BADANIE WYŁĄCZNIKA SILNIKOWEGO

Transkrypt

1 BADANIE WYŁĄCZNIKA SILNIKOWEGO Z WYZWALACZEM BIMETALOWYM Literatura: Wprowadzenie do urządzeń elektrycznych, Borelowski M., PK 005 Elektrotechnika i elektronika dla nieelektryków, Hempowicz P i inni, WNT 1999 Elektrotechnika. Podstawy i instalacje elektryczne, Miedziński B., PWN 000 Instytut Inżynierii Cieplnej i Ochrony Powietrza 1

2 Energia elektryczna dostarczona elementowi rezystancyjnemu R zamienia się w całości na ciepło. Ilość ciepła Q c wywołaną przepływem prądu elektrycznego o natężeniu i w czasie t można wyrazić wzorem: Q c t = R 0 W przypadku przepływu prądu stałego i dla niezmiennej wartości rezystancji, zależność tę można przedstawić wzorem: Q c i = R I Wzór ten znany jest jako prawo Joule a Lenza. dt t Przepływ prądów większych niż obciążalność prądowa przewodów lub prąd znamionowy odbiorników i urządzeń elektrycznych, a także pogorszenie warunków chłodzenia powoduje podwyższenie temperatury zarówno żył przewodów, jak i uzwojeń urządzeń elektrycznych. Powoduje to z kolei przyspieszone starzenie się izolacji, a niekiedy nawet jej zniszczenie, powstanie pożaru lub wybuchu. Z tych względów instalacje i urządzenia elektryczne powinny być wyposażone w skuteczne zabezpieczenia przetężeniowe (nadmiarowo prądowe). Zabezpieczenia te powinny gwarantować samoczynne wyłączenie zasilania w razie długotrwałych przeciążeń lub zwarcia, a także przy nieprawidłowej pracy urządzeń zapewniających właściwe warunki chłodzenia. Zabezpieczenia nadmiarowo prądowe mogą być wykonane z zastosowaniem: jednego urządzenia zabezpieczającego zarówno przed skutkami zwarć jak i przeciążeń, dwóch oddzielnych urządzeń, z których jedno zabezpiecza przed skutkami zwarć a drugie przed przeciążeniami. Charakterystyki czasowo prądowe bezpieczników, wyzwalaczy i przekaźników termicznych oraz elektromagnetycznych w łącznikach samoczynnych stanowiących zabezpieczenie przetężeniowe powinny być dostosowane do występujących w układzie prądów roboczych oraz zwarciowych. Przeciążone urządzenia i instalacje elektryczne powinny zostać automatycznie wyłączone zanim nagrzewające się przewody i uzwojenia osiągną temperaturę przekraczającą wartość graniczną dopuszczalną krótkotrwale, nie powodującą jeszcze ryzyka uszkodzenia urządzenia czy wystąpienia pożaru. Instytut Inżynierii Cieplnej i Ochrony Powietrza

3 PRZEKAŹNIKI I WYZWALACZE CIEPLNE BIMETALOWE. Przekaźniki cieplne należą do grupy przekaźników prądowych. Stosuje się je do zabezpieczeń od przeciążenia urządzeń posiadających uzwojenia prądowe. Większość przekaźników cieplnych działa na zasadzie zmian kształtu, wymiarów geometrycznych lub własności fizycznych elementu pomiarowego pod wpływem zmian jego temperatury. Najbardziej rozpowszechnionym rozwiązaniem są wyzwalacze i przekaźniki bimetalowe ( paski metali różniące się współczynnikiem rozszerzalności cieplnej liniowej, zgrzane ze sobą). W celu uzyskania odpowiednio dużego ugięcia stosuje się różne kształty pasków: Dla płytki przedstawionej na pierwszym (a) rysunku wartość strzałki ugięcia można wyrazić wzorem: l f = k ( α1 α ) υ s gdzie: k współczynnik proporcjonalności zależny od rodzaju metalu, l długość paska, Instytut Inżynierii Cieplnej i Ochrony Powietrza 3

4 s grubość paska, α 1, α współczynniki liniowej rozszerzalności cieplnej poszczególnych pasków, υ - przyrost temperatury. Zasadę działania wyzwalacza bimetalowego pokazuje rysunek: 1 bimetal roboczy, bimetal kompensujący, 3 przycisk kasujący, 4 regulacja prądu działania. W przypadku wystąpienia prądu nadmiarowego w obwodzie, bimetal roboczy odkształca się, powodując przesunięcie dźwigni i zadziałanie wyłącznika. Wyzwalacze bimetalowe często posiadają pokrętła, którymi można zmieniać długość drogi, jaką musi pokonać odkształcający się bimetal. Uzyskuje się przez to możliwość regulacji prądu rozruchowego. Przykładową charakterystykę czasowo prądową przedstawia wykres na dołączonej karcie katalogowej. Bezwzględne wygięcie bimetalu zależy od wartości temperatury a nie od jej przyrostu; powoduje to szybsze działanie przekaźnika w przypadku, gdy pracuje on w wyższej temperaturze otoczenia. Jest to zjawisko niekorzystne, ponieważ charakterystyka włącznika powinna być niezależna od temperatury otoczenia. Aby spełnić to wymaganie stosuje się kompensację Instytut Inżynierii Cieplnej i Ochrony Powietrza 4

5 eliminującą wpływ zmian temperatury otoczenia. Przykładowe rozwiązanie przedstawione jest na poniższym rysunku: 1 bimetal właściwy, grzejnik, 3 bimetal kompensacyjny, 4 zestyk, 5 izolacja termiczna Obydwa styki przekaźnika umieszczone są na paskach bimetalowych (takich samych). W przypadku zmiany temperatury otoczenia następuje odkształcenie obydwu bimetali, dzięki czemu nie zmienia się droga, jaką musi pokonać bimetal właściwy, aby spowodować zadziałanie przekaźnika. Konieczne jest odizolowanie termiczne bimetalu kompensacyjnego od właściwego. PROGRAM ĆWICZENIA: W ramach ćwiczenia należy wyznaczyć charakterystykę czasowo prądową wyłącznika silnikowego typu M50 (produkcji FAEL / Legrand). Charakterystyka zostanie sporządzona dla stanu nienagrzanego. Należy zmierzyć czas zadziałania wyłącznika dla prądów równych: 1.10, 1.0, 1.50,.00,.50, 3.50, 5.00 x I n. Po każdym zadziałaniu przekaźnika należy odczekać, aż bimetal ostygnie. Na podstawie wykonanych pomiarów należy wykreślić charakterystykę t = f(i / I n ). Wyniki zestawić w tabeli: Instytut Inżynierii Cieplnej i Ochrony Powietrza 5

6 Lp. U [V] I [A] P [W] t [s] I / I n P obl [W] R [Ω] Przykładową charakterystykę czasowo prądową przedstawia poniższy rysunek. Przykładowa charakterystyka czasowo prądowa wyłącznika silnikowego z wyzwalaczem bimetalowym. Instytut Inżynierii Cieplnej i Ochrony Powietrza 6