Világításvezérlés és fényerő-szabályozás
Irányítástechnikai hétköznapok V.
2010/11. lapszám | Porempovics József | 18 088 |
Figylem! Ez a cikk 14 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Az épületek helyiségeinek világításvezérlésére a hagyományos megoldásokon kívül gyakran merül fel más, akár speciálisabb igény. Adódik ez abból is, hogy egyre nagyobb a fényforrás-választék, egyre többen keresik az energiatakarékos eszközöket, valamint környezettudatos gondolkodásunk is formálódik vagy formálják, hiszen a hagyományos izzók kivezetése a gyártásból és a piacról a fentieket célozza. A változás azzal is jár, hogy az eszközök tulajdonságai eltérnek a megszokottól, ezért új vezérlők, szabályozók jelennek meg.
Az építtető, megrendelő sokszor szűkebb ismeretei alapján álmodja meg lakásának vilá- gítását, az itt-ott hallottak alapján van némi elképzelése, de a megvalósíthatóság nem minden esetben egyértelmű számára. A kivitelező szakmai tájékozottsága viszont választ tud adni a felvetett problémákra, sőt, további lehetőségeket kínálhat megrendelőinek, olyanokat, amelyekre van biztos megoldás, és rendelkezésre áll az eszköz is. A világításvezérlés hagyományos módszere az egyszerű vezetékes, kapcsolószáras működtetés, amely nem igényel, csak egy kapcsolót, magát a fényforrást és némi vezetéket az előírások szerint bekötve. Működése viszonylag stabil, a mozgó alkatrészek hosszú távon megbízhatóan dolgoznak, persze csak akkor, ha nem terhelik túl őket.
A több helyről történő működtetésnek viszont már vannak alternatívái:
1. alternatív és keresztváltó-kapcsolók,
2. impulzusrelé,
3. fényerő-szabályozó,
4. rádiófrekvenciás eszközök,
5. épületautomatizálási rendszer.
Talán érdemes kicsit összefoglalni az egyes lehetőségek alaptulajdonságait a teljesség igénye nélkül, a mindennapi alkalmazások szemszögéből megközelítve.
1. A mindenki által ismert és jól megszokott alternatív és keresztváltó-kapcsolókkal megva- lósított vezérlés biztosan elvégzi a dolgát, és a vezetékeket sem lehet nagyon összekeverni. A keresztváltó bekötésénél kell kicsit odafigyelni akkor, ha 2-nél több a kapcsolási hely. Hátránya ellenben a több helyről való vezetékezés, az utólagos bővíthetőség nehézsége, illetve az, hogy a kapcsolók állásából nehéz következtetni a be/ki állapotra, így ha áramszünet közben kell elmenni a lakásból, és elfelejtette, hogy bekapcsolva maradt a lámpa, akkor a hálózat helyreállása után akár világítva is maradhat. Megoldások persze vannak, pl. a lámpa közvetlen kapcsolószárának megszakítása egy erre a célra beépített kapcsolóval a biztos kikapcsolás érdekében.
 |
2. Impulzusrelével működtetett világítás-kapcsolásnál nyomógombos lesz a vezérlés, és leegyszerűsödik, kevesebb figyelmet igényel a vezetékezés. Persze van hátránya is, pl. az elektromechanikus impulzusrelé elég zajos, a kötődoboz és a fal még fel is erősíti az átváltás koppanását, ezért ahol ez zavaró, ott célszerűbb a tisztán elektronikus impulzusrelé használata, amely nem felejtő memóriában tárolja az aktuális állapotát, így áramszünet után ugyanúgy visszaáll, mint az elektromechanikus. Éppen ezért az impulzusreléknél sem tudhatjuk áramszünet esetén, hogy biztosan kikapcsoltuk-e, sőt, mivel a hálózatról működnek, manuális átkapcsolásra sincs lehetőség. Marad az 1. pontban említett direkt kikapcsoló lehetősége, vagy egy kis trükk azért, hogy automatikusan kikapcsoljon. Az 1. ábra tulajdonképpen a cikksorozat előző részeiben bemutatott két külön kapcsolás, a direkt BE/KI kapcsolós impuzusrelé és a késletetett impulzusadó kombinációja. A működés során annyi történik, hogy a tápfeszültség visszatérése után egy késleltetett impulzust adunk az impulzusrelé vezérlő bemenetére, amely csak az impulzusrelé bekapcsolt állapotában lehetséges, amikor feszültséget ad ki a 14-es pontján, tehát világít a fényforrás. Az impulzus késleltetésének két oka van. Az impuzusrelé a vezérlőjel felfutó élére vált állapotot, így a biztonságos átváltás érdekében nem azonnal, a hálózat visszatérésekor kapja ezt meg, hanem késleltetve. A másik ok egy kényelmi megfontolás, ugyanis mi van akkor, ha nem akarjuk, hogy lekapcsoljon a világítás?
 |
A késleltetési időtartam megválasztásával és a késleltetés tényének tudatában lehetőséget kapunk arra, hogy még megvilágítás mellett közelítsük meg a világítás nyomógombját, és annak lekapcsolódása után azonnal visszakapcsolhassuk a fényt. Tehát ha a tápfeszültség megszűnik és az impulzusrelé bekapcsolt állapotban maradt, akkor a 11-14 csatlakozók zártak lesznek a hálózat visszatérésekor, feszültséget adva az időrelé sorba kötött érintkezőire. A késleltetett impulzusadó is feszültség alá kerül, amelynek hatására elindul az időzítési folyamat első része. A t1 idő leteltével (ennyi idő van elérni a nyomógombot!) behúz az 1-es relé, tehát a 15-18 pontok zárnak, az impulzusrelé megkapja a felfutó vezérlőjelet a 25-26 érintkezőkön át. A t2 idő letelte után a 2. relé behúz, bontva az impuzusrelé vezérlőjelének útját, és innentől a következő áramszünetig az időrelé nem szól bele a működésbe. Az elektronikus impulzusrelék és a fényerő-szabályozók vezérlő bemenetére sok nyomógomb köthető (ameddig a vezetékeken összeszedett és a bemenetre kerülő feszültségzavarok összege értékben és időtartamban meg nem haladja a vezérlőbemenet aktiválásához szükséges minimumot), viszont a glimmlámpás nyomógombok száma korlátozott. Az eszközök adatlapjaiban általában feltüntetik ezek számát és/vagy áramát.
 |
3. A fényerő-szabályozók (dimmerek) többsége is működtethető több helyről nyomógombbal, tehát nem csak a szabályozás oldódik meg, hanem az „impulzusrelé” üzemmód is. A fényforrások így a hangulatfény szerepét is betölthetik, nem beszélve az energiatakarékosságról. A fogyasztót 90%-on működtetve nem számottevő a fényerősség változása a 100%-hoz képest. Biztosan nem annyira, hogy a helyiség hétköznapi használata során általában zavaró lenne. Hosszú távon észlelhető ugyan, de megtakarítunk vele energiát (ezzel környezetet védünk), és a fényforrás élettartamát is kitolhatjuk. A fényerő-szabályozó kiválasztásakor alapszempont, hogy milyen jellegű terhelések szabályozására képes eszközt kell keresni:
R – azaz ohmikus (rezisztív) terhelések: izzók, 230 V-os halogének; L – azaz induktív terhelések: kisfeszültségű transzformátoros halogénizzók, esetleg kisteljesítményű motorok, de csak az ohmikus teljesítmény felével érdemes számolni; C – azaz kapacitív terhelés: kisfeszültségű elektronikus előtétes halogén izzók; LED-es fényforrás, jellemzően 12 V DC vagy 230 V AC feszültséggel, illetve egyszínű vagy RGB kombináció; normál vagy kompakt fénycsövek; természetesen a dimmelésre alkalmas típusok jöhetnek csak szóba, amit a gyártók általában jelölnek a termékeken, pl. DIM felirattal a típuskódban. A mai fényerő-szabályozók kimeneti alkatrésze valamilyen félvezető, melyek közül a triak (triac: TRIode for Alternating Current: váltakozó áramú trióda) és MOSFET ((Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor: fém-oxid félvezető térvezérlésű tranzisztor) a legelterjedtebb. Az IGBT nevű meghajtó-tranzisztort inkább motorhajtásokhoz, frekvenciaváltókhoz és inverterekhez építik be. Működése miatt a triak szinte kizárólag R (ohmikus) vagy L (induktív) terhelésekre alkalmas.
A triakkal megvalósított fényerő-szabályozók a fázishasítás módszerével oldják meg a kimenetre jutó feszültség mértékének, átlagértékének változtatását. A fázishasítás azt jelenti, hogy a triak levág a váltakozó feszültség szinuszhullámából, vagyis nem enged a kimenetre jutni, csak annyit, amennyit a szabályozáshoz beállítottunk (2. ábra). A szinuszhullám levágása a nulla átmenethez kötött, lehet elöl- vagy hátulvágó, ami a kapcsoláskor keletkező zavarok csökkentését is szolgálja. A kapacitív terhelések szabályozására is alkalmas eszközök általában MOSFET végfokozattal rendelkeznek, ahogyan a LED és kompakt fénycsövek szabályozói is.
 |
A 3. ábra egy tipikus fényerő-szabályozási folyamatot mutat be. A működés a megszokott egygombos vezérlés: rövid gombnyomásra állapotváltás, a bekapcsolás a memorizált előző állapotra állítja a fényforrást; folyamatos gombnyomással pedig szabályozni lehet a fényerősséget. A szabályozás mindig az előző irány ellentétje. Folyamatos gombnyomásra az egyik véghelyzetig (0 vagy 100%) szabályoz, majd ellentétes irányba folytatódik a folyamat. A 230 V AC feszültségű LED-lámpák fényerő-szabályozására nem alkalmazható a fent említett fázishasítás módszere. Lehetséges a LED-meghajtó áramának változtatása, de ez a módszer rossz hatásfokkal rendelkezik. Jobb hatásfokú fényerő-szabályozás érhető el a LED be-, kikapcsolgatásával, ami egy kisfrekvenciás PWM-jel segítségével történik. A PWM (Pulse Width Modulation – impulzus-szélesség modulált) egy állandó periódusidejű és frekvenciájú digitális jelfolyam, amelynél az átlagfeszültség beállítása a jel kitöltési tényezőjének változtatásával történik, tehát mindig a teljes feszültség jut a LED-re, azaz a maximális árammal lesz meghajtva, de csak a beállításnak megfelelő ideig kapja ezt meg.
A 4. ábra két PWM jelet ábrázol. Látható, hogy a TPWM periódusidő egyforma, tehát a frekvencia is, ami pl. 100 kHz (százezer impulzus másodpercenként), valamint a kék hasábok magassága is ugyanakkora, ami a kimeneti jel nagyságát jelképezi, és azt jelenti, hogy teljes feszültséget kap a bekapcsolás minden pilla- natában a fogyasztó. A kék hasábok időtengelyi (vízszintes) hosszát, tehát időtartamát változtatják az ilyen típusú szabályozók, így a fogyasztóra kerülő átlagáram is változik, annak ellenére, hogy a jobb hatásfok érdekében teljes feszültséget kap. A rádiófrekvenciás kapcsolókra és fényerő-szabályozókra, valamint az épületautomatizálási rendszerekkel történő világításvezérlési megoldásokra, lehetőségekre a következő cikkben kerítünk sort, melyre tisztelettel várom a kedves olvasót.
