Page 1 of 66 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Α ΗΛΕΚΤΡΟΝΟΜΟΙ ( ΡΕΛΕ ) ή ΤΗΛΕΧΕΙΡΙΖΟΜΕΝΟΙ ΔΙΑΚΟΠΤΕΣ ΓΕΝΙΚΑ Οι ηλεκτρονόμοι ( ΡΕΛΕ ) αποτελούν βασικό στοιχείο στα κυκλώματα του κλασσικού αυτοματισμού. Με την χρήση των ηλεκτρονόμων έχουμε την δυνατότητα να συνδέουμε και να αποσυνδέουμε μεγάλα φορτία στα ελεγχόμενα κυκλώματα (κυκλώματα ισχύος ), όχι με άμεσο τρόπο, αλλά έμμεσα με τον χειρισμό βοηθητικών κυκλωμάτων (ή κυκλωμάτων αυτοματισμού ), τα οποία μπορούν να λειτουργούν με τάση ανεξάρτητη της τάσεως λειτουργίας των ελεγχομένων φορτίων. Αυτό μας παρέχει την δυνατότητα να ελέγχουμε μεγάλα φορτία από απόσταση ( τηλεχειρισμός ) και με συνθήκες υψηλής ασφάλειας, αφού μπορούμε να επιλέξουμε μία χαμηλή τάση, ως τάση λειτουργίας του κυκλώματος αυτοματισμού. (π.χ. 42 V ).
Page 2 of 66 Περιγραφή Στο παρακάτω σχήμα μπορούμε να διακρίνουμε τα μέρη, από τα οποία αποτελείται ένας ηλεκτρονόμος. 1. Το πηνίο. Το πηνίο αποτελεί την καρδιά του ηλεκτρονόμου. 'Οταν το πηνίο βρεθεί υπό τάση, δημιουργεί γύρω του μαγνητικό πεδίο. H τάση λειτουργίας του πηνίου είναι ανεξάρτητη από την τάση λειτουργίας των ελεγχομένων φορτίων δηλ. του κυκλώματος ισχύος. Στο εμπόριο μπορούμε να βρούμε ηλεκτρονόμους, των οποίων το πηνίο λειτουργεί, είτε με εναλλασσόμενο ρεύμα ( AC ), είτε με συνεχές ρεύμα ( DC ) και με διάφορες τάσεις όπως 380 V, 220 V, 110 V, 42 V, 24 V, 12 V 2. Ο μαγνήτης. Ο μαγνήτης είναι μία σιδερένια μάζα και αποτελεί τον πυρήνα τον ηλεκτρομαγνήτη, που δημιουργείται, όταν το πηνίο του ηλεκτρονόμου βρεθεί υπό τάση. Σκοπός αυτού του ηλεκτρομαγνήτη είναι να μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική, έλκοντας προς αυτόν τον οπλισμό του ηλεκτρονόμου.
Page 3 of 66 3.0 οπλισμός. Αποτελεί το κινητό μέρος του ηλεκτρονόμου, το οποίο κάτω από την επίδραση του ηλεκτρομαγνήτη έλκεται προς το μέρος του. Αυτή η κίνηση του οπλισμού μεταφέρεται με κατάλληλη μηχανική σύνδεση και στις κινητές επαφές του ηλεκτρονόμου. 3. Κινητές επαφές. H κίνηση των επαφών αυτών, που επιτυγχάνεται, όπως περιγράψαμε ανωτέρω, έχει σαν σκοπό να δημιουργήσει αγώγιμη σύνδεση μεταξύ των σταθερών επαφών του ηλεκτρονόμου. Είναι φανερό από το σχήμα, ότι όταν οι κινητές επαφές κινηθούν μέχρι να έλθουν σε επαφή με τις σταθερές επαφές Α και B, τότε Θα έχουν αποκαταστήσει την αγώγιμη σύνδεση των επαφών Α και B. 4. Σταθερές ή κύριες επαφές. Στις σταθερές ή κύριες επαφές των ηλεκτρονόμων συνδέονται οι αγωγοί τροφοδοσίας των φορτίων. Ένα φορτίο, το οποίο τροφοδοτείται μέσω ενός ηλεκτρονόμου, είναι σε κατάσταση ηρεμίας ( δηλ. δεν λειτουργεί ), όταν ο ηλεκτρονόμος είναι σε κατάσταση ηρεμίας ( δηλ. όταν το πηνίο του δεν βρίσκεται υπό τάση ) γιατί δεν υπάρχει αγώγιμη σύνδεση μεταξύ των σταθερών επαφών Α και B. Αντιθέτως ένα φορτίο βρίσκεται σε κατάσταση λειτουργίας, όταν το πηνίο του ηλεκτρονόμου βρίσκεται υπό τάση γιατί τότε έχει αποκατασταθεί η αγώγιμη σύνδεση μεταξύ των σταθερών επαφών Α και B. Τόσο οι σταθερές, όσο και οι κινητές επαφές κατασκευάζονται έτσι ώστε να παρουσιάζουν αυξημένη αντοχή λόγω των πολλαπλών χειρισμών, στους οποίους υπόκεινται και είναι χάλκινες με επικάλυψη από ασήμι για να μην φθείρονται εύκολα.h τιμή της εντάσεως του ρεύματος, το οποίο μπορεί να διέρχεται μέσω αυτών των επαφών σε μόνιμη λειτουργία, είναι κατασκευαστικό χαρακτηριστικό των ηλεκτρονόμων και προσδιορίζεται ως ονομαστική ένταση λειτουργίας των ηλεκτρονόμων. Λειτουργία Όταν το πηνίο (1) του ηλεκτρονόμου βρεθεί υπό τάση, τότε δημιουργείται γύρω από αυτό μαγνητικό πεδίο. H σιδερένια μάζα επί της οποίας έχει τοποθετηθεί το πηνίο, ευρισκόμενη εντός του μαγνητικού πεδίου γίνεται μαγνήτης ( 2) και αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την έλξη του οπλισμού ( 3 ) του ηλεκτρονόμου προς τον μαγνήτη. Αυτή η κίνηση του οπλισμού μεταφέρεται με κατάλληλη μηχανική σύνδεση στις κινητές επαφές (4) του ηλεκτρονόμου, η κίνηση των οποίων έχει σαν αποτέλεσμα την αγώγιμη σύνδεση των σταθερών ή κύριων επαφών Α και Β ( 5) μέ σω τω ν οποίω ν τροφοδοτείται το ελεγχόμενο φορτίο.
Page 4 of 66 Βοηθητικές επαφές. Στους ηλεκτρονόμους υπάρχουν, εκτός των κυρίων επαφών και άλλες επαφές, οι οποίες ονομάζονται βοηθητικές επαφές. Σε κατάσταση ηρεμίας των ηλεκτρονόμων αυτές οι επαφές είναι, είτε ανοικτές ( Ν.Ο ), είτε κλειστές ( N.0 ) και αλλάζουν κατάσταση, όταν ο ηλεκτρονόμος ενεργοποιηθεί, δηλ. οι ανοικτές επαφές κλείνουν, ενώ οι κλειστές ανοίγουν και παραμένουν σ' αυτή την κατάσταση για όσο χρόνο ο ηλεκτρονόμος παραμένει ενεργοποιημένος. Μόλις ο ηλεκτρονόμος απενεργοποιηθεί οι βοηθητικές επαφές επανέρχονται στην αρχική τους κατάσταση δηλ. σε κατάσταση ηρεμίας. Σε αντίθεση με τις κύριες επαφές, το ρεύμα το οποίο μπορεί να διέρχεται μέσω των βοηθητικών επαφών είναι μικρό (2-6 Α ). Οι βοηθητικές επαφές δεν χρησιμοποιούνται ποτέ στα κυκλώματα ισχύος αλλά μόνο στα κυκλώματα αυτοματισμού. Χρησιμοποιούνται για να ανάβουν διάφορες ενδεικτικές λυχνίες, για να Θέτουν σε λειτουργία συστήματα συναγερμού, για να αυτοσυγκρατούν τους ηλεκτρονόμους, για να μανδαλώνουν ηλεκτρικά τους ηλεκτρονόμους και γενικά για την επίτευξη των απαιτουμένων αυτοματισμών. Οι βοηθητικές επαφές μπορούν να διακριθούν ανάλογα με τον τρόπο που λειτουργούν στα παρακάτω είδη. 1.Επαφές εργασίας S ή N.O ( Normally Open) Είναι επαφές που σε κατάσταση ηρεμίας είναι ανοικτές και οι οποίες κλείνουν, όταν ενεργοποιηθεί ο ηλεκτρονόμος. Συμβολίζονται με διψήφιους αριθμούς που λήγουν σε 3 και 4 π.χ. 13-14, 23-24 κ.λ.π. Στον συμβολισμό αυτό το πρώτο Ψηφίο κάβε αριθμού σημειώνει την σειρά της βοηθητικής επαφής στο κύκλωμα, ενώ το δεύτερο το είδος της. 2.Επαφές ηρεμίας O ή N.C ( Normally Closed) Είναι επαφές που σε κατάσταση ηρεμίας είναι κλειστές και οι οποίες ανοίγουν, όταν ενεργοποιηθεί ο ηλεκτρονόμος. Συμβολίζονται με διψήφιους αριθμούς που λήγουν σε 1 και 2 π.χ. 11-12, 21-22 κ.λ.π. 3.Πρόωρες επαφές εργασίας ( Early N.O ) Είναι επαφές που σε κατάσταση ηρεμίας είναι ανοικτές και οι οποίες κλείνουν, όταν ενεργοποιηθεί ο ηλεκτρονόμος. H διαφορά τους με τις απλές επαφές εργασίας (Ν.Ο ) είναι ότι αυτές ( δηλ. οι Early ΝΟ) κλείνουν πιο γρήγορα (νωρίτερα). 4.Επαφές ηρεμίας με καθυστέρηση ( Late N.C) Είναι επαφές που σε κατάσταση ηρεμίας είναι κλειστές και οι οποίες ανοίγουν, όταν ενεργοποιηθεί ο ηλεκτρονόμος. H διαφορά τους με τις απλές επαφές ηρεμίας ( N.C ) είναι ότι αυτές ( δηλ. οι Late N.C ) ανοίγουν αργότερα (με καθυστέρηση). 5.Μεταγωγικές επαφές. Είναι ένας συνδυασμός μίας επαφής εργασίας ( Ν.Ο ) και μίας επαφής ηρεμίας ( N.C ), που αλλάζουν κατάσταση μόλις ενεργοποιηθεί ο ηλεκτρονόμος. Αυτές οι δύο επαφές έχουν το ένα άκρο τους κοινό. 6. Επαφές με επικάλυψη.
Page 5 of 66 Είναι ένας συνδυασμός μιας πρόωρης επαφής εργασίας ( Early N.O ) και μίας επαφής ηρεμίας με καθυστέρηση (Late N.0 ), που αλλάζουν κατάσταση μόλις ενεργοποιηθεί ο ηλεκτρονόμος. Χαρακτηριστικό αυτών των επαφών είναι, ότι υπάρχει κάποιο χρονικό διάστημα στο οποίο και τα δύο άκρα της επαφής είναι συνδεδεμένα στο κοινό άκρο. Βασικά χαρακτηριστικά των ηλεκτρονόμων. Τα βασικά στοιχεία τα οποία χαρακτηρίζουν ένα ηλεκτρονόμο είναι τα παρακάτω: 1. Το ονομαστικό ρεύμα λειτουργίας του δηλ. το ρεύμα το οποίο μπορεί να διέρχεται μέσω των κυρίων επαφών του σε μόνιμη λειτουργία. 2. H τάση λειτουργίας του πηνίου του. Όπως έχουμε αναφέρει παραπάνω το πηνίο μπορεί να λειτουργεί σε διάφορες τάσεις. 3. Ο αριθμός και το είδος των βοηθητικών επαφών π.χ. δύο επαφές εργασίας (ΝΟ) και δύο επαφές ηρεμίας (N.0 ). 4. H συχνότητα των χειρισμών ανά ώρα που μπορεί να δεχθεί ο ηλεκτρονόμος.
Page 6 of 66 ΘΕΡΜΙΚΑ Γενικά Κατά την λειτουργία των κινητήρων το ρεύμα, το οποίο διαρρέει τους αγωγούς τροφοδοσίας τους σε κανονικές συνθήκες λειτουργίας, είναι ίσο με το ονομαστικό ρεύμα λειτουργίας των κινητήρων. Υπάρχουν όμως περιπτώσεις κατά τις οποίες, είτε για μηχανικούς λόγους ( αυξημένες τριβές, υπερβάλλον φορτίο κ.λ.π. ) είτε λόγω βλάβης των τυλιγμάτων του κινητήρα το ρεύμα το οποίο Θα διαρρέει το κύκλωμα είναι μεγαλύτερο του ονομαστικού ρεύματος λειτουργίας του κινητήρα. Αυτή η κατάσταση ονομάζεται υπερφόρτιση ή υπερένταση και ασφαλώς πρέπει να ελέγχεται και να διακόπτεται το κύκλωμα τροφοδοσίας του κινητήρα γιατί διαφορετικά Θα δημιουργηθούν βλάβες τόσο στον κινητήρα όσο και στο κύκλωμα τροφοδοσίας του. Στο σημείο αυτό πρέπει να τονίσουμε, ότι οι ασφάλειες βραδείας τήξεως που προστατεύουν το κύκλωμα τροφοδοσίας του κινητήρα από βραχυκυκλώματα δεν παρέχουν προστασία έναντι υπερεντάσεων, διότι όπως προκύπτει από τις χαρακτηριστικές καμπύλες λειτουργίας αυτών των ασφαλειών, ο χρόνος που Θα χρειαστεί για να ενεργοποιηθούν είναι εξαιρετικά μεγάλος ιδιαίτερα για μικρές υπερεντάσεις. Για την προστασία των κινητήρων από υπερεντάσεις χρησιμοποιούμε στα κυκλώματα τροφοδοσίας αυτών ειδικούς μηχανισμούς που ονομάζονται Θερμικά. Περιγραφή. Το Θερμικό αποτελείται από τρία διμεταλλικά ελάσματα (α) γύρω από τα οποία περνούν οι φάσεις πριν τροφοδοτήσουν τον κινητήρα. Ένας πλαστικός άξονας (β) συνδέει μηχανικά τα 3 διμεταλλικά ελάσματα και μέσω ενός βραχίονα (γ) μπορεί να ανοίξει την επαφή ελέγχου 95-96. H μηχανική μανδάλωση ( δ ) που υπάρχει δεν επιτρέπει την αυτόματη επαναφορά του βραχίονα στην αρχική του θέση, έτσι ώστε η επαφή 95-96 δεν ξανακλείνει αυτόματα, παρά μόνο με χειροκίνητη επαναφορά.
Page 7 of 66 Όταν ο κινητήρας λειτουργεί με κανονικές κές συνθήκες δηλ. όταν το ρεύμα που διαρρέει τους αγωγούς τροφοδοσίας του είναι ίσο με το ονομαστικό ρεύμα λειτουργίας του, τότε τα διμεταλλικά ελάσματα του Θερμικού βρίσκονται στην θέση που φαίνονται στο σχήμα 2.2 και η επαφή ελέγχου 95-96 είναι κλειστή. Ας υποθέσουμε ότι για οποιοδήποτε λόγο περνά από τους αγωγούς τροφοδοσίας του κινητήρα μεγαλύτερο ρεύμα (υπερένταση). Σε αυτή την περίπτωση τα διμεταλλικά ελάσματα ( α ) Θα θερμανθούν και λόγω τον διαφορετικού συντελεστή διαστολής των δύο μετάλλων από τα οποία αποτελούνται τα διμεταλλικά Θα λυγίσουν. Θα πρέπει να σημειώσουμε, ότι για την λειτουργία τον θερμικού αρκεί η κάμψη και του ενός μόνο διμεταλλικού ελάσματος.
Page 8 of 66 Αυτό θα έχει σαν αποτέλεσμα την μετακίνηση του πλαστικού άξονα ( β ), ο οποίος μέσω του βραχίονα ( γ ) θα ανοίξει την επαφή ελέγχου 95-96, στο κύκλωμα αυτοματισμού. Μόλις ανοίξει η επαφή 95-96 θα διακοπεί η τροφοδοσία του πηνίου ( σχήμα 2.4 ) και ο ηλεκτρονόμος Θα απενεργοποιηθεί με αποτέλεσμα τη διακοπή τροφοδοσίας του κινητήρα και το σταμάτημά του. Το μανδάλωμα του βραχίονα ( δ ) δεν επιτρέπει το αυτόματο κλείσιμο της επαφής 95-96. Το κλείσιμο της επαφής 95-96 επιτυγχάνεται με χειροκίνητη επαναφορά, αφού πρώτα ελεγχθεί και αποκατασταθεί η αιτία που προκάλεσε την υπερένταση στο κύκλωμα. ΧΡΟΝΙΚΑ Γενικά: Σε πολλές περιπτώσεις όταν σχεδιάζουμε ένα κύκλωμα αυτοματισμού είναι απαραίτητο να εξασφαλίσουμε την δυνατότητα ελέγχου της τροφοδοσίας ενός ή περισσοτέρων στοιχείων του κυκλώματος ύστερα από ένα ορισμένο ελεγχόμενο χρόνο ή αντίθετα της διακοπής τροφοδοσίας ενός ή περισσοτέρων στοιχείων του κυκλώματος ύστερα από ένα ορισμένο ελεγχόμενο χρόνο. Την δυνατότητα αυτή μας την προσφέρουν ειδικοί μηχανισμοί, οι οποίοι ονομάζονται χρονικά. Τα χρονικά αποτελούνται από ένα πηνίο, το οποίο όταν βρεθεί υπό τάση, ελέγχει μέσω ενός ελατηριωτού ή πνευματικού μηχανισμού, την λειτουργία μίας μεταγωγικής επαφής, η οποία συνδέεται κατάλληλα στο κύκλωμα αυτοματισμού. Τα χρονικά διακρίνονται σε δύο είδη: 1.Χρονικά με καθυστέρηση κατά την λειτουργία Στα χρονικά αυτά ο επιθυμητός χρόνος αρχίζει να μετρά από την στιγμή της τροφοδοσίας του πηνίου τους και μετά. Μόλις περάσει αυτός ο χρόνος, τότε Θέτουν σε λειτουργία την μεταγωγική επαφή τους, η οποία συνδεδεμένη κατάλληλα στο κύκλωμα αυτοματισμού ενεργεί στο ελεγχόμενο κύκλωμα. Ο επιθυμητός χρόνος ρυθμίζεται με ένα ρυθμιστικό κουμπί που υπάρχει στα χρονικά. Το παραπάνω σχήμα δείχνει την συνδεσμολογία ενός χρονικού. Μόλις τροφοδοτηθεί το πηνίο του Α, Α 2 η μεταγωγική επαφή, που κλείνει κύκλωμα μεταξύ των σημείων 5-8 εξακολουθεί να παραμένει στην ίδια θέση. Μόλις περάσει ο επιθυμητός χρόνος, τον οποίο έχουμε ρυθμίσει με το ρυθμιστικό κουμπί του χρονικού, και ενώ το πηνίο συνεχίζει να βρίσκεται υπό τάση, η μεταγωγική επαφή λειτουργεί και συνδέει αγώγιμα τους ακροδέκτες 5-6 και τροφοδοτεί το κύκλωμα. Αν διακοπεί η τροφοδοσία του πηνίου του χρονικού, πριν περάσει ο χρόνος που έχουμε ρυθμίσει, τότε ο χρόνος θα μετρά από την αρχή σε κάθε επόμενη διέγερση του
Page 9 of 66 πηνίου τον χρονικού. 2.Χρονικά με καθυστέρηση κατά την διακοπή Στα χρονικά αυτά ο επιθυμητός χρόνος αρχίζει να μετρά από την στιγμή που διακόπτεται η τροφοδοσία του πηνίου του χρονικού. Αμέσως μόλις τροφοδοτηθεί το πηνίο Α, Α 2, η μεταγωγική επαφή, που κλείνει κύκλωμα μεταξύ των σημείων 5-8, αλλάζει Θέση και συνδέει αγώγιμα τα σημεία 5-6. Από την στιγμή που διακοπεί η τροφοδοσία τον πηνίου Α ι Α,, αρχίζει να μετρά ο επιθυμητός χρόνος, μετά την παρέλευση του οποίου, η μεταγωγική επαφή αλλάζει θέση και επανέρχεται στην αρχική Θέση της μεταξύ των σημείων 5-8. Παρατηρούμε δηλ. ότι η μεταγωγική επαφή παραμένει στη Θέση της μεταξύ των σημείων 5-6, παρά το γεγονός, ότι έχει διακοπεί η τροφοδοσία του πηνίου, μέχρι να περάσει ο χρόνος που έχουμε ορίσει, και κατόπιν αλλάζει Θέση και πηγαίνει μεταξύ των σημείων 5-8 καθυστερώντας να διακόψει το κύκλωμα, το οποίο λειτουργεί μέσω τω ν ακροδεκτών 5-6.
Page 10 of 66 Εφαρμογή. Απλός αυτόματος διακόπτης (εκκινητής ). Στην περίπτωση που Θα περιγραφεί εδώ ο έλεγχος του κυκλώματος επιτυγχάνεται με την χρήση στιγμιαίων επαφών ( μπουτόνς ). Τα υπουτόν είναι επαφές, οι οποίες σε κατάσταση ηρεμίας είναι κανονικά ανοικτές ( N. Ο ) ή κανονικά κλειστές επαφές ( N. C ) και οι οποίες αλλάζουν κατάσταση μόνο για τόσο χρόνο, όσο ενεργούμε επ' αυτών επανερχόμενες στην αρχική τους κατάσταση αμέσως μόλις σταματήσουμε να ενεργούμε επ' αυτών. Τα μπουτόνς με κανονικά ανοικτή επαφή ( N. 0 ) χρησιμοποιούνται ως START, ενώ αυτά με κλειστή επαφή ( N. C ) ως STOP, στα κυκλώματα αυτοματισμού. Υπάρχουν και μπουτόνς διπλής επαφής δηλ. μπουτόνς, τα οποία έχουν μία κανονικά ανοικτή επαφή ( N. O) και μία κανονικά κλειστή επαφή ( N. C ), οι οποίες αλλάζουν ταυτόχρονα κατάσταση, όταν ενεργούμε επ' αυτών. Κύκλωμα ισχύος. O κινητήρας τροφοδοτείται μέσω των ασφαλειών βραδείας τήξεως, των κυρίων επαφών του ηλεκτρονόμου C και του Θερμικού. Το κύκλωμα είναι σχεδιασμένο σε κατάσταση ηρεμίας δηλ. οι κύριες επαφές του ηλεκτρονόμου είναι ανοικτές και κατά συνέπεια ο κινητήρας δεν λειτουργεί. Όταν το πηνίο του ηλεκτρονόμου C βρεθεί υπό τάση, τότε ο ηλεκτρονόμος Θα ενεργοποιηθεί, οι κύριες επαφές του Θα κλείσουν με αποτέλεσμα την λειτουργία του κινητήρα.
Page 11 of 66 Επιλογή του θερμικού. Τα Θερμικά, τα οποία υπάρχουν στο εμπόριο είναι κατασκευασμένα έτσι ώστε να μπορούν να αντιδρούν ( ενεργοποιούνται ) μέσα σε μία περιοχή τιμών ρεύματος και όχι μόνο σε μία συγκεκριμένη τιμή. Υπάρχουν θερμικά τα οποία μπορούν να λειτουργούν στις περιοχές 1, 2-2, 4 λ, 7-11 A,16-25 Α κ.λ.π. Το σωστό θερμικό για κάθε περίπτωση είναι εκείνο, το οποίο έχει περιοχή ρύθμισης τέτοια, έτσι ώστε το ονομαστικό ρεύμα λειτουργίας του κινητήρα που θέλουμε να προστατεύσουμε, να βρίσκεται εντός των ορίων αυτής της περιοχής. H σωστή ρύθμιση των Θερμικών Θα εξεταστεί στις εφαρμογές αυτοματισμών ξεχωριστά για κάθε περίπτωση. Κύκλωμα αυτοματισμού Το πηνίο του ηλεκτρονόμου, που σε αυτή την περίπτωση λειτουργεί με τάση A.0 220 V, τροφοδοτείται μέσω της ασφαλείας ταχείας τήξεως F 1, της επαφής ελέγχου 95-96 του Θερμικού, ενός μπουτόν STOP και ενός μπουτόν START ή από τον παράλληλο κλάδο μέσω μίας κανονικά ανοικτής βοηθητικής επαφής (Ν. O) του ηλεκτρονόμου C ι. Λειτουργία του κινητήρα: Όταν πιέσουμε το μπουτόν START, τότε τοπηνίο βρίσκεται υπό τάση και ο ηλεκτρονόμος C ενεργοποιείται με αποτέλεσμα την λειτουργία του κινητήρα. H N. Ο βοηθητική επαφή 13-14 του C κλείνει με συνέπεια το πηνίο να συνεχίσει να βρίσκεται υπό τάση μέσω αυτής της επαφής και αφού έχουμε πάψει να πιέζουμε το μπουτόν START. Για τον λόγο αυτό η επαφή 13-14 ονομάζεται και επαφή
Page 12 of 66 αυτοσυγκράτησης. Διακοπή της λειτουργίας : Όταν Θέλουμε να διακόψουμε την λειτουργία του κινητήρα πιέζουμε το μπουτόν STOP, οπότε διακόπτεται η τροφοδοσία του πηνίου με αποτέλεσμα την απενεργοποίηση του ηλεκτρονόμου C και την διακοπή της λειτουργίας του κινητήρα. Ρύθμιση του θερμικού Το θερμικό πρέπει να ρυθμισθεί σε τιμή ίση με το ονομαστικό ρεύμα λειτουργίας του κινητήρα. Προστασία του κινητήρα Οι ασφάλειες βραδείας τήξεως, που είναι συνδεδεμένες στους αγωγούς τροφοδοσίας του κινητήρα, στο κύκλωμα ισχύος, προστατεύουν τον κινητήρα από βραχυκυκλώματα, ενώ το Θερμικό προστατεύει τον κινητήρα από υπερεντάσεις, μέσω της βοηθητικής επαφής 95-96, του είναι συνδεδεμένη στο κύκλωμα αυτοματισμού και που ανοίγοντας διακόπτει την τροφοδοσία του πηνίου στην περίπτωση που το θερμικό ενεργοποιηθεί. ΑΣΚΗΣΗ Να σχεδιασθεί κύκλωμα απλού αυτόματου διακόπτη για την απευθείας εκκίνηση τριφασικού κινητήρα ισχύος P=2 HP,, συν φ = 0, 85, βαθμού απόδοσης η = 0,9 και ονομαστικής τάσεως λειτουργίας U π = 380 V. Ο έλεγχος τον εκκινητή Θα γίνεται με την χρήση μπουτόνς START- STOP από 2 διαφορετικές Θέσεις, ενώ για λόγους ασφαλείας η τάση λειτουργίας του κυκλώματος αυτοματισμού πρέπει να είναι 24 V DC. Επιλέξτε τον κατάλληλο ηλεκτρονόμο, το κατάλληλο θερμικό και τις κατάλληλες ασφάλειες. Προσδιορίστε την τιμή ρεύματος στην οποία πρέπει να ρυθμισθεί το Θερμικό.
Page 13 of 66
Page 14 of 66 Εφαρμογή Αυτόματος διακόπτης αναστροφής Ο αυτόματος διακόπτης αναστροφής ( αναστροφέας ) χρησιμοποιείται και αυτός για την εκκίνηση και προστασία από υπερεντάσεις ενός κινητήρα, αλλά μας παρέχει την πρόσθετη δυνατότητα να αντιστρέφουμε την φορά περιστροφής του κινητήρα. Αυτό είναι απαραίτητο σε πολλές περιπτώσεις όπως π.χ σε μία γερανογέφυρα που πρέπει να κινείται εμπρός - πίσω ή σε ένα γερανό που πρέπει να κινείται πάνω - κάτω. Στην περίπτωση των τριφασικών κινητήρων για να επιτευχθεί η αναστροφή του στρεφόμενου μαγνητικού πεδίου και εξ αυτού η αλλαγή της φοράς περιστροφής τους; αρκεί να αλλάξει η σειρά διαδοχής των φάσεων που τροφοδοτούν τα τυλίγματα του κινητήρα. Αυτό επιτυγχάνεται με την χρησιμοποίηση δύο ηλεκτρονόμων C, και C2 κατάλληλα συνδεδεμένων, έτσι ώστε, όταν ενεργοποιείται o C τα τυλίγματα του κινητήρα να τροφοδοτούνται π.χ. με σειρά διαδοχής φάσεων R, S, T, ενώ όταν ενεργοποιείται ο ηλεκτρονόμος C 2 τα τυλίγματα του κινητήρα να τροφοδοτούνται με σειρά διαδοχής R, T, S. Κύκλωμα ισχύος Ο κινητήρας τροφοδοτείται μέσω των ασφαλειών βραδείας τήξεως, των κυρίων επαφών του ενός εκ των δύο ηλεκτρονόμων C, και C 2, όπου επιτυγχάνεται η αναστροφή των φάσεων S, T και του θερμικού. Το κύκλωμα είναι σχεδιασμένο σε κατάσταση ηρεμίας και είναι φανερό, ότι δεν πρέπει σε καμία περίπτωση να ενεργοποιηθούν ταυτοχρόνως και οι δύο ηλεκτρονόμοι γιατί στην περίπτωση αυτή θα προκληθεί βραχυκύκλωμα μεταξύ των φάσεων S, T.
Page 15 of 66 Από το σχέδιο προκύπτει, ότι ο κινητήρας Θα λειτουργεί, όταν ενεργοποιηθεί, είτε ο ηλεκτρονόμος C,, οπότε θα περιστρέφεται κατά μία φορά π. χ δεξιά, είτε ο ηλεκτρονόμος C 2. οπότε θα περιστρέφεται κατά την αντίθετη φορά δηλ. αριστερά. Για την εξασφάλιση της μη ταυτόχρονης ενεργοποίησης των ηλεκτρονόμων C 1 C 2 πρέπει οι ηλεκτρονόμοι να «μανδαλωθούν» οπωσδήποτε ηλεκτρικά και επιπροσθέτως για μεγαλύτερη ασφάλεια μηχανικά. Ηλεκτρική μανδάλωση επιτυγχάνεται με την σύνδεση μιας κανονικά κλειστής (N.0 ) βοηθητικής επαφής του ενός ηλεκτρονόμου στο κύκλωμα τροφοδοσίας του πηνίου του άλλου ηλεκτρονόμου, έτσι ώστε όταν λειτουργεί ο ένας ηλεκτρονόμος να είναι αδύνατη η ενεργοποίηση του άλλου. Μηχανική μανδάλωση επιτυγχάνεται με την σύνδεση ειδικού εξαρτήματος μεταξύ των ηλεκτρονόμων, το οποίο με μηχανικό τρόπο δεν επιτρέπει την ταυτόχρονη ενεργοποίηση των δύο ηλεκτρονόμων. Κύκλωμα αυτοματισμού. Τα πηνία των ηλεκτρονόμων C 1 και C 2 λειτουργούν στο κύκλωμα αυτό με τάση 220 V (μεταξύ της φάσεως Τ και του ουδετέρου ). Στο κύκλωμα αυτοματισμού υπάρχει ένας κοινός κλάδος, ο οποίος περιλαμβάνει την ασφάλεια ταχείας τήξεως F την επαφή ελέγχου του θερμικού 95-96 και το μπουτόν STOP. Από εκεί και κάτω δημιουργούνται δύο παράλληλοι κλάδοι, έκαστος των οποίων περιλαμβάνει ένα μπουτόν START με την επαφή αυτοσυγκράτησης του αντίστοιχου ηλεκτρονόμου παράλληλα συνδεδεμένη με αυτό το μπουτόν, μία κανονικά κλειστή ( N.0 ) βοηθητική επαφή του άλλου ηλεκτρονόμου σε σειρά συνδεδεμένη, η οποία δημιουργεί την απαραίτητη ηλεκτρική μανδάλωση και τέλος σε σειρά είναι συνδεδεμένο και το πηνίο του αντίστοιχου ηλεκτρονόμου. Σε κατάσταση ηρεμίας, όπως είναι σχεδιασμένο το κύκλωμα αυτοματισμού, κανένα πηνίο δεν βρίσκεται υπό τάση, άρα κανένας ηλεκτρονόμος δεν ενεργοποιείται και κατά συνέπεια ο κινητήρας δεν λειτουργεί.
Page 16 of 66 Λειτουργία του κινητήρα. Περιστροφή του κινητήρα κατά μία φορά: Όταν πιέσουμε το μπουτόν START I, τότε το πηνίο C 1 βρίσκεται υπό τάση και ο αντίστοιχος ηλεκτρονόμος C 1 ενεργοποιείται με αποτέλεσμα την λειτουργία του κινητήρα με περιστροφή κατά μία φορά. H Ν. Ο βοηθητική επαφή 13-14 του C 1, κλείνει με συνέπεια να αυτοσυγκρατεί τον ηλεκτρονόμο C 1 και να εξασφαλίζει την συνεχή λειτουργία του κινητήρα. Αλλαγή της φοράς περιστροφής του κινητήρα : Όταν Θέλουμε να αλλάξουμε την φορά περιστροφής του κινητήρα πρέπει πρώτα να πιέσουμε το μπουτόν STOP, οπότε ο κινητήρας θα σταματήσει και στην συνέχεια να πιέσουμε το μπουτόν START ΙΙ, έτσι ώστε να βρεθεί υπό τάση το πηνίο C 2 και να ενεργοποιηθεί ο αντίστοιχος ηλεκτρονόμος C 2, ο οποίος Θα παραμείνει ενεργοποιημένος μέσω της επαφής αυτοσυγκράτησης 23-24. H τροφοδοσία του κινητήρα μέσω του ηλεκτρονόμου C 2 έχει σαν συνέπεια, όπως προκύπτει από το κύκλωμα ισχύος, την αντιστροφή των φάσεων S, T με τελικό αποτέλεσμα να περιστρέφεται ο κινητήρας με φορά αντίθετη από την προηγούμενη. Ρύθμιση του θερμικού : Το θερμικό πρέπει να ρυθμιστεί σε τιμή ίση με το ονομαστικό ρεύμα λειτουργίας του κινητήρα. Προστασία του κινητήρα : Οι ασφάλειες βραδείας τήξεως που είναι συνδεδεμένες στους αγωγούς τροφοδοσίας του κινητήρα, στο κύκλωμα ισχύος, προστατεύουν τον κινητήρα από βραχυκυκλώματα, ενώ το θερμικό μέσω της επαφής ελέγχου 95-96, που είναι συνδεδεμένη σε σειρά στον κοινό κλάδο του κυκλώματος αυτοματισμού και που ανοίγοντας διακόπτει την τροφοδοσία προς τα πηνία C 1, C 2, προστατεύει τον κινητήρα από υπερεντάσεις.
Page 17 of 66 ΑΣΚΗΣΗ Να σχεδιαστεί κύκλωμα αυτοματισμού ενός διακόπτη αναστροφής για τον έλεγχο της κίνησης μίας γερανογέφυρας, η οποία όπως φαίνεται στο σχήμα πρέπει να κινείται μεταξύ των ορίων A και B. Να εξασφαλιστεί το αυτόματο σταμάτημα της γερανογέφυρας, όταν αυτή φτάνει στα οριακά σημεία ( τέρματα ) A και B, με ταυτόχρονη ηχητική σήμανση, διαφορετικού ήχου για τα δύο τέρματα. Δύο ενδεικτικές λυχνίες διαφορετικού χρώματος πρέπει να σηματοδοτούν την κίνηση της γερανογέφυρας προς την κάθε κατεύθυνση. Για την προστασία του κινητήρα πρέπει να αποκλειστεί η ταυτόχρονη ενεργοποίηση των δύο ηλεκτρονόμων και στην περίπτωση που κάποιος επιχειρήσει να πιέσει ταυτόχρονα και τα δύο μπουτόνς START. Το ονομαστικό ρεύμα λειτουργίας του κινητήρα είναι Ι ον = 10 A, και η τάση λειτουργίας των πηνίων των ηλεκτρονόμων 12 V D.C. Επιλέξτε τον κατάλληλο ηλεκτρονόμο, το κατάλληλο θερμικό, τις ασφάλειες και καθορίστε επακριβώς τα υλικά που θα χρησιμοποιήστε για τον παραπάνω αυτοματισμό.
Page 18 of 66
Page 19 of 66 ΕΚΚΙΝΗΤΗΣ ΑΣΤΕΡΑ ΤΡΙΓΩΝΟΥ Υ-Δ ΚΥΚΛΩΜΑ ΙΣΧΥΟΣ Υ-Δ Με ενεργοποιημένους τους ηλεκτρονόμους τους ηλεκτρονόμους Γ και Υ,όπως προκύπτει από το κύκλωμα, τα τυλίγματα του κινητήρα είναι σε σύνδεση αστέρα, ενώ με ενεργοποιημένους τους ηλεκτρονόμους Γ και Δ τα τυλίγματα του κινητήρα συνδέονται σε τρίγωνο. Οι ηλεκτρονόμοι Υ και Δ δεν πρέπει να ενεργοποιηθούν ταυτόχρονα, γιατί τότε θα προκληθεί βραχυκύκλωμα και στις τρεις φάσεις του δικτύου. Το θερμικό συνδέεται σε σειρά με τα τυλίγματα του κινητήρα και ρυθμίζεται στην τιμή του ρεύματος που διαρρέει τα τυλίγματα δηλ. στο Ι φ = Ι Π/ 3
Page 20 of 66 ΚΥΚΛΩΜΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Υ-Δ Με το πάτημα του μπουτόν START ενεργοποιείται ο ηλεκτρονόμος του Υ και μέσω της της Ν.Ο επαφής Υ 1 του ηλεκτρονόμου Υ ενεργοποιείται και ο ηλεκτρονόμος Γ. Το κύκλωμα αυτοσυγκρατείται μέσω της Ν.Ο επαφής Γ του ηλεκτρονόμου Γ. Με ενεργοποιημένους τους ηλεκτρονόμους Γ και Υ,μπορούμε να δούμε από το κύκλωμα ισχύος, ότι τα τυλίγματα του κινητήρα είναι σε σύνδεση αστέρα. Η N.C επαφή Υ 2 του ηλεκτρονόμου Υ μανδαλώνει ηλεκτρικά τον ηλεκτρονόμο Δ του τριγώνου. Με δεδομένο, ότι από την στιγμή που πατάμε το μπουτόν START το πηνίο του χρονικού τίθεται σε τάση, αρχίζει να μετρά και ο χρόνος μεταγωγής. Μόλις περάσει αυτός ο χρόνος το χρονικό ενεργοποιείται και η επαφή t του χρονικού ανοίγει. Αυτό έχει σαν συνέπεια την απενεργοποίηση του ηλεκτρονόμου Υ και έτσι οι επαφές Υ 1 και Υ 2 επανέρχονται στην κατάσταση ηρεμίας τους. Έτσι μόλις η επαφή Υ 2 κλείσει τροφοδοτείται ο ηλεκτρονόμος του τριγώνου Δ, ενώ ο ηλεκτρονόμος Γ παραμένει συνεχώς ενεργοποιημένος. Με ενεργοποιημένους τους ηλεκτρονόμους Γ και Δ βλέπουμε στο κύκλωμα ισχύος, ότι τα τυλίγματα του κινητήρα είναι σε σύνδεση τριγώνου. Το άνοιγμα της επαφής Υ 1 διακόπτει την τροφοδοσία στο πηνίο του χρονικού και η επαφή t επανέρχεται στην κατάσταση ηρεμίας,ενώ η N.C επαφή Δ του ηλεκτρονόμου Δ μανδαλώνει ηλεκτρικά τον ηλεκτρονόμο του αστέρα Υ. Ο κινητήρας τώρα λειτουργεί σε σύνδεση τριγώνου μέχρι να τον σταματήσουμε με το πάτημα του μπουτόν STOP ή να λειτουργήσει το θερμικό λόγω υπερέντασης, οπότε ανοίγει η επαφή ελέγχου του θερμικού 95-96 και διακόπτει αμέσως την λειτουργία του κινητήρα.
Page 21 of 66 ΚΥΚΛΩΜΑ ΙΣΧΥΟΣ Υ-Δ ΜΕ ΑΝΑΣΤΡΟΦΗ Το κύκλωμα αυτό αποτελεί μια σύνθεση των κυκλωμάτων ισχύος της αναστροφής και του Υ-Δ. Μέσω των ηλεκτρονόμων C 1 και C 2 αλλάζουμε την σειρά διαδοχής των φάσεων S και T προκειμένου να επιτύχουμε την αλλαγή της φοράς περιστροφής του κινητήρα, ενώ ακολουθεί το κύκλωμα ισχύος του Υ-Δ.Κατά τα λοιπά ισχύουν όσα έχουν αναφερθεί στα κυκλώματα ισχύος της αναστροφής και του Υ-Δ.
Page 22 of 66 ΚΥΚΛΩΜΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Υ-Δ ΜΕ ΑΝΑΣΤΡΟΦΗ Αποτελεί και αυτό το κύκλωμα μια σύνθεση των κυκλωμάτων αυτοματισμού της αναστροφής και του Υ-Δ με την διαφορά, ότι το START του κυκλώματος αυτοματισμού του Υ-Δ έχει αντικατασταθεί με τις Ν.Ο επαφές C 1 και C 2 ηλεκτρονόμων C 1 και C 2. Με το πάτημα δηλ. του μπουτόν START Ι ή START ΙΙ επιλέγουμε την ενεργοποίηση του ηλεκτρονόμου C 1 ή C 2 δηλ. επιλέγουμε την φορά περιστροφής του κινητήρα ενώ οι Ν.Ο επαφές C 1 ή C 2 κάνουν START στο κύκλωμα αυτοματισμού του Υ-Δ.
Page 23 of 66
Page 24 of 66
Page 25 of 66
Page 26 of 66
Page 27 of 66
Page 28 of 66
Page 29 of 66