vypínací schopnosti relé FZP_new

Laboratorní úloha z předmětu X14 FZP
Stanovení mezní vypínací schopnosti relé v obvodu
stejnosměrného proudu
Vypracoval: Lukáš Slatinský
Datum měření: 29.11.2006
1. ÚKOL MĚŘENÍ:
1. Připravte, zapojte a oživte měřící stanoviště
2. Proměřte stejnosměrné vypínací vlastnosti střídavého relé postupně pro 1, 2 a 3 kontakty
v sérii pro různé velikosti napětí.
2. TEORETICKÝ ROZBOR:
Pro solidní vypnutí stejnosměrného obvodu potřebujeme nestabilní oblouk, tzn. Musí platit
UOB > UZ-R ⋅ I , potřebujeme větší komoru aby byl oblouk dostatečně dlouhý. Jestliže střídavý
vypínač vypíná stejnosměrný obvod nelez natáhnout oblouk (komory střídavých vypínačů
jsou menší než stejnosměrných, protože nepotřebujeme tak dlouhý oblouk). Při vypínání
vzniká větší přepětí, je menší vypínací výkon, takže střídavý vypínač nevypne takové
stejnosměrné napětí jako střídavé. Můžeme si pomoci zařazením většího množství sériově
řazených kontaktů (prodloužíme oblouk), avšak zlepšení není moc podstatné.
3. SCHÉMA MĚŘENÍ:
3.1. poznámky ke schématu měření
•
Cívka měřeného relé Schrack MR301024 vytváří rušivé signály, proto z cívky relé
přivádíme synchronizační impuls do externího kanálu paměťového osciloskopu. Bez
tzv. externího zapalování by se osciloskop špatně synchronizoval a zobrazoval rušené
průběhy.
•
Stykač KM1 má navíc instalován modul časového relé, které nám automaticky vypne
po 0,3 sekundách - funkce zpožděného vypnutí. Stykač vypne i tehdy pokud měřené
relé vybaví dříve něž nastavených 0,3 sekund.
•
Usměrňovač dle schématu napájíme z regulačního transformátoru. Ve skutečnosti
jsme celý obvod napájeli ze dvou sériově zapojených regulačních transformátoru
3.2. použité přístroje
ZKRATKA
OSC
V
A
Tr
DS-U
Si
L
Rz
R
CR
KM1
KM2
DETAILNÍ POPIS
paměťový osciloskop Tektronix TDS-210
voltmetr; magnetoelektrický; T.P. = 0,5; použ. rozsah 120V; Ri = 1000Ω/V
ampérmetr; magnetoelektrický; T.P. = 0,5; použ. rozsah 6A;
třífázový regulačni autotransformátor 0-230V/50Hz
diferenciálni napěťová sonda; použitý rozsah 1:20
proudová sonda 100mV/A
tlumivka
zatežovací odpor 11 ohm, 5,5 A
měřené relé Schrack MR301024
časové relé se zpožděným odpadem Sprecher+Schuh CZA3-20
pomocný stykač Sprecher+Schuh CA3-30, spínací jednotka CA3-30-10,
600V/45A
pomocný stykač Sprecher+Schuh CA3-10, spínací jednotka
4. MĚŘENÍ VYPÍNACÍ SCHOPNOST RELÉ SCHRACK MR301024
4.1. zapojen jeden kontakt
obr.1
Na tomto průběhu je znázorněno bezpečné vypnutí měřeného relé. Za úspěšné vypnutí se
považuje pokud vypínací čas oblouku je v rozmezí 10 ÷15 ms (půlperioda vypínacího proudu)
Uzdroje
Iměř
tvyp
Pvyp
20 V
1,1 A
4,6 ms
19 W
obr.2
Z tohoto průběhu je zřejmé, že vypínacích schopnost relé nebyla překročena. Za úspěšné
vypnutí to však považovat nemůžeme, neboť vypínací doba překročila zmiňovaných 15 ms.
Oblouk svými tepelnými účinky opaluje kontakty a značně zkracuje dobu životnosti.
Uzdroje
Iměř
tvyp
Pvyp
45 V
2,8 A
34 ms
38,3 W
obr.3
Zde jsme překročili vypínací schopnost relé a můžeme mluvit o stabilním hoření oblouku.
Měřené relé jsme odpojili od ss zdroje pomocí stykače se zpožděnou spouští.
Uzdroje
Iměř
tvyp
Pvyp
60 V
3,8 A
186 ms
60,8 W
4.2. zapojeny dva kontakty v sérii
obr.4
Z průběhů je zřejmé, že se jedná o bezpečné vypnutí měřeného relé. Pokud porovnáme tento
případ s průběhem, kdy byl zapojen jeden kontakt (Uzdroje = 60V) je patrné, že vypínací
schopnost relé při zapojení dvou kontaktů se nám podařila zvýšit a navíc vypínací čas
nepřesáhl 15 ms, proto toto vypnutí můžeme považovat za bezpečné.
Uzdroje
Iměř
tvyp
Pvyp
60 V
3,89 A
9,8 ms
111,8 W
obr.5
Vypínací schopnost relé při napětí 80V nebyla překročena, avšak toto vypnutí nemůže mít
přívlastky jako bezpečném a šetrné ke kontaktům.
Uzdroje
Iměř
tvyp
Pvyp
80 V
5,07 A
32 ms
117,3 W
obr.6
Při napájecím napětí 90 V byla vypínací schopnost relé překročena. Zde oblouk hoří stabilně a
relé musí být odpojeno od ss zdroje pomocí stykače se zpožděnou spouští. V tabulce je
uveden vypínací čas, který připadá zmiňovanému stykači.
Uzdroje
Iměř
tvyp
Pvyp
90 V
5,82 A
173 ms
148 W
4.3. zapojeny tři kontakty v sérii
obr.7
Pokud jsme při napětí Uzdroje = 90V překročili vypínací schopnost relé při dvou sériově
zapojených kontaktech, tak v tomto případě pro tři zapojené kontakty se nám opět podařilo
navýšit vypínací schopnost a vypnutí můžeme nazvat bezpečným.
Uzdroje
Iměř
tvyp
Pvyp
90 V
5,72 A
11,2 ms
163,7 W
obr.8
Jako v předešlých případech můžeme konstatovat, že vypínací schopnost nebyla překročena,
ale už se nejedná o bezpečné vypnutí.
Uzdroje
Iměř
tvyp
Pvyp
110 V
7,19 A
33 ms
172,5 W
obr.9
Pro tři zapojené kontakty v sérii jsme v tomto případě překročili vypínací schopnost relé.
Uzdroje
Iměř
tvyp
Pvyp
120 V
8,05 A
183 ms
192,3 W
4. ZÁVĚREČNÉ SHRNUTÍ
Pomocí synchronizačního impulsu , který jsme přiváděli do externího kanálu oscilokopu se
nám podařilo sejmout předpokládané průběhy s minimem rušivých signálů.
Během měření jsme neurčili přesnou hodnotu, kdy je překročena vypínací schopnost
měřeného relé. Avšak pro spotřebitele je mnohem důležité vědět, mezní okamžik při kterém
nemůžeme zaručit bezpečné vypnutí.
Bezpečným vypnutím považujeme stav, kdy se vypínací proces relé uskuteční mezi 10 ÷15
ms - půlperioda vypínacího proudu (platí pro obr.1, 4, 7) Jak jsem již dříve zmínil, pokud je
vypínací doba větší než 15ms mohou nastat dva případy. Ten první je tehdy, když vypínací
schopnost relé není překročena, ale z hlediska životnosti je vypnutí velmi nešetrné ke
kontaktům, které jsou ničeny tepel. účinky elektrického oblouku (obr. 2, 5, 8). Druhý případ
je znatelně horší. Relé nám nevybaví a el.oblouk má všechny podmínky pro stabilní hoření
(obr. 3, 6, 9).
Z naměřených průběhu je patrné, že při zapojení dvou nebo tří kontaktů do série se nám
podařilo el.oblouk natáhnout. Pokud bychom porovnali obr.3 s obr.4, které mají shodné
napájecí napětí 60V, tak zatímco při zapojení jednoho kontaktu byla překročena vypínací
schopnost relé a vznikli podmínky pro stabilní hoření el.oblouku, tak zapojením dvou
kontaktů v sérii jsem dokázali el.oblouk natáhnout a vypnout za 9,8 ms. To platí obdobně i
pro obr.6 a obr.7
Pomocí programu SCOPE jsme vypočetli vypínací výkon neboli střední ztrátový výkon, jako
součin středních hodnot proudu a napětí. Vypínací výkon se zvyšujícím se napětím stoupá.
Pro jednotlivé zapojení kontaktů dosahuje největší hodnoty vždy při překročení vypínací
schopnosti relé, čímž se nám potvrdil teoretický předpoklad. Je dobré si také povšimnout, že
výkon roste s přidáním kontaktu do série, což jen potvrzuje, že délka el.oblouku narůstá.