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) 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. 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. 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 ( = 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. 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. 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. 90 V 5,82 A 173 ms 148 W
4.3. zapojeny tři kontakty v sérii obr.7 Pokud jsme při napětí = 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. 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. 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. 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.