Λύσεις — Κεφάλαιο 7 · Βασικές Εφαρμογές Αυτοματισμών (Ερωτήσεις, σελ. 300) – ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΩΝ ΤΟΜΟΣ Α΄ Β΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Κεφάλαιο 7 · Βασικές Εφαρμογές Αυτοματισμών (Ερωτήσεις, σελ. 300)

Απαντήσεις στις Ερωτήσεις του βιβλίου για τις βασικές εφαρμογές αυτοματισμών.

Πού Υ-Δ

Ερώτηση: Σε ποιους τριφασικούς ηλεκτροκινητήρες βραχυκυκλωμένου δρομέα χρησιμοποιείται αυτόματος διακόπτης αστέρα-τριγώνου;

Απάντηση:

• Σε τριφασικούς ηλεκτροκινητήρες βραχυκυκλωμένου δρομέα σημαντικής ισχύος, συνήθως πάνω από 3 PS, οι οποίοι μπορούν να δεχθούν την πολική τάση του δικτύου σε σύνδεση των τυλιγμάτων τους κατά τρίγωνο.
• Σκοπός είναι να περιορισθεί το μεγάλο ρεύμα κατά την εκκίνηση: ο κινητήρας ξεκινά σε σύνδεση αστέρα και, όταν αποκτήσει ταχύτητα κοντά στην ονομαστική, μεταγάγεται σε σύνδεση τριγώνου.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Σε κινητήρες σημαντικής ισχύος (συνήθως πάνω από 3 PS) που μπορούν να δεχθούν την πολική τάση του δικτύου σε σύνδεση τριγώνου· σκοπός ο περιορισμός του ρεύματος εκκίνησης.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: σημαντική ισχύς (πάνω από 3 PS) + δυνατότητα λειτουργίας σε τρίγωνο με την πολική τάση + περιορισμός του ρεύματος εκκίνησης.

Υλικά αυτόματου Υ-Δ

Ερώτηση: Ποια υλικά περιλαμβάνει ένας αυτόματος αστέρα-τριγώνου τριφασικού ηλεκτροκινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα, του οποίου ο χειρισμός γίνεται με μπουτόνς;

Απάντηση:

• Έναν τριπολικό διακόπτη φορτίου (Q1).
• Τρεις ασφάλειες τήξεως κατηγορίας aM (πρώην βραδείας τήξεως) (F1) για την προστασία του κινητήρα από βραχυκύκλωμα και μία ασφάλεια τήξεως κατηγορίας gL (πρώην ταχείας τήξεως) (F2) για την προστασία του κυκλώματος ελέγχου.
• Τρεις ηλεκτρονόμους ισχύος: Κ1Μ (δικτύου), Κ2Μ (τριγώνου) και Κ3Μ (αστέρα)· οι Κ2Μ και Κ3Μ έχουν ηλεκτρική μανδάλωση.
• Ένα θερμικό υπερφόρτισης (F3) και ένα χρονικό (Κ1Τ) με καθυστέρηση στην ενεργοποίηση της επαφής (delay on).
• Ένα μπουτόν S1 για το ξεκίνημα (START) και ένα μπουτόν S2 για το σταμάτημα (STOP).
• Όταν θέλουμε οπτική ένδειξη, και δύο ενδεικτικές λυχνίες: h1 (λειτουργίας) και h2 (βλάβης, όταν ενεργοποιηθεί το θερμικό).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Διακόπτης φορτίου Q1, τρεις ασφάλειες aM (F1), μία ασφάλεια gL (F2), τρεις ηλεκτρονόμοι ισχύος Κ1Μ/Κ2Μ/Κ3Μ, θερμικό F3, χρονικό Κ1Τ (delay on), μπουτόν S1 (START) και S2 (STOP) και, προαιρετικά, ενδεικτικές λυχνίες h1 και h2.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: τρεις ηλεκτρονόμοι ισχύος + χρονικό delay on + θερμικό + ασφάλειες + διακόπτης φορτίου + μπουτόν.
• Οι Κ2Μ και Κ3Μ δεν πρέπει ποτέ να ενεργοποιηθούν ταυτόχρονα (τριφασικό βραχυκύκλωμα) — γι' αυτό μανδαλώνονται ηλεκτρικά.

Ρύθμιση θερμικού Υ-Δ (0,58·Ιον)

Ερώτηση: Σε ποια ένταση ρεύματος ρυθμίζεται το θερμικό υπερφόρτισης ενός αυτόματου διακόπτη αστέρα-τριγώνου τριφασικού ηλεκτροκινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα;

Λύση:

• Το θερμικό ρυθμίζεται στο 0,58 του ονομαστικού ρεύματος του κινητήρα (0,58 Ιον).
• Αιτιολόγηση: το κύκλωμα ισχύος του θερμικού βρίσκεται σε σειρά με τα τυλίγματα του κινητήρα (μεταξύ του Κ1Μ και των ακροδεκτών U1, V1, W1), άρα διαρρέεται από το ρεύμα των τυλιγμάτων \( I_{τΔ} \) και όχι από το ρεύμα γραμμής \( I_{γΔ}=I_{ον} \). Στη σύνδεση τριγώνου: \( I_{τΔ}=\frac{1}{\sqrt{3}}\,I_{γΔ}\approx 0{,}58\,I_{ον} \).

Απάντηση: Στο 0,58·Ιον (= Ιον/√3), γιατί το θερμικό διαρρέεται από το ρεύμα των τυλιγμάτων και όχι από το ρεύμα γραμμής του κινητήρα.

Πρόσεξε:

• \( 1/\sqrt{3}\approx 0{,}577 \), που στρογγυλεύεται σε 0,58.
• Κριτήριο: 0,58·Ιον + αιτιολόγηση (ρεύμα τυλιγμάτων στη σύνδεση τριγώνου).

Τι είναι οι διακόπτες ελέγχου ροής

Ερώτηση: Τι είναι οι διακόπτες ελέγχου ροής;

Απάντηση:

• Συσκευές που ανιχνεύουν την παρουσία ή απουσία ροής νερού/αέρα/ρευστού σε δίκτυο σωληνώσεων· συνδέονται σε σειρά στον σωλήνα και δίνουν ηλεκτρική εντολή ανάλογα με τη ροή (π.χ. προστασία αντλίας από ξηρή λειτουργία).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Διακόπτες που ανιχνεύουν παρουσία/απουσία ροής ρευστού σε σωλήνα (σε σειρά).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: ανίχνευση ροής + σε σειρά στον σωλήνα.

Κατασκευή/λειτουργία διακόπτη ροής

Ερώτηση: Περιγράψτε την κατασκευή και τον τρόπο λειτουργίας ενός συνηθισμένου διακόπτη ελέγχου ροής.

Απάντηση:

• Κατασκευή: το εξάρτημα που ελέγχει τη ροή είναι ένα μικρό μεταλλικό πτερύγιο, τοποθετημένο μέσα στον σωλήνα στην πορεία του ρευστού. Η μετατόπισή του (ανάλογη της παροχής) μεταδίδεται μέσω μηχανισμού (βραχίονας ΑΟΒ που περιστρέφεται γύρω από το Ο, κοχλίας Κ, ελατήριο Ε, έλασμα ΓΔ) σε έναν μικροδιακόπτη με μεταγωγική επαφή.
• Λειτουργία: όταν δεν υπάρχει ροή ή η ροή είναι κάτω από ένα όριο, η δύναμη του ελατηρίου κρατά τον μηχανισμό έτσι ώστε η επαφή να βρίσκεται στη θέση 1-2 (ηρεμία). Όταν η ροή ξεπεράσει ένα όριο, το ρευστό σπρώχνει το πτερύγιο, ο βραχίονας στρέφεται και η επαφή έρχεται στη θέση 1-3 (ενεργοποίηση).
• Με τον κοχλία Κ ρυθμίζεται η τιμή της παροχής πάνω από την οποία η επαφή μεταγάγεται· η τιμή στην οποία επανέρχεται (1-3 → 1-2) διαφέρει λίγο από αυτήν.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Μεταλλικό πτερύγιο μέσα στον σωλήνα που, μέσω μηχανισμού (βραχίονας, ελατήριο, έλασμα, ρυθμιστικός κοχλίας), επιδρά σε μικροδιακόπτη με μεταγωγική επαφή: χωρίς επαρκή ροή θέση 1-2, με ροή πάνω από το όριο θέση 1-3.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: πτερύγιο + μηχανισμός μετάδοσης + μικροδιακόπτης με μεταγωγική επαφή + αλλαγή θέσης με το όριο της ροής.

Πότε ηλεκτρονικοί διακόπτες στάθμης

Ερώτηση: Σε ποιες περιπτώσεις ελέγχου στάθμης αγώγιμων υγρών συνιστάται η χρησιμοποίηση ηλεκτρονικών διακοπτών ελέγχου στάθμης;

Απάντηση:

• Όταν απαιτείται αρκετή ακρίβεια στον προσδιορισμό της θέσης της στάθμης του υγρού.
• Όταν η απόσταση μεταξύ του ηλεκτρικού πίνακα αυτοματισμού και της δεξαμενής του υγρού είναι μεγάλη.
• Όταν ο διαθέσιμος χώρος για την τοποθέτηση της συσκευής ελέγχου είναι περιορισμένος (π.χ. μέσα σε σωλήνα μικρής διαμέτρου).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Όταν απαιτείται αρκετή ακρίβεια στη θέση της στάθμης, όταν η απόσταση πίνακα–δεξαμενής είναι μεγάλη ή όταν ο χώρος τοποθέτησης της συσκευής ελέγχου είναι περιορισμένος.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: ακρίβεια + μεγάλη απόσταση + περιορισμένος χώρος.
• Το κόστος τους είναι σημαντικό και η εγκατάστασή τους δεν είναι τόσο απλή — γι' αυτό επιλέγονται μόνο όταν ισχύουν οι παραπάνω περιπτώσεις.

Κατασκευή ηλεκτρονικού διακόπτη στάθμης

Ερώτηση: Περιγράψτε την κατασκευή ενός ηλεκτρονικού διακόπτη ελέγχου στάθμης.

Απάντηση:

• Αποτελείται από μια συσκευή ελέγχου και από ένα έως τρία ηλεκτρόδια, ανάλογα με την εφαρμογή.
• Η συσκευή ελέγχου περιλαμβάνει βασικά: έναν μετασχηματιστή που τροφοδοτεί με πολύ χαμηλή τάση (8 V, 12 V ή το πολύ 24 V εναλλασσόμενη) το κύκλωμα των ηλεκτροδίων και το ηλεκτρονικό κύκλωμα, μια ηλεκτρονική-λογική βαθμίδα καταγραφής του σήματος, έναν ενισχυτή τρανζίστορ και έναν μικροηλεκτρονόμο (Κ1Α) με μεταγωγική επαφή 4-2/3.
• Όταν το κύκλωμα των ηλεκτροδίων αποκτά συνέχεια μέσω του αγώγιμου υγρού, η ηλεκτρονική βαθμίδα τροφοδοτεί το πηνίο του μικροηλεκτρονόμου και η επαφή του αλλάζει θέση. Με ένα ποτενσιόμετρο ρυθμίζεται η ευαισθησία του κυκλώματος.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Συσκευή ελέγχου (μετασχηματιστής πολύ χαμηλής τάσης, ηλεκτρονική-λογική βαθμίδα, ενισχυτής τρανζίστορ, μικροηλεκτρονόμος) και ένα έως τρία ηλεκτρόδια.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: συσκευή ελέγχου + ηλεκτρόδια + αρχή αγωγιμότητας.

Ηλεκτρόδια για δύο θέσεις

Ερώτηση: Πόσα ηλεκτρόδια απαιτούνται για τον έλεγχο δύο θέσεων της στάθμης του νερού σε μια δεξαμενή με ένα ηλεκτρονικό διακόπτη ελέγχου στάθμης; Πού τοποθετούνται;

Λύση:

• Τρία (3) ηλεκτρόδια: το Ε1 στο ύψος της ανώτερης στάθμης (MAX), το Ε2 στο ύψος της κατώτερης στάθμης (ΜΙΝ) και το Ε3 προς τον πυθμένα της δεξαμενής.
• Αν τα τοιχώματα της δεξαμενής είναι μεταλλικά και έρχονται σε άμεση επαφή με το νερό, μπορούν να χρησιμοποιηθούν αντί του ηλεκτροδίου Ε3.

Απάντηση: Τρία ηλεκτρόδια: Ε1 στην ανώτερη στάθμη, Ε2 στην κατώτερη στάθμη και Ε3 προς τον πυθμένα (ή τα μεταλλικά τοιχώματα αντί του Ε3).

Πρόσεξε:

• Πρβλ. σχ. 7.14 του βιβλίου· ο αριθμός των ηλεκτροδίων εξαρτάται και από την αγωγιμότητα των τοιχωμάτων της δεξαμενής.

Ηλεκτρόδια για μία θέση

Ερώτηση: Πόσα ηλεκτρόδια απαιτούνται για τον έλεγχο μιας θέσης της στάθμης του νερού σε μια δεξαμενή με ένα ηλεκτρονικό διακόπτη ελέγχου στάθμης; Πού τοποθετούνται;

Λύση:

• Δύο (2) ηλεκτρόδια, τα Ε1 και Ε3: το Ε1 στο ύψος της στάθμης που θέλουμε να ελέγξουμε και το Ε3 προς τον πυθμένα της δεξαμενής.
• Αν τα τοιχώματα της δεξαμενής είναι μεταλλικά και έρχονται σε άμεση επαφή με το νερό, μπορούν να χρησιμοποιηθούν αντί του Ε3 (οπότε αρκεί ένα ηλεκτρόδιο).

Απάντηση: Δύο ηλεκτρόδια: Ε1 στη στάθμη που ελέγχουμε και Ε3 προς τον πυθμένα (ή τα μεταλλικά τοιχώματα αντί του Ε3).

Πρόσεξε:

• Παραδείγματα ελέγχου μίας θέσης: αποτροπή υπερχείλισης, προστασία αντλίας από λειτουργία εν κενώ, ένδειξη ότι η στάθμη έφθασε σε μια θέση.

Πλωτήρας — πότε ΚΑΙ πλεονεκτήματα

Ερώτηση: Σε ποιες περιπτώσεις ελέγχου στάθμης υγρών συνιστάται η χρησιμοποίηση διακοπτών ελέγχου στάθμης τύπου πλωτήρα; Ποια τα πλεονεκτήματά τους;

Απάντηση:

• Περιπτώσεις: σε εφαρμογές όπου απαιτείται να ελεγχθούν δύο θέσεις (ανώτερη και κατώτερη) ή μία θέση της στάθμης ενός υγρού σε δεξαμενή και στις οποίες δεν απαιτείται μεγάλη ακρίβεια στον προσδιορισμό της κάθε θέσης της στάθμης.
• Πλεονεκτήματα: το κόστος τους είναι μικρό και η εγκατάστασή τους είναι απλή και εύκολη.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Όταν ελέγχονται μία ή δύο θέσεις στάθμης χωρίς ανάγκη μεγάλης ακρίβειας· πλεονεκτήματα: μικρό κόστος, απλή και εύκολη εγκατάσταση.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: μία/δύο θέσεις + όχι μεγάλη ακρίβεια + μικρό κόστος + απλή εγκατάσταση.
• Σύγκρινε με τους ηλεκτρονικούς διακόπτες στάθμης, που προτιμώνται όταν απαιτείται αρκετή ακρίβεια αλλά έχουν σημαντικό κόστος.

Προσωρινός περιορισμός ροής (σχ. 7.10 ΚΑΙ 7.11)

Ερώτηση: Σε ένα αντλητικό συγκρότημα, στο οποίο το κύκλωμα ελέγχου του ηλεκτροκινητήρα της αντλίας είναι το κύκλωμα του σχήματος 7.11, συμβαίνει προσωρινά σημαντικός περιορισμός της ροής του νερού στη σωλήνωση, στην έξοδο της αντλίας. Το χρονικό διάστημα, που διαρκεί ο περιορισμός της ροής του νερού, είναι μικρότερο του χρόνου, που έχει ρυθμισθεί στο χρονικό του κυκλώματος. Τι αποτέλεσμα θα προκύψει στη λειτουργία του αντλητικού συγκροτήματος; Ποιο θα ήταν το αποτέλεσμα εάν το κύκλωμα ελέγχου του αντλητικού συγκροτήματος ήταν το κύκλωμα του σχήματος 7.10;

Λύση:

• Κύκλωμα σχ. 7.11: το κύκλωμα Α1-Α2 του χρονικού Κ1Τ τροφοδοτείται μέσω της θέσης ηρεμίας 1-2 της επαφής του διακόπτη ροής Q, ενώ το πηνίο του Κ1Μ τροφοδοτείται μέσω της θέσης 15-16 του Κ1Τ. Όσο η ροή είναι κανονική, η επαφή του Q βρίσκεται στη θέση 1-3, το χρονικό δεν έχει τάση και η 15-16 είναι κλειστή.
• Με τον προσωρινό περιορισμό της ροής, η επαφή του Q επανέρχεται στη 1-2 και το Κ1Τ αρχίζει να μετρά χρόνο· η επαφή του όμως παραμένει στη 15-16, άρα ο Κ1Μ συνεχίζει να τροφοδοτείται.
• Επειδή ο περιορισμός διαρκεί λιγότερο από τον χρόνο ρύθμισης, η ροή αποκαθίσταται, η επαφή του Q ξαναέρχεται στη 1-3 και το χρονικό χάνει την τάση του και επανέρχεται σε ηρεμία πριν αλλάξει θέση η επαφή του. Αποτέλεσμα: η αντλία συνεχίζει να λειτουργεί κανονικά.
• Κύκλωμα σχ. 7.10: εκεί το πηνίο του Κ1Μ τροφοδοτείται είτε μέσω της θέσης 1-3 του Q είτε μέσω της θέσης 15-16 του Κ1Τ, και το χρονικό μένει συνεχώς υπό τάση όσο λειτουργεί η αντλία· μετά το ξεκίνημα η επαφή του βρίσκεται ήδη στη θέση 15-18.
• Μόλις περιορισθεί η ροή, η επαφή του Q πηγαίνει στη 1-2, διακόπτεται η τροφοδοσία του πηνίου του Κ1Μ και η αντλία σταματά αμέσως, έστω και αν ο περιορισμός είναι προσωρινός· για να ξαναλειτουργήσει πρέπει να πιεσθεί ξανά το μπουτόν S1.

Απάντηση: Με το κύκλωμα του σχ. 7.11 η αντλία συνεχίζει να λειτουργεί (το χρονικό αρχίζει να μετρά αλλά επανέρχεται σε ηρεμία πριν δράσει). Με το κύκλωμα του σχ. 7.10 η αντλία σταματά αμέσως με τον περιορισμό της ροής και χρειάζεται νέα εκκίνηση με το S1.

Πρόσεξε:

• Και τα δύο κυκλώματα έχουν χρονικό Κ1Τ· η διαφορά είναι ότι στο σχ. 7.11 το χρονικό τίθεται υπό τάση μόνο όταν δεν υπάρχει επαρκής ροή, οπότε το σύστημα «ανέχεται» σύντομους περιορισμούς της ροής — αυτό είναι το επιπλέον πλεονέκτημα του σχ. 7.11 που αναφέρει το βιβλίο.
• Κριτήριο: σωστό αποτέλεσμα και για τα δύο κυκλώματα, με αιτιολόγηση από τις θέσεις των επαφών του Q και του Κ1Τ.