ISTOSMJERNA STRUJA U RELEJNOJ TEHNICI

ISTOSMJERNA STRUJA U RELEJNOJ TEHNICI

            Za razliku od izmjenične struje, istosmjerna struja ima stalnu jakost i jedan te isti smjer, odnosno polaritet. U upravljačkim uređajima obično se koriste elementi sa nazivnim istosmjernim naponom 12V ili 24V. Kako bi izmjeničnu struju napona 220V pretvorili u istosmjernu, potreban nam je ispravljač (vidi sliku). Da ne duljimo previše o teoriji, napomenimo samo da se kotve sklopnika za istosmjerni napon ne smiju direktno povezati na 220V, jer bi, naravno, pregorjele. Isto važi i za sklopnike namijenjene za izmjenični napon od 220 V; ako njihove kotve spojimo na istosmjerni napon od 24 V, ne bi se dogodilo ništa; taj napon premali je kako bi kotva takvog sklopnika privukla. Sa samim kontaktima potpuno je druga priča: kontakti sklopnika sa kotvom za istosmjerni napon od   24 V bez problema se mogu ubacivati u strujne krugove koji imaju napon od 220 V.

            Spomenimo još diode. Na slici su prikazane diode koje najčešće koristimo u upravljačkim sklopovima (serije 1N400* i 1N540*), te njihov simbol. Diode su elektronički elementi koji propuštaju struju samo u jednom smjeru. Taj smjer najlakše je prepoznati prema prikazanom simbolu diode: strjelica. U kojem smjeru pokazuje „strjelica“, u tom smjeru dioda provodi struju. U suprotnom smjeru ne.

KOMBINACIJE POMOĆU DIODA

           Zamislimo prostoriju sa tri reda rasvjete (vidi pojednostavljen tlocrt na slici). Neka to bude skladište u kojemu investitor želi mogućnost različitog nivoa osvjetljenja, ovisno o dobu dana, radnim potrebama itd., ali da se rasvjetom upravlja samo jednom sklopkom na tablou kod ulaza. Investitor želi tri kombinacije rasvjete: samo srednja (S2), lijeva i desna, bez srednje (S1 i S3), te mogućnost rada kompletne rasvjete (kombinacije rasvjete vidimo na slici. Brojka lijevo od kombinacije odgovara položaju sklopke). Kako to izvesti?

            

          Pogledajmo sad narednu sliku. Traženo upravljanje rasvjetom možemo izvesti na dva načina: „klasično“ tropolnom grebenastom sklopkom sa četiri položaja (0 – 1 – 2 – 3), što vidimo na primjeru 1, ili pak jednopolnom sklopkom sa četiri položaja S1, sklopnicima i diodama, što prikazuje primjer 2.

            Primjer 1 je jednostavan za objasniti: svakom rasvjetom upravlja jedan kontakt tropolne sklopke S1, a traženi zahtjev postignut je ožičenjem same sklopke. Ožičenje se može izvršiti u samom tablou, kako sugerira primjer 1. Prebacivanjem sklopke S1 u različite položaje uključivati će se i isključivati rasvjeta, kako je to uvjetovano samim ožičenjem. Ništa posebno, pomislili biste, čemu onda neke priče o diodama i sklopnicima? A što ako investitor zahtjeva upravljanje sedam neovisnih linija rasvjete u deset kombinacija? Tada, sukladno primjeru 1, moramo ugraditi šesteropolnu grebenastu sklopku sa 11 položaja. Sumnjam da ćemo takvu naći na tržištu.

            Primjer 2 daje nam drugačije rješenje: rasvjetom upravljaju sklopnici K1 – K3, dok sklopnicima upravlja jednopolna grebenasta sklopka S1 sa četiri položaja. Međutim, kako bismo dobili ovisnost pomoću dioda, potreban nam je istosmjerni napon (u ovom slučaju 24 V). Istosmjerni napon osigurava nam prikazani ispravljač.

            Idemo sa objašnjenjem korak po korak. Željenu funkcionalnost rasvjete vidimo na slici. To znači: položaj grebenaste sklopke S1 = 0 – sva rasvjeta ugašena. U položaju sklopke 1 – svijetli samo rasvjeta 2 (S2). U položaju sklopke 2 – svijetli rasvjeta 1 i 3 (S1 i S3). I u položaju sklopke 3 – svijetli sva rasvjeta. Kako je to postignuto? Zamislimo sad da smo prebacili sklopku S1 u položaj 1. Pratimo strujni krug: sa kontakta sklopke 1 struja teče prema sklopniku K2 i on privlači, čime uključuje rasvjetu 2. Međutim, struja teče i prema diodi D1, ali ne prolazi kroz nju, jer u tom smjeru dioda ne provodi struju (sjetite se „strjelice“). Nadalje, kad prebacimo sklopku S1 u položaj 2, prekidamo napajanje sklopnika K2 i on otpušta. Struja će sada teći prema sklopnicima K1 i K3 i oni će privući, uključivši rasvjetu 1 i 3. Međutim, kao i u prethodnom slučaju, struja će doći i do dioda D2 i D3, ali neće „proći“, jer diode nisu vodljive u tom smjeru. I za kraj, prebacimo sklopku S1 u položaj 3. Struja će sad teći preko dioda D1 i D3 prema sklopnicima K1 i K3 (jer u tom smjeru diode provode struju) i oni će ostati privučeni, ali će struja preko diode D1 doći do sklopnika K2 i on će privući; uključiti će se rasvjeta S2, zajedno sa rasvjetom S1 i S3 koje svijetle otprije.

            Vidimo da diode omogućuju upravljanje radom sklopnika propuštajući struju u željenom smjeru, čime smanjujemo broj kontakata potrebnih za upravljanje nekom željenom radnjom. Možda nam primjer 2 na slici izgleda nezgrapno i komplicirano, maltene i nepotrebno, ali diode i istosmjerna struja pronalaze svoju primjenu upravo u područjima za zahtjevnijim ovisnostima i kompliciranim uslovima postavljenim od strane investitora, ili pak od zahtjevnosti samog željenog procesa.

            „Kompliciraniji“ slučaj pokazuje nam slika lijevo. Na njoj vidimo prohtjev investitora koji želi iskoristiti tablo za upravljanje rasvjete kako bi samo jednom sklopkom mogao postići optimalnu rasvjetu u zadanim uvjetima. Pošto je mušterija uvijek u pravu, nećemo se natezati s njom o isplativosti željenog prohtjeva, ako je izvediv: ili ćemo priznati da to ne znamo učiniti, ili ćemo zasukati rukave i ostvariti ono što je zaželjeno.

           Kao i u prethodnom slučaju, koristimo ispravljač i tri sklopnika (K1 – K3) koji uključuju ili isključuju rasvjetu 1 – 3. Ali, ovdje koristimo grebenastu sklopku sa 8 položaja (0 – 7) i deset dioda. Povežemo li sve kako je prikazano na slici, prohtjev našeg sitničavog investitora biti će ispunjen. Da sad ne opisujemo što se događa za svaki položaj grebenaste sklopke, sami razmotrite situaciju; u mislima „prebacite“ sklopku u neki položaj i pratite strujni krug. Brzo ćete uvidjeti kako svaki položaj sklopke S1 odgovara traženoj funkciji rasvjete, prikazanoj na slici.

            Sada se pitate, zar se to nije moglo izvesti pomoću tropolne grebenaste sklopke sa osam položaja? Moglo se, naravno. Ali svrha ovog opisa je prikaz sasvim novog područja mogućnosti koje nam pružaju diode. Naravno, štedi se i na kablovima; za tablo sa slike dovoljan je četverožilni kabel, dok bi za tropolnu sklopku morali položiti kabel sa šest žila (kako prikazuje slika). I na kraju, sam diodni sklop, kojeg prikazuje slika u gotovo prirodnoj veličini, jednostavno se može ugraditi u tablo za upravljanje rasvjetom, zajedno sa grebenastom sklopkom.

            Evo nam jedan konkretan slučaj upravljanja rasvjetom. Cilj ovog sklopa je postizanje optimalne rasvjete nekog prostora, ovisno o uvjetima u samom prostoru i oko njega. Slika prikazuje pet linija rasvjete, jedan tablo za upravljanje rasvjetom i tablicu željene funkcije rasvjete. Rješenje zahtjeva je slično

prethodnom: upotreba grebenaste sklopke sa 8 položaja, 5 sklopnika i nekoliko dioda. Ako pažljivo pratimo svaki strujni krug, vidjeti ćemo da diode određuju koji će sklopnici biti privučeni u određenom položaju, i da kombinacija privučenih sklopnika odgovara željenoj funkciji rasvjete iz tablice na slici.

           Pri upotrebi dioda valja obratiti pozornost na neka pravila: poželjno je da u pojedinom strujnom krugu struja prolazi kroz samo jednu diodu, odnosno da se izbjegavaju serijski povezane diode kroz koje prolazi struja. To je zbog toga što na svakoj diodi dolazi do malog pada napona, pa bi više serijski povezanih dioda moglo srušiti napon u tolikoj mjeri da sklopnik neće privući. Što se tiče dioda kroz koje ne prolazi struja, odnosno dioda koje „blokiraju“ prolazak struje, njih može biti neograničeno mnogo. I valja pripaziti o broju sklopnika koji se napajaju preko jedne diode, kako ne bi došlo do preopterećenja i njezinog pregaranja.

KOMBINIRANO UPRAVLJANJE

            Kombinirano upravljanje pomoću dioda otvara nam čitavo jedno područje upotrebe dioda u kombiniranim sklopovima za upravljanje raznim procesima. Slika nam prikazuje jedan takav slučaj: neovisno upravljanje radom tri potrošača pomoću tipkala (START – STOP), kojima upravljaju sklopnici K1 – K3, ali ovdje imamo i mogućnost zajedničkog uključenja sva tri sklopnika pomoću samo jednog tipkala (T7 – GRUPNO UKLJUČENJE), kao i zajedničkog isključenja (tipkalo T8 – GRUPNO ISKLJUČENJE). Naime, svakim sklopnikom možemo upravljati pojedinačno putem pripadajućih tipkala (K1 putem T1 i T2, K2 putem T3 i T4 te K3 putem T5 i T6). Međutim, pritiskom na grupno tipkalo T7 istodobno će privući sva tri sklopnika K1 – K3, ili barem oni sklopnici koji nisu bili privučeni. Na isti način, pritiskom na tipkalo grupnog isključenja T8 istodobno će otpustiti sva tri sklopnika K1 – K3 (ili, naravno, oni sklopnici koji su bili privučeni). Ovaj način daje nam bezbroj različitih mogućnosti kojima možemo poboljšati kvalitetu upravljanja različitim potrošačima (rasvjetom, radom motora itd.).

            Na slici imamo sličan slučaj, samo sa obrnutim djelovanjem: pritisak na bilo koje tipkalo za uključenje (T1, T3 ili T5) aktivirati će „svoj“ sklopnik, t. sklopnik koji se nalazi u strujnom krugu pojedinog tipkala, ali će istodobno privući i „zajednički“ sklopnik K4. Bolje rečeno: kada je privučen bilo koji sklopnik K1 – K3, ili više njih, istodobno će biti privučen i „zajednički“ sklopnik K4. Tek kad isključimo sva tri sklopnika K1 – K3, isključiti će se i sklopnik K4. Ovo je pogodan spoj za zajednički nadzor nekog procesa, npr. ventilacije; kada bi sklopnici K1 – K3 uključivali ventilatore u napama neke veće kuhinje, sklopnik K4 uključivao bi glavni ventilator ventilacijskog sustava.