Moduláris elektronikai eszközök a gyakorlatban
2009/10. lapszám | Zabari István | 13 349 |
Figylem! Ez a cikk 16 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Most induló cikksorozatunkban szeretnénk, gyakorlati oldalról bemutatni a ma már a legtöbb gyártó kínálatában szereplő moduláris elektronikai eszközöket, az egyszerű alkonykapcsolóktól a fényerőszabályzókon át a feszültség-, folyadékszint-, áram-, és hőmérsékletfigyelő relékig.
Ma már természetes, ha olyan igény merül fel, hogy egy világítási áramkört 4-5 helyről kell kapcsolni, akkor nem keresztváltó kapcsolók és vezetékek hadában gondolkozunk, hanem egy egyszerű impulzus relét alkalmazunk. A mikroelektronika elterjedése a villamos iparban egyre nyilvánvalóbb, melyet érdemes nyomon követnünk, hiszen rengeteg, munkánk során felmerülő kihívásra ad egyszerű, biztonságos megoldást. Gondoljunk csak a már több gyártó kínálatában megtalálható automatikus visszakapcsolást biztosító áram-védőkapcsolóra. Cikksorozatunkban nem az impulzus relé működését szeretnénk bemutatni, hanem sokkal inkább az egyedi, érdekes alkalmazási lehetőségekre szeretnénk felhívni a figyelmet.
Jelen cikkünkben az egyre gyakrabban használt időreléket kívánjuk áttekinteni, működés, tápfeszültség, funkciók, kialakítás, működési elv és egyéb tényezők függvényében.
1. kép: Szabványos DIN-sínre illeszthető időrelé
Tápfeszültség
Tápfeszültség tekintetében megkülönböztetünk AC 230 V-ra, egyedi tápfeszültségre (például: DC 12 V, AC 24 V), vagy univerzális tápfeszültségre gyártott eszközöket. Az univerzális eszközök lehetnek AC/DC 12-240 V, AC 12-240 DC 24 V, AC 24-240 V, DC 24 V, vagy AC/DC 24-240 V-os eszközök. A kereskedők elsősorban az univerzális tápfeszültségű reléket raktározzák, hiszen több igényt tudnak kielégíteni kisebb készlettel. Mivel a kimenetek a legtöbb esetben potenciálmentes kontaktok, azért felesleges univerzális tápfeszültségű eszközt vásárolni, ha 24 V-os feszültséget szeretnénk vele kapcsolni, hiszen így szükségtelenül kifizetjük az univerzális eszközöknél beépített kapcsolóüzemű tápegység árát is.
2. kép: Másik rendkívül gyakran használt kialakítás a szerelvénydobozba kapcsoló alá építhető időrelé
Funkciók száma
Működési funkciókban rendkívül széles a gyártók palettája. Egyszerű alkalmazásokra (például: elengedés késleltetés) használhatunk egyfunkciós reléket, amelyek általában egy szűkebb időtartományon belül működnek, például 6-60 perc. Mivel e termékek raktározása kész logisztikai rémálom és a multifunkciós relék nagy tömegben való gyártása folyamatosan csökkenti a gyártási költségeket, ezek a termékek egyre inkább kiszorulnak a piacról. Alkalmazásuknak csak ott van létjogosultsága, ha egy adott helyen rendkívül nagy mennyiséget kell beépíteni, hiszen minimális az árkülönbségük egy multifunkciós időrelével szemben. Multifunkciós időrelé gyűjtőszó alatt emlegetjük a 4, vagy annál több, 6, 8, vagy 10 funkciós időreléket. Mivel ezek a termékek egy adott gyártónál 70%-ban ugyanazokat a mikroelektronikai és egyéb alkatrészeket tartalmazzák, az árukban minimális eltérések vannak. Ezáltal a boltok polcain leginkább a több funkciós eszközökkel találkozhatunk. Ezeken felül megkülönböztetünk még, úgynevezett speciális időreléket, melyeket egyedi problémák megoldására alkalmazunk, mint például a lépcsőházi automaták, aszimmetrikus ütemadók, vagy a tápfeszültségről induló kettős meghúzás késleltető relé egy modul szélességben. Ezt az eszközt például áramszünet utáni fokozatos terhelés visszakapcsolásra használhatjuk.
Kialakítás
Leggyakrabban használt kialakítási forma a szabványos DIN sínre illeszthető (1. kép), 1, 2 esetleg három modul széles termék. Másik rendkívül gyakran használt kialakítás a szerelvénydobozba, kapcsoló alá építhető (2. kép) időrelé. Nagy előnyük, hogy utólagosan felmerülő igényeknél kiválóan alkalmazhatók, néhány típus még nulla vezetőt sem igényel a működéséhez. Ilyen igény lehet például a fürdő ventilátor bekapcsolása t időre, a világítás lekapcsolása után. Gyakori alkalmazási formája még az, amikor egy lakás lépcsőházában egy kötődobozban szeretnénk elhelyezni egy impulzus relét, hiszen a legtöbb ilyen eszköznek van egy úgynevezett „impulzus relé elengedés késleltetéssel” funkciója, amely alatt azt értjük, hogy ha az időrelére felfűzött nyomógombok egyikét megnyomjuk, akkor a kimenet bekapcsol. Újabb gombnyomásra a kimenet kikapcsol, amennyiben elfelejti a tulajdonos lekapcsolni a világítást, az a beállított t idő múlva automatikusan kikapcsol. Mivel egy ilyen eszköz ára gyakorlatilag azonos egy jobb minőségű impulzus relével, kis odafigyeléssel plusz költségek nélkül kivitelezhetünk a megrendelőnek egy magasabb műszaki színvonalú létesítményt. Egyre inkább feledésbe merülő forma a dugaszolható (3. kép) kialakítás. Ennek nagy előnye az volt, hogy meghibásodás esetén egy mozdulattal cserélhető az időrelé, de ma már olyan megbízható időrelék vannak kereskedelmi forgalomban, hogy a dugaszolható kialakítás teljesen okafogyottá vált.
Ezeken felül megkülönböztetünk még egyedi kialakítású (4. kép) időreléket is, mint például a jól ismert ventilátorba építhető elengedés késleltetőket.
3. kép: Dugaszolható kialakítás.
Működési elv
Működési elvben négy alapvető különbség alapján különböztetjük meg az időreléket. Leggyakrabban használt eszközök az analóg időrelék, amelyeken az előlapon található potenciométer segítségével állítjuk be a szükséges funkciókat, időtartományt és az azon belül a szükséges időtartamot. Ezek az eszközök általában elektronikus időzítőket tartalmaznak, ezáltal nagyon jól behatárolható a szükséges kapcsolási időtartam. Amennyiben ennél pontosabb időzítésre (például 14 óra 22 perc múlva kell bekapcsolnunk a kimenetet) van szükségünk, digitális időreléket használunk.
Amennyiben a kapcsolási időtartamnak összhangban kell lennie a valós idővel, akkor digitális, vagy mechanikus kapcsolóórákat alkalmazunk.
Kimenet
Egy kevésbé elterjedt megoldás az, amikor a gyártók kimenetként TRIAK-ot alkalmaznak. Ennek nagy előnye, hogy elektromos élettartama óriási, akár közel 10 000 000 kapcsolás is lehet. Hátránya viszont a kis terhelhetőség, általában 0,7 amper. Ezzel szemben a NYÁK relé kimenetű időrelék elektromos élettartama „csupán” ~700 000 kapcsolás, viszont AC 1 osztályban a leggyakrabban 16, de legalább 8 amperes terhelhetőségük bőségesen kárpótol bennünket, hiszen ez az érték is napi 100 kapcsolással több, mint 19 év élettartamot jelent. Időreléknél célszerű váltóérintkezővel rendelkező terméket választanunk, hiszen így a nyugalmi állapotban zárt érintkező felhasználásával még több vezérlési lehetőség áll rendelkezésünkre. A különböző típusú terhelések maximális értékéről tájékozódunk a termék katalógusában.
Ugyanakkor, mint ahogy egy autó sem lesz hosszú életű, ha maximális fordulatszámon járatjuk, a maximálisan megengedetthez közeli terhelésnél célszerű egy mágneskapcsoló közbeiktatása.
4. kép: Megkülönböztetünk még egyedi kialakításu időreléket is, mint például a jól ismert, ventilátorba építhető elengedés késleltetőket.
Beállítható időtartomány
A leggyakrabban elterjedt multifunkciós időrelék beállítható időtartománya gyártótól függően 0,1 másodperctől, 10-20 óráig, vagy 0,1 másodperctől 1 napig terjed, de nem ritka a 10 napos vagy akár a 100 napos felső határérték sem. Beállításukra két potenciométer szolgál: az első a tartomány beállítására (5. kép) (például 1 és 10 óra közötti tartomány), a második pedig a finombeállításra (6. kép) (például 4 óra). Kereskedelmi forgalomban jellemzően itt is a leginkább a szélesebb tartományú eszközökkel találkozhatunk.
Helyes választás
Mivel ezek az eszközök egyre bonyolultabbak (7. kép), érdemes kizárólag jó nevű gyártó termékei közül választanunk, akik nagy gyártási tapasztalattal rendelkeznek. Mint általában a szakmánkra jellemző, kerülni kell az olcsó megoldásokat, mert egy bizonytalanul működő eszköz a későbbiekben még nagyon sok fejfájást és szakmai egzisztenciánk megkérdőjelezhetőségét eredményezheti. Ezen termékek gyártására specializálódott cégek rendkívül jól áttekinthető katalógusokkal, magyar nyelvű honlappal, elérhető szakmai információs vonallal segítik a megfelelő eszköz kiválasztását. Amennyiben egy termékről nem tudunk információhoz jutni alapvető dolgokkal kapcsolatban, mint cseregarancia, gyártó minősítései, vagy a különböző terheléstípusoknál alkalmazható maximális terhelhetőségről, elektromágneses kompatibilitásáról (EMC), inkább válasszunk másik terméket!
Multifunkciós relék
A multifunkciós időrelék időzítő funkcióinak indítása történhet tápfeszültség bekapcsolásával vagy vezérlő bemenetről. A tápfeszültség bekapcsolásakor aktiválódó funkciók öt félék lehetnek.
- Meghúzás késleltetés tápfeszültség bekapcsolása után (8. kép): leggyakrabban áramszünet után az egyidejű nagy terhelés kiküszöbölésére használhatjuk. Működési elve az, hogy a tápfeszültség megérkezése után a beállított t ideig a kimenet nyugalmi állapotban marad, majd az idő letelte után a kimenet behúz és a tápfeszültség meglétéig behúzva marad. A tápfeszültség újbóli kiesése, majd visszaérkezése után a vezérlés újra indul.
5. kép: tartomány beállítására szolgáló potenciométer
6. kép: finombeállítására szolgáló potenciométer
- Elengedés késleltetés tápfeszültség bekapcsolása után (9. kép). Ezt a funkciót más néven bekapcsolás törlő funkciónak is nevezzük. A tápfeszültség bekapcsolásakor a kimenet azonnal meghúz, majd a beállított t idő után elejt. Akkor alkalmazzuk, amikor egy hosszabb bejövő jelet akarunk átalakítani. Ilyen lehet például, amikor egy lépcsőházi ajtón belül lévő mozgásérzékelő felkapcsolja a helyi világítást és ezzel egy időben az időrelé néhány másodpercre kinyitja az elektromos ajtó zárat.
- Ütemadás tápfeszültség bekapcsolás után, más néven szimmetrikus ütemadó. Ezen belül két működési módot különböztetünk meg: nyugalmi (10. kép), illetve behúzott állapottal (11. kép) kezdődő időzítést. Ezek az időzítési módok úgy működnek, hogy a tápfeszültség megérkezése után az előlapon beállított időtartamra behúz a kimenet, majd ugyanennyi időre elenged, az elengedési idő letelte után a ciklus újra indul a tápfeszültség meglétéig. Használhatjuk villogó hibajelzés kiadására, vagy különböző dekorációs világításvezérléshez.
Multifunkciós időrelék időzítő funkcióinak indítása történhet tápfeszültség bekapcsolásával vagy vezérlő bemenetről. A tápfeszültség bekapcsolásakor aktiválódó funkciók öt félék lehetnek.
- Impulzus generátor (12. kép). A multifunkciós időrelék kis részében meglévő egyedi funkció. Működési elve szerint a tápfeszültség megérkezésekor a kimenet nyugalmi állapotban marad a beállított t ideig. Az idő letelte után a relé behúz egy általában ~0,5 másodperces időtartamra, majd elejt. A tápfeszültség megléte alatt újabb időzítési ciklus nem kezdődik el. A tápfeszültség kiesése, majd újbóli visszaérkezés után az időzítés is újra indul. Kiválóan alkalmazható olyan feladatoknál, ahol egy berendezés elindítása után t idővel, egy impulzus jelet kell kiadnunk egy másik berendezés indításához vagy leállításához.
A vezérlő bemenetről működő funkciók lehetősége legalább ilyen széles a multifunkciós reléknél, hiszen az időzítés elindítására használhatjuk a vezérlő bemenet bekapcsolásának pillanatát – más néven felfutó élet –, a vezérlő jel megszűnésének pillanatát – más néven lefutó élet –, vagy mindkettőt.
- Lefutó élet használó alkalmazás például az elengedés késleltetés a vezérlőjel megszűnése után, függetlenül a működés közbeni vezérlésektől (13. kép). Ez azt jelenti, hogy a vezérlőjel megszűnésekor behúz a kimenet és a beállított t idő letelte után elenged. Amennyiben ez idő újabb vezérlő jelet kap, arra nem reagál. Miután elengedett a relé, újabb bejövő jel újraindítja a ciklust. Leggyakoribb alkalmazása például adagoló berendezéseknél az utánürítés funkció.
- Felfutó élet használó vezérlés az egyszerű impulzus relé funkció (14. kép), vagy ennek időzítéssel bővített változata, az időzített impulzus relé funkció (15. kép). Az első jól ismert funkciónál gombnyomásra bekapcsol a kimenet, újabb gombnyomásra pedig kikapcsol. A második – feljebb már említett funkció – annyival bővül, hogy a bekapcsolás időpontjában elindul egy késleltetés is, és ha a beállított ideig nem történik meg a kimenet lekapcsolása, akkor az automatikusan kikapcsol. Leggyakoribb alkalmazása folyosók, lépcsőháza világítás vezérlése.
- A vezérlőjel bekapcsolásának pillanatát használják például az „elengedés késleltetés a vezérlőjel időtartamától függetlenül” funkciónál (16. kép). Ez azt jelenti, hogy a vezérlő jel érkezésének pillanatában a kimeneti relé behúz és a beállított t ideig zárva marad. Ez idő alatt, ha a vezérlő jel megszűnik, az nem befolyásolja a már elindított vezérlési ciklust. Ugyanez a helyzet, ha a vezérlő jel hosszabb, mint a beállított behúzási idő. Ezt a funkciót olyan helyen használhatjuk, ahol egy berendezés indításakor egy rövid ideig egyéb kisegítő berendezést, például előfűtést, előszellőztetést kell alkalmaznunk.
A leggyakoribb időzítési funkciók a vezérlő jel mindkét élét, azaz a bekapcsolás és a kikapcsolás pillanatát is használják a vezérléshez. Ennek köszönhetően rendkívül egyedi feladatokat is játszi könnyedséggel oldhatunk meg.
- Ilyen funkció például elengedés késletetés a vezérlőjel megszűnés után azzal, kitétellel, hogy a kimeneti relé a vezérlő jel megjelenésekor azonnal bekapcsol (17. kép). Amennyiben a beállított t idő alatt a vezérlőjel megszűnik, majd újra megjelenik, a ciklus újra indul. Általános alkalmazása például a mellékhelységek elszívó ventilátor működtetése a világítási áramkörről vezérelve.
- Hasonló vezérlési mód a meghúzás és elengedés a vezérlő impulzus hosszától függő tartási idővel (18. kép). Ez azt jelenti, hogy a vezérlőjel megjelenésekor elindul egy meghúzás késleltetés a beállított t idővel, majd a relé behúz. A vezérlő jel megszűnésekor elindul egy elengedés késleltetés ugyanazzal a t idővel, miután a kimeneti relé elejt. Amennyiben a vezérlő jel rövidebb, mint a beállított t idő, akkor csak egy szimmetrikus ciklus fog lezajlani.
- A vezérlő jel mindkét élét használja még az újraindítható meghúzás késleltetés (19. kép). A vezérlő jel megjelenésekor a kimenet a beállított t ideig nyugalmi állapotban van, majd behúz, és behúzott állapotban marad a vezérlőjel újbóli megjelenéséig. Ekkor az időzítési ciklus újraindul.
A cikk elején már említésre került a potenciálmentes váltó érintkezők fontossága. Előfordulhat olyan bonyolult vezérlési funkció, amelyet a nyitóérintkező használatával tudunk megvalósítani. Vegyük például az előző újraindítható meghúzás késleltetés nyitó érintkezőit (20. kép). A vezérlésre használt nyitó érintkező (15-16) tápfeszültség nélküli állapotban is zárt állapotban van. A tápfeszültség megjelenése nem változtat a kimenet állapotán. A vezérlő jel megjelenésének pillanatában elindul az időzítés, melynek letelte után elejt a kimenet. A vezérlőjel újbóli megjelenésének pillanatában behúz a kimeneti relé 15-16 pontja és a beállított t ideig behúzva marad, majd elejt, függetlenül a vezérlő jel hosszától. Ezt a vezérlési módot nevezhetnénk úgy is, hogy „elengedés késleltetés felfutó élre függetlenül a vezérlő bemenet hosszától, azzal a kitétellel, hogy tápfeszültség nélküli állapotban a kimenet zárva van”.
Látható, hogy aligha találkozhatunk olyan kisebb vezérlési feladattal, melyet ne tudnánk valamilyen időrelével megoldani. Biztatom tehát a tisztelt olvasót, bátran tervezzen velük, ha valamilyen kérdése van, forduljon a gyártók szakmai vevőszolgálatához vagy a szerzőhöz. A következő lapszámban a speciális időrelék működését fogjuk taglalni.
