonać wg punktów Pomierzyć prąd ustalony cewki ust (prądowi,[a] odpowiada napięcie [V]) i czas zadziałania przekaźnika t za. Wartości te zanotować w tabeli Wydrukować zarejestrowane charakterystyki. Przykładowe charakterystyki przekaźnika zostały pokazane na rysunku.3. Rodzaj badanego przekaźnika Tabela.7. ust z t za t zw t odb [A] [ms] [ms] [ms] m V 5.V 8. m s m. s Sngl E STOP U ZAS ust U st t za Rys..3. Charakterystyki dynamiczne przekaźnika przy skokowym podaniu napięcia na jego cewkę Badanie charakterystyk dynamicznych przekaźnika przy skokowym wyłączeniu zasilania jego cewki. Zmienić nastawy oscyloskopu zgodnie z tabelą.8. Tabela.8. Kanał Mierzona Poziom Podstawa Poziom Wzmocnienie Horizontal wielkość zerowy czasu wyzwalania - - [V/dz] [V] [ms] [ms/dz] [V] U ZAS 5 +5,5 -,5 - U st Wykonać czynności podobnie, jak w punkcie Pomierzyć kursorami czas zwolnienia styków t zw. Wartość tą zanotować w tabeli Wydrukować charakterystyki. Przykładowe charakterystyki przekaźnika zostały pokazane na rysunku.4. m V 5.V. m s m 5. s Sngl E STOP U z U st Rozwarcie styków t zw Rys..4. Charakterystyki dynamiczne przekaźnika przy skokowym wyłączeniu zasilania jego cewki

12 Pomiar czasu odbijania się styków przekaźnika po włączeniu go do pracy. Zmienić nastawy oscyloskopu zgodnie z tabelą.9. Tabela.9. Kanał Mierzona Poziom Podstawa Poziom Wzmocnienie Horizontal wielkość zerowy czasu wyzwalania - - [V/dz] [V] [ s] [ s/dz] [V] U st - 9. Wykonać czynności podobnie, jak w punkcie Pomierzyć kursorami oscyloskopu czas odbijania styków t odb i zanotować jego wartość w tabeli.7. Przykładowa charakterystyka przekaźnika przedstawiona jest na rysunku.5. Na zarejestrowanych charakterystykach należy nanieść symbol przekaźnika, symbole wielkości, skalę prądu, wartości prądów zapisanych w tabeli.7 oraz czas odbijania się styków..v 9 s s Sngl E STOP t odb U st Rys..5. Pomiar czasu odbijania się styków przekaźnika po włączeniu go do pracy.4.4. Pomiar czasu odbijania się styków wyłącznika S po jego komutacji. Zmienić nastawy oscyloskopu zgodnie z tabelą... Kanał oscyloskopu przyłączyć do gniazda pomiarowego U st -S. Tabela.9. Kanał Mierzona Poziom Podstawa Poziom Wzmocnienie Horizontal wielkość zerowy czasu wyzwalania - - [V/dz] [V] [ms] [ s/dz] [V] U st-s Wykonać czynności podobnie, jak w punkcie Pomierzyć kursorami oscyloskopu czas odbijania styków t odb i zanotować jego wartość w tabeli.. Rodzaj badanego wyłącznika t odb [ms] Tabela.. WG Przykładowy oscylogram odbijania styków wyłącznika S został pokazany na rysunku.6.

13 .V.75 m s 5 s Sngl E STOP t odb U st Rys..6. Pomiar czasu odbijania się styków przełącznika S po jego komutacji Na zarejestrowanej charakterystyce należy nanieść symbol wyłącznika, i czas odbijania się styków..5. PROGRAM ĆWICZENIA Pomiary charakterystyk wykonać zgodnie z wymienionymi poniżej punktami..5.. Badanie dynamicznych charakterystyk stycznika przy skokowym podaniu napięcia na jego cewkę (wg pkt..4...).5.. Badanie charakterystyk dynamicznych stycznika przy skokowym wyłączeniu zasilania jego cewki (wg pkt..4...).5.3. Pomiar czasu odbijania się styków stycznika po włączeniu go do pracy (wg pkt ).5.4. Badanie charakterystyk dynamicznych przekaźnika przy skokowym podaniu napięcia na jego cewkę (wg pkt ).5.5. Badanie charakterystyk dynamicznych przekaźnika przy skokowym wyłączeniu zasilania jego cewki (wg pkt ).5.6. Pomiar czasu odbijania się styków przekaźnika po włączeniu go do pracy (wg pkt ).5.7. Pomiar czasu odbijania się styków wyłącznika S po jego komutacji (wg pkt..4.4.).6. UWAGI KOŃCOWE W wyniku wykonania ćwiczenia należy przedstawić sprawozdanie, które powinno zawierać: schematy układów pomiarowych; opisane oscylogramy; wyniki pomiarów; wnioski..7. PYTANIA KONTROLNE. Omówić przeznaczenie i podział aparatury komutacyjnej.. Omówić przeznaczenie i podział manualnej aparatury komutacyjnej. 3. Omówić budowę, zasadę działania i rodzaje przekaźników. 4. Omówić układ sił działających na zworę przekaźnika. 5. Omówić zależność =f(t) prądu w uzwojeniu przekaźnika przy skokowym podaniu napięcia zasilającego na jego cewkę. 6. Omówić budowę styczników. 7. Omówić zasadę działania i rodzaje styczników. 8. Omówić cel stosowania, budowę i zasadę działania układu przytrzymującego (tzw. układu oszczędnościowego). 9. Omówić zależność =f(t) prądu w uzwojeniu stycznika z układem przytrzymującym przy skokowym podaniu napięcia zasilającego na jego cewkę. 3

14 ZAŁĄCZNIK NR INSTRUKCJA UŻYTKOWANIA OSCYLOSKOPU TYPU HP 5463 Do rejestracji przebiegów czasowych i charakterystyk służy oscyloskop cyfrowy. Drukarka przyłączona do oscyloskopu umożliwia wydrukowanie zarejestrowanych przebiegów czasowych i charakterystyk. Do sterowania pracą oscyloskopu służą pokrętła i przyciski umieszczone na obudowie, które w tekście będą opisane pismem pogrubionym np. Destination. Przyciski programowalne są umieszczone pod ekranem oscyloskopu i będą one opisane w tekście pismem pochyłym pogrubionym np. Parallel.. REJESTRACJA OKRESOWYCH PRZEBIEGÓW CZASOWYCH Użytkowanie oscyloskopu przy rejestracji okresowych przebiegów czasowych będzie omówione na przykładzie rejestracji przebiegów napięcia zasilania i prądu roboczego wzmacniacza magnetycznego DO 7N dla dwóch wartości prądu sterującego... Ogólne przygotowanie oscyloskopu cyfrowego i drukarki. Przyłączyć drukarkę do oscyloskopu złącze Parallel.. Włączyć zasilanie oscyloskopu przyciskiem Line. 3. Nacisnąć przycisk Print/Utility, a następnie Hardcopy Menu. 4. Przyciskiem Format wybrać HP print, a przyciskiem Destination wybrać Parallel. 5. Nacisnąć przycisk Printer Menu. 6. Przyciskiem Faktors wybrać rodzaj drukowania ch-k (Off): Off drukowanie ch-k bez wypisywania nastaw oscyloskopu; On drukowanie ch-k z wypisaniem nastaw oscyloskopu. 8. Przyciskiem Gray Scale (skala szarości) wybrać zakres Off... Przygotowanie oscyloskopu do rejestracji okresowych przebiegów czasowych. Kanały oscyloskopu przyłączyć do odpowiednich gniazd pomiarowych wymienionych w instrukcji danego ćwiczenia np.: do gniazda pomiarowego U Z (napięcie zasilania) przyłączyć -szy kanał oscyloskopu. a do gniazda pomiarowego I r (prąd roboczy wzmacniacza magnetycznego) przyłączyć -gi kanał oscyloskopu.. Ustawić tryb pracy oscyloskopu naciskając na przycisk Main/Delayed oraz Main. 3. Pokrętłem Volts/div ustawić wzmocnienia i kanału na odpowiednie wartości. 4. Pokrętłem Position i kanału ustawić ich poziomy zerowe. 5. Ustawić wyzwalania oscyloskopu sygnałem kanału naciskając na przycisk Source i. 6. Ustawić tryb pracy oscyloskopu naciskając na przycisk Mode i Auto. 7. Pokrętłem Level ustawić poziom wyzwalania. 8. Pokrętłem Time/div ustawić podstawę czasu. 9. Nacisnąć przycisk kanału i przyciskiem Coupling wybrać DC. Powtórzyć czynności dla kanału.. Pokrętłem HORIZONTAL ustawić trójkąt na środku ekranu. Podczas pokręcania tym pokrętłem na oscyloskopie pojawia się komunikat, na jaką wartość (w ms lub s) ustawiony jest trójkąt, w stosunku do środka ekranu.. Jeżeli istnieje potrzeba wyłączenia danego kanału, to należy nacisnąć razy na przycisk tego kanału. Ponowne włączenie kanału nastąpi po jednokrotnym naciśnięciu przycisku..3. Rejestracja okresowych przebiegów wzmacniacza magnetycznego. Włączyć zasilanie stanowiska.. Na pulpicie stanowiska przełącznikami S 5 S 6 ustawić daną konfigurację pracy wzmacniacza. 3. Potencjometrem Regulacja I S ustawić żądaną wartość prądu sterującego. 4. Na ekranie oscyloskopu ukażą się przebiegi napięcia zasilającego U Z i prądu roboczego I r dla danej wartości prądu sterującego. 5. Ustawić wyzwalanie oscyloskopu sygnałem -szego kanału. Jeżeli istnieje konieczność zgrupowania na jednym ekranie przebiegów prądu roboczego dla dwóch różnych wartości prądu sterującego, to należy: uzyskane przebiegi napięcia zasilania i prądu roboczego dla pierwszej wartości prądu sterującego zapisać w pamięci oscyloskopu (patrz pkt. 3.4); otworzyć użytą pamięć; 4

15 zmienić wartość prądu sterującego. Na ekranie ukażą się trzy przebiegi. Gdyby przebieg napięcia zasilającego zapisanego w pamięci oscyloskopu nie pokrywał się z przebiegiem napięcia uzyskanego przy drugiej wartości prądu sterującego, to należy pokrętłem Level ustawić poziom wyzwalania tak, aby oba przebiegi napięć pokryły się. Na rysunku Z. przedstawiono przykładowe przebiegi U Z i I r dla dwóch wartości I S. U Z I r (I S >) I r U Z.V V m 5 s STOP t I r (I S =) Rys. Z.. Przykładowe przebiegi U Z i I r wzmacniacza magnetycznego dla dwóch wartości I S Zarejestrowane przebiegi można wydrukować. W tym celu należy nacisnąć przycisk Print/Utility i Print Screen (czekać do zakończenia drukowania).. POMIAR WARTOŚCI NAPIĘĆ I CZĘSTOTLIWOŚCI PRZEBIEGÓW OKRESOWYCH Za pomocą oscyloskopu można pomierzyć wartości: napięcia skutecznego V rsm ; napięcia średniego V avg ; napięcia międzyszczytowego V p-p ; częstotliwości. Aby pomierzyć odpowiednią wartość napięcia należy: w zbiorze przycisków Measure nacisnąć na przycisk Voltage; wybrać odpowiedni kanał, w którym będzie dokonywany pomiar, naciskając na przycisk Source lub ; wybrać rodzaj mierzonego napięcia naciskając na odpowiedni przycisk V p-p, V avg, lub V rms. Na ekranie wyświetli się wartość mierzonego napięcia. Aby pomierzyć wartość częstotliwości sygnału wybranego kanału należy: w zbiorze przycisków Measure nacisnąć na przycisk Time; wybrać odpowiedni kanał, w którym będzie dokonywany pomiar, naciskając przycisk Source lub ; nacisnąć na przycisk Freg Na ekranie wyświetli się wartość częstotliwości wybranego sygnału. 3. REJESTRACJA KRÓTKOTRWAŁYCH CHARAKTERYSTYK CZASOWYCH Użytkowanie oscyloskopu przy rejestracji krótkotrwałych charakterystyk czasowych będzie omówione na przykładzie pomiaru prądu i prędkości obrotowej silnika w czasie jego rozruchu. 3.. Przygotowanie oscyloskopu cyfrowego do rejestracji krótkotrwałych charakterystyk czasowych. Kanały oscyloskopu przyłączyć do odpowiednich gniazd pomiarowych wymienionych w instrukcji danego ćwiczenia np.: do gniazda pomiarowego n M przyłączyć -szy kanał oscyloskopu. a do gniazda pomiarowego I ROZR przyłączyć -gi kanał oscyloskopu.. Ustawić tryb pracy oscyloskopu naciskając na przycisk Main/Delayed oraz Main. 3. Pokrętłem Volts/div ustawić wzmocnienia i kanału na odpowiednie wartości. 4. Pokrętłem Position i kanału ustawić ich poziomy zerowe. 5. Ustawić wyzwalania oscyloskopu sygnałem kanału naciskając na przycisk Source i. 6. Wybrać tryb pracy oscyloskopu naciskając na przycisk Mode i Single. 7. Nacisnąć na przycisk Slope/Couplng i ustawić wyzwalania odpowiednim zboczem np. narastającym Slope, a przyciskiem Coupling wybrać DC. t 5

16 8. Pokrętłem Level ustawić poziom wyzwalania. 9. Pokrętłem Time/div ustawić podstawę czasu.. Nacisnąć przycisk kanału i przyciskiem Coupling wybrać DC. Powtórzyć czynności dla kanału.. Pokrętłem HORIZONTAL ustawić trójkąt w odpowiedniej odległości np. działka od lewego brzegu ekranu (lub np. ms). Podczas pokręcania tym pokrętłem na oscyloskopie pojawia się komunikat, na jaką wartość (w ms lub s) ustawiony jest trójkąt, w stosunku do środka ekranu. Początek rejestrowanej charakterystyki pojawi się w takiej odległości od początku ekranu, w jakiej odległości został ustawiony trójkąt. 3.. Pomiar charakterystyk. Nacisnąć na przycisk Run.. Na pulpicie stanowiska ustawić przełącznik ROZRUCH w położenie Wł. Nastąpi podanie napięcia na wirnik silnika, który ruszy. Prędkość obrotowa będzie narastać i po pewnym czasie ustali się. Na ekranie oscyloskopu zostaną zarejestrowane charakterystyki prędkości obrotowej i prądu silnika w czasie rozruchu. Na rysunku Z. przedstawiono przykładowy przebieg prędkości obrotowej i prądu silnika w czasie rozruchu. n ROZRUCH Kursor V(),95n u Kursor t Kursor t n u I A Kursor V() t rozruchu Kursor V() Kanał t I R MAX Kanał t Kursor V() Rys. Z.. Oscylogram przebiegu prędkości obrotowej i prądu silnika w czasie rozruchu 3.3. Pomiar kursorami oscyloskopu wartości czasów i napięć. Na uzyskanym oscylogramie pomierzyć kursorami V i V ustaloną wartość prędkości obrotowej wirnika silnika. W tym celu należy nacisnąć na przycisk Cursors i Source kursory V będą mierzyć napięcia zgodnie ze wzmocnieniem kanału. Położenia kursorów można zmieniać pokrętłem znajdującym się w pobliżu przycisku Cursors.. Nacisnąć na przycisk V(), kursor ten winien ustawić się na poziomie zerowym kanału pierwszego. 3. Nacisnąć na przycisk V(), i kursorem tym pomierzyć ustaloną wartość prędkości obrotowej. 4. Obliczyć,95n ust (w woltach). Na tej wartości ustawić kursor V(). 5. Nacisnąć na przycisk t i kursor t ustawić na początku narastania prądu wirnika silnika I A. Nacisnąć na przycisk t i kursor t ustawić na przecięciu się charakterystyki z kursorem V. Odczytać t jest to wartość czasu rozruchu silnika. 6. Pomierzyć kursorami V i V maksymalną wartość prądu rozruch silnika. W tym celu należy nacisnąć na przycisk Cursors i Source kursory V będą mierzyć napięcia zgodnie ze wzmocnieniem kanału. 7. Nacisnąć na przycisk V(), i kursorem tym pomierzyć maksymalną wartość prądu rozruch silnika. 8. Kursory można wyłączyć naciskając na przycisk Clear Cursors. Uzyskany oscylogram można wydrukować. W tym celu należy nacisnąć przycisk Print/Utility i Print Screen (czekać do zakończenia drukowania) Zapisywanie charakterystyk w pamięci oscyloskopu Niekiedy występuje konieczność porównania charakterystyk otrzymanych w czasie dwóch oddzielnych pomiarów. W takim wypadku należy skorzystać z pamięci oscyloskopu. Poniżej zostanie 6

17 przedstawiona kolejność czynności w czasie zapisu dwóch charakterystyk n=f(t) dla napięć zasilania silnika U=[V] i U=4[V].. Wykorzystując tylko kanał zarejestrować charakterystykę n=f(t) dla napięcia zasilania silnika U A =[V].. Zapisać w pamięci oscyloskopu uzyskany przebieg prędkości obrotowej dla napięcia zasilania U A =[V]: nacisnąć przycisk Trace, a następnie wybrać Mem(lub Mem); przyciskiem Clear Mem wyczyścić pamięć i przyciskiem Save to Mem zapisać w pamięci ch-kę oraz otworzyć użytą pamięć przyciskiem On. 3. Nacisnąć na przycisk Run. 4. Zarejestrować następną charakterystykę n=f(t) dla napięcia zasilania silnika U A =4[V]. Na ekranie oscyloskopu będą widniały dwie osobno pomierzone charakterystyki. 5. Ponownie zapisać w pamięci pomierzone charakterystyki wg pkt.. Gdyby charakterystyki nie zostały zapisane, to przy przypadkowym poruszeniu jakiegokolwiek pokrętła lub przycisku oscyloskopu, druga charakterystyka zaniknie i wówczas należałoby powtórzyć pomiar. 6. Wydrukować charakterystyki. 7. Wyczyścić pamięć przez naciśnięcie przycisku Clear Mem i zamknąć pamięć przyciskiem Off. Na rysunku Z.3 przedstawiono przykładowo dwie charakterystyki n=f(t) dla napięcia zasilania silnika U=[V] i U=4[V]. n ROZRUCH U A =4V T M n ust U A =V,63n ust Rys. Z.3. Dwie charakterystyki n=f(t) (mierzone oddzielnie) dla napięcia zasilania silnika U=V i U=4V 4.REJESTRACJA CHARAKTERYSTYK W TRYBIE XY 4.. Przygotowanie oscyloskopu cyfrowego do rejestracji charakterystyk w trybie XY. Kanały oscyloskopu przyłączyć do odpowiednich gniazd pomiarowych wymienionych w instrukcji danego ćwiczenia np.: do gniazda pomiarowego I M przyłączyć -szy kanał oscyloskopu. a do gniazda pomiarowego P przyłączyć -gi kanał oscyloskopu.. Ustawić tryb pracy oscyloskopu naciskając na przycisk Main/Delayed oraz XY. 3. Nacisnąć przycisk kanału i przyciskiem Coupling wybrać DC. Powtórzyć czynności dla kanału. 4. Pokrętłami Volts/div ustawić wzmocnienia i kanału. 5. Ustawić poziomy zerowe kanałów (początek układu współrzędnych XY): nacisnąć na przycisk Cursors i w zbiorze Active Cursors wybrać Y oraz X. Ukażą się dwa kursory, a ich przecięcie stanowi początek układu współrzędnych XY. pokrętłami Position i kanału ustawić ich poziomy zerowe. W czasie pokręcania tych pokręteł, kursory będą się przemieszczać, a na ekranie ukaże się wartość napięcia, przy którym nastąpiło ustawienie poziomu zerowego danego kanału (względem środka ekranu). 4.. Pomiar charakterystyk. Nacisnąć na przycisk Run i Auto-Store (poruszająca się plamka będzie zostawiała ślad na ekranie).. Uruchomić badany układ stanowiska laboratoryjnego. Niekiedy występuje stan przejściowy badanej wielkości np. ustalenie prądu silnika, dlatego, przed właściwą zmianą badanych wielkości, należy wyczyścić ekran naciskając na przycisk Erase. 3. W pewnych przypadkach, niektóre wielkości, po dojściu do wartości maksymalnych, skokowo maleją do wartości zerowej. W takim przypadku, przed dojściem do wartości maksymalne, należy nacisnąć na przycisk Stop. 7

18 4. Aby pomierzyć następną charakterystykę, należy nacisnąć na przycisk Run i Auto-Store. 5. Pomierzone charakterystyki można grupować wykorzystując pamięć oscyloskopu (pkt. 3.4) Pomiar kursorami oscyloskopu wartości napięć odpowiadających poszczególnym punktom charakterystyki Aby pomierzyć wartości napięć odpowiadających poszczególnym punktom charakterystyki należy:. Nacisnąć przycisk Cursors i w kanale X nacisnąć na X, a pokrętłem Cursors ustawić kursor w żądanym miejscu. Wskaże on wartość napięcia na osi X. Jeżeli zostanie naciśnięty przycisk X i pokrętłem Cursors, kursor X zostanie ustawiony w innym miejscu, to kursor ten wskaże inną wartość napięcia na osi X. Można odczytać wartość X().. W kanale Y nacisnąć na Y, a pokrętłem Cursors ustawić kursor w żądanym miejscu. Następnie nacisnąć na Y i pokrętłem Cursors ustawić kursor w innym żądanym miejscu. Odczytać Y(). Na rysunku Z.4 przedstawiono oscylogram przebiegu trzech mocy w funkcji prądu silnika. Pokazano także, jak ustawiać kursory, w celu pomierzenia wartości mocy w wybranym punkcie charakterystyki. m 5V.V XY STOP Kursor X Kursor X P P M Kursor Y,7,5 P M Kursor Y P 3 I M Kursor Y Rys. Z.4. Pomiar kursorami oscyloskopu wartości napięć odpowiadających poszczególnym punktom charakterystyki 8