Ćwicz. 4 Elementy wykonawcze EWA/PP

Transkrypt

1 1. Wprowadzenie Temat ćwiczenia: Przekaźniki półprzewodnikowe Istnieje kilka rodzajów przekaźników półprzewodnikowych. Zazwyczaj są one sterowane optoelektrycznie z pełną izolacja galwaniczną napięcia sterującego od przełączanego. Można wyróżnić dwa zasadnicze typy przekaźników półprzewodnikowych, w których klucze zbudowane są na tyrystorach (triakach) lub na polowych tranzystorach mocy. W pierwszym przypadku, przekaźniki służą do przełączania przebiegów przemiennych. Wynika to z zasady działania układu tyrystorowego. Mianowicie, włącza się je impulsem sterującym, natomiast wyłączyć je można chwilowym zanikiem napięcia przełączanego (np. przejściem przez zero napięcia sieciowego) przy jednoczesnym braku impulsu sterującego. Natomiast, drugi rodzaj przekaźników może służyć do załączania i wyłączania zarówno napięć zmiennych jak i stałych, gdyż ich stany włączenia i wyłączenia zależą wyłącznie od sygnału sterującego. Często, w przekaźnikach tyrystorowych wbudowane są układy które wykrywają przejścia przez zero napięcia przełączanego i uzależniają od tego również moment ich zadziałania. Tym samym umożliwiają one włączanie przekaźnika przy najbliższym, w stosunku do momentu podania sygnału sterującego, przejściu przez zero sygnału przełączanego. Takie rozwiązanie przyczynia się do znacznego zmniejszenia zakłóceń powodowanych włączaniem się przekaźnika, w tym przypadku zawsze przy niskim napięciu (przejściu przez zero), a nie, np. pod wysokim napięciem sieci (sygnału przełączanego). W ćwiczeniu dokonuje się badań zjawisk elektrycznych pracujących przekaźników tyrystorowych i przekaźników tranzystorowych oraz określa się (mierzy się) ich parametry. Badania przeprowadza się w układzie jak na rys.1 (rys.2 pokazuje szczegółowe rozmieszczenie elementów i gniazd do podłączenia generatora oscyloskopu i napięcia 24V). Generator impulsowy Gen Płytka pomiarowa Obciążenie 24V~ Transformator 230V/24V Sieć 230V Oscyloskop Rys.1 Schemat blokowy zestawu pomiarowego. Sygnał sterujący podawany jest z generatora impulsowego. Natomiast napięcie przełączane podawane jest z transformatora separującego 230/24V (transformator zapewnia pełną izolację napięcia sieci 230V zastosowany jest z uwagi na wymóg bezpieczeństwa). W praktyce przełączane jest najczęściej napięcie sieci o wartości skutecznej 230V. Na rys.2 zamieszczony jest schemat ideowy płytki pomiarowej stosowanej w ćwiczeniu. EWA_4.doc 1

2 zwora Gen przekaźnik tranzystorowy oscyloskop 24V~ przekaźnik tyrystorowy przełącznik przekaźników obciążenie masa generatora masa oscyloskopu Rys.2 Schemat ideowy płytki pomiarowej Przekaźniki półprzewodnikowe można scharakteryzować następującymi parametrami dynamicznymi: - próg detekcji przejścia przez zero U, - opóźnienie włączania - t 1 i wyłączania - t 2 (w układach sterowanych przejściem przez zero zależna od momentu jego detekcji), - szybkość procesu włączania i wyłączania (czas t 1 i t 2 ). Parametry zobrazowane zostały na rys.2 Sygnał bramki t 1 t 2 t 2 U 1 t 1 t Rys. 2 Parametry dynamiczne przekaźników Dla prawidłowego pomiaru w/w parametrów należy synchronizować (wyzwalanie podstawy czasu) oscyloskop odpowiednim zboczem impulsu sterującego. Opóźnienie włączania i wyłączania można poprawnie zmierzyć dla przekaźników tranzystorowych oraz włączania dla przekaźników tyrystorowych bez wbudowanego układu detekcji przejścia przez zero. Natomiast, czas włączania dla przekaźników tyrystorowych z detekcją przejścia przez zero oraz wyłączania - dla wszystkich przekaźników tyrystorowych EWA_4.doc 2

3 jest w ćwiczeniu nie mierzony. Wynika to z faktu, iż zależy on od przypadkowego skorelowania faz generatora i sieci. Natomiast, tu mierzy się poziom sygnału przy którym następuje wyłączenie (włączenie) napięcia 24V. W ćwiczeniu poziom ten nazywany jest progiem detekcji - U rys.3. U Rys 3 Obraz na oscyloskopie do pomiaru progu detekcji zera przekaźnik tyrystorowy z detekcją przejścia przez zero. Na rys.3 pokazany jest prostokątny impuls sterujący służący do synchronizacji podstawy czasu oscyloskopu oraz wycinek sygnału kluczowanego przez tyrystor. Badany tyrystor ma wbudowany detektor przejścia przez zero toteż opóźnienie pomiędzy momentem włączenia sygnału sterującego a zadziałaniem przekaźnika wynika z przypadkowego zsynchronizowania się częstotliwości sieci (50Hz) a częstotliwością powtarzania impulsów sterujących. W tym przypadku na obrazie oscyloskopu moment zadziałania tyrystora przesuwa się w czasie w niekontrolowany sposób. Z tego powodu dla tych przekaźników nie mierzy się opóźnienia czasu ich zadziałania. O istnieniu układu detekcji w przekaźniku świadczy również fakt, iż napięcie w momencie zadziałania przekaźnika nie przekracza pewnego progu U rys.3. Na rys.4 pokazany jest podobny przebieg przełączany przez przekaźnik tyrystorowy bez układu detekcji oraz przekaźnik tranzystorowy. Widać tu, iż w tym przypadku napięcie tuż po przełączeniu zleży wyłącznie od momentu w jaki nastąpiło zadziałanie przekaźnika w stosunku do sygnału przełączanego. Po rozciągnięciu podstawy czasu i przy synchronizacji impulsem sterującym zboczem narastającym lub opadającym można uzyskać obraz prezentujący czas zadziałania lub czas wyłączania przekaźnika. Na rys.5. pokazany jest obraz na oscyloskopie synchronizowanym zboczem opadającym sygnału sterującego przy mocno rozciągniętej podstawie czasu. EWA_4.doc 3

4 Rys.4 Przebieg po przełączeniu przekaźnikiem tranzystorowym Rys.5 Przebieg obserwowany przy końcu działania przekaźnika Jest to przykład poprawnego obrazu umożliwiającego prawidłowy pomiar czasu wyłączania (opóźnienia wyłączania) przekaźnika. Obraz ten może być wykorzystany również do pomiaru stromości wyłączania (szybkości wyłączania) szczególnie po rozciągnięciu podstawy czasu oscyloskopu przyciskiem x Zestaw aparatury - zestaw laboratoryjny do badania przekaźników, - zestaw pomiarowy Velleman (generator i oscyloskop) PC-lab 2000se, - transformator 230/24V, - komputer PC. EWA_4.doc 4

5 3. Zadania 3.1 Zestawić i uruchomić układ jak na rys.1 i 2 obciążenie 470. Uruchomić w komputerze program oscyloskopu i generatora PC-lab 2000se. W tym celu należy: na pulpicie komputera wybrać ikonę PC-lab 2000se, Sprawdzić ustawienie (skorygować) USB Device (PCS U 1000 i PCG U 1000), LPT Device (None). Uruchomić generator i ustawić amplitudę prostokątnego sygnału przełączającego na poziomie 5V z offsetem 2.5V a jego częstotliwość 2Hz współczynnik wypełnienia 50%. Ustawić synchronizację przebiegiem z generatora impulsowego. 3.2 Ustawić właściwe nastawy oscyloskopu (wejścia DC, synchronizacja zboczem impulsu bramki) tak by uzyskać przebieg umożliwiający poprawny pomiar opóźnienia włączania i wyłączania dla przekaźnika tranzystorowego oraz włączania dla przekaźnika tyrystorowego bez układu detekcji przejścia przez zero S202S11. Przełącznikiem na płytce pomiarowej wybieramy: w górnej pozycji- przekaźnik tranzystorowy, w dolnej - tyrystorowy 3.3 Zanotować wyniki pomiaru oraz zarejestrować uzyskany przebieg w komputerze. Początek procesu włączania przekaźnika można obserwować przy wyzwalaniu zboczem narastającym. Markery czasu i amplitudy można włączyć w oknie view. 3.4 Ustawić wzmocnienie i podstawę czasu oscyloskopu tak by można było poprawnie odczytać poziom progu detekcji przejścia przez zero wyłączania (przekaźnik S202S11). Odczytać w/w próg i zarejestrować obraz z (ustawionymi poprawnie markerami) w pamięci komputera. 3.5 Podłączyć w miejsce przekaźnika P2 (S202S11) przekaźnik tyrystorowy z układem detekcji przejścia przez zero S202S12 i dokonać analogicznych pomiarów i rejestracji jak w p. 3.3 zarówno dla jego włączania jak i wyłączania. 4. Opracowanie wyników. 4.1 Zamieścić tabele pomiarowe zestawić parametry poszczególnych przekaźników 4.2 Zamieścić uwagi i wnioski. LITERATURA Dane katalogowe poszczególnych przekaźników EWA_4.doc 5